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Steigerung der Energieeffizienz durch Integration intelligenter Netze sowie Endverbraucher-Feedback

Schulze, Kai (2019):
Steigerung der Energieeffizienz durch Integration intelligenter Netze sowie Endverbraucher-Feedback.
Darmstadt, TU Darmstadt, [Bachelor Thesis]

Abstract

Mit dem zunehmenden Ausbau der erneuerbaren Energien steigen die Anforderungen an die deutschen Stromnetze um ein Vielfaches. Grund hierfür ist hauptsächlich die Stromerzeugung aus den volatilen und schwer prognostizierbaren Quellen Wind und Sonne. Während Stromnetzbetreiber zukünftig vermehrt in Regelungstechnik und Energiespeicher investieren müssen, kommt auf den privaten Endverbraucher die Verantwortung zu, sein Verbrauchsverhalten der Erzeugung anzupassen. Nur so ist es möglich, langfristig eine stabile Netzauslastung ohne fossile Energieträger zu erreichen. In der nachfolgenden Bachelorarbeit werden zunächst grundlegende Begriffe, Technologien und Akteure des Smart Grids sowie die relevanten rechtlichen Grundlagen erklärt. Es folgt die Analyse bereits durchgeführter Projekte auf Möglichkeiten des Lastmanagements. Bei diesen handelt es sich um die im Rahmen der E-Energy Initiative des Bundes geförderten Projekte MeRegio und eTelligence. Der Fokus der Evaluierung liegt dabei vor allem auf der Art der Information und Motivation des Endverbrauchers. Beide Projekte strebten durch dynamische Tarife und monetäre Anreize eine Änderung des Verbrauchsverhaltens der Kunden an. Bei dem Projekt eTelligence wurden die Kunden zusätzlich noch durch ein umfangreiches, personalisiertes Beratungssystem bei ihrem energieeffizienten Verhalten unterstützt. Aus den Erkenntnissen der beiden Projekte und dem, vom Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen der TU Darmstadt betreuten, SmartER Game wurde ein Konzept zur Steigerung der Energieeffizienz durch die Integration intelligenter Netzte sowie Endverbraucher-Feedback entwickelt. Eine Kernproblematik der evaluierten Projekte ist die starke Interaktionsabnahme mit der Feedback-Technologie nach der initialen Motivationsphase. Um dem entgegen zu wirken, werden im Konzept dieser Bachelorarbeit sowohl Methoden aus den Bereichen der Gamification als auch der Hausautomatisierungssysteme diskutiert. Ziel des Konzeptes ist es, den Kunden bei seiner Entwicklung zum Smarten Verbraucher zu unterstützten. Dieser zeichnet sich durch einen reflektieren Umgang mit Energie und der grundsätzlichen Bereitschaft, sein Verbrauchsverhalten der Netzsituation anzupassen, aus. Hierfür wurde im letzten Abschnitt dieser Bachelorarbeit ein Teil des Konzeptes in Form eines Demonstrators umgesetzt. Grundlage für diesen ist eine bedienerfreundliche, plattformübergreifende Python-Flask Web-App in Kombination mit den frei verfügbaren Strommarktdaten der Plattform SMARD (Bundesnetzagentur). Zur Visualisierung der Netzauslastung wurden eine Darstellung der Stromerzeugungs- und verbrauchswerte für die vergangenen 24 und kommenden vier Stunden sowie eine Stromampel implementiert. Weiter wurde eine einfache Haushaltsverwaltung erstellt, mit deren Hilfe der Nutzer Geräte verwalten und steuern lassen kann. Der hierfür implementierte Prozessmanager ermittelt, basierend auf den Nutzereingaben und der Auslastungsprognose des Stromnetzes, den optimalen Zeitpunkt, um den Prozess durchzuführen. In Kombination mit flexiblen Tarifen kann so ein ökonomischer Vorteil für den Endverbraucher geschaffen werden, ohne dass dieser viel Zeit oder Aufwand in die Anpassung seines Verhaltens investieren muss. Somit wird beim Nutzer eine langfristige Motivation zur Steigerung seiner Energieeffizienz erreicht. Gleichzeitig werden private Haushalte durch solche automatisierten Lastanpassungen für Netzbetreiber berechenbarer und können besser in das intelligente Stromnetz der Zukunft integriert werden.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2019
Creators: Schulze, Kai
Title: Steigerung der Energieeffizienz durch Integration intelligenter Netze sowie Endverbraucher-Feedback
Language: German
Abstract:

Mit dem zunehmenden Ausbau der erneuerbaren Energien steigen die Anforderungen an die deutschen Stromnetze um ein Vielfaches. Grund hierfür ist hauptsächlich die Stromerzeugung aus den volatilen und schwer prognostizierbaren Quellen Wind und Sonne. Während Stromnetzbetreiber zukünftig vermehrt in Regelungstechnik und Energiespeicher investieren müssen, kommt auf den privaten Endverbraucher die Verantwortung zu, sein Verbrauchsverhalten der Erzeugung anzupassen. Nur so ist es möglich, langfristig eine stabile Netzauslastung ohne fossile Energieträger zu erreichen. In der nachfolgenden Bachelorarbeit werden zunächst grundlegende Begriffe, Technologien und Akteure des Smart Grids sowie die relevanten rechtlichen Grundlagen erklärt. Es folgt die Analyse bereits durchgeführter Projekte auf Möglichkeiten des Lastmanagements. Bei diesen handelt es sich um die im Rahmen der E-Energy Initiative des Bundes geförderten Projekte MeRegio und eTelligence. Der Fokus der Evaluierung liegt dabei vor allem auf der Art der Information und Motivation des Endverbrauchers. Beide Projekte strebten durch dynamische Tarife und monetäre Anreize eine Änderung des Verbrauchsverhaltens der Kunden an. Bei dem Projekt eTelligence wurden die Kunden zusätzlich noch durch ein umfangreiches, personalisiertes Beratungssystem bei ihrem energieeffizienten Verhalten unterstützt. Aus den Erkenntnissen der beiden Projekte und dem, vom Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen der TU Darmstadt betreuten, SmartER Game wurde ein Konzept zur Steigerung der Energieeffizienz durch die Integration intelligenter Netzte sowie Endverbraucher-Feedback entwickelt. Eine Kernproblematik der evaluierten Projekte ist die starke Interaktionsabnahme mit der Feedback-Technologie nach der initialen Motivationsphase. Um dem entgegen zu wirken, werden im Konzept dieser Bachelorarbeit sowohl Methoden aus den Bereichen der Gamification als auch der Hausautomatisierungssysteme diskutiert. Ziel des Konzeptes ist es, den Kunden bei seiner Entwicklung zum Smarten Verbraucher zu unterstützten. Dieser zeichnet sich durch einen reflektieren Umgang mit Energie und der grundsätzlichen Bereitschaft, sein Verbrauchsverhalten der Netzsituation anzupassen, aus. Hierfür wurde im letzten Abschnitt dieser Bachelorarbeit ein Teil des Konzeptes in Form eines Demonstrators umgesetzt. Grundlage für diesen ist eine bedienerfreundliche, plattformübergreifende Python-Flask Web-App in Kombination mit den frei verfügbaren Strommarktdaten der Plattform SMARD (Bundesnetzagentur). Zur Visualisierung der Netzauslastung wurden eine Darstellung der Stromerzeugungs- und verbrauchswerte für die vergangenen 24 und kommenden vier Stunden sowie eine Stromampel implementiert. Weiter wurde eine einfache Haushaltsverwaltung erstellt, mit deren Hilfe der Nutzer Geräte verwalten und steuern lassen kann. Der hierfür implementierte Prozessmanager ermittelt, basierend auf den Nutzereingaben und der Auslastungsprognose des Stromnetzes, den optimalen Zeitpunkt, um den Prozess durchzuführen. In Kombination mit flexiblen Tarifen kann so ein ökonomischer Vorteil für den Endverbraucher geschaffen werden, ohne dass dieser viel Zeit oder Aufwand in die Anpassung seines Verhaltens investieren muss. Somit wird beim Nutzer eine langfristige Motivation zur Steigerung seiner Energieeffizienz erreicht. Gleichzeitig werden private Haushalte durch solche automatisierten Lastanpassungen für Netzbetreiber berechenbarer und können besser in das intelligente Stromnetz der Zukunft integriert werden.

Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Energieeffizienz, Gamification, Smart Meter Data
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Numerical Methods and Informatics in Civil Engineering
Date Deposited: 24 Sep 2019 14:50
Additional Information:

Betreuer: Tim Huyeng

Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 11 September 2019
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
With the increasing expansion of renewable energies, the demands placed on the German power grids are increasing many times over. The main reason for this increase is the power production from volatile and unpredictable sources like wind and sun. While grid operators will have to increase their investments in control technology and energy storage systems, private end consumers will have the responsibility to adapt their consumption behavior to the energy generation. This is the only way to achieve a long term, stable grid utilization without fossil fuels. In the beginning of the following bachelor thesis, basic terms, technologies and actors of the smart grid as well as the legal basics will be explained. This will be followed by an examination of projects that have already been carried out with regard to demand side management options. These are the MeRegio and eTelligence projects funded as a part of the German government´s E-Energy initiative. The main focus of the evaluation lies on the type of information and motivation provided to the end consumer. In both projects customers were to be encouraged to change their consumption behavior through dynamic tariffs and monetary incentives. In the eTelligence project, costumers were also given an extensive, personalized consulting system to support them in their energy-efficient behavior. Based on the findings from these two projects and the SmartER Game, supervised by the Institute of Numerical Methods and Informatics in Civil Engineering at the TU Darmstadt, a concept for increasing energy efficiency through the integration of smart grids and end consumer feedback was developed. A key problem of the evaluated projects is the strong decrease in the interaction rate with the feedback technology after an initial phase of motivation. To counteract this, the concept of this bachelor thesis discusses methods from the field of gamification as well as home automation systems. The aim of the concept is to support the consumer in his development into a smart user. A smart user is characterized by a reflective use of energy and the willingness to adapt his consumption behavior to the grid situation. To achieve this, a part of the concept was implemented in form of a demonstrator. The underlying basis for this demonstrator is a user-friendly, cross-platform Python-Flask web app in combination with the freely available electricity marked data from the SMARD platform (German Federal Network Agency). In order to visualize the grid utilization, a graphic to display the power generation and consumption values for the past 24 and upcoming four hours as well as an “energy traffic light” were implemented. In addition, a simple home managing system was created to help the user manage and control electronic devices. The process manager implemented for this purpose determines the optimal time to carry out the process based on the user inputs and the utilization forecast of the power grid. In combination with flexible tariffs an economic advantage for the end consumer can be created without the need of investing a lot of time or effort in adapting the personal behavior. This should increase the long-term motivation of the user to increase his energy efficiency. At the same time, automatic demand side management makes private households more predictable for grid operators and helps integrating them into the smart grid of the future.English
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