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Smart Meter
Smart Meter sind eine Schlüsselkomponente der erweiterten Zählerinfrastruktur. Sie messen den Strom-, Gas- oder Wasserverbrauch in Echtzeit, zeichnen ihn auf und leiten die Informationen an das Versorgungsunternehmen weiter. Smart Meter entwickeln sich schnell zu einem unverzichtbaren Werkzeug im modernen Energiemanagement.
In einer Zeit, in der Energieverbrauch und -effizienz entscheidende Themen geworden sind, haben sich Smart Meter zu einer innovativen Lösung entwickelt, um die Energiemessung in Haushalten, Kleinunternehmen und im Gewerbe effektiver zu steuern. Diese digitalen Vorrichtungen ersetzen allmählich herkömmliche Zähler (die Installation von Smart Metern hat sich in den letzten zehn Jahren verdreifacht).1Und da Smart Meter voraussichtlich 93 Prozent aller Zählersysteme ausmachen werden, verändern sie die Art und Weise, wie Versorgungsunternehmen und Verbraucher mit Energieressourcen umgehen.2
Im Gegensatz zu analogen (herkömmlichen) Zählern, die manuell abgelesen werden, liefert die Messung mit Smart Metern genaue und aktuelle Verbrauchsdaten, so dass sowohl Versorgungsunternehmen als auch Verbraucher den Energieverbrauch effektiver beobachten und kontrollieren können.
Smart Meter sind zum Aufbau einer intelligenten Netzinfrastruktur unerlässlich – ein modernisiertes Stromnetzsystem mit digitalen Technologien, um Strom zuverlässiger, effizienter und nachhaltiger zu beziehen.
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Die Messeinheit in einem Smart Meter ist so konzipiert, dass sie den Energieverbrauch mit Digitaltechnik genau misst. Welche Sensoren und Messtechniken Sie verwenden, hängt jedoch von der Art der Energie ab, die Sie messen.
Bei Stromzählern messen Sensoren die Spannung und den Strom, die durch die Stromkreise fließen. Diese Werte werden dann multipliziert, um den Stromverbrauch (gemessen in Watt) zu berechnen. Durch die regelmäßige Eingabe des Stromverbrauchs kann der Zähler den Stromverbrauch insgesamt bestimmen (gemessen in Kilowattstunden).
Erdgas- und Wasserzähler verwenden Durchflusssensoren, um das Gas- oder Wasservolumen zu messen, das durch den Zähler fließt. Diese Sensoren können eine Reihe von Technologien nutzen, wie Ultraschall-, Turbinen- oder Membranmessgeräte. Der Smart Meter berechnet dann den Energieverbrauch anhand der genutzten Gas- oder Wassermenge und des Energiegehalts der jeweiligen Ressource.
Sobald der Smart Meter die Energieverbrauchsdaten gemessen und aufgezeichnet hat, überträgt das Kommunikationsmodul die Nutzungsinformationen mit einer der folgenden Methoden an das Wasser-, Gas- oder Elektrizitätsunternehmen:
Hochfrequenzsignale (HF): Viele Smart Meter übertragen ihre Daten über drahtlose HF-Signale. Diese Methode ist kostengünstig und ermöglicht die Kommunikation über große Entfernungen, sodass sie sich für umfangreiche Bereitstellungen eignet. HF-Signale können jedoch durch andere drahtlose Geräte gestört werden und benötigen unter Umständen weitere Infrastruktur, wie Repeater oder Gateways, um zuverlässig zu kommunizieren.
Mobilfunknetze: Einige Smart Meter übertragen ihre Daten über vorhandene Mobilfunknetze (z. B. 4G oder 5G). Dieses Vorgehen ermöglicht eine weitreichende Abdeckung und kann störungsresistenter sein als HF-Signale. Mobilfunknetze können jedoch zusätzliche Kosten für die Datenübertragung verursachen und eignen sich nicht für Gebiete mit geringer oder zuverlässiger Mobilfunkabdeckung.
Breitbandverbindungen: Eine weitere Möglichkeit der Kommunikation von Smart Meters sind Breitbandverbindungen wie DSL und Glasfasernetze. Diese Methode ermöglicht eine schnelle, zuverlässige Datenübertragung, erfordert aber unter Umständen erhebliche Investitionen in die Infrastruktur, insbesondere in ländlichen oder abgelegenen Gebieten mit begrenzter Breitbandabdeckung.
Powerline Communication (PLC): Mit der PLC-Technologie können Smart Meter ihre Daten über bestehende Stromleitungen übertragen, so dass keine weitere Kommunikationsinfrastruktur erforderlich ist. Dies kann eine kostenwirksame Methode mit zuverlässiger Kommunikation sein, deren Leistung jedoch möglicherweise durch elektrisches Rauschen und die Entfernung zum Umspannwerk beeinträchtigt wird.
