Requirements Engineering I, HS 11

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1 Requirements Engineering I, HS 11 Fallstudie 1 Ausgangslage und Hintergrundinformation Die Firma NRGCorp ist ein europaweites Energieunternehmen, das Strom erzeugt, handelt und an den Endverbraucher verkauft. Die Firma betreibt verschiedene Kraftwerke in einzelnen Regionen Europas, darunter einige Atomkraftwerke, Kohlekraftwerke, Gaskraftwerke, aber auch Wasser-, Wind-, und Solarkraftwerke. NRGCorp baut zuzeit sein Angebot an regenerativen Energien stark aus. Allerdings gehen mit der vermehrten Erzeugung von Strom aus regenerativen Energiequellen einige Herausforderungen auch an die weitere Vertriebskette einher: Ein Hauptunterschied zwischen herkömmlich produzierter Energie und den regenerativen Energielieferanten Wind und Sonne ist, dass die Energieerzeugung schlechter steuerbar ist. Nur wenn Wind weht bzw. die Sonne scheint, kann Energie erzeugt werden. Klassischerweise wurde die Energieerzeugung an die Lastkurven der Verbraucher über den Tag angepasst. Durch Erfahrungsdaten über die Jahre kann die abgefragte Last nach Abhängigkeit von Tageszeit, Jahreszeit und Wetter abgeschätzt werden. Auf die verbleibende Unsicherheit muss flexibel reagiert werden. Während einige eher kontinuirlich zu betreibende Kraftwerke (wie Atomkraftwerke, Kohlekraftwerke, Laufwasserkraftwerke) also Strom für die über den ganzen Tag benötigte Grundlast erzeugen, werden andere, leichter regelbare Kraftwerkstypen oder Energiespeicher, wie Gaskraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke, dazu verwendet, Lastspitzen auszugleichen. Regenerative Energien wie Solar- und Windkraftwerke dieses klassische Bild, da sie nicht gesteuert werden können (ausser sie zu drosseln, was Energie verschenkt) aber gleichzeitig ihre Leistung nicht garantiert ist (sondern z.b. vom Wetter abhängt). Dies führt dazu, dass in der klassischen Herangehensweise immer sog. Schattenkraftwerke [1] bereitgestellt werden müssen, die leicht regelbar sind (bspw. Gaskraftwerke) und bei Wegfall der regenerativen Energie zugeschaltet werden können. Diese Schattenkraftwerke verursachen jedoch Kosten und insbesondere im Betrieb, da sie weniger effizient in der Stromerzeugung sind. Um diese Problematik vermindern, ist eine weitere Herangehensweise, das Verbrauchverhalten 1

2 der Endkunden zu beeinflussen und somit nicht nur die Energieerzeugung der Lastkurve anzupassen, sondern auch umgekehrt. Die Grundidee ist, den Strompreis dynamisch an das Stromangebot anzupassen und dem Kunden weiterzugeben. Durch neue Informations- und Kommunikationtechnologie wird es möglich sein, intelligente Stromzählern (Smart Meter) in den Haushalten und Unternehmen zu installieren, die flexibel auf das schwankende Stromangebot reagieren können und entweder den Kunden nur über den Strompreis informieren, oder autonom Geräte abhängig vom momentanen Preis an- oder abschalten. Auch die Firma NRGCorp möchte an diesem Trend teilhaben und ein eigenes Software-System entwickeln, das es ermöglicht, den Strompreis an den Kunden weiterzugeben und so den Strombedarf steuern zu können. 2 Das neue System Brief von Egbert Grönstrom Herr Grönstrom ist innerhalb der Firma NRGCorp der Hauptinitiator im Bereich Smart Grids, d.h. in der Unterstützung verschiedener Fragestellungen wie Informationstechnologie den Energiemarkt effizienter machen kann. Er möchte nun als weitere Initiative ein Software-System entwickeln lassen, das den Strompreis an den Kunden weitergibt und so den Verbrauch steuert. Herr Grönstrom tritt an Sie heran mit dem Auftrag, die Anforderungen für ein solches Software- System zu erheben und zu spezifizieren. Er hat Ihnen dazu den folgenden Brief geschrieben. Sehr geehrter Berater, das Ziel dieses Projektes ist es, das Verbrauchsverhalten der Kunden an die zur Verfügung stehende erzeugte Energie anzupassen, so dass wir weniger teuren Lastausgleich betreiben müssen wenn die Stromerzeugung durch einige Typen von regenerative Energien schwankt. Grundidee ist es, den Preis des Stroms dynamisch an die Verfügbarkeit anzupassen, und so Anreize zu bieten, Strom abzunehmen wenn er gerade viel verfügbar und somit günstig ist. Hierzu benötigen wir ein neues Software-System, dass dem Kunden Information über den momentanen Strompreis liefert, dem Kunden die Möglichkeit bietet, seinen Stromverbrauch abhängig vom Preis zu bestimmen, und ggf. auch autonom die Geräte des Kunden nach seinen Vorgaben steuert. Wir stellen uns dieses System bisher wie folgt vor. Das System soll verschiedene Geräte im Haushalt des Kunden (wie Waschmaschine, Kühl- und Eisschrank, Backofen, Ladegeräte, aber auch zum Beispiel das Elektroauto in der Garage) steuern und so die Stromkosten für den Kunden optimieren, was gleichzeitig dazu führt dass unsere Erzeugungskosten sinken. Wie das System die Geräte steuert soll natürlich vom Kunden vorgegeben werden können. Im Endeffekt hat der Kunde natürlich weiterhin die Oberhoheit über seine Geräte und kann waschen und kochen, wann er will! Die Idee ist aber, dass er Regeln angeben kann: Beispielsweise kann er morgens die Waschmaschine so einstellen, dass sie irgendwann über den Tag wäscht wenn der Strompreis unter einen gewissen Wert fällt, aber spätestens an einem gewissen Endzeitpunkt, beispielsweise um 18 Uhr, fertig ist, auch wenn der Strompreis diesen Wert über den 2

