Lehrstuhl für Nachhaltige Energiekonzepte Prof. Dr. Ing. Jürgen Voss Ausarbeitung zum Thema Smart Metering Im Rahmen der Projektarbeit Rationeller Energieeinsatz von Martin Knapp Andreas Siegert Ewald Kalloj Bilal Karapinar Morel Dagba Andreas Englert
Einleitung Der Energiemarkt befindet sich weltweit im Wandel. Immer knapper werdende fossile Energieressourcen, sowie steigende Energienachfragen, Energiekosten und Umweltbelastungen, insbesondere der CO2 Ausstoß erfordern neue Denkweisen. So hat die EU die EU-Richtlinie über Energieeffizienz und Energiedienstleistungen im April 2006 ins Leben gerufen. Eine derzeit steigende Popularität erfährt das Smart Metering Intelligentes Messen und Zählen sowie Steuerung und Kommunikation zwischen Energieerzeuger und Verbraucher. Grundlegende Voraussetzung hierfür ist ein mit Zusatzfunktionen ausgestatteter elektronischer Zähler das Smart Meter. Das dass Smart Metering Konzept auch tatsächlich funktioniert zeigen bereits durchgeführte und aktuell noch laufende Projekte im In- und Ausland. So stattete bereits 2001 bis 2005 das Versorgungsunternehmen Enel in Italien sein gesamtes Netz (30 Millionen Kunden) mit Smart Meter aus. Auch in Schweden wurden durch die Firma Vattenfall 700.000 Haushalte mit Stromzählern aus dem Hause Echolon ausgestattet. Weitere Projekte mit der Installation von Smart Metern bestehen bereits oder sind in Planung. Beispiele dafür sind Frankreich mit 300.000, Russland mit 180.000 Haushalten sowie die Niederlande. Die beiden größten Projekte in Deutschland mit jeweils 100.000 Haushalten dienen primär der Forschung nach einem Standard für das Messwesen und für die Kommunikationswege beim Smart Metering. In Mühlheim an der Ruhr wird ein von RWE gemeinsamer Standard für Deutschland erforscht während in Bayern von der Firma Eon verschiedene Methoden der Datenübertragung (GPRS, DSL, Powerline, Funk) getestet werden. Ein weiteres Kleinprojekt in Celle Neustadt erfasst zusätzlich auch den Wasser- und Gasverbrauch. Wichtige Hersteller für Smart Meters sind unter anderem Echolon, Enel, Görlitz und Elster. In dieser Arbeit sollen die aus dem Smart Metering System resultierenden Möglichkeiten für Geschäftsfelder, Produkte und Nutzen des Industrie- und Dienstleistungssektor analysiert werden. Dazu stellen wir drei Beispiele aus möglichen Geschäftsfeldern vor und besprechen die daraus resultierenden Produkte und deren Nutzen. Um auf die Beispiele näher eingehen zu können muss vorher geklärt werden, welche Voraussetzungen für Smart Metering erfüllt sein müssen und welche Möglichkeiten sich aus ihnen ergeben. So ist ersichtlich, wo sich potentielle Geschäftsfelder auftun. Im Folgenden sollen diese Voraussetzungen kurz skizziert werden.
Voraussetzungen für Smart Metering Investitionsrisiken und Gesetzgebung Von der Investorenseite aus gesehen, ergibt sich die Frage nach der Wirtschaftlichkeit des Smart Metering Systems. Lassen sich die Investitionen die getätigt werden refinanzieren und wenn ja durch welche Mittel (Subunternehmen, Netzentgelte, Subventionen von staatlicher Seite, etc.) und über welchen Zeitraum? Dies hängt maßgeblich von der Gesetzgebung ab, die die Standards vorgibt und durchsetzt. Dabei ist es besonders wichtig, dass die Politiker langfristig geltende Gesetze verabschieden um den Versorgern und den Investoren Planungssicherheit und einen Investitionsanreize bieten zu können. Die Gefahr besteht darin, dass ein stetiger Wandel beziehungsweise eine ständige Überarbeitung sowie die Durchsetzung der Gesetzestexte die mit neuen Auflagen verbunden sind und infolge dessen mit erneuten Kosten für die Betreiber / Investoren einher gehen. Diese Risiken bieten daher wenig Anreiz zu investieren, da die Kosten langfristig nicht gedeckt werden können. Technologische Voraussetzung Aus technologischer Sicht zeigt sich, dass die Zuverlässigkeit des Kommunikationsnetzes zwischen Smart Meter und Leitstelle entscheidend ist, sei es eine Funkverbindung, die Verbindung über Internet oder Ethernet (LAN). Wichtig ist auch die Zuordenbarkeit der Zähler-ID und Kunden-ID (sowie der GPS-Koordinaten wenn es sich um eine Funkverbindung handelt) um Verwechslungen unter Kunden und den zugehörigen Smart Meter auszuschließen. Welche Kommunikationsschnittstellen sind direkt am Smart Meter notwendig (Beispiele: IR, CS, RS485) und welche für die Internetschnittstelle (Beispiele: PPP, TCP/IP, FTP, SNMP, NTP)? Hier zeigt sich sofort, dass sich an dieser Stelle das Problem der Standardisierung auftut. Interoperabilität und Standardisierung Als Interoperabilität versteht man die nahtlose Zusammenarbeit von Systemen, Techniken oder Organisationen. Durch verschiedene Standards ist dies derzeit nur in Versorgungsgebieten einzelner EVU gegeben und dies führt zu überwiegend nicht genormten und unverschlüsselten Datenaustausch. Um die gewonnen Daten mit weniger Aufwand und Zusatzkosten zu bearbeiten muss man eine Vereinheitlichung der Formate anstreben.
