Konzept zur Ermittlung ähnlicher Personengruppen für den Einsatz in Lastprofilanalysen

Mithilfe von statistischen Methoden sollen die Strom-Lastprofile für ähnliche Personengruppen verglichen und eingeordnet werden 

Eines der Ziele in enera ist es, privaten und industriellen Verbrauchern Empfehlungen zum Energiesparen zu geben oder die Last so zu verteilen, dass Energieengpässe vermieden und ein zusätzlicher Netzausbau weitgehend vermieden wird.

Für den privaten Bereich wurden im Laufe des Forschungsprojekts mehrere hundert Haushalte mit einem Modul für ihren digitalen Stromzähler von der smart-me AG aus der Schweiz (smart-me) ausgestattet, der die aktuellen Verbrauchsdaten sekündlich erfasst. Diese können dann über Smartphone, Tablet oder Computer visualisiert und mit früheren Lastgängen verglichen werden.

Beim Einbau des Moduls wurden die Haushalte auf Basis von freiwilligen Angaben wie Personen im Haushalt und Wohnfläche in m² gebeten, um diese besser einordnen und vergleichen zu können. Insgesamt liegen von mehr als der Hälfte der Haushalte (über 400) Meta-Daten vor. In Abbildung 1 ist die Verteilung der an der freiwilligen Umfrage teilgenommenen Haushalte nach Wohnfläche und in Abbildung 2 nach Erwachsenen dargestellt.

Abbildung 19: Verteilung der Haushalte nach erwachsenen Personen

Man erkennt, dass die mittlere Wohnfläche ca. 150 m² beträgt und dass in der überwiegenden Anzahl der Haushalte zwei Erwachsene leben. In den meisten Fällen wurde auch die Anzahl der Kinder mit angegeben, so dass eine weitere Differenzierung möglich ist.

Es ist anzunehmen, dass das Verbrauchsverhalten von der Personenanzahl und den Lebensumständen, z.B. Alleinerziehend oder Rentner, abhängt. Insofern wurde nach Kriterien gesucht, wie die Haushalte zu Gruppen zusammengefasst werden können. Dies geschah auch mit Blick auf den Vergleich zu anderen Untersuchungen, z.B. für Haushalte in Stuttgart (Lin08).

Zusätzlich zu den Meta-Daten liegen auch detaillierte Messwerte für alle Haushalte, die ersten Haushalte wurden im Frühjahr 2019 mit dem smart-me Modul ausgestattet und Daten werden bis heute erfasst und können ausgewertet werden.

In der Literatur und für Vorhersagen wird oft ein Standard-Lastprofil für den Stromverbrauch von Haushalten verwendet (Energie-Lexikon), wobei man zw. Sommer und Winter, manchmal auch zw. Wochentag und Wochenende bzw. Samstag und Sonntag, unterscheidet. Ein imaginäres Profil für einen Kleinverbraucher ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 20: Tages-Lastprofile eines imaginären Kleinverbrauchers

Die Auswertung der detaillierten Messwerte der smart-me Module findet im Rahmen der Masterarbeit von Tim Friedrich an der Hochschule Darmstadt im Fachbereich Informatik statt und ist noch nicht abgeschlossen. Jedoch zeigt eine erste Analyse, dass es signifikante Abweichungen vom Standard-Lastprofil gibt und auch größere Unterschiede zwischen den einzelnen Haushalten, zwei Beispiele sind in Abbildung 4 und Abbildung 5 gezeigt.

Abbildung 21: Beispiel für ein Lastprofile, das stark vom Standard abweicht

Die Profile wurden jeweils über mehrere Tage gemittelt und weichen deutlich vom Standard-Lastprofil ab. Man erkennt im linken Profil, dass der Haushalt nachts einen sehr hohen Verbrauch aufzeigt und im rechten, dass es eher mittags einen hohen Stromverbrauch gibt. Diese ersten Resultate legen nahe, dass eine Gruppierung sinnvoll erscheint. Auch ist es wahrscheinlich, dass Veränderungen der Lebensumstände wie Homeoffice oder eine Veränderung der Personenanzahl im Haushalt, anhand der gemittelten Profile sichtbar werden.

Wenn die Gruppierung und Einordnung gut funktioniert, könnte man evtl. sogar die Haushalte, die keine Meta-Daten zur Verfügung gestellt haben, mit hoher Genauigkeit einer der Gruppierungen zuordnen.