Intelligentes Energiemanagement mit Hightech-Stromzählern

10.4.2017

Mit neuartigen Stromzählern und schlauen Algorithmen wollen Fraunhofer-Forscher künftig das Energiemanagement revolutionieren. Den Wissenschaftlern und ihren Partnern ist es gelungen, den Gesamtstromverbrauch nach Geräten aufzuschlüsseln. Dafür genügt ein einziger Hightech-Strommesser.

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© Foto Fraunhofer IMS

Ein Gerät beeinflusst Strom und Spannung in charakteristischer Weise und besitzt eine Art »Fingerabdruck «. Dieser wird an nur einer Messstelle mit Hilfe spezieller NILMAlgorithmen erkannt und der Gesamtstromverbrauch auf die Verbraucher aufgeschlüsselt. Als Ergebnis liefert NILM den »Einzelverbindungsnachweis « für die Stromrechnung.

Energiesparen ist längst kein Trend mehr, sondern pure Notwendigkeit. Doch viel mehr als Geräte abschalten oder im Sparmodus betreiben war bisher nicht möglich. Das könnte sich nun mit einer Technik namens NILM (Nonintrusive Load Monitoring) ändern, die im Rahmen des gleichnamigen Projekts am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS entwickelt wurde. Die Technik basiert auf einem simplen Prinzip: Jedes Gerät weist beim Stromverbrauch ein Muster auf. So entsteht eine Art Signatur oder Fingerabdruck im Stromnetz. Mit Hilfe von Algorithmen, die am Fraunhofer IMS in Duisburg entwickelt werden, lässt sich diese Signatur im Gesamtstromverbrauch erkennen und damit der Verbrauch des einzelnen Geräts feststellen. Nötig ist dafür nur ein einziges Messgerät mit dreiphasiger Strom- und Spannungsmessung.

Lastspitzen im Netz vermeiden

Eine Software visualisiert die nach Verbrauchern aufgeschlüsselten Daten und zeigt die Stromaufnahme in Echtzeit an. So kann der Anwender feststellen, wenn die Espressomaschine sich einschaltet, die Waschmaschine gerade schleudert oder eine Lampe ausgeschaltet wird. Außerdem erkennt er, wenn ein Gerät defekt ist. Denn dadurch ändert sich auch die typische Signatur im Stromverbrauch. So macht sich etwa eine schadhafte Dichtung am Kühlschrank durch erhöhte Energieaufnahme bemerkbar. Im Bereich Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen sind durch NILM Einsparungen von mehr als 12 % möglich. Unternehmen können den Stromverbrauch bei der Fertigung analysieren und beispielsweise feststellen, welche Komponente eines Produkts in der Produktion besonders viel Strom verbraucht. Auch Lastspitzen im Netz lassen sich so registrieren und vermeiden. NILM stellt damit auch eine ideale Ergänzung für Industrie 4.0 dar, denn durch die gerätespezifische Messung des Stromverbrauchs kann ein Unternehmen das Energiemanagement gezielt optimieren.

Abtastrate von bis zu 1 Megasample pro Sekunde

Um die Algorithmen mit ausreichend Daten füttern zu können, misst der Hightech- SmartMeter die Energieaufnahme mit einer Abtastrate von bis zu 1 Megasample pro Sekunde. Das Messgerät registriert unter anderem auch das von den Verbrauchern ausgesendete Rauschen im Stromnetz (Störspannung). Das liegt jeweils auf unterschiedlichen Frequenzen und lässt so ebenfalls Rückschlüsse auf das Gerät zu. Für die Entwicklung der NILM-Zähler-Hardware ist als Partner die EasyMeter GmbH zuständig. Die Discovergy GmbH entwickelt Gateway und Verarbeitungsserver. Ein weiterer Projektpartner ist die GreenPocket GmbH. Das Unternehmen kümmert sich um die Bedienoberfläche der Software, wertet die Daten aus und visualisiert sie. Und schließlich vermittelt die innogy SE passende Testkunden aus dem gewerblichen und industriellen Umfeld und analysiert die Daten im Hinblick auf Maßnahmen für eine effizientere Nutzung. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Verbundprojekt. Die Fraunhofer-Forscher arbeiten derzeit weiter an der Erkennungsgenauigkeit des Systems und der idealen Kombination aus Messparametern und Algorithmen.