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Energiemessung

Was »Smart Metering« alles kann

19. Mai 2010, 14:21 Uhr | Dr.-Ing. Florian Krug

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Vorteile von elektronischen Zählern im Smart-Metering-Bereich

Im Vergleich zum herkömmlichen elektromechanischen Ferrariszähler (er besteht aus einem „Ferrarisläufer“, wie er auch in einem Asynchronmotor vorkommt, in Verbindung mit einer mechanischen Zähleranzeige) soll jeder neue elektronische Zähler mit einem Kommunikationsmodul zur bidirektionalen Datenübertragung ausgestattet sein (Bild 2). Dies steigert zwar den Energieverbrauch durch Datenkommunikation und IT-Infrastruktur, allerdings verbraucht der Zähler selber weniger Energie (Eigenverbrauch ca. 1,5 bis 2 W im Vergleich zum elektromechanischen Zähler mit ca. 4 bis 5 W). Außerdem entfällt der Energieaufwand, der beim menschlichen Ablesen (Auto-Kraftstoff usw.) anfallen würde.

Neben dieser „produktbezogenen“ Energieeffizienz erhofft man sich zusätzlich eine „systembezogene“ Energieeffizienz. So motiviert ein elektronischer Zähler zum energieeffizienten Handeln, flexible, dynamische Tarife ergeben eine Lastverschiebung, Lastmanagementfunktionen können zum Einsatz kommen und die „Home Automation“ wird weiterentwickelt. Als Lastmanagement bezeichnet man den ökologisch und wirtschaftlich sinnvollen Einsatz eines bestehenden Kraftwerkparks sowie die Planung eventuell benötigter neuer Kraftwerke. Die Auslegung der Kraftwerkskapazitäten und der Verteilernetze muss immerunter der Berücksichtigung des Spitzenbedarfs erfolgen.

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Die Energieeinsparung durch Motivation der Kunden zum Energiesparen schätzt die Studie des Bundeswirtschaftsministerium „Potenziale der Informations- und Kommunikationstechnik zur Optimierung der Energieversorgung und des Energieverbrauchs (eEnergy)“ im Dezember 2006 auf mehr als 6,5 % oder 9,5 Mrd. kWh in 2010 (nur Stromzähler). Benötigt werden hierfür regelmäßige Informationen für den Endverbraucher, die über Stand-by-Verluste (Basislast) und Verbrauchsgewohnheiten (z.B. Klimaanlage) informieren (Bild 3), zu Energieeffizienz-Investitionen (z.B. Kühlschrank, Gefrierschrank, Beleuchtung) motivieren (Bild 4) und positives Feedback bei Verhaltensänderung oder nach getätigter Investition bieten (positive Rückkopplung). Außerdem ist eine gezielte Energieverbrauchsberatung auf Basis der genaueren Daten (Strom, Gas) denkbar.

Allerdings existieren auch einige Hemmnisse für Smart Metering, die es zu überwinden gilt. Eine geringe Eichgültigkeitsdauer sowie unterschiedliche Eichgültigkeitsdauern für Multi-Utility-Lösungen erweisen sich als hinderlich. Des Weiteren fehlt die Investitionssicherheit auf Grund von Mindeststandards für Gerätekonfiguration und Datenformate sowie organisatorische Unsicherheiten bei der Liberalisierung des Messwesens. Schließlich fehlen Anreize für Investitionen in Smart Metering: Monatliche Stromrechnungen oder vergleichbare Energieverbrauchsinformationen sind erforderlich, d.h., eine Umsetzung der europäischen Richtlinie zu Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen (EDL 2006/32/EG). Die neuen Stromzähler eröffnen den Kunden drei Handlungsoptionen, die zu einer Steigerung der Energieeffizienz führen können.

Erstens können durch die zeitnahe Überprüfung des Verbrauchs „Energiefresser“ identifiziert werden, was den Austausch von ineffizienten Geräten erst möglich macht.
Zweitens bietet die verbrauchsnahe Abrechnung eine Analyse des eigenen Verbrauchsverhaltens, was durchaus die Visualisierung von Einspareffekten zur Folge haben kann.
Drittens dienen die erweiterten Informationen als Vergleichsbasis mit einem „Standardhaushalt“, was eine generelle Erfassung des Kosten- Einsparpotentials ermöglicht.

Die Visualisierung des Energieverbrauchs bewirkt jedoch nicht „per se“ eine Verhaltensänderung. Um Verhaltensänderungen zu generieren, bedarf es zusätzlich zeitnah verfügbarer handlungskonkreter Informationen über Energieeinsparmöglichkeiten, gegebenenfalls einer Beratung zur Energieeinsparung, Aufzeigens eines konkreten Nutzens infolge der Energieeinsparung und einer Rückkopplung über den erzielten Erfolg. Werden diese Voraussetzungen erfüllt, so kann Smart Metering folgende Beiträge leisten:

Visualisierung von Verbrauch und Kosten „vorher“ und „nachher“,

Basis für spezifische Kundenangebote und Dienstleistungen inklusive Information und Beratung über Energieeinsparmöglichkeiten und Verknüpfung bzw. Vernetzung mit der direkten Steuerbarkeit von Energieverbrauchern.

