Energieeinsparmöglichkeiten - Kommunikations- und Informationssysteme

Aus Planungskompendium Energieverteilung

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Informationssysteme

Energieeffizienz ohne Kommunikation ist nicht möglich.

Aber unabhängig davon, ob sich Rohdaten auf Messungen, Betriebszustände oder Tarife beziehen, können sie nur dann sinnvoll genutzt werden, wenn man sie in nützliche Informationen umwandelt und je nach Bedarf an alle am Energieeffizienzprozess beteiligten Parteien weiterleitet, um allen Mitgliedern des Energiemanagementprozesses wertvolle Informationen zu liefern. Die Daten müssen außerdem erläutert werden, da Management- und Interventionsfähigkeiten für eine effiziente Energieeinsparpolitik nur entwickelt werden können, wenn die damit zusammenhängende Problematik vollständig verstanden wird. Die Verteilung von Daten muss zu Aktionen führen und diese Aktionen müssen fortlaufend durchgeführt werden, um eine nachhaltige Energieeffizienz zu erzielen (siehe Abb. K22).

Allerdings wird für diesen Betriebskreislauf ein effizientes Kommunikationsnetz benötigt.

Das Informationssystem kann dann täglich an den verschiedenen Standorten, an denen Strom verbraucht wird, genutzt werden (für industrielle Vorgänge, Beleuchtung, Klimatisierung usw.), um die durch das Unternehmensmanagement vorgegebenen Energieeffizienzziele zu erreichen. Außerdem kann gewährleistet werden, dass diese Standorte einen positiven Beitrag für den Geschäftsbetrieb leisten (in Bezug auf Produktionsvolumen, Bedingungen für Einkäufer, Temperaturen in Kühlräumen usw.).

Abb. K22Betriebskreislauf von für die Energieeffizienz entscheidenden Daten

Überwachungssysteme

  • Für Schnellaudits, die fortlaufend durchgeführt werden können.

Das Fördern der Vertrautheit mit Daten und deren Verteilung kann dabei helfen, alles auf dem neusten Stand zu halten. Allerdings erfolgt die Entwicklung von elektrischen Netzen sehr schnell, so dass immer wieder gefragt werden muss, ob sie mit derartigen neuen Entwicklungen Schritt halten können.

In Anbetracht dieser Tatsache kann ein System zur Überwachung der Energieübertragung und des Energieverbrauchs alle Informationen liefern, die benötigt werden, um vor Ort ein umfassendes Audit durchzuführen. Neben Strom würde dieses Audit Wasser, Luft, Gas und Dampf abdecken. Messungen, vergleichende Analysen und standardisierte Energieverbrauchsdaten können genutzt werden, um die Effizienz von Prozessen und Industrieanlagen zu ermitteln.

  • Zur schnellen und fundierten Entscheidungsfindung können angemessene Maßnahmen umgesetzt werden.

Diese umfassen Steuerungs- und Automatisierungssysteme für Beleuchtung und Gebäude, Frequenzumrichter, Prozessautomatisierung usw.

Das Aufzeichnen von Informationen über den effizienten Einsatz von Geräten ermöglicht die genaue Ermittlung der in einem Netzwerk oder einem Transformator verfügbaren Kapazität und wie und wann Wartungsarbeiten durchgeführt werden sollten (damit Maßnahmen weder zu früh noch zu spät ergriffen werden).

Kommunikationsnetze

Informations- und Überwachungssysteme sind gleich strukturieret und aufgebaut wie Kommuni­kationsnetze für das Intranet und das Internet, der Datenaustausch findet in einer Computerarchitektur statt, die auf einer benutzerspezifischen Basis beruht.

Intranet

Größtenteils findet der Datenaustausch im industriellen Sektor über fest im Kommunikationsnetzwerk des Unternehmens installierte Web-Technologien statt, typischerweise über ein Intranet, das nur durch den Betreiber genutzt wird.

Was den industriellen Datenaustausch zwischen physikalisch verbundenen Systemen, zum Beispiel über RS485 oder Modem (GSM, Funk etc.) angeht, ist das Modbus-Protokoll bei Messgeräten und Schutzeinrichtungen für elektrische Verteilnetze sehr weit verbreitet. Es wurde ursprünglich von Schneider Electric entwickelt, ist aber heute ebenso im Gebäudesektor verbreitet und gilt als Standardprotokoll.

Für die Übertragung großer Mengen von Daten zwischen elektrischen Energieverteilsystemen ist Ethernet die inzwischen eingeführte neueste Technologie. Ethernet wird wegen seiner Einfachheit und seines Leistungsvermögens sehr stark gefördert.

