Die Umsetzung des Projektes Smart Metering stellt die betroffenen Parteien vor gewaltige Herausforderungen. Verschiedene Interessengruppen arbeiten an Lösungsansätzen für den Datenverkehr und das Data-Management im Zuge des Smart Metering. Gerade bei der Wahl eines geeigneten Übertragungsmediums gibt es eine Vielzahl von Lösungsmöglichkeiten. Doch gibt es eine optimale Lösung?
Ziel dieser Arbeit ist es, verschiedenste Übertragungstechniken einander gegenüberzustellen, um Aussagen darüber treffen zu können, welche Lösungsansätze denkbar sind. Dazu werden unterschiedliche Szenarien entwickelt, die diese Ansätze ins Verhältnis zu äußeren Rahmenbedingungen setzen. So kann beispielsweise ein Lösungsansatz für ein dicht besiedeltes Gebiet anders geartet als für eine ländliche, sehr dünn besiedelte Gegend. Darüber hinaus werden mögliche Netzwerkarchitekturen in die Bewertung einfließen, das heißt welche Infrastruktur ist im jeweiligen Szenario denkbar und wie kann eine effiziente Übertragung der Daten erfolgen. Damit eine Bewertung der verschiedensten Technologien erfolgen kann, müssen konkrete Anforderungen definiert werden. Diese Anforderungen sollen durch ausgewählte Kennzahlen formuliert werden. Eine objektive Bewertung kann dann erfolgen, wenn diese Kennzahlen messbar und damit auch vergleichbar sind. Danach sind diese Kriterien durch ein geeignetes Entscheidungsmodell einander gegenüberzustellen. Folgende Teilziele sind demnach zu erreichen:
1. Analyse der rechtlichen Rahmenbedingungen zur Identifikation von Kommunikationspartnern
2. Identifikation kommunikationsrelevanter Prozesse als Rückschluss aus der Konstellation der Kommunikationspartner
3. Ableitung von Anforderungen an ein mögliches Kommunikationsmedium
4. Formulierung von Umsetzungsszenarien
5. Analyse von Netzwerkarchitekturen und Übertragungsmedien in Bezug konkreter Anforderungen
6. Gegenüberstellung und Bewertung der Übertragungsmedien
Diese Arbeit betrachtet die informationstechnische Ebene des Gesamtthemas. Gerade im Bereich Smart Metering gibt es sowohl politische, soziale und ökologische Aspekte, die der Autor in der Analyse der vorliegenden Daten ausschließt. Wertungen zu Marktrollen bzw. die Analyse der Beziehungen unter Marktpartnern werden ebenfalls kein Schwerpunkt dieser Arbeit sein.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1. Motivation und Rahmenbedingungen
1.2. Ziele und Abgrenzungen
1.3. Vorgehen
2. Smart Metering
2.1. Definition Smart Metering
2.2. Rechtliche Rahmenbedingungen
2.2.1. EU-Richtlinien
2.2.2. Deutsche Gesetzgebung
2.3. Kommunikationspartner
2.3.1. Rollenverteilung
2.3.2. Sonderfall Deutschland
2.4. Basiselemente
2.4.1. Grundsätzlicher Systemaufbau
2.4.2. Grundlegende Datenstruktur
2.5. Konkretisierung des Zielsystems
3. Prozessanalyse
3.1. Implementierung einer Messstelle
3.2. Steuerungsprozesse
3.2.1. Fehlerbehandlung
3.2.2. Ein- und Ausschaltung
3.2.3. Störungsmeldung
3.3. Datenmanagementprozesse
3.3.1. Zählwertermittlung
3.3.2. Produktwechsel
3.3.3. Stammdatenänderung
3.3.4. Lieferantenwechsel
3.3.5. Wechsel des Messstellenbetreibers
3.4. Prozessauswertung
3.5. Anforderungen der Kommunikationspartner
3.5.1. Endverbraucher
3.5.2. Verteilnetzbetreiber
3.5.3. Messstellenbetreiber
3.5.4. Stromlieferant
3.6. Zielkennzahlen
3.6.1. Bandbreite
3.6.2. Latenz
3.6.3. Verzögerung-Bandbreite-Produkt
3.6.4. Signalreichweite
3.6.5. Verfügbarkeit
3.6.6. Flexibilität
3.6.7. Standardisierung
