Willi Brand (deutscher Politiker) - swibi.ch · Smart Metering bei Stadtwerk Winterthur Smart...
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Smart Metering bei Stadtwerk Winterthur
Smart Metering als Schritt in die Zukunft
Die Fortschreibung der Vergangenheit ist noch keine Zukunft Willi Brand (deutscher Politiker)
1. Massnahmenpaket der ES2050
Stromversorgungsverordnung
Art. 7 Ausweitung Kostenrechnung für intelligente Mess-, Steuer- und RegelsystemeArt. 8 Abrechnung von Leistungen für Netze, Energielieferung, Messung, Berechnung
etc. dürfen nicht zusätzlich zum Netznutzungsentgelt in Rechnung gestellt werden
Art. 8a Einführung intelligenter Messsysteme ab Inkrafttreten der VerordnungArt. 8b Datensicherheitsprüfung gemäss Schutzbedarfsanalyse durch METASArt. 8c Endverbraucher bestimmen selber über die Steuerung ihrer Anlagen, ausser
die Steuerung sei für den stabilen Netzbetrieb notwendig.Art. 18 Bei Endverbrauchern bis 30 kVA ist nur eine Kundengruppe zulässig.
Beibehalten vom 70 % Arbeitsanteil für Endverbraucher. Ein tieferer Arbeitsanteil mit Leistungsmessung ist nur möglich, wenn Endverbraucher zustimmt.
Art. 31e Zehn Jahre nach Inkrafttreten müssen 80% der Messeinrichtungen den Anforderungen für intelligente Messsysteme entsprechen
Digitalisierung bedeutet Entmaterialisierung
Digitalisierung bedeutet Entmaterialisierung
• Wer benutzt heute noch ein Telefonbuch?
• Wer kauft noch fossile Tonträger?
• Ich hätte die Dias gerne gerahmt …
• Liebling, es ist nur noch ein Bild auf dem Film
• Mach doch mal den Choke raus…
• Ohne Vorglühen springt dein Diesel nicht an…
• Wir haben jetzt einen Farbfernseher…
• Wo ist die nächste Telefonzelle?
• Schatz hast du meinen Reisewecker irgendwo gesehen?
• Benzin wird durch Strom ersetzt, Schrottplätze und Autoverwertung durch ebay
• Die Tankstellen werden verschwinden, ebenso der Einzelhandel und das Bargeld, Vielleicht auch die grossen Kraftwerke und die Verteilnetze
Evaluation Strategie Smart Metering
stehen wir heute?wollen wir hin?
kommen wir dort hin?
Was ändert sich mit Smart Metering?
Was ändert sich mit Smart Metering?Zählermontage• Viele Werke müssen innnert 10 Jahren alle Zähler tauschen• Zählerparametrierung bei Ankopplung Gas-/Wasserzähler• Koordination der Zählerwechsel mit Fachabteilungen Gas/Wasser/Wärme• Montage und Anschluss Mbus Kabel• Inbetriebnahme Kommunikation• Papierlose Abwicklung mit Mobilem WorkforcemanagementZählerkommunikation• deutlich mehr Personal für Störungsbehebung Innendienst und Aussendienst• Verwaltung der Schlüssel für die sichere KommunikationZählerablesung• Zukünftig massiv weniger PersonalMaterialbeschaffung• Haltbarkeit viel kürzer• Zähler-SteckklemmenRechnungsstellung• Rechnungszyklen werden viel kürzer• Prepayment ohne ZählerwechselAblösung Rundsteuerung• Lastmanagement wird sehr feingranular
Smart Metering in Winterthur
Weststrasse 19 – 37 (ungerade)Seit: 01.10.2016System: G3 / Landis + GyrBesonderheit: mit PQ UAnzahl: ~60Weststrasse 15 + 17Seit: 01.10.2016System: FSK / Landis + GyrBesonderheit: -Anzahl: ~10Hinterwiesliweg 4 + 6Seit: 01.10.2016System: FSK / Landis + GyrBesonderheit: -Anzahl: ~10Werk 3Seit: 01.11.2016System: G3 / Landis + GyrBesonderheit: mit PQ UAnzahl: ~220
