Das Umschwenken auf mehr Nachhaltigkeit soll nicht nurVersorgern und Technikanbietern neue, vielversprechende Geschäftsmodelle erschließen, sondern auch dem Endverbraucher attraktive Verbesserungen und Kostensenkungen in Aussicht stellen. Basis aller Überlegungen und Unternehmungen für diesen Zukunftsmarkt sind dabei stets die Smart-Technologien – Smart Metering, Smart Home, Smart Cities und Smart Grid. Unbedingte Voraussetzung für deren Funktionieren sind neben einer flächendeckenden Infrastruktur die schlauen, kommunizierenden Zähler, die als Smart Meter bekannt sind. Sie können den Endkunden motivieren, steuernd in seine Energieverwendung einzugreifen (also auch bei Wasser, Gas oder Fernwärme). Die weltweite Einführung hat längst begonnen; in Deutschland laufen zahlreiche Tests. Seit einem Jahr sind Smart Meter für Neubauten, bis 2022 für sämtliche Haushalte obligatorisch. Die Attraktivität für den Geräteanbieter erschließt sich aus den Zahlen: In Europa sind rund 500 Millionen Zähler für Elektrizität, Gas, Wasser und Wärme zu ersetzen; die Marktforscher von IDC Energy Insights prognostizieren für Smart Meter bis 2015 ein weltweites jährliches Stückzahlwachstum von über 25 Prozent.
* Hager Vertriebsgesellschaft
Allein schon mit der Verschiebung von Lastspitzen und dem Füllen von Lasttälern ist nach Ansicht des VDE (in seiner Analyse „SmartEnergy 2020“) eine Steigerung der Energieeffizienz zu erreichen. Die Studie kommt zu dem Schluss: „Es stellt sich nicht die Frage, ob wir Smart Metering einführen müssen, sondern nur noch, wie, in welchem Umfang und in welchem Zeitraum dies geschehen wird.“ Doch noch fehlen belastbare Erfahrungswerte, ob dadurch wirklich mehr regenerative Energie nutzbringend verwendet und so der CO2-Ausstoß verringert werden kann – und wie rasch sich die Mehrkosten des Smart-Meter-Einsatzes speziell beim Endkunden rechnen.
Datenfalle Smart Meter?
Erste Erfahrungen in anderen Teilen der Welt waren nicht nur positiv. Vor allem sollen, einer österreichischen Studie zufolge, die Einbau- und Anschaffungskosten deutlich höher liegen als die dadurch ermöglichten Kosteneinsparungen. Mittlerweile hat sich sogar eine weltweite Widerstandsbewegung aufgebaut: Die Eingabe des Begriffs „Stop Smart Meters“ in die Suchmaschine schaufelt mehrere Millionen Fundstellen ans Licht. Ein Teil des Widerstands rührt daher, dass die Smart Meter durchaus auch Profile über das Leben des Verbrauchers vermitteln. Man kann diese Werte natürlich sinnvoll zur fundierten Verbrauchsberatung nutzen, kann ihnen indes andererseits den Tageszyklus und die Anzahl der im Haushalt lebenden Personen ebenso entnehmen wie Abwesenheits- und Urlaubszeiten. Die Skeptiker befürchten zudem, dass sich die Geräte fernsteuern und die Verbrauchsmengen manipulieren lassen könnten.
Dennoch leuchten die Argumente ein, die für die Einführung des intelligenten Verbrauchszählers sprechen: Mithilfe einer detaillierten Analyse der Energieaufnahme eines Haushalt auf dem Computer, gestützt durch gestaffelte Tarifangebote und kurze Abrechnungszyklen, kann der Endverbraucher das Netzgeschehen und seine Kosten beeinflussen. Optimale Lösungen setzen allerdings ein hohes Maß an Heimautomatisierung, also Smart Homes, voraus. Und intelligente Steuerungskonzepte sowie geeignete Netzwerke wie ZigBee,WiFi oder prorietäre Mesh-Netze, in Verbindung mit intelligenten Geräten, die sich beispielsweise automatisch einschalten, wenn der Strom gerade billig ist.
Die Stunde des althergebrachten Ferraris-Zählers – davon sind alleine in Deutschland rund 40 Millionen installiert – hat wohl geschlagen. Mehr und mehr moderne Elektronikmodule, die ihn mehr als bloß ersetzen, stehen bereit. Hauptbestandteil derartiger Smart Meter, die den Namen auch verdienen, ist eine Prozessorschaltung, die nicht nur für die Aufzeichnung und Speicherung des Verbrauchs sorgt, sondern die (verschlüsselten) Daten auch sofort an den Versorger weiterleitet, sei es übers Telefonnetz (DSL), Elektrizitätsnetz (Powerline Communication) oder über Funk.
