Datenzentralisierung und Monitoring

Eine der Hauptaufgaben innerhalb des Forschungsvorhabens ist es, täglich mehrere Millionen Messwerte aus 15 Fernwärmesystemen in eine Datenbank zu speichern und für die Analyse und Visualisierung verfügbar zu machen. Für die Umsetzung der Datenzentralisierung wurde ein Big-Data-Webdienst entwickelt, der es ermöglicht, über eine einheitliche Datenschnittstelle hochfrequent Daten fortlaufend zu validieren und zu speichern. Die große Datenmenge entsteht durch die hohe zeitliche Auflösung der Messstellen, die notwendig ist, um die dynamischen Vorgänge in Fernwärmesystemen erfassen zu können. Die Messdaten aus den Fernwärmesystemen werden– wie in Bild 5 dargestellt – aus verschiedenen Datenquellen gewonnen und über unterschiedliche Übertragungswege an die zentrale Datenbankanwendung geschickt.

Eine besondere Herausforderung des Projekts liegt darin, den Zugriff auf Messdaten und die Freigabe notwendiger Datenschnittstellen so umzusetzen, dass die IT-Sicherheitsrichtlinien der Versorgungsunternehmen eingehalten werden. Hierzu wurden jeweils individuelle Lösungen entwickelt, um den für das Forschungsvorhaben benötigten dauerhaften und automatischen Datenexport aller vorhandenen Messstellen auf der Basis der vorhandenen Softwarelösungen für die Prozessvisualisierung und -steuerung einzurichten.

Die Wärmeübergabestationen, die für das Monitoring zur Verfügung stehen, haben die Digitalisierungsstufen 0 bis 1 von 6 gemäß der im Forschungsvorhaben iHAST entwickelten Systematik [8]. In der Digitalisierungsstufe 1 ist die digitale Fernauslesung des Wärmezählers mindestens im Viertelstundentakt möglich. Insgesamt stehen Messdaten von rd. 1 350 Wärmeübergabestationen der Digitali­sierungsstufe 1 zur Verfügung, die anonymisiert an den Big-Data-Webdienst übertragen und gespeichert werden.

Bild 5 veranschaulicht den Prozess der Datenzentralisierung. Seitens der Wärmeversorger werden unterschiedliche Datenschnittstellen zur Verfügung gestellt, die je nach Grad der Digitalisierung in unterschiedlichen Automatisierungsebenen liegen (vgl. [10]). Die Datenübertragung geschieht ausschließlich automatisiert und über verschlüsselte Übertragungswege aus der IT-Infrastruktur des Wärmeversorgers heraus. Die Daten werden anschließend validiert und in der Zeitreihendatenbank auf Basis von Influx-DB gespeichert. Die Messdatenvalidierung geschieht derzeit anhand von Grenzwerten und individuell anpassbaren linearen Funktionen.

Ausblick

Ziel des gesamten Vorhabens ist es, ein standardisiertes Vorgehen zum kostengünstigen Monitoring von Fernwärmesystemen und zur Identifizierung von Optimierungspotenzialen zu entwickeln. Die besondere Herausforderung besteht dabei in den sehr vielfältigen technischen Voraussetzungen, die die unterschiedlichen Fernwärmesysteme aufweisen.

Der zweite Teil dieses Fachaufsatzes [1] gibt einen Einblick in das Vorgehen zur Identifizierung von Optimierungspotenzialen anhand eines einfachen Beispiels und in die innerhalb des Forschungsvorhabens entwickelte webbasierte Monitoringanwendung Metric-X. Das Vorhaben wird im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen 03ET1538 gefördert. Die Autoren bedanken sich bei den Mitarbeitern des Projektträgers Jülich für die hervorragende Betreuung des Vorhabens. Ganz herzlicher Dank gilt allen teilnehmenden Fernwärmeversorgern für die sehr gute Zusammenarbeit und die tatkräftige Unterstützung.

Literatur

[1]    Bücker, D.; Hager, M.; Grimm, S. und Wieser, R.: Technische Kennzahlen zur Optimierung der Performance von Fernwärmesystemen nutzen – Teil 2. EUROHEAT&­POWER 7-8/2020.
[2]    DIN V 18599:2018-09: Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung.
[3]    DIN EN 15232:2017-12: Energieeffizienz von Gebäuden.
[4]    VDI 6041:2017-07: Facility-Management – Technisches Monitoring von Gebäuden und gebäudetechnischen Anlagen.
[5]    AMEV 135:2017-08: Technisches Monitoring 2017 – Technisches Monitoring als Instrument zur Qualitätssicherung.
[6]    AGFW, Regelwerk Fernwärme, Frankfurt am Main: AGFW Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V., 2018.
[7]    Schuster, S. und Bücker, D.: Key Performance Indicators for Thermal Energy Storage in District Heating Systems. EuroHeat&Power Englisch Edition, Vol. 15 III/2018, pp. 15-18.
[8]    DIN EN 8743:2014-01: Verpackungsmaschinen und Verpackungsanlagen – Kennzahlen zur Charakterisierung des Betriebsverhaltens und Bedingungen für deren Ermittlung im Rahmen eines Abnahmelaufs.
[9]    Volmer, V.: iHAST – Digitalisierung im Quartier mit intelligenten Fernwärmehausstationen; Vortrag am 24.09.2019 beim Dresdner Fernwärmekolloquium 2019.
[10]    Siepmann, D.: Einführung und Umsetzung von Industrie 4.0. 1. Aufl., Springer Gabler, Heidelberg, 2016.

Prof. Dr.-Ing. Dominikus Bücker, Institut für nachhaltige Energieversorgung, Technische Hochschule Rosenheim, Rosenheim, dominikus.buecker@th-rosenheim.de; Marc Hager M. Sc., Rupert Wieser M. Sc., Wissenschaftliche Mitarbeiter, Technische Hochschule Rosenheim, marc.hager@th-rosenheim.de, rupert.wieser@th-rosenheim.de, www.th-rosenheim.de; Sebastian Grimm M. Sc., Bereich Forschung und Entwicklung, AGFW Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V., Frankfurt a. M., s.grimm@agfw.de, www.agfw.de