Momentan gibt es unterschiedliche Standards bei der Datenübertragung, Zählerhardware und Zählerdatenübertragung (ISDN, GSM, GPRS, PLC, etc.) und darüber hinaus werden internationale Standards wie der IEC 61850 nur schleppend akzeptiert. Dieser momentane Zustand erschwert schlichtweg die Planungssicherheit und den Investitionsanreiz. Datenschutz Da es sich bei den Mess und Steuerdaten ( zum Beispiel Aktivierung von Sicherheitssystemen und Überwachungseinrichtungen ) um sensible Daten handelt, müssen besondere Schutzmaßnahmen im Bereich Hardware und Software getroffen werden. Die Manipulation des elektrischen Stromzählers sollte ausgeschlossen werden können, gleiches gilt für die Datenübertragung. Die Gefahr bei unzureichendem Datenschutz besteht darin, dass durch systematische Auswertung von Verbrauchdaten durch Zweit- oder Drittparteien Nutzungsprofile einzelner Haushalte aufgestellt werden können, die nicht nur den EVU dienen, sondern die für Werbeanrufe und gezielte Werbung an Kundengruppen zweckdienlich ist. Man denke nur an das Stichwort gläserner Kunde. Eine Möglichkeit diese Problematik zu lösen ist, dass ähnlich wie bei dem Telekommunikationsdienstgesetz (TKG 88) personenbezogene Daten von Kunden, nur zur Erfüllung der Verpflichtung des Anbieters genutzt werden dürfen. Die Verwendung von Kundendaten für andere Zwecke benötigt die ausdrückliche Genehmigung des Kunden. Geschäftsfelder Durch die Einführung der intelligenten Zähler erschließen sich neue Geschäftsfelder. Datenerfassung und Verarbeitung, Technischer Service sowie Kundenservice werden hier Beispielhaft aufgeführt. Es wird sich zeigen welche weiteren Geschäftsfelder in Zukunft noch entstehen werden. Datenerfassung und Datenverarbeitung Da es bereits beim Datenschutz um die Behandlung der Mess- und Kundendaten ging, die sehr sensibel sind, stellt sich die Frage, wie sich die Mess- und Kundendaten noch weiter verarbeiten lassen. Der Gedankensprung von der Sicherung und des Schutzes der Daten hin zur Auswertung und Verwendung der Daten für Energieeffizienzsteigerung und Kostenersparnis ist nicht mehr weit. Es eröffnet sich das Geschäftsfeld der Datenerfassung und Datenverarbeitung. Aus der Datenerfassung und Verarbeitung der Kunden- und Verbrauchsdaten, sowie deren Verarbeitung ergeben sich als Produkte zum Beispiel Energiemonitoring und
Leerstandsüberwachung weil man aufgrund der Echtzeitdatenerfassung ablesen kann, ob Strom verbraucht wird oder nicht. Daraus lässt sich schließen, ob sich jemand im Haushalt aufhält. Dies beinhaltet auch die Objektüberwachung als Produkt dieses Geschäftsfeldes. Der Nutzen der hier genannten Produkte liegt auf der Hand. Da sich die Verbrauchsdaten jederzeit on demand ablesen lassen, kann man anhand dieser stets aktuellen Daten die Last im Stromnetz regeln, d.h. es lassen sich konsequent unnötige Verbraucher von der Leitstelle aus- und abschalten wenn z.b. eine Überlast droht. Dadurch lassen sich in Zukunft verheerende Netzausfälle mit großen finanziellen Auswirkungen vermeiden. Durch das Energiemonitoring ergeben sich sowohl eine Verbrauchs- als auch eine Kostentransparenz. Infolge dessen lassen sich sowohl die monetären Verluste als auch die energetischen Verluste (Verschwendung) minimieren. Das hat folglich auch Auswirkungen auf den Umweltschutz. Dadurch dass die elektrische Energie effizienter eingesetzt wird, wird der Schadstoffausstoß, insbesondere der CO2- Ausstoß, reduziert. Kundenservice Ein weiteres Geschäftsfeld ist der Kundenservice. Aus diesem Geschäftsfeld entstehen unter anderem Produkte wie Tarifangebote, Prepayment, neue Abrechnungssystem und Energieberatung. Durch verschiedenartige Tarifangebote ergeben sich für den Kunden Kosteneinsparungen und für die Energieversorgungsunternehmen eine stärkere Kundenbindung. Eine Sonderform der Tarife ist das Prepayment. Hierbei können vom Kunden im Voraus Energiekontingente erworben werden. Dem Energieversorgungsunternehmen entsteht somit eine höhere Sicherheit bei vertrauensunwürdigen Kunden. Dadurch werden finanzielle Verluste für die Unternehmen reduziert. Der Kunde kann durch das Prepayment flexibler auf Preisveränderungen reagieren, indem er den Strom von einem anderen Anbieter bezieht. Neue Abrechnungssysteme ermöglichen den Energieversorgungsgunternehmen eine z.b. monatliche Rechnungsstellung welche für den Kunden mehr Transparenz seines tatsächlichen Energieverbrauchs bietet. Besonders wichtig ist in diesem Geschäftsfeld die Energieberatung der Kunden mit dem Zweck seine Kosten zu senken aber auch um das öffentliche Netz zu entlasten, da weniger Energie transportiert werden muss, was im Weiteren auch zu sinkenden Kosten beim Energieversorgungsunternehmen führt. Technischer Service Denkt man an die Installation und Wartung des Smart Metering Systems, sowie an das Produkt der Unterhaltung des Kommunikationsnetzes, die aus diesem Geschäftsfeld entstehen, so kann man dadurch leicht einen Rückschluss auf das Geschäftsfeld technischer Service ziehen.
Für die Installation der Smart Meter werden qualifizierte Arbeitskräfte wie z.b. Elektroinstallateure kurzfristig benötigt um das entstehende Auftragsvolumen abdecken zu können. Nachfolgende Wartung und Reparatur der Messsysteme sollen von Messstellenbetreibern übernommen werden. Die Aufgabe des Messstellenbetreibers wurde bis jetzt vom EVU selbst übernommen. Durch das Unbundling der Energiewirtschaftsstruktur soll eine Trennung zwischen den Energieversorgungsunternehmen, Messstellenbetreibern und Messdienstleistern vorgenommen werden. Zusätzlich wird der Einstieg von Messstellenbetreibern und anderen Messunternehmen in den Markt durch eine Umstellung der Messtechnologie vereinfacht. Es wird sich zeigen ob die Versorger in diesem Bereich aktiv werden und die entstehenden Geschäftspotentiale nutzen oder ob neue Unternehmen in diesen Markt einsteigen werden. Dieses Geschäftsfeld lässt also durchaus Arbeitsplätze in diesen Bereichen entstehen die allerdings nicht unbedingt langfristiger Natur sind. Weitere Geschäftsfelder Die Einführung des Smart Metering Systems wird eine Fülle von weiteren Geschäftsfeldern mit sich führen. Im Rahmen dieser Ausarbeitung möchten wir noch ein paar weitere nennen ohne diese weiter auszuführen: Smart Home, Smart Grid, Demand Side Management und die dezentrale Energieerzeugung Fazit Da die Möglichkeit einer Fernauslesung und Fernsteuerung der Smart Meter durch den Versorger besteht (bidirektionale Kommunikationswege) eröffnen sich neue Möglichkeiten im Energiemanagement. Der Versorger kann Beispielsweise Kraft-Wärme-Koppler oder auch Verbraucher steuern um aktives Energiemanagement zu betreiben. Darunter fällt auch die dezentrale Energieversorgung. Der bidirektionale Datenfluss dient also für eine effizientere Energieeinspeisung und Energieverteilung aus dezentralen Kraftwerken. Aus möglichen Energiekapazitäten und Energieanforderungen lassen sich gezielt die dezentralen Kraftwerke ansteuern um ein optimales virtuelles Kraftwerk zu realisieren und Energieüberkapazitäten oder Energienachfragen optimal zu verteilen. Das Smart Metering erleichtert die dezentrale Energieversorgung also erheblich. Für Unternehmen entstehen dadurch zusätzlich neue Geschäftsfelder. So müssen dezentrale "Kleinkraftwerke" mit Energieträgern beliefert, installiert und gewartet werden und nicht zuletzt wird sich der Umsatz der Hardwarehersteller stark erhöhen. Die Wartung selbst wird durch den bidirektionalen Datenaustausch wesentlich erleichtert, da Fehler direkt gemeldet und ausgewertet
werden können. Es kann angenommen werden, das neben der Entwicklung Neuer auch die Software der Smart Metering Systeme stetig weiterentwickelt sowie die Kommunikationswege der Smart Metering Systeme (des Smart Grids) wird. Viele technische Neuerungen zeigen sich unter Umständen auch erst im laufenden Betrieb und können oder sollten dann nachgerüstet werden. Denkbar wäre zum Beispiel eine Erweiterung / Aufrüstung einer statischen lokalen installierten Lösung im Haushalt auf eine mobile, portable Lösung für den PDA je nach Kundenwunsch. Ebenfalls muss eine Modernisierung der Smart Metering Systeme / des Smart Grids stets möglich sein, da sich die Telekommunikationsprotokolle im Laufe der Zeit ändern und auch das Datenvolumen zunimmt. Das System muss also ständig gepflegt und erweitert werden. Durch die Umstrukturierung der EVU (Spartenauslagerung, Installation neuer Systeme, Einhaltung der Gesetze und Statuten etc.), sowie der ganzen Energiewirtschaft bedarf es eventuell einer Koordination von außen. Denkbar sind neue Dienstleistungsfirmen, die diesen Wandel koordinieren und pflegen. Dabei handelt es sich nicht um einen einmaligen Prozess, sondern um einen kontinuierlichen Aufwand, da sich zum Beispiel die Gesetze ständig ändern bzw. neue Auflagen an die Energiewirtschaft gestellt werden (strengere Grenzwerte, Entflechtung,...).
Quellen wik-consult-fhg; Studie für das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie "Potenziale der Informations- und Kommunikations-Technologien zur Optimierung der Energieversorgung und des Energieverbrauchs"; http://www.bmwi.de/bmwi/redaktion/pdf/publikationen/studien/e-energy-studie,property=pdf,bereich=bmwi,sprache=de,rwb=true.pdf Heinrich Bertke; "Smart Metering"; http://www.dvgw.de/uploads/media/bertke_2007_01.pdf Ofgem; "Domestic Metering Innovation"; http://www.ofgem.gov.uk/markets/retmkts/metrng/smart/documents1/12813-2006.pdf Ralf Baral, IBM Deutschland GmbH; "Automated Meter Management"; http://www.z-m-p.de/documents/16baral.pdf Ivan Kern ; ISKRAEMECO AMR Projekte in Skandinavien http://www.e-control.at/portal/page/portal/econtrol_home/news/infoveranstaltung/20060404/20060404_kern.pdf Internetlinks: Pilotprojekt Frankfurt http://www.mainova.de/uebermainova/233_21750.jsp Pilotprojekt Mühlheim http://www.rwe.com/generator.aspx/magazin/rwe-magazin/rwe-magazin-archiv/ausgabe-01-2008/pilotprojektstromzaehler/language=de/id=616170/smartmetering.html Pilotprojekt E-On Avacon in Lüneburg http://www.eon-avacon.com/default.aspx?id=1862 Projekt in Bayern der EON http://www.energie-portal.info/cms/front_content.php?idcat=1&idart=1464 Smart Metering in Russland http://www.prcenter.de/russischer-energieversorger-bestellt-80-000-zusaetzliche-smart-meter-von- Echelon.21797.html Smart Metering in Frankreich http://www.photoniq.de/m.php?sid=78 Smart Metering in Schweden http://www.echelon.com/company/press/2005/vattenfall05.htm Tätigkeitsbereiche eines Messdienstleisters https://www.fernmessung.ch/download/fernmessung_low.pdf