TU BRAUNSCHWEIG
| Carl-Friedrich-Gauß-Fakultät | Informatik
Informatikzentrum

Feinregulierung von Strommaerkten durch Einsatz von Ubiquitous Computing

BetreuerMonty Beuster
ProfessorProf. Dr.-Ing. Michael Beigl
IBR GruppeDUS (Prof. Beigl)
ArtDiplomarbeit
Statusabgeschlossen
Beginn

Die Distributed and Ubiquitous (DUS) Forschungsgruppe arbeitet zusammen mit internationalen Partnern an verschiedenen Forschungsprojekten. Die angebotene Hiwi-Stelle soll die Forschungsgruppe unterstützen. Typische Aufgabenstellungen reichen von der Erstellung von Hardware-Komponenten (insbesondere von Miniatur-Sensorknoten) und Installation der Systeme bis hin zur Erstellung von Software.

    Eine Vision des Ubiquitous Computing ist es, den Computer als Gerät verschwinden zu lassen und durch "intelligente Gegenstände" zu ersetzen. Diese kommunizieren selbständig im Ad-Hoc-Verfahren untereinander, so dass ein Eingreifen von außen (durch geschulte Benutzer) überflüssig wird.
    Der Markt fuer elektrischen Strom ist sehr dynamisch und hat eine hohe Schwankungsbreite in Bezug auf Angebot und Nachfrage. Produktionsseitig ist dies bedingt durch die Unbestaendigkeit bestimmter Stromerzeugungsformen (z.B. erneuerbare Energien), auf der Energieverbrauchsseite ist dies bestimmt durch die taegliche und sessionale Schwankung bei den Stromkonsumenten, sowohl beim privaten als auch industriellen Verbraucher. Bisher werden diese Schwankungen unter anderem durch Vorhalten von Ueberlastkapazitaeten, Verbundnetze zum Transfer von Energie aus weit entfernten Regionen oder speziellen Kraftwerkstypen (z.B. Pumpspeicherkraftwerken) teilweise ausgeglichen. Diese Massnahmen sind teuer und mit grossen Aufwand verbunden. Auch ist zu erwarten, dass in Zukunft etwa durch den wachsenden Anteil erneuerbarer Energien eine noch groessere Schwankungsbreite entsteht.
    Eine Regulierung der Stromabnahme ermoeglicht den Stromproduzenten nun diesem Problem entgegenzuwirken und Kosten zu senken. Dabei werden Techniken der Regulierung bestimmte Verbrauchergeraete (z.B. elektrische Heizung) oder direkte Vereinbarungen zwischen Energieerzeugern und Industriebetrieben mit hohem Abnahmevolumen eingesetzt. Dies ermoeglicht Stromproduzenten bei Ueberlastsituationen Verbraucher zu drosseln oder abzuschalten, um so einen gleichmaessigeren bzw. der Produktion angepassten Verbrauch von elektrischer Energie zu erhalten.
    Ein feinere Regulierung der Stromabnahme koennte auf der Seite des Stromverbrauchers koennte fuer diesen einen ebenso positiven Kosteneffekt besitzen. In einem komplett liberalisierten Strommarkt haette der Verbraucher so die Moeglichkeit beim guenstigsten Anbieter zu einem fuer ihn optimalen Zeitpunkt den Strom zu beziehen. Selbst in einem nur ansatzweise liberalisierten Strommarkt koennte der Verbraucher durch die Steuerung des Bezugszeitpunktes noch Einspareffekte erzielen, indem er beispielsweise die fixe oder dynamisch angepasste Nebentarife nutzt.
    Die Diplomarbeit soll die Moeglichkeit des Einsatzes feinregulierender Verbrauchssteuerung konzeptionell und praktisch untersuchen. Ziel der Arbeit ist ein Regelsystem zu konzipieren und zu implementieren, das einem Konsumenten ermoeglicht, seinen Energieverbrauch kostenoptimal zu gestalten ohne dabei nennenswerte Einbussen bezueglich Lebensqualitaet (Privatverbraucher) oder Leistungsfaehigkeit (kommerzieller Verbraucher) zu erleiden. Dies soll durch bedarfsgerechte und kostensensitive Steuerung von Verbrauchsgeraeten erreicht werden. Der Nutzen der Regelung soll durch Verwendung dynamischer Daten (z.B. aus APX) und Messung von Verbraeuchen nachgewiesen werden.
