In einer Zeit, in der Energieverbrauch und Effizienz entscheidende Themen geworden sind, haben sich intelligente Zähler zu einer innovativen Lösung für eine effektivere Verwaltung der Energiemessung in Haushalten, Kleinunternehmen und im Gewerbe entwickelt. Diese digitalen Geräte ersetzen allmählich herkömmliche Zähler (die Installation intelligenter Zähler hat sich in den letzten zehn Jahren verdreifacht).1 Und da intelligente Zähler voraussichtlich 93 Prozent aller Messsysteme ausmachen werden, verändern sie die Art und Weise, wie Versorgungsunternehmen und Verbraucher mit Energieressourcen umgehen.2
Hier geben wir Ihnen einen umfassenden Überblick über intelligente Zähler und den Grund, warum sie sich schnell zu einem unverzichtbaren Werkzeug im modernen Energiemanagement entwickeln.
Intelligente Zähler sind eine Schlüsselkomponente der erweiterten Zählerinfrastruktur (AMI) und messen und zeichnen den Strom-, Gas- oder Wasserverbrauch in Echtzeit auf und leiten die Informationen an Versorgungsunternehmen weiter. Im Gegensatz zur analogen (herkömmlichen) Messung, die manuelle Auslesungen durch Zählerableser erfordert, liefert die Messung mit intelligenten Zählern genaue und aktuelle Verbrauchsdaten, die es sowohl Versorgungsunternehmen als auch Verbrauchern ermöglichen, den Energieverbrauch effektiver zu überwachen und zu verwalten.
Intelligente Zähler sind für den Aufbau einer intelligenten Netzinfrastruktur unerlässlich – ein modernisiertes Stromnetzsystem, in dem digitale Technologien genutzt werden, um die Zuverlässigkeit, Effizienz und Nachhaltigkeit der Verteilung von Stromverbrauch zu verbessern.
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Das Messgerät in einem intelligenten Zähler ist so konzipiert, dass es den Energieverbrauch mithilfe digitaler Technologie 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 Integration des Stromverbrauchs im Laufe der Zeit kann der Zähler den gesamten Stromverbrauch 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 intelligente Zähler berechnet dann den Energieverbrauch anhand der verbrauchten Gas- oder Wassermenge und des Energiegehalts der jeweiligen Ressource.
Sobald der intelligente Zähler die Energieverbrauchsdaten gemessen und aufgezeichnet hat, ist das Kommunikationsmodul dafür verantwortlich, Nutzungsinformationen mit einer der folgenden Methoden an das Wasser-, Gas- oder Elektrizitätsunternehmen zu übertragen:
Hochfrequenzsignale (HF): Viele intelligente Zähler verwenden drahtlose HF-Signale zur Übertragung von Daten. Diese Methode ist kostengünstig und ermöglicht Langstrecken-Kommunikation, sodass sie für eine umfangreiche Bereitstellung geeignet ist. HF-Signale können jedoch durch andere drahtlose Geräte gestört werden und erfordern unter Umständen eine zusätzliche Infrastruktur, wie Repeater oder Gateways, um eine zuverlässige Kommunikation zu gewährleisten.
Mobilfunknetzwerke: Einige intelligente Zähler nutzen bei der Datenübertragung vorhandene Mobilfunknetze (z. B. 4G oder 5G). Dieser Ansatz bietet eine weitreichende Abdeckung und kann störungsresistenter sein als HF-Signale. Die Nutzung von Mobilfunknetzen kann jedoch zusätzliche Kosten für die Datenübertragung verursachen und eignet sich möglicherweise nicht für Gebiete mit begrenzter oder unzuverlässiger Mobilfunkabdeckung.
Breitbandverbindungen: Eine weitere Möglichkeit der Kommunikation intelligenter Zähler sind Breitbandverbindungen wie DSL und Glasfasernetze. Diese Methode kann eine schnelle und zuverlässige Datenübertragung ermöglichen, erfordert aber eventuell erhebliche Investitionen in die Infrastruktur, insbesondere in ländlichen oder abgelegenen Gebieten, in denen die Breitbandabdeckung begrenzt sein kann.
Powerline Communication (PLC): Die PLC-Technologie ermöglicht es intelligenten Zählern, Daten über bestehende Stromleitungen zu übertragen, so dass keine zusätzliche Kommunikationsinfrastruktur erforderlich ist. Diese Methode kann kostenwirksam sein und eine zuverlässige Kommunikation ermöglichen, doch ihre Leistung kann durch elektrisches Rauschen und die Entfernung zum Umspannwerk beeinträchtigt werden.
Unabhängig von der verwendeten Kommunikationsmethode erfolgt die Datenübertragung in der Regel in regelmäßigen Abständen (alle 15 Minuten, 30 Minuten oder stündlich). So ist sichergestellt, dass Versorgungsunternehmen aktuelle Verbrauchsinformationen für Abrechnungs-, Laststeuerungs- und Netzmanagementzwecke erhalten.
Sobald das Versorgungsunternehmen die Daten von den intelligenten Zählern erhält, verarbeitet und nutzt es sie für verschiedene Zwecke:
Da intelligente Zähler Verbrauchsdaten in Echtzeit übertragen, können Versorgungsunternehmen ihren Kunden Gebühren auf der Grundlage ihres tatsächlichen Verbrauchs berechnen, statt sich auf Schätzungen oder manuelle Zählerablesungen verlassen zu müssen.