Schachenweg 57Seit: 01.05.2016System: FSK / Landis + GyrBesonderheit: -Anzahl: ~7
GESEWOSeit: 01.12.2012System: FSK / EchelonBesonderheit: -Anzahl: ~180Arbergstrasse 38Seit: 01.06.2016System: FSK / Landis + GyrBesonderheit: -Anzahl: ~8EidbergSeit: 01.07.2012System: FSK / EchelonBesonderheit: Komplette TSAnzahl: ~80
EZ RosenbergSeit: 01.06.2014System: FSK / Landis + GyrBesonderheit: -Anzahl: ~180
Total : ~800
VerteiltSeit: 02.12.2014System: GPRS / Landis + GyrBesonderheit: Komplette TSAnzahl: ~34
Smart Metering in Winterthur
- Projektstart: 1.10.2011- Implementierung von zwei Testsystemen (L+G,
Echelon)- Konzept zentraler Stromzähler (P2M)- Erfassung der Medien Strom,
Gas, Wasser, Wärme- Kommunikation Zähler- Datenkonzentrator
mit Power-Line-Carrier- Kommunikation Datenkonzentrator - Server
mit Glasanschluss von Stadtwerk Winterthur - 1. Pilot 2011 Echelon- 2. Pilot 2012 L+G Plan+ mit E350 (ZMF120)- 3. Pilot 2016 L+G G3 Cenelec A mit E450- 4. Pilot 2017 L+G G3 FCC mit E450- 5. Pilot 2017 Elster G3 mit AS3000
Smart Metering in Winterthur
• Mehrere Pilotinstallationen mit L+G und Echelon (PLC G2)• Stromverbrauchsanalyse Smart Metering mit ZHAW • Social Power Projekt mit ZHAW, SUPSI, AEM• Analyse Netzumschaltungen PLC L+G/Echelon• Begutachtung Lora Funknetzwerk• Umbau aller PV Anlagen > 10 kVA auf ZFA• Requirement-Engineering Mobile Prozesse • Anmeldung und Bewilligung FCC Band bei BAKOM• Eigenverbrauchsgemeinschaften• Pilotinstallation Powerline G3 mit L+G• Pilotinstallation Powerline G3 FCC mit L+G• Pilotinstallation Powerline G3 mit Elster
Verfolgte Ziele Pilotprojekte- Kennenlernen von neuen Technologien - Einbindung in unsere Prozess- und IT-Landschaft
(ZFA, EDM, SAP, IS-U)- Beobachtung des Kundenverhaltens und –Nutzens bei
Verwendung von Feedbacksystemen- Erarbeiten eines optimalen Roll-out Prozesses zusammen
mit anderen Fachabteilungen (Gas, Wasser, Wärme, Telekom)
Smart Metering in Winterthur
Smart Metering in Winterthur mit L+G Plan+
Smart Metering PLC G2 Landis+Gyr Plan+
• Sehr aufwendige Ankopplung andere Gewerke:VIF/DIV müssen am Zähler parametriert werden
• Ecometer wurde Kunden angeboten und konnte nicht installiert werden wegen baulicher Situation (Mbus Kabel, Brandabschottungen)
• Streckenlängen im Haus schwer abschätzbar• Montage von Repeatern wegen Abstand DC-Zählerraum• Störungssuche mit Swemet MFA400 (Spektrumanalysator)• Ausgedehnte Fehlersuche nach Kommunikationsausfall
ausserhalb Ladenöffnungszeiten, Ursache war Steckernetzteil einer temporären Alarmanlage
• Grosse Schwächen bei Netzumschaltungen auf NE7
Smart Metering in Winterthur mit Echelon
Smart Metering PLC G2 Echelon
• Komfortable Ankopplung andere Gewerke (Knopfdruck)• Sehr stabile PLC Kommunikation (auch bei 600m Freileitung)• Sehr aufwendiges Inhomedisplay mit Ubitronix Meterserver,
PLC Breitband und Devolo WLAN, hoher Betreuungsaufwand• Mbus wireless ist auf längere Zeit nicht stabil, aufwendige
Firmware Updates Vorort bei Kunden (unterschiedliche Fabrikate, GWF, Aquametro)
• Sehr problemlose Redundanzbildung (2 DCs nebeneinander getestet), damit kein Kommunikationsausfall/Datenverlust bei Netzumschaltungen NE7
Erfahrungen MBUS
MBUS- Parametrierung Echelon: Vollautomatisch