Es ist das geeignetste Medium sowohl für lokale Anzeigen als auch für verteilte Server.

In der Praxis werden elektrische Daten von einem in einem Schaltschrank installierten, industriellen Webserver aufgezeichnet. Bei der Übertragung dieser Daten kommt das weit verbreitete TCP/IP-Standardprotokoll zum Einsatz, um die laufenden Wartungskosten jedes Computernetzwerks zu reduzieren. Dieses Prinzip eignet sich sehr gut für den Austausch von Daten, die in Zusammenhang mit einer Steigerung der Energieeffizienz stehen. Neben einem PC mit einem Internetbrowser wird keine zusätzliche Software benötigt. Alle Energieeffizienzdaten werden aufgezeichnet und können auf konventionellem Weg über ein Intranet, GSM/GPRS, Wifi usw. übertragen werden.

Aus Gründen der Einfachheit und der Konsistenz ist es von Vorteil, wenn die Messgeräte und Kommunikationsschnittstellen in den Verteilungsschaltfeldern integriert sind. Siehe Intelligente Schaltanlagen (Smart Panels).

Internet

Mit einer Fernüberwachung und -steuerung sind Daten leichter verfügbar und zugänglich. Außerdem ermöglicht eine solche Steuerung eine bessere Flexibilität bei der Wartung. Abb. K23 zeigt einen schematischen Aufbau einer solchen Anlage. Über eine Verbindung mit einem Server und einem Webbrowser können Daten sehr viel einfacher genutzt und in Form einer Tabelle nach Microsoft Excel™ exportiert werden, um die Leistungskurve in Echtzeit zu überwachen.

Mit der Ethernet-Technologie können Schaltfelder heute sehr leicht mit dem Internet verbunden werden. Die Kompatibilität mit den sich schnell entwickelnden Smart Grid-Anlagen bleibt dabei erhalten.

Abb. K23Beispiel eines durch einen Energy Server (Com'X 510 - Schneider Electric) geschützten Intranet-Informationsnetzwerks, das über das Internetnetzwerk überwacht wird

Architekturen

In der Vergangenheit wurden Überwachungs- und Steuerungssysteme für viele Jahre zentral gesteuert und basierten auf SCADA-Automatisierungssystemen (Supervisory Control And Data Acquisition).

Heute wird zwischen drei Architekturen unterschieden (siehe Abb. K24 auf der nächsten Seite).

Abb. K24Aufbau eines Überwachungssystems

Architektur Level 1

Dank der neuen Möglichkeiten der Webtechnologie ist ein neues Konzept intelligenter Geräte entwickelt worden. Diese Geräte können in einer Reihe von Standard-Überwachungssystemen eingesetzt werden und bieten Zugang zu Informationen über das Stromnetz des kompletten Standorts.

Für Dienste außerhalb des Standorts kann ein Internetzugang eingerichtet werden.

Architektur Level 2

Dieses System wurde speziell für Elektrotechniker und für die Anforderungen von elektrischen Netzen ausgelegt.

Diese Architektur basiert auf einem zentralen Überwachungssystem zur Erfüllung aller Anforderungen an die Überwachung von elektrischen Netzen. Naturgemäß ist zur Installation und Wartung dieser Systeme weniger Fachwissen erforderlich als für Architekturen des Levels 3, da alle Geräte der elektrischen Verteilungen bereits in einer speziellen Bibliothek enthalten sind. Außerdem können die Anschaffungskosten minimal gehalten werden, da es in Bezug auf die Systemintegration nur sehr wenige Anforderungen gibt.

Architektur Level 3

Die Investition in diese Art von System ist oft hochwertigen Einrichtungen vorbehalten, die einen hohen Energieverbrauch haben oder die mit Betriebsmitteln ausgestattet sind, die auf Schwankungen des Versorgungsnetzes sehr empfindlich reagieren und hohe Ansprüche an die Versorgungssicherheit stellen. Um zu gewährleisten, dass diese hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit erfüllt werden, hat oftmals schon der ersten Fehler Konsequenzen für die installierten Betriebsmittel. Die Durchführung dieser Maßnahmen sollte transparent erfolgen (jeder Einfluss sollte klar sein). Potentielle Investoren könnten durch die erheblichen Front-End- Kosten, das notwendige Fachwissen zur korrekten Installation des Systems und die anfallenden Updatekosten während der Planung des Netzwerks abgeschreckt werden, da vor der Umsetzung sehr ausführliche Analysen notwendig sein können.

An manchen Standorten können Level 2 und Level 3 parallel eingesetzt werden.