Durch die Einführung intelligenter Messtechnik kann auf der Nachfrageseite die Wahrnehmung von Energieverbrauch und Energiekosten gestärkt werden, eine Lastverlagerung infolge lastvariabler Tarifgestaltung mit hoher Anreizwirkung erreicht werden und durch begleitende Information und Beratung über die kundenkonkreten Möglichkeiten der effizienten Energienutzung der Energieverbrauch gesenkt werden. Smart Metering kann daher als ein wesentliches Element einen Beitrag in der Handlungskette zur effizienten Energienutzung leisten.

Technische Möglichkeiten der „Smart Grids“

Mit dem Begriff „Smart Grids“, zu Deutsch „intelligente Netze“, werden ganze Netzwerke innerhalb der Stromversorgung bezeichnet, die durch Informations- und Kommunikationstechnik und einen hohen Automatisierungsgrad den Lastfluss in den Netzen besser regulierbar machen. Die Intelligenz liegt hierbei im gesamten Netz im Sinne von Netzwerken, nicht in physischen Stromnetzen als solchen.

Die Intelligenz eines so optimierten Netzes besteht vor allem darin, dass Informationen über den Zustand des Netzes umfassend und in Echtzeit übermittelt werden können, dass durch flexible Schaltungen bei Störungen interveniert werden kann und dass auch private Haushalte durch einen intelligenten Stromzähler (Smart Metering) gezieltes Lastmanagement betreiben können. Der Grundstein eines Smart Grids-Konzept wird durch die Informations- und Kommunikationstechnik gelegt. Abhängig von ihr sind die Systeme zur Datenübertragung, die wiederum für intelligente Netzleittechnik und Fernwirktechnik sowie für intelligente Zählgeräte und darauf aufsetzende Dienstleistungen entscheidend sind.

Datenübertragung durch Internet, GSM oder WLAN sind in Privathaushalten und Unternehmen schon längst Standard. Und auch der ZigBee-Kurzstrecken-Funkstandard ist in diesem Sektor, z.B. in Schweden, bereits vertreten. Man sammelt dort in einer kleinen Funkzentrale in einem Häuserblock die einlaufenden ZigBee-Datentelegramme der Zähler und gibt sie dann per GSM oder DSL weiter an eine Hauptstelle. Die Kosten für solche Techniken sinken fortlaufend, und die aktiven Player der Branche sind auf der Suche nach neuen Geschäftsfeldern.

Große Chancen für Informationsund Kommunikations-Systeme (IuK) liegen in naher Zukunft im Bereich der Energieversorgung, getrieben von steigenden Kosten für Strom und Wärme. Deutsche Kraftwerks- und Leitungsbauer nutzen intelligente Regelungstechnik und Netzmonitoring-Systeme in ihren neuen Produkten. Wegen der zunehmenden Einspeisung regenerativer Energien auf allen Spannungsebenen muss das zukünftige Stromnetz intelligent werden. Ein komplexes Datenkommunikationsnetz zwischen Erzeugern und Verbrauchern muss dazu parallel zu den Stromleitungen entstehen. Experten schätzen die nötigen weltweiten Investitionen für Ausbau und Modernisierung des Stromnetzes auf bis zu fünf Billionen Euro über die nächsten 20 bis 30 Jahre. Ein Markt, von dem auch die IuK-Branche profitieren wird.

Durch den Einsatz von IuK-Technik lassen sich z.B. Akteure, die sowohl zuschaltbare als auch abschaltbare Lasten besitzen, schneller in das Gesamtsystem integrieren. Die Versorgungssicherheit erhöht sich, da die Netze nun effizienter genutzt werden und durch einen erhöhten Kenntnisstand über das Netz aufgrund eines verbesserten Informationsflusses besser regelbar sind.

Weitere Innovationen für den Einsatz solcher Techniken in der Netzbetriebsführung und im Energiemanagement sind zu erwarten. So erwachsen mit der Technik auch vielfältige neue Optionen im Endkundengeschäft (Effizienz durch Datenmanagement zur Netz- und Lastflussoptimierung, Fernwirktechnik, Smart Metering etc.), die große Umwälzungen erwarten lassen. Mit IuK-Technik können sowohl Energieversorgungsunternehmen ihre Endkunden besser verstehen lernen, als auch der Energienutzer in die Lage versetzt werden, sich über seinen Energiebedarf aufzuklären und die Energieeffizienz zu steigern.