3.6.8. Sicherheit
3.6.9. Dienste
3.6.10. Kosten
4. Szenarioanalyse
4.1. Wichtige Einflussfaktoren
4.2. Urbanes Szenario
4.3. Ländliches Szenario
5. Architektur der Netze
5.1. Kriterien guter Netzwerkarchitekturen
5.1.1. Skalierbarkeit
5.1.2. Fehlertoleranz
5.1.3. Dienstgüte
5.1.4. Netzwerksicherheit
5.1.5. Aufwand
5.2. Strukturelle Grundgedanken
5.3. Existierende Netzwerkkonzepte
5.3.1. Asynchronous Transfer Mode (ATM)
5.3.2. Frame Relay (FR)
5.3.3. Distributed Queue Dual Bus (DQDB)
5.3.4. Synchrone digitale Hierarchie (SDH)
5.3.5. Ethernet
5.4. Netzwerkentwurf
5.5. Datenmanagement
5.5.1. Meter Data Management System
5.5.2. Meter Management System
6. Fernübertragungstechnologien
6.1. Drahtlose Kommunikation
6.1.1. GSM / GPRS
6.1.2. UMTS / HSDPA
6.1.3. WiMAX
6.2. Drahtgebundene Kommunikation
6.2.1. Power Line Communication
6.2.2. Breitband PLC
6.2.3. DSL
6.2.4. Lichtwellenleiter
6.3. Zusammenfassung
7. Gegenüberstellung und Bewertung
7.1. Entscheidungsmodelle als Grundlage
7.2. Analytic Hierarchy Process
7.2.1. Beurteilungsskala und Gewichtung
7.2.2. Konsistenzprüfung
7.3. Ergebnis
7.4. Sensitivitätsanalyse
7.5. Handlungsempfehlung
8. Weitere Forschungsfelder
9. Schlussbetrachtung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Gegenüberstellung und objektive Bewertung effizienter Netzwerkarchitekturen und Übertragungstechnologien für Smart Metering-Systeme in verschiedenen geografischen Szenarien. Dabei wird untersucht, wie Daten zwischen Smart Metern und den beteiligten Marktpartnern effizient übertragen werden können, wobei technische, rechtliche und prozessuale Rahmenbedingungen eine zentrale Rolle spielen.
- Analyse der gesetzlichen Rahmenbedingungen und Identifikation der Kommunikationspartner
- Prozessanalyse (BPMN) zur Ermittlung des Datenaufkommens
- Entwicklung und Vergleich von zwei Szenarien: urban vs. ländlich
- Bewertung von Netzwerkarchitekturen (z.B. ATM, Ethernet) und Übertragungstechnologien (z.B. LWL, PLC, GSM/UMTS)
- Einsatz des Analytic Hierarchy Process (AHP) zur Entscheidungsfindung
Auszug aus dem Buch
2.1. Definition Smart Metering
Eine einheitliche Definition von Smart Metering ist derzeit nicht zu finden. Die verschiedenen Forschungsgruppen definieren Eigenschaften, anhand derer ein Smart Meter erkannt werden kann. Grundsätzlich geht es um die neue Generation von Messgeräten für Endverbraucher, die nicht in das Großkundensegment der Versorger fallen. Die European Smart Metering Alliance (ESMA) beschreibt folgende Funktionen, die ein Smart Meter erfüllen muss:
- Automatische Verarbeitung, Transfer, Management und Verwendung von Messdaten
- Automatische Abwicklung von Messungen
- 2 Wege Datenübertragung mit Zählern
- Lieferung aussagekräftiger und zeitnaher Verbrauchsdaten an die relevanten Akteure und ihre Systeme, auch an den Endverbraucher
- Unterstützung von Diensten, die die Energieeffizienz des Energieverbrauchs und Energiesystems verbessern (Erzeugung, Übertragung, Verteilung und vor allem Endnutzung)
Smart Metering ist demnach die Erhebung, Aufbereitung und Bereitstellung von Messdaten verschiedener Sparten (Strom, Gas, Wasser) mittels intelligenter Messsysteme mit dem Ziel die Endenergieeffizienz zu steigern.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beschreibt die gesellschaftliche Motivation durch Klimaschutzziele, die Notwendigkeit zur Effizienzsteigerung und das daraus resultierende Smart Metering-Projekt.