An die Smart Meter werden hohe Anforderungen gestellt, sie müssen flexibel anpassbar sein: an die Spannung, an geografische Merkmale, an unterschiedliche IT-Systeme, an die Vorgaben der Energieanbieter, an die Kommunikations-Infrastruktur; sie müssen kompatibel, kostengünstig in Anschaffung und Betrieb sowie vor allem auch zukunftssicher und (per Software) aktualisierbar sein. Sowohl die Komponenten- als auch die Gerätehersteller bieten längst brauchbare Lösungen an, doch ihr breiter Einsatz verzögert sich infolge einer Reihe von Unsicherheiten sowohl hinsichtlich der weltweiten Gesetzgebung als auch der Kosten.
Smart Meter erfassen Strom und Spannung, gefolgt von einer A/D-Wandlung, Multiplikation und Integration. Sie bestehen aus Frontend, Low-Power-Mikrocontroller, Datenkonzentrator und multiplen bidirektionalen Kommunikationsschnittstellen. Als Sensoren dienen entweder Shunt-Widerstände oder (galvanisch getrennte) Stromtrafos oder Rogowski-Stromwandler. Unumgänglich sind manipulationssichere nichtflüchtige Speicher zur Energiepufferung oder zur Rettung von Zählerstandswerten.
Chancen für die Funktechnologien
Zur Übertragung der Messwerte setzen sich neben bereits etablierten drahtgebundenen Bussystemen wie KNX oder M-Bus die Funktechnologien immer stärker durch. Die europäische Norm EN 13757 standardisiert europaweit die Fernauslesung von Gas-, Strom- und Wasserzählern, und zwar im lizenzfreien 868-MHz-(ISM-)Band. Varianten entstehen im 433-MHz-Band sowie im neuerdings freigegebenen Metering-Band bei 169MHz mit größeren Reichweiten insbesondere innerhalb von Gebäuden und zulässigenSendeleistungenbis 500 mW (die sonst auf 25 mW begrenzt sind). Eine wesentliche Anforderung an Smart-Metering-Systeme ist eine lange Lebensdauer der Batterie. Die angestrebte hohe Reichweite wird durch ein großes Link-Budget erzielt. Dabei ist es meist effizienter, den Stromverbrauch zu optimieren, als die Sendeleistung zu vergrößern. Da Verbrauchszähler nur selten kommunizieren, wird die Betriebszeit eines batteriebetriebenen Gerätes wesentlich durch die typische Stromaufnahme im Sleep-Modus bestimmt, die im unteren zwei- oder dreistelligen nA-Bereich liegt.
De-facto-Standard für die USA
Aufbauend auf den aktuellen ZigBee-Protokollen ist speziell für den Bereich des Smart-Meterings das SEP (Smart Energy Profile) spezifiziert worden, das in den USA der De-facto-Standard ist. Mit der OpenMetering System (OMS) Specification ist auch das Datenformat so standardisiert, dass Geräte verschiedener Hersteller miteinander kommunizieren können. ZigBee ist durch die Nutzung des 2,4-GHz-Bandes nahezu weltweit einsetzbar. Aktuell sind weit mehr als hundert verschiedene Produkte nach SEP 1.X auf dem Markt. Ein großer Vorteil von ZigBee gegenüber dem (langsameren) Wireless-M-Bus ist die Netzwerkfähigkeit und die sich daraus ergebende Vernetzungsmöglichkeit mit anderen Haushaltsgeräten.
Freescale präsentierte vor Kurzem gemeinsam mit Qualcomm Atheros ein Energiemanagementsystem für Privathaushalte, das mit dem neuen SEP 2.0 über Wi-Fi, Ethernet und HomePlug GP arbeitet und so genannte Demand-Response-Systeme möglich macht. HomePlug GP ist eine neue, speziell für intelligente Stromnetze und Geräte konzipierte Spezifikation, die hinsichtlich Kosten, Abdeckung und Leistungsfähigkeit allen Kundenanforderungen gerecht werden soll. Mit dem neuen SEP 2.0 ist auch eine direkte IPv6-Unterstützung der Geräte möglich, also die attraktive direkte Internet-Anbindung mit vielversprechenden weiteren Aussichten.
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