Wenn Messwerte reisen

Wie sieht die Energieversorgung der Zukunft aus? Forscher des Projekts Aspern Smart City Research (ASCR) fischen in einem gigantischen Datensee nach Antworten. Sein Pegel steigt jeden Tag um 1,5 Millionen Messwerte, erhoben in 110 Wiener Haushalten.

Die Stadt, die niemals schläft? Vergessen Sie New York, in Wirklichkeit gilt das für die Seestadt Aspern, einen Stadtteil von Wien. Denn: Hier schlängelt sich ein kontinuierlicher Datenstrom Tag und Nacht durch die Elektro- und Kommunikationsleitungen. 110 Haushalte beteiligen sich an einem Forschungsprojekt der Aspern Smart City Research (ASCR). Die Wissenschaftler wollen in Aspern komplexe Zusammenhängen innerhalb des Energiesystems auf die Spur kommen. Und das anhand realer Daten.

In den Wohnungen, die am Projekt mitmachen, messen Sensoren Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Verbrauchswerte von Wasser, Heizung und Strom. Wärmepumpen, Solaranlagen und Energiespeicher teilen kontinuierlich ihren Betriebszustand mit. Wettersensoren informieren über aktuelle Windstärke und Sonneneinstrahlung. Mehr als 100 Monitoring-Geräte erfassen im Niederspannungsnetz und in elf Trafostationen unterschiedlichste Stromwerte. All diese Daten werden in Intervallen von 2,5 bis 60 Minuten erzeugt und ergeben in Summe rund 1,5 Millionen Werte pro Tag.    

1,5 Millionen Messwerte pro Tag

Die Reise jedes einzelnen Messwerts beginnt bei einem Sensor und endet in der Datenanalyse. Je nachdem, wo er entspringt, verläuft seine Reiseroute unterschiedlich: Er wandert entweder per Stromkabel oder über Lichtwellenleiter oder das Siemens-Gebäudemanagementsystem Desigo CC zur Datenzentrale der ASCR. Bereits während der Reise werden einzelne Datenströme abgezweigt und in intelligenten Transformatorstationen, die im Netz verteilt sind, analysiert. Mithilfe von Softwareapplikationen kann so beispielsweise die Struktur des Stromnetzes abgeleitet werden, ohne den aktuellen Aufbau genau kennen zu müssen. Netzbetreiber können damit die Topologie von bestehenden Netzen automatisiert ermitteln und profitieren von einer erheblichen Zeit- und Kostenersparnis.

 

In der Datenzentrale angekommen, landen die Messwerte zunächst im sogenannten Data Lake. Wie ein Fischschwarm schwimmen sie in einem riesigen See durcheinander und werden von den Datenspezialisten begutachtet. „Im ersten Schritt führen wir eine unstrukturierte Analyse durch, um zu prüfen, ob es Abweichungen oder Besonderheiten gibt. Unser Ziel ist, Muster in den Daten zu erkennen“, erläutert Gerhard Engelbrecht von der Forschungs- und Entwicklungseinheit Corporate Technology der Siemens AG, der am Forschungsprojekt ASCR mitarbeitet.

Komplexe Fragen zu Energieeffizienz und CO2-Ausstoß

Wie viel Energie- und CO2-Einsparung ist in einem modernen Schul- oder Wohngebäude möglich? Wie können urbane Gebäude effizient am Energiemarkt teilnehmen, und wie wirkt sich das auf den Netzbetrieb aus? Rund 200 solcher Fragen sind im Forschungskatalog der ASCR definiert. Sie sollen anhand strukturierter Datenanalysen beantwortet werden. Dabei prüfen die Analysten beispielsweise, ob definierte Schwellenwerte im Stromnetz eingehalten werden.

 

Die Ergebnisse dienen als Grundlage dafür, Planungsprozesse im Netzbereich zu optimieren und mögliche Netzüberlastungen abzuschätzen. Auch Modelle werden abgeleitet – etwa wie Solaranlagen optimal dimensioniert werden müssen, um bestimmte Einspeisepotenziale und Ertragsmöglichkeiten zu garantieren. Haben sämtliche Messwerte beide Analyseschritte durchlaufen, sind sie vorerst am Ende ihrer Reise angelangt und werden in einem Archiv abgelegt. Von dort können sie jederzeit wieder hervorgeholt werden, um bestehende Ergebnisse zu validieren oder neue Analysen durchzuführen.

Mehr bringt mehr

Doch welchen Sinn hat es, diese Unmengen an Daten zu sammeln? Gerhard Engelbrecht begründet den Datenhunger der Forscher folgendermaßen: „Auch Daten, die scheinbar wenig Informationsgehalt haben, sind wertvoll.“ Daraus lassen sich wiederkehrende Muster ableiten. Beispielsweise lasse sich zeigen, dass eine Betriebsstörung immer dann auftritt, wenn zuvor ein Schalter ein- oder ausgeschaltet wurde. Das ist für Gebäudemanager ein wertvoller Hinweis, um Fehlern auf die Spur zu kommen. „Würden wir nur Daten erfassen, von denen wir schon im Voraus wissen, dass wir sie brauchen, wären Störungsfindung oder vorausschauende Wartung nicht möglich“, sagt Engelbrecht.

 

Erste Ergebnisse der ASCR zur automatisierten Wartung der Energie- und Informations- und Kommunikationstechnologie-Infrastruktur liegen bereits vor. Die Forschung liefert zudem valide Erfahrungswerte für den Rollout von intelligenten Stromzählern, der in Wien ab 2018 geplant ist.

Auch Daten, die scheinbar wenig Informationsgehalt haben, sind wertvoll.
Gerhard Engelbrecht, Siemens AG

Digitale Nachbildung der Realität

Der Forschungsschwerpunkt Smart ICT (Information and Communication Technologies) der Aspern Smart City Research (ASCR) bildet mit den Daten aus dem Testfeld die Realität digital nach, um das Zusammenspiel von Netz, Gebäude und Energieverbrauch der Nutzer beziehungsweise ihre Wechselwirkungen zu analysieren und zu optimieren. Der entscheidende Faktor ist die verschränkte Betrachtung der Daten aus den unterschiedlichen Domänen. Die enormen Datenmengen werden mit Big-Data-Methoden verarbeitet, wobei strengste Datenschutz- und Sicherheitsrichtlinien berücksichtigt werden.

 

Ins Leben gerufen wurde die Forschungsgesellschaft ASCR 2013 von Siemens, Wien Energie, Wiener Netze und der Stadt Wien (Wirtschaftsagentur Wien und Wien 3420). Ein Kooperationsmodell in dieser Größenordnung ist bis dato einmalig. Über 100 Personen aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Bereichen sind am Forschungsvorhaben direkt beteiligt.

2018-01-16

Bilder: Siemens AG

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