Improving energy community interoperability: a web of things approach

Abstract

Die EU-weiten Gesetze zu Energiegemeinschaften erlauben es Verbrauchern und Produzenten, Energie gemeinschaftlich zu nutzen. Dadurch ergeben sich vor allem für Haushalte und kleine- bis mittelständische Unternehmen neue Möglichkeiten, um den Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten zu optimieren. Die für eine Optimierung notwendigen Informationen werden zu diesem Zweck aus Sensordaten gewonnen. Durch die Menge an verschiedenen Übertragungsprotokollen und Datenformaten kommt es jedoch bei Integrations- und Kommunikationsprozessen mit Energiegeräten häufig zu Problemen und eine einheitliche Datenverarbeitung wird erschwert. Zusätzlich führen die Integrationsansätze unterschiedlicher Hersteller oft zu komplizierten Installations- und Konfigurationsprozessen, die für technologisch unerfahrene Mitglieder von Energiegemeinschaften nicht ausführbar sind. In dieser Arbeit wird eine service-orientierte Architektur vorgestellt, welche darauf abzielt, die genannten Probleme mittels Einsatz von Webtechnologien zu erleichtern. Um das zu erreichen, wird im ersten Schritt die Interaktion zwischen Mitgliedern einer Energiegemeinschaft und einem optimierenden System analysiert. Im nächsten Schritt werden aus dieser Analyse für die Architektur relevante Eigenschaften abgeleitet. Das Ergebnis ist eine Sammlung von architektonischen Anforderungen an ein optimierendes Datenverarbeitungssystem. Basierend auf diesen Anforderungen wird anschließend eine geeignete Systemarchitektur gezeigt, welche sowohl für cloudbasierte als auch für lokale Umgebungen oder Mischformen geeignet ist. Um die Machbarkeit zu zeigen, wird die Architektur im Anschluss in einem simulierten Prosumer-Szenario anhand zweier verschiedener Situationen getestet. Abschließend wird eine Einschätzung der architektonischen Lösung im Bezug auf Umsetzung und Sicherheit durchgeführt. Zusammenfassend beschäftigt sich diese Arbeit mit Interoperabilität und Integration im Kontext von Energiegemeinschaften mit einem Fokus auf service-orientierte und webbasierte Ansätze.

Energy communities are a new legal construct that allows energy to be used collaboratively. Especially for households and small to medium-sized enterprises, there are new opportunities for optimizing energy consumption and the associated costs. Sensor data is key for the respective optimizing measures. The problem is the plethora of incompatible protocols and data formats that energy-related devices implement. Similarly, this affects device integration processes. A non-tech-savvy user may not be able to perform complex installation and configuration tasks that devices from different manufacturers require. This thesis presents a service-oriented architecture that aims to facilitate the stated problems by utilizing web technologies. The first step analyzes the interaction between energy community members and an optimizing system. The result is a collection of architecture requirements for an optimizing data processing system in the energy community context. Further, this thesis presents a suitable system architecture design that fits into cloud-based and local environments or mixed forms. The feasibility of the architecture design is tested utilizing a simulated prosumer scenario with an exemplified implementation of the respective architecture components. The simulation is the basis for verifying the architecture by testing the integration and interaction of two different energy-related devices. The last step of this thesis is an assessment of the architecture design in terms of applicability and security. In summary, this thesis presents a system architecture for energy communities that facilitates interoperability and integration by utilizing service-oriented and web-based techniques.