Unabhängig von der verwendeten Kommunikationsmethode erfolgt die Datenübertragung üblicherweise in regelmäßigen Abständen (alle 15 Minuten, 30 Minuten oder stündlich). Das stellt sicher, dass den Versorgungsunternehmen aktuelle Verbrauchsinformationen zur Abrechnung, Laststeuerung und Netzverwaltung vorliegen.
Das Versorgungsunternehmen verarbeitet die Daten von Smart Metern direkt nach Erhalt und nutzt sie für verschiedene Zwecke:
Da Smart Meter ihre Daten in Echtzeit übertragen, können Versorgungsunternehmen ihren Kunden den tatsächlichen Verbrauch in Rechnung stellen, statt sich auf Schätzungen oder manuelle Ablesungen verlassen zu müssen.
Mit den Daten von Smart Metern können Versorgungsunternehmen die Netznachfrage besser verstehen und steuern. Durch die Analyse von Verbrauchsmustern lassen sich Nachfragespitzen ermitteln und Programme zur Nachfragereduzierung durchführen (z. B. Anreize für Kunden, den Energieverbrauch während der Spitzenzeiten zu senken).
Versorgungsunternehmen können mit den Daten von Smart Metern die Verteilung von Energieressourcen optimieren, Stromausfälle vorhersagen und verhindern sowie erneuerbare Energiequellen effektiver einbinden.
Viele Versorgungsunternehmen bieten Verbrauchern per Handy oder Computer über mobile Apps oder Online-Portale Zugriff auf die Daten ihres Smart Meters. Dies erleichtert die wechselseitige Kommunikation und die Kunden können ihren Energieverbrauch in Echtzeit überwachen.
Die Vorteile der Smart-Meter-Installation überwiegen in der Regel die möglichen Herausforderungen bei der Implementierung, aber wir gehen hier auf beide Aspekte ein.
Trotz der zahlreichen Vorteile von Smart Metern gibt es auch eine Reihe von Herausforderungen, die bei einer erfolgreichen Umsetzung und Einführung zu bewältigen sind.
Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes: Eines der Hauptprobleme bei Smart Metern sind potenzielle Datenschutzverletzungen. Da die Geräte detaillierte Energieverbrauchsdaten sammeln und übertragen, können sie vertrauliche Informationen über Gewohnheiten und Lebensweise der Verbraucher preisgeben. Um das Risiko eines unbefugten Zugriffs auf diese Daten zu minimieren, können die Verbraucherinformationen mit Maßnahmen wie Verschlüsselung und sicherer Datenspeicherung geschützt werden.
Widerstand der Kunden: Manche Verbraucher zögern bei der Installation von Smart Metern aufgrund von Datenschutz-, Cybersicherheits- oder Gesundheitsbedenken im Zusammenhang mit funkbasierter Kommunikationstechnik. Beispielsweise wurde im Zusammenhang mit der Installation von Smart Metern Besorgnis über die Funkfrequenzen geäußert (die FCC legt jedoch strenge Grenzwerte für die Funkfrequenzbelastung fest). Um die Infrastruktur für Smart-Meter-Systeme angesichts dieser Bedenken weiterzuentwickeln, können Investitionen in die öffentliche Aufklärung und Information über die Sicherheit von Smart Metern hilfreich sein.
Cybersecurity-Bedrohungen: Da Smart Meter mit dem Internet verbunden sind und häufig per WLAN kommunizieren, sind sie anfällig für Cybersecurity-Bedrohungen wie Hacking oder Denial-of-Service-Angriffe. Diese Bedrohungen können die Integrität des Stromnetzes beeinträchtigen, was zu Serviceunterbrechungen oder fehlerhaften Abrechnungen führen kann. Um diesen Risiken entgegenzuwirken, sollten Versorgungsunternehmen in fortschrittliche Cybersecurity-Maßnahmen investieren, um ihre Smart-Meter-Infrastruktur zu schützen.
Hohe Vorlaufkosten: Die Installation von Smart Metern kann erhebliche Anlaufkosten verursachen, da bestehende analoge Zähler ausgetauscht und Kommunikationsinfrastrukturen des Energienetzes aufgerüstet werden müssen. Obwohl diese Investitionen für mache Versorgungsunternehmen ein Hindernis darstellen können, überwiegen die langfristigen Vorteile von Smart Metern (wie beispielsweise geringere Betriebskosten und höhere Energieeffizienz) in der Regel die Anlaufkosten.