Landis + Gyr: 4 Parametrierte Kanäle
Erfahrungen MBUS
MBUS- Anbindung via Funk Wenig Initialaufwand
Aufwändig bei Zählerwechsel
Aufwändig im Langzeitbetrieb
Auslesung
• Probleme bei Umbauten & Veränderungen
• Datenauslesung allgemein unstabil
Smart Metering in Winterthur mit PLC G3
3
Frequenz[kHz]
Signal
35 95 150 500
FSK Systeme
G3Cenelec A Band
A
FCC BandCenelec Bänder
B, C, D
G3 FCC Band
RundfunkdiensteAmateur-
FunkdiensteFrequenzen nutzbar
(in Winterthur)
38 Frequenzen
Frequenzzuteilung nach EN 50065-1
A Band: 3kHz bis 95kHz Anwendungen VNB
B, C, D Band: 95kHz bis 148.5kHz Anwendungen von Privaten
FCC Band: 148.5 bis 500kHz Anwendungen von Privaten
A
FCC Band
3
Frequenz[kHz]95 150 500
Cenelec Bänder
B, C, D
Übersicht PLC Systeme (Schmalband)
3
Frequenz[kHz]
Signal
35 95 150 500
FSK Systeme
G3Cenelec A Band
G3FCC Band
A
FCC BandCenelec Bänder
B, C, D
Powerline im Smartmetering: FSK + ASK
Hoher Pegel da nur zwei Frequenzen genutzt werdenHohe Reichweite da Pegel entsprechend hochTiefe BandbreiteHohe Störanfälligkeit durch schmalbandige Störungen
3
Frequenz[kHz]
Signal
35 95 150 500
Zwei Trägerfrequenzen
63.3 74
Cenelec A Band FCC Band
PLC - FSK im Detail
FSK; Frequency shift Keying– Entspricht dem Standard Kommunikationsverfahren
– Datenrate maximal 2.4kBit/s
– Beide Trägerfrequenzen werden genutzt
3
Frequenz[kHz]
Signal
500
Zwei Trägerfrequenzen
63.3 74
01
- Logisch 0 via 74kHz- Logisch 1 via 63.3kHz
Signal
Trigger 1 Trigger 0
Frequenz[kHz]63.3 74
Cenelec A Band FCC Band
PLC - ASK im Detail
ASK: Amplitude shift keying– Rückfallmodus bei einer gestörten Frequenz
– Es wird nur eine Trägerfrequenz genutzt
– Logisch 0 oder 1 wird über amplitudenhöhe unterschieden
3
Frequenz[kHz]
Signal
500
Eine Trägerfrequenz(63.3 oder 74kHz)
63.3 74
Signal
Trigger 0
Trigger 1
Cenelec A Band FCC Band
PLC im Smartmetering: G3 im Cenelec A Band
Vergleichsweise tiefer Pegel da Nutzung 36 FrequenzenRobust gegen schmalbandige StörungenGeringe Reichweite bei erhöhtem StörpegelHöhere Bandbreite
3
Frequenz[kHz]
Signal
35 95 150 500
36 Frequenzen
Cenelec A Band
PLC G3: Cenelec A Band im Detail
Modulationsart PSK – Phase Shift Keying– Konstante Frequenz + Amplitude, Änderung der Phasenlage
– Datenrate maximal 41.6kBit/s
Tonemasking > Jede Frequenz einzeln schaltbar, dauerhaftTonemapping > 6 Gruppen à 6 Frequenzen, dynamisch
TM 5
3Frequenz
[kHz]
Signal
35 95
TM 4TM 3TM 2TM 1TM 0
- Gruppen schalten sich bei Störungen dynamisch (komplett) ab
- Bei harmonischen Störungen ist es möglich das in jeder Gruppe eine Frequenz betroffen ist > Ausfall
PLC im Smartmetering: G3 im FCC Band
Vergleichsweise tiefer Pegel da Nutzung von 72 FrequenzenVergleichsweise hohe BandbreiteFrequenzbereich nicht dem VNB VorbehaltenSpezielle Vorschrift zum Schutz von Funknetzen durch PLC muss beachtet
werden
3
Frequenz[kHz]
Signal
35 95 150 500
72 Frequenzen
Cenelec A Band FCC Band
G3 im FCC Band – Problematik Funknetze
Überlappender Frequenzbereich mit Funknetzen– Abstrahlung und Beeinflussung von Funknetzen durch PLC
– Vorschrift zum Schutz der Funknetze durch PLC
– Einsatzgebiete müssen vom BAKOM beurteilt werden
– 38 von 72 Frequenzen für PLC Nutzbar
FCC Band
3
Frequenz[kHz]
Signal
35 95 150 500
Cenelec Bänder
RundfunkdiensteAmateur-
FunkdiensteFrequenzen nutzbar
(in Winterthur)
38 Frequenzen
Wechsel vom Cenelec A ins FCC Band
Diverse Arbeitsschritte nötig– Absprache mit BAKOM
– Konfiguration auf dem Datenkonzentrator
– Konfiguration auf jedem Zähler
– Zähler werden mit Konfiguration für Cenelec A oder FCC Band ausgeliefert und sind anschliessend entsprechend anzupassen
3
Frequenz[kHz]
Signal
35 95 150 500
Cenelec Bänder FCC Band
RundfunkdiensteAmateur-
FunkdiensteFrequenzen nutzbar
(in Winterthur)
38 Frequenzen
Störpegel - Erfahrungen
Je höher die Frequenz, desto weniger Störemissionen messbar
Im Cenelec A Band, Massnahmen auf Endverbraucher abwälzbar
A
FCC Band
3
Frequenz[kHz]95 150 500
Cenelec Bänder
B, C, D
Emissionen durch Fremdgeräte
Praxisbeispiel Einkaufszentrum Rosenberg
• 160 Wohneinheiten / ca. 25 Ladenflächen | Gestaffelte Abschaltung der einzelnen Abgänge bei laufender Messung
• Eingrenzung der Fehlerquelle auf einen Abgang
Cenelec A-Band vs FCC-Band
Beispiel 1Beispiel 2
Störpegel Cenelec A-Band vs FCC-Band (in TS)
Smart Metering PLC G3 Cenelec A-Band
• Sehr performante Kommunikation• Problemlose Redundanzbildung (Netzumschaltungen)• Sehr schnelle Antwortzeiten (Schaltvorgänge kleiner 5s)• Nach Inbetriebnahme PV Anlage bei
Eigenverbrauchsgemeinschaft vollständiger Zusammenbruch der Kommunikation tagsüber
• Breitbandige Störer verhindern Kommunikation wegen Tonemapping (Frequenzgruppenbildung)
• Sendepegel deutlich niedriger als bei alten G2 Systemen (Richtlinien BAKOM)
Smart Metering PLC G3 FCC-Band
• Alle Vorteile wie bei Kommunikation im Cenelec A-Band• Bewilligung muss bei BAKOM eingeholt werden• Nicht alle Frequenzen können überall genutzt werden
(Flugleitsysteme, Lawinensuchgeräte, Militärische Anwendungen)
• Keine Freigabe auf Freileitungen• Dort wo FCC-Band gestört ist, ist Cenelec-Band erst recht
gestört, bei allen «guten» Gebieten im Cenelec Band ist FCC Band auch störungsfrei, aber in vielen Netzgebieten mit Störungen im Cenelec Band ist FCC Band noch «gut»
Was bedeutet Smart?
Erkenntnisse aus Pilotprojekten zusammengefasst:- Zähler halten die technischen Spezifikationen teilweise nicht ein- PLC Inbetriebnahme nicht so einfach wie erwartet, Verfügbarkeit aber besser als 99,5%- Mbus Konfiguration teilweise aufwendig (Nachbesserung einzelner Lieferanten
notwendig)- Massiver Aufwand Ausbildung Mitarbeiter, Ausrüstung, Ressourcen, Kommunikation- Systemschnittstellen nicht standardisiert- Akzeptanz der Kunden sehr unterschiedlich- Installation Inhomedisplays teilweise nicht möglich, wo möglich aufwendig in der
Betreuung -> soll der Kunde besser selber machen- PLC G3 ist günstig und performant, im FCC Band grösste Verfügbarkeit- Projekte waren notwendig und sinnvoll
Smart Metering in Winterthur
Erkenntnisse aus Pilotprojekten zusammengefasst:- Nehmen Sie die richtigen Leute ins Boot, auch die richtigen Dienstleister- Überlegen Sie was Sie selbst machen wollen und was nicht, - suchen Sie sich einen performanten Dienstleister - Und legen Sie los, Autofahren lernt man auch nicht auf dem Beifahrersitz
Smart Metering in Winterthur
Smart Metering als Schritt in die Zukunft
Der beste Weg die Zukunft vorauszusagen ist sie zu gestalten Willi Brand (deutscher Politiker)