2. Smart Metering: Analysiert rechtliche Grundlagen (EU, Deutschland), identifiziert Marktrollen (Stromerzeuger, Netzbetreiber, etc.) und definiert Basiselemente intelligenter Messsysteme.
3. Prozessanalyse: Untersucht kommunikationsrelevante Prozesse wie Zählerinstallation, Steuerung (Fehlerbehandlung) und Datenmanagement unter Berücksichtigung von GPKE-Standards.
4. Szenarioanalyse: Entwickelt zwei gegensätzliche Szenarien (urban vs. ländlich), um die Anforderungen an Bandbreite und Verfügbarkeit in Abhängigkeit der Bevölkerungsdichte zu ermitteln.
5. Architektur der Netze: Bewertet Netzwerkarchitekturen wie ATM, Frame Relay, DQDB, SDH und Ethernet basierend auf Kriterien wie Skalierbarkeit und Dienstgüte.
6. Fernübertragungstechnologien: Vergleicht verschiedene Drahtlos- (GSM/GPRS, UMTS, WiMAX) und Drahtgebundene Technologien (PLC, DSL, LWL) hinsichtlich ihrer Eignung für Smart Metering.
7. Gegenüberstellung und Bewertung: Nutzt den Analytic Hierarchy Process (AHP), um die untersuchten Technologien systematisch zu gewichten, zu bewerten und Handlungsempfehlungen auszusprechen.
8. Weitere Forschungsfelder: Identifiziert offene Fragen, insbesondere zur Integration proprietärer Software und wirtschaftlicher Sichtweisen auf IT-Infrastrukturen.
9. Schlussbetrachtung und Ausblick: Fasst den Status Quo zusammen und prognostiziert die zukünftige Entwicklung im Kontext von Smart Grids und verändertem Nutzerverhalten.
Schlüsselwörter
Smart Metering, Datenübertragung, Netzwerkarchitektur, Fernübertragungstechnologien, Prozessanalyse, Bandbreite, Latenz, Verfügbarkeit, Analytic Hierarchy Process, Energiewirtschaft, Smart Grid, Messstellenbetreiber, Datenmanagement, Prozessmodellierung, Infrastruktur
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundlegend?
Die Diplomarbeit untersucht effiziente Architekturen und Technologien für die Datenübertragung im Bereich des Smart Metering unter Berücksichtigung deutscher und europäischer Rahmenbedingungen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit behandelt die Prozessanalyse von Messdaten, die Bewertung verschiedener Netzwerkarchitekturen sowie den detaillierten Vergleich von drahtlosen und leitungsgebundenen Kommunikationstechnologien.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Ziel ist es, die Eignung verschiedener Übertragungstechnologien für das Smart Metering in urbanen und ländlichen Szenarien objektiv zu bewerten und eine Handlungsempfehlung abzugeben.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Zur objektiven Bewertung der Technologien wird der Analytic Hierarchy Process (AHP) eingesetzt, unterstützt durch eine Prozessanalyse basierend auf der BPMN-Notation.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden zunächst die rechtlichen Grundlagen und Rollen am Energiemarkt geklärt, gefolgt von einer detaillierten Analyse der Geschäftsprozesse, der Szenarienentwicklung und der technischen Evaluierung von Kommunikationsmedien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Smart Metering, Netzwerkarchitektur, Fernübertragungstechnologien, Prozessanalyse, Bandbreite, Latenz, Verfügbarkeit sowie der Analytic Hierarchy Process (AHP).
Warum spielt die Bevölkerungsdichte für die Arbeit eine wichtige Rolle?
Die Bevölkerungsdichte bestimmt die Erschließung mit Kommunikationsmedien und damit die Verfügbarkeit und notwendige Bandbreite, was die Unterscheidung zwischen urbanen und ländlichen Szenarien erforderlich macht.
Wie bewertet der Autor die Bedeutung von Lichtwellenleitern?
Lichtwellenleiter schneiden im Ranking aufgrund ihrer hohen Bandbreite, Sicherheit und Störungsresistenz in beiden Szenarien am besten ab, trotz höherer Kosten und infrastruktureller Hürden bei der Verlegung.
- Citation du texte
- Oliver Schaloske (Auteur), 2010, Effiziente Architekturen und Technologien zur Realisierung von Smart Metering im Bereich der Fernübertragung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/152081