Interoperabilität und Standardisierung: Mit zunehmender Verbreitung von Smart Metern benötigen Versorgungsunternehmen mehr Interoperabilität und Standardisierung, damit alle Geräte und Systeme effektiv kommunizieren können. Da Smart Meter große Datenmengen erzeugen, kann die Integration der Daten in bestehende Systeme (z. B. EAM- und APM-Systeme) recht komplex sein. Die Standardisierung ermöglicht die nahtlose Integration von Smart Metern in Asset-Management-Systeme und andere Komponenten des Smart Grid, z. B. Energiemanagementsysteme und dezentralen Energiequellen.
Smart Meter revolutionieren das Energiemanagement, da sie Verbrauchern und Versorgungsunternehmen genaue Verbrauchsdaten in Echtzeit liefern.Smart Meter ermöglichen Folgendes:
Genaue Abrechnung: Einer der Hauptvorteile von Smart Metern ist die Tatsache, dass sie genaue Abrechnungsinformationen liefern. Herkömmliche analoge Zähler müssen manuell abgelesen werden, was zu Schätzfehlern und Fehlmessungen führen kann. Bei Smart Metern treten diese Ungenauigkeiten nicht auf, da sie automatisch präzise Verbrauchsdaten an das Versorgungsunternehmen übertragen, damit der Verbrauch fair und korrekt in Rechnung gestellt wird.
Überwachung des Energieverbrauchs in Echtzeit: Bei Verbindung mit EAM- und APM-Systemen (unterstützt durch KI und Analysen) können Smart Meter den Energieverbrauch in Echtzeit überwachen und Verbrauchern wertvolle Einblicke in Nutzungsmuster liefern. Mithilfe dieser Informationen lassen sich Ineffizienzen erkennen, um das Nutzungsverhalten zu ändern, den Energieverbrauch zu senken und Geld zu sparen. Darüber hinaus können Verbraucher mit der Echtzeitüberwachung den Energieverbrauch im Verhältnis zur Tageszeit verstehen, um Spitzenlastzeiten zu vermeiden und weitere Energieeinsparungen zu erzielen.
Energieeffizienter: Mit Smart Metern können Verbraucher fundierte Entscheidungen über das Einsparen von Energie und ihren Verbrauch treffen. Diese Sensibilisierung kann zu Verhaltensänderungen führen, wie das Ausschalten des Lichts, wenn es nicht benötigt wird, und die Investition in energieeffiziente Geräte, was letztendlich den Energieverbrauch und den Rechnungsbetrag senkt.
Schnellerer, einfacherer Service: Mit Smart Metern können Versorgungsunternehmen Fehler schneller erkennen und beheben, da Probleme mit dem Zähler bzw. der Energieversorgung per Fernzugriff ermittel- und diagnostizierbar sind. Dies beschleunigt die Reaktion und bedeutet weniger Umstände für die Verbraucher, da zur Problembehebung häufig kein Techniker vor Ort erscheinen muss.
Integration in Smart-Home-Technologie: Smart Meter können in verschiedene Smart-Home-Technologien integriert werden, um den Energieverbrauch zu automatisieren und zu optimieren. Intelligente Thermostate können beispielsweise so programmiert werden, dass sie die Heiz- und Kühleinstellungen basierend auf Echtzeit-Energiepreisinformationen anpassen. Das Haus behält also eine angenehme Temperatur bei und gleichzeitig werden die Energiekosten minimiert.
Unterstützung erneuerbarer Energien: Smart Meter erleichtern die Anbindung erneuerbarer Energiequellen an das Netz, da sie Echtzeitdaten zu Energieproduktion und -verbrauch liefern. Mit diesen Informationen kann das schwankende Angebot aus erneuerbaren Quellen besser bewältigt werden, um ein stabileres, zuverlässigeres Energieverteilungssystem zu gewährleisten.
Weniger Auswirkungen auf die Umwelt: Kunden nutzen Smart Meter, um ihren Gas-, Wasser- und Strombedarf zu beobachten und zu senken – und wenn der Strombedarf sinkt, müssen weniger neue Kraftwerke gebaut werden und wir sind weniger von älteren, kostenintensiveren Kraftwerken abhängig. Der Übergang zu moderneren intelligenten Kraftwerken wird letztendlich die Treibhausgas- und anderen Luftemissionen verringern und die negativen Folgen der Energieerzeugung für die Umwelt minimieren.
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Fußnoten
1 US smart meter penetration to reach 93 % by 2027, (Link außerhalb von ibm.com) Smart Energy International, 03. Januar 2023
2 Electric company smart meter deployments: Foundation for a smart grid (2021 Update), (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), The Edison Foundation-Institute for Electric Innovation, April 2021