Intelligente Zähler Ohne intelligente Zähler kein intelligentes Netz

Für Smart Grid müssen alle Netzkomponenten „smart“ werden - auch die Zähler Das künftige Stromnetz soll mit schwankender Energieerzeugung durch Sonnen- und Windkraftanlagen ebenso sicher und zuverlässig umgehen können wie mit schwankender Last. Um Angebot und Nachfrage künftig mit hoher Effizienz ins Gleichgewicht bringen zu können, soll das Stromnetz „smart“ werden - mit den über das Netz verteilten Erzeugern und Gebrauchern elektrischer Energie kommunizieren. Für die Energieversorger bedeutet das den Austausch der Ferraris-Elektrizitätszähler bei ihren Kunden gegen „Smart Meter“.

Intelligente Elektrizitätszähler sind die Eckpfeiler des intelligenten Stromnetzes. Diese Erkenntnis formulierte 2009 das US-Energieministerium im Smart Grid System Report [1]. Die  so genannten Smart Meter versorgen Energieversorger und -gebraucher mit Energiegebrauchswerten und Informationen zum Abnahmezeitpunkt. Darüber hinaus empfangen sie Marktsignale, unterstützen bei der Abstimmung der Elektrogeräte im Haushalt und steuern die Energieaufnahme.  Werden solche fortschrittlichen Messtechniken nicht flächendeckend und erfolgreich in jedem Haushalt implementiert, wird sich die Schere zwischen Energienachfrage und -angebot noch weiter öffnen. Ohne intelligente Elektrizitätszähler würden die Möglichkeiten und Chancen eines intelligenten Stromnetzes untergraben - und damit in letzter Konsequenz auch das Wohl der Allgemeinheit.

Nach Meinung von Tom Kuhn, dem Präsidenten des Edison Electric Institute [2], könnte die erfolgreiche Realisierung einer fortschrittlichen Zählerinfrastruktur durch die Entwicklung einer neuen Klasse äußerst zuverlässiger, sicherer und kostengünstiger Smart Meter allerdings nur durch den Einsatz neuartiger Kommunikations-, Verschlüsselungs- und Halbleitertechnik garantiert werden [3]. Das größte Hindernis bei der Entwicklung eines so genannten Smart Grids stellen jedoch die Kosten dar, die sich nur für die Smart-Meter-Ertüchtigung des Versorgungsunternehmens auf bis zu 27 Mrd. US-Dollar belaufen können.

Eine weitere wichtige Komponente, wenn nicht Schlüsselkomponente, des intelligenten Stromnetzes stellt der Verbraucher dar. Die Aufgabe besteht hier darin, seine Energiegebrauchsgewohnheiten und grundsätzliche Einstellung durch eine verbesserte Kommunikation und Wahrnehmung der entscheidenden Informationen so zu verändern, dass die Entscheidung für eine effiziente Energienutzung nur logisch erscheint.

Die gute Nachricht ist, dass sich zum einen die Gesellschaft noch nie zuvor so aktiv an der Diskussion über effiziente Energienutzung beteiligt hat und dass sich zum anderen die Industrie bei der Entwicklung energiesparender Produkte noch nie so engagiert hat. Dies gilt auch für Produkte aus den Bereichen verbraucherorientiertes Energiemanagement und Automatisierung, wie z.B. intelligente Hausgeräte, Internetportale und entsprechende Dienste. Es sind also ein Trend und ein gewisses Moment vorhanden. Allerdings beträgt der Anteil der Smart Meter mit Zweiwege-Kommunikationsfähigkeit an der installierten Gesamtzählermenge von 1,6 Milliarden bisher nur 6 %.

Intelligente Hausgeräte können zum Beispiel die Energieaufnahme reduzieren oder umverteilen, wenn die Kunden durch dynamische Preismodelle oder andere finanzielle Anreize ausreichend motiviert würden. Informationen wie z.B. Tarifsignale müssen nicht zwangsläufig über den intelligenten Zähler des Versorgers bereitgestellt werden, sondern können auch über Internetgeräte des Verbrauchers wie Router und Gateways bezogen werden. Jedes Verfahren hat für Verbraucher und Versorger unterschiedliche Vor- und Nachteile, wenn es um Informationssicherheit (oder Privatsphäre), Netzsicherheit, Gerätekompatibilität und kommerzielle Verfügbarkeit geht.

Im Grunde können beide Verfahren getrennt oder kombiniert genutzt werden. Neueste Versuche in Bezug auf die Effektivität von intelligenten Hausgeräten, die mit intelligenten Zählern und über dynamische Tarifmodelle betrieben wurden, haben vielversprechende Ergebnisse geliefert. Die Spitzenlast konnte erheblich verringert werden, was dann letztendlich auch zur Reduzierung der Energiekosten führt.

Der Großteil dieser vorbereitenden Untersuchungen basiert allerdings auf einfachen Entscheidungsalgorithmen zur Steuerung der Ein- oder Aus-Zustände der Geräte als Funktion der empfangenen Tarifsignale. Weiterhin wurden recht grobmaschige Schemata wie Teilmessungen auf Geräteebene zugrunde gelegt, wo die Kunden häufig dynamische und durchdachte Entscheidungen in Bezug auf ihre Energienutzung treffen. Die Studien befinden sich hauptsächlich auch wegen fehlender kostengünstiger Messgeräte für die Hausgeräte noch in einer frühen Entwicklungsstufe.

Heute sind diese Geräte verfügbar. Große Hersteller entwickeln zunehmend intelligente Hausgeräte, nicht nur durch den Anreiz der staatlichen Förderungen, sondern auch durch die grundlegende Erkenntnis begründet, dass der Kunde von heute an diesem Prozess teilhaben möchte und die nötige Transparenz fordert. Nach Ansicht der Versorger kann sich der Verbraucher mithilfe dieser Transparenz ein viel besseres Bild über die tatsächlichen Gerätebetriebskosten machen und sein Gebrauchsverhalten dementsprechend anpassen. Oder er kann auf weiterentwickelte Anwendungen wie internet-basierte Dienste von Microsoft und Google zurückgreifen, um letztendlich den Energiebedarf und die entsprechenden Kosten zu reduzieren.

Die Entwickler dieser komplexen Geräte müssen sich mit Problematiken wie Zuverlässigkeit, Kosten und Skalierbarkeit auseinandersetzen. Deswegen werden Halbleiterbausteine zur Energiemessung eine Schlüsselrolle einnehmen, nicht nur bei Herstellern, die erstmals eine Energiemessfunktion in ihre Geräte integrieren, sondern auch bei erfahrenen Entwicklern von Smart Metern.

Wohin geht die Reise?

Sogar vor dem Hintergrund einer Anreizförderung von 4 Mrd. US-Dollar im Jahr 2010 stellen die Entwicklungskosten für kleine bis mittelgroße Energieversorgungsunternehmen weiterhin eine große Hürde dar. Denn die Verteuerung der Hardware stellt das Streben nach Rentabilität vor neue Herausforderungen. Die höheren Kosten werden hauptsächlich von einer ganzen Reihe informationstechnischer Funktionen verursacht, wie z.B. Lastprofilspeicherung, Verschlüsselung, mehrfache sichere bidirektionale Kommunikationsschnittstellen ins Netz und zu den Haushaltsgeräten, Anzeigen sowie fernsteuerbare Trennrelais und zusätzliche Leiterplatten. Hinzu kommen noch weitere Kosten, die mit der Angst zusammenhängen, nicht ausreichend programmierbare, erweiterbare und zukunftssichere Zählersysteme zu entwickeln.

Denn die Smart-Grid-Anwendungen, für die diese Zähler benötigt werden, befinden sich mit ihren Sicherheits- und Kompatibilitätsstandards selbst noch in der Entwicklung. Um auf der sicheren Seite zu sein, werden mehr Speicher und mehr Rechenleistung - bezogen auf den in der Planung berücksichtigten Zeitraum - als nötig implementiert, wodurch die Kosten steigen.  Niemand möchte eine groß angelegte Markteinführungskampagne durchführen, nur um nachher herauszufinden, dass die Entwicklungsmöglichkeiten des intelligenten Stromnetzes unzureichend berücksichtigt wurden und Geräte schon nach kurzer Zeit ersetzt werden müssen.

Eine übereilte Markteinführung kann auch zu einer schnellen Veralterung und einem vorzeitigen Austausch der eingebauten Zähler führen, was zwangsläufig die Infrastrukturbetriebskosten seitens der Versorger in die Höhe treiben muss. Aber die vielleicht größere Herausforderung ist die verringerte Nutzungsdauer und Zuverlässigkeit dieser komplexen elektronischen Messgeräte. Die größere Anzahl an Bauelementen und Verbindungsstellen könnte kürzere Wechselzyklen erfordern als sie bisher bei den älteren, einfacheren Ferraris-Zählern üblich waren.