3 Tag nicht erreicht; dass heißt dass die Waschmaschine spätestens dann startet wenn die Zeit bis zum Endzeitpunkt noch ausreicht um zu waschen. Der Kunde soll aber auch emotional vom System angesprochen werden. Dazu ist unerlässlich, dass das System eine angenehme und einfache Benutzeroberfläche hat. Wir stellen uns im Moment vor, dass es das System eine Oberfläche im lokalen Netzwerk anbietet, beispielsweise über HTTP. Der Kunde sollte die Oberfläche sowohl mit seinem PC, als auch mit mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Tablets vom Sofa aus zugreifen können. Auf dieser Oberfläche soll der Kunde das System nach seinen Wünschen konfigurieren können, also die oben genannten Regeln angeben können. Ausserdem können hier neue Geräte des Haushalts hinzugefügt und beschrieben werden. Zu dieser Beschreibung gehört der Name des Geräts und sein Typ. Dann gibt es zwei Arten von Geräten: ich nenne sie Auftragsgeräte und kontinuierliche Geräte. Auftragsgeräte sind beispielsweise die o.g. Waschmaschine, sie sollen bis zu einem Endzeitpunkt fertig werden. Der Kunde muss für solch ein Geräte weiterhin angeben, ob es unterbrochen werden kann (das Laden des Elektroautos kann beliebig wieder unterbrochen werden, die Waschmaschine soll aber ggf., je nach Beladung, in einem durchlaufen, da die Wäsche sonst zerknittert). Die benötigte Laufzeit soll das System dann direkt vom Gerät erfragen, sie kann von der Situation abhängen. Andere Gerätetypen laufen kontinuierlich, müssen aber eine gewissen Leistung bringen, wie beispielsweise der Kühlschrank. Dieser soll nie unter eine bestimmte Temperatur, die vom Kunden angegeben werden kann, sinken. Andere Geräte verwenden andere Informationen für das Limit. Welche das sind, müssen sie dem System mitteilen, damit das System wiederum die Limitwerte vom Kunden erfragen kann. Dann muss das System im weiteren Verlauf sicherstellen, dass das Limit nicht unterschritten wird, dazu kann es das Gerät immer wieder anfragen, ob das Limit im nächsten Zeitslot noch erfüllt sein wird. Weiterhin soll der Kunde vom System über seinen bisherigen und momentanen Verbrauch informiert werden, und dies natürlich auch wieder ansprechend. Das System könnte ihm hier auch Optimierungspotential in der Vergangenheit aufzeigen: Wie hätte das System anders konfiguriert werden können (beispielsweise durch o.g. Konfiguration der Waschmaschine) und wieviel Strom hätte er dadurch gespart. Um den Kunden hier auch emotional anzusprechen, sollten die Daten nicht nur in Kilowattstunden und daraus abgeleitet in CHF angegeben werden, sondern insbesondere Daten wie das gesparte CO 2 und der Anteil regenerativer Energien an seinem Stromverbrauch. Hier sind die Möglichkeiten endlos, wie mir gerade klar wird: Durch Massnahmen ähnlich wie in sozialen Netzen könnte der Stromverbrauch auch mit Freunden geteilt werden, und als Wettbewerb aufgefasst werden, oder es könnten Spiele eingebunden werden bei denen der Stromverbrauch mit eingebracht wird (als Credits im Spiel zum Beispiel) und bei denen wiederum Strom gewonnen werden kann. Das System selbst soll natürlich auch möglichst energiesparend sein, es soll nicht dauernd Berechnungen durchführen die dann wieder mehr Strom verbrauchen als der Kunde durch seine Massnahmen eingespart hat. Neben der Kommunikation mit dem Kunden muss das System natürlich auch noch mit anderen Systemen und Geräten interagieren. Zum einen muss es, wie oben angedeutet, den Stromverbrauch von Haushaltsgeräten messen, und die Geräte selbst steuern. Dies geht natürlich nur, wenn die Geräte mit einem entsprechenden Controller ausgestattet sind, mit dem das Gerät über 3

