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Auf dem Campus des Environment Energy Centre im britischen Leyland stehen die ersten von bislang 125 weltweit installierten Kleinwindturbinen.
Nicht nur ein Hingucker: Die fünf entlang des Cleveleys Promenade Cafe im britischen Cumbria installierten Windturbinen QR5 versorgen mit einer jährlichen Leistung von bis zu 20 MW nicht nur das Cafe selbst, sondern auch die Promenadebeleuchtung mit Energ
Die QR5-Prototypen werden einem ausgiebigen Testlauf im Windkanal unterzogen.

Mehr als die Hälfte der Menschheit lebt in Städten – mit steigender Tendenz. Die Politik hofft, diese fortschreitende Urbanisierung durch grüne Mobilitätskonzepte, energieeffiziente Gebäude und intelligente Energieversorgung in Richtung Nachhaltigkeit zu lenken. Während bestehende Energiemanagementlösungen aufgrund der Größe und der Kosten nur für große Energieabnehmer in Frage kommen, konzentriert sich das EU-Projekt Smartcode auf die breite Masse – Smart Grid also mit lokalerem Fokus.

Das Kunstwort „SmartCoDe“ steht für „Smart Control of Demand for Consumption and Supply to enable balanced, energy-positive buildings and neighbourhoods“ und sieht vor, effiziente Energiemanagementsysteme der breiten Masse zugänglich zu machen. Ein intelligentes Energiemanagement soll helfen, zu Hause diverse Stromverbraucher geschickt zu steuern und lokale Ökostrom-Erzeuger einzubinden.

Peter Neumann ist Smartcode-Projektkoordinator und Projektleiter beim Edacentrum in Hannover.

Peter Neumann ist Smartcode-Projektkoordinator und Projektleiter beim Edacentrum in Hannover.Edacentrum

Herzstück des Smartcode-Konzepts ist ein hochintegrierter Chip, der sich als kompaktes Modul in möglichst viele verschiedene Haushaltsgeräte integrieren lassen soll. Mit ihm ist nicht nur die Erfassung von Daten beim Endverbraucher möglich, sondern auch ein intelligentes Handeln, gesteuert durch ein zentrales Energiemanagementsystem. „Das Smartcode-Projekt positioniert sich an der Schnittstelle zwischen Energieverbrauchern und Energieerzeugern“, erläutert Peter Neumann, Projektkoordinator und Projektleiter beim Edacentrum. „Diese kompakten Module ermöglichen es, den Verbrauch eines Haushalts genau aufschlüsseln und unterstützen die Haushalte dabei, einerseits den Strom bevorzugt außerhalb der Spitzenzeiten zu verbrauchen, andererseits aber auch den Gesamtenergieverbrauch zu reduzieren“, merkt er weiter an.

Intelligente Verbrauchsverwaltung

Mit dem Smartcode-Chip ist nicht nur die Erfassung von Daten beim Endverbraucher möglich, sondern auch ein intelligentes Handeln, gesteuert durch ein zentrales Energiemanagementsystem. Dieses im Projekt als SoC (System on Chip) oder SiP (System in Package) zu entwickelnde Modul soll alle Funktionsblöcke aufweisen, die für die Energieverwaltung nötig sind, unter anderem eine autonome Stromversorgung, eine Strommesslösung, drahtlose Kommunikation, aber auch Hoch- und Niederspannungs-ICs sowie eine Steuerungslösung – alles in einem einzigen Chipgehäuse verschmolzen. Im Vergleich zu diesem hochintegrierten Ansatz würden derzeitige vergleichbare Lösungen mindestens zehn ICs und zahlreiche externe Bauelemente erfordern.

Diese kompakten Module ermöglichen es, den Verbrauch eines Haushalts genau aufzuschlüsseln. Das unterstützt die Haushalte dabei, einerseits den Strom bevorzugt außerhalb der Spitzenzeiten zu verbrauchen, andererseits aber auch den Gesamtenergieverbrauch zu reduzieren. Die Verbraucher können ihren Konsum online jederzeit verfolgen. Wird ein solch lokales Energiemanagementsystem kommunikativ mit dem Energieversorger verbunden, können sich die Endkunden am lokalen Energiemarkt beteiligen und somit zur Stabilität des Gesamtnetzes beitragen. Die Problematik war bisher, dass diese Art von Energiemanagement eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung und damit teure (diskrete) Hardware erforderte, weshalb sie auf große Verbraucher vorwiegend im industriellen und kommerziellen Bereich beschränkt blieb.

Das soll sich nun ändern. Zum einen will Smartcode die Kosten weiter senken. Auch soll sich mittels Chip-Integration die Größe respektive der Footprint der Komponenten deutlich verringern. Die Kommunikation, also das Einsammeln der Daten von Strom, Gas, Fernwärmeversorgern, installierten regenerativen Energiequellen und den im Objekt befindlichen Verbrauchern durch Funkübertragung soll sich deutlich vereinfachen. Dem Sicherheitsaspekt wird durch die Integration von hochsicheren Kryptomodulen Rechnung getragen. Zudem setzt das Projekt auf die Einbindung lokaler Ökostrom-Erzeuger. Diesem Aspekt widmet sich insbesondere der britische Windturbinenhersteller und Projektpartner Quietrevolution.

Smartcode in Buchform

Dem hohen Informationsbedarf nachkommend, haben die Smartcode-Projektpartner und assoziierten Partner des EU-Forschungsprojekts im Oktober 2012 ein englischsprachiges Fachbuch (ISBN: 978-1-4419-8794-5 für Print und 978-1-4419-8795-2 für die Online-Version) herausgebracht. Die Herausgeber Christoph Grimm (TU Kaiserslautern), Peter Neumann (edacentrum) und Stefan Mahlknecht (TU Wien) wollen einen umfassenden Einblick in eingebettete Systeme für smarte Anwendungen und deren Energiemanagement geben.

Der besondere Fokus liegt dabei auf dem interdisziplinären Ansatz, der die unterschiedlichen technologischen Forschungsgebiete zusammenbringt. Themen des im Springer Verlag erschienen Buches sind beispielsweise das Smart Grid, dezentrale erneuerbare Energieressourcen und Energiemanagement im Gebäude. Des Weiteren werden die zur Lösung der anfallenden Herausforderungen notwendigen Technologien aus den Bereichen (Chip-)Modellierung und Simulation, drahtlose Übertragungsnetze, Sensor- und Aktornetze, Leistungsmessung auf dem Chip und System-in-Package-Design thematisiert. Weitere Informationen zum Buch gibt es unter diesem Link.