    In der Diplomarbeit soll zunaechst eine einfache Energiewirtschaftsplattform entworfen werden, die gespeist aus realen Quellen Strom-Angebote ueber Internet-Technologien bereitstellt. In einer konzeptionellen Analysephase werden Geraete identifiziert, die sich zur einer bedarfsgerechten Gestaltung von Verbrauchsgeraeten eignen.
    Das vorgestellte Konzept und Realisierung soll auf dem Einsatz von Ubiquitous Computing Technologie basieren. Die Integration von Rechner- und Sensorsystemen in zu kontrollierende Energieverbraucher ermoeglicht dabei die Optimierung der Ueberwachung des Stromverbrauchs, der Funktionsparameter des Systems sowie die feingranulare Steuerung des Geraets. In das Geraete integrierte interne Ablauflogik und Regelung ermoeglichen die Einhaltung von Bedingungen sowie die Integration anwendungsdomaenenspezifischen Wissens (Geraeteprofil). Durch die Interaktion der Geraete untereinander sowie mit einer optionalen Zentrale des Konsumenten sollen optimale Strategien fuer den Bezug von elektrischer Energie ermittelt und Entscheidungen fuer eventuelle Drosselungen des Energieverbrauchs von Geraeten getroffen werde. Der Konsument soll dabei den Vorgang durch einfache zu verstehende Angaben steuern koennen (Erstellung Konsumentenprofil). Die Regelung soll z.B. durch praediktive Verfahren, Nutzerbeobachtung und Ableitung von Handlungsregeln automatisch eine Kostenoptimierung beim Energieverbrauch herstellen.
    Im praktischen Teil der Arbeit soll die Grundidee durch Aufbau eines Prototypen demonstriert werden. Dabei sollen mehrere existierende Geraete mit einem zusaetzlichen Sensor- und Regelkreis ausgestattet werden (post-hoc augmentation, wird gestellt). Kabellose Sensorsystem sollen die technologische Grundlage fuer die Implementierung bilden.
    Zusammenfassend sollen in der Diplomarbeit folgende Teilaufgaben bearbeitet werden:
  • Aufbau Energiewirtschaftsplattform und Schnittstellen
  • Definition Kommunikationsschnittstellen zwischen den Geraeten
  • Definition Geraeteprofile, Benutzerprofile
  • Definition Benutzerinteraktion
  • Erstellung eines kostenoptimierenden, verteilten und kooperativen Regelsystem fuer den Verbrauch elektrischer Energie
  • Implementierung und Aufbau eines Prototypen. Fuer den Aufbau soll zunaechst eine Auswahl der mit kabelloser Sensortechnologie auszustattenden elektrischen Geraete erfolgen
  • Festlegung von Evaluierungskriterien kostenoptimierte Steuerung und Verifikation
  • Integration in europäische und internationale Projekte
  • Hoher Anwendungsbezug und sehr gute Kontakte zur Industrie
  • Kreatives, dynamisches Arbeitsumfeld mit internationaler Ausrichtung
  • Direkten Kontakt zum Institut, zur Forschungsgruppe und deren Mitgliedern

Anforderungen

  • Selbständiges, kommunikatives Arbeiten, Kreativität
  • Fließend deutsch
  • Bereitschaft neue Fähigkeiten zu erlernen
  • Persönliche Inititative und Anwesenheit am Institut

aktualisiert am 13.07.2007, 13:36 von Monty Beuster
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