4 ein standardisiertes Protokoll interagieren kann. Wir wollen selbst solche Controller nicht herstellen, sondern nehmen an, dass die Geräte bereits mit solchen Controllern ausgestattet sind. Wir müssen hier noch genauer evaluieren, über welche Eigenschaften die bisherigen Standards und Controller von zum Beispiel Home Automation Systemen bereits verfügen, so dass wir sie mitnutzen können. Wenn ich also von Gerät spreche, meine ich eigentlich den Controller. Weiterhin muss das System mit unserem zentralen Planungssystem interagieren. Unser Planungssystem ist auch dafür verantwortlich, ggf. Strom bei der Strombörse einzukaufen oder zu verkaufen, womit wir auch einen gewissen Ausgleich haben können. Die zwei wichtigsten Punkte hier sind, dass zum einen das zentrale Planungssystem dem System Preissignale sendet, die den aktualisierten Strompreis und die voraussichtliche Dauer dieses Preises enhält, und zum anderen dass das System die Verbrauchsdaten des Kunden an das zentrale System sendet. Nachdem es neue Preisinformationen bekommen hat, muss das Gerät dann anhand der Regeln prüfen, ob Geräte gestartet werden sollen, und diese ggf. starten. Das System soll übrigens nur mit unserem zentralen Planungssystem interagieren. Es soll nicht möglich sein, dass das System den Strom bei einem Konkurrenten bezieht. Wichtig hierbei ist natürlich auch, dass die Kommunikation mit dem zentralen Planungssystem sicher ist und die Daten der Kunden geschützt werden, es soll niemand ausser uns etwas aus dem System abfragen können oder, noch schlimmer, das System von aussen steuern können. Wichtig ist auch noch, dass das System nicht nur für den Kunden, aber auch für unsere Monteure einfach zu bedienen, zu installieren und zu warten ist. Da dieses Feld neu und innovativ ist, müssen wir Wert darauf legen, die Bedürfnisse und Wünsche der Endkunden noch genauer herausfinden. Die Akzeptanz der Benutzer ist bei diesem System natürlich von höchster Wichtigkeit. Das gesamte Projekt ist eine umfangreiche Investition unsererseits und mit einem hohen Risiko verbunden. Soweit erst einmal eine erste Skizze des Projektes und des zu erstellenden Systems. Ich bin gespannt auf Ihre Ausarbeitungen und freue mich auf die Zusammenarbeit. Mit besten Grüssen, Egbert Grönstrom 2.1 Gespräch mit Lisa Correverde Kurz nachdem Sie der Brief von Herrn Grönstrom erreicht hat, erhalten Sie einen Anruf von Frau Correverde, ebenfalls aus dem Bereich Smart Grid der Firma NRGCorp. Sie sieht die Pläne von Herrn Grönstrom kritisch. «Herr Grönstrom hat sicher ein innovatives Projekt vor, doch wir müssen aufpassen, dass wir uns hier nicht übernehmen oder verrennen. Zum einen gibt es innerhalb des Smart Grid Bereichs noch weitere Projekte, die ebenfalls einen hohen Mehrwert versprechen bei geringerem Risiko, da hier die Akzeptanz der Endkunden keine so zentrale und gleichzeitig schlecht kalkulierbare Grösse darstellt. Dorthin sollten unsere Ressource fliessen. Wir sollten das neue System defensiver und insbesondere kostengünstig entwickeln. Alle Funktionalität, die nicht unbedingt für das Kernsystem selbst benötigt werden, sollten erst einmal weggelassen werden. Wir können es uns nicht leisten, zuviel in ein Projekt mit hohem Risiko zu investieren. Wenn das ganze dann fliegt, und vielleicht von einer Menge von Testbenutzern im Realbetrieb akzeptiert wird, können wir das System immer noch um weitere Funktionalitäten und Spielereien ergänzen. 4

5 Ich vertraue auf Ihre Fertigkeit, die Grundlage für die beste Lösung für das Projekt, aber auch die ganze NRGCorp, zu erarbeiten.» Literatur [1] energiedebatte.com. Was versteht man unter schattenkraftwerken