Daten von intelligenten Zählern können Versorgungsunternehmen dabei helfen, die Netznachfrage besser zu verstehen und zu steuern. Durch die Analyse von Verbrauchsmustern können Versorgungsunternehmen Nachfragespitzen ermitteln und Programme zur Nachfragereduzierung durchführen (z. B. Anreize für Kunden, den Energieverbrauch während der Spitzenzeiten zu senken).
Versorgungsunternehmen können anhand von Daten intelligenter Zähler die Verteilung von Energieressourcen optimieren, Stromausfälle vorhersagen und verhindern sowie erneuerbare Energiequellen effektiver integrieren.
Viele Versorgungsunternehmen bieten Verbrauchern über Online-Portale oder mobile Apps auf Mobiltelefonen und Computern Zugriff auf ihre Daten ihrer intelligenten Zähler. So wird die wechselseitige Kommunikation erleichtert und Kunden gleichzeitig geholfen, ihren Energieverbrauch in Echtzeit zu überwachen.
Die Vorteile der Installation von intelligenten Zählern überwiegen in der Regel die Herausforderungen, die sich den Unternehmen bei der Implementierung stellen können.
Trotz der zahlreichen Vorteile von intelligenten Zählern gibt es eine Reihe von Herausforderungen, die für eine erfolgreiche Umsetzung und Einführung bewältigt werden müssen.
Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes: Eines der Hauptprobleme bei intelligenten Zählern ist das Potenzial für Datenschutzverletzungen. Da diese Geräte detaillierte Energieverbrauchsdaten sammeln und übertragen, können sie anfällig für unbefugten Zugriff sein und vertrauliche Informationen über die Gewohnheiten und Lebensstile der Verbraucher preisgeben. Um dieses Risiko zu minimieren, können Versorgungsunternehmen Datenschutzmaßnahmen (wie Verschlüsselung und sichere Datenspeicherung) ergreifen, um sicherzustellen, dass Verbraucherinformationen vertraulich und sicher bleiben.
Widerstand der Kunden: Einige Verbraucher zögern möglicherweise bei der Installation intelligenter Zähler aufgrund von Datenschutz-, Cybersicherheits- oder Gesundheitsbedenken im Zusammenhang mit festnetzunabhängigen Kommunikationstechnologien. Verbraucher äußerten sich beispielsweise besorgt über die Funkfrequenzen im Zusammenhang mit der Installation intelligenter Zähler (die FCC legt jedoch strenge Grenzwerte für die Funkfrequenzbelastung fest). Um die Infrastruktur für intelligente Zählersysteme angesichts dieser Bedenken weiterzuentwickeln, können Versorgungsunternehmen in die öffentliche Aufklärung und Information über die Sicherheit intelligenter Zählersysteme investieren.
Cybersecurity-Bedrohungen: Da intelligente Zähler mit dem Internet verbunden sind und häufig über WLAN kommunizieren, sind sie anfällig für Cybersecurity-Ben wie Hacking- oder Denial-of-Service-Angriffe. Diese Bedrohungen könnten die Integrität des Stromnetzes beeinträchtigen, was zu Serviceunterbrechungen oder betrügerischer Abrechnung führen kann. Um diesen Risiken entgegenzuwirken, sollten Versorgungsunternehmen in fortschrittliche Cybersecurity-Maßnahmen investieren, um ihre Infrastruktur mit intelligenten Zählern zu schützen.
Hohe Vorlaufkosten: Die anfänglichen Kosten für die Installation intelligenter Zähler können beträchtlich sein, da sie den Austausch bestehender analoger Zähler und die Aufrüstung der Kommunikationsinfrastruktur des Energienetzes erfordern. Obwohl die Investition für einige Versorgungsunternehmen ein Hindernis darstellen kann, überwiegen die langfristigen Vorteile von intelligenten Zählern (d. h. geringere Betriebskosten und höhere Energieeffizienz) in der Regel die Anfangskosten.
Interoperabilität und Standardisierung: Mit zunehmender Verbreitung intelligenter Zähler benötigen Versorgungsunternehmen mehr Interoperabilität und Standardisierung, um sicherzustellen, dass alle Geräte und Systeme effektiv kommunizieren können. Diese Messgeräte erzeugen große Datenmengen, sodass die Datenintegration in bestehende Systeme (z. B. EAM- und APM-Systeme) recht komplex sein kann . Die Standardisierung ermöglicht die nahtlose Integration von intelligenten Zählern mit Asset-Management-Systemen und anderen intelligenten Netzkomponenten wie Energiemanagementsystemen und dezentralen Energiequellen.
Intelligente Zähler revolutionieren das Energiemanagement und bieten Verbrauchern und Versorgungsunternehmen genaue Verbrauchsdaten in Echtzeit. Intelligente Zähler ermöglichen:
Genaue Abrechnung: Einer der Hauptvorteile intelligenter Zähler ist ihre Fähigkeit, genaue Abrechnungsinformationen bereitzustellen. Herkömmliche analoge Messgeräte erfordern manuelle Auslesungen, was zu Schätzfehlern und Fehlmessungen führen kann. Intelligente Zähler beseitigen diese Ungenauigkeiten, indem sie automatisch genaue Verbrauchsdaten an das Versorgungsunternehmen übertragen und so sicherstellen, dass den Kunden ihre Nutzung fair und korrekt in Rechnung gestellt wird.
Überwachung des Energieverbrauchs in Echtzeit: Bei Verbindung mit EAM- und APM-Systemen (unterstützt durch KI und Analysen) ermöglichen intelligente Zähler den Verbrauchern die Überwachung ihres Energieverbrauchs in Echtzeit und liefern ihnen wertvolle Einblicke in ihre Verbrauchsmuster. Mithilfe dieser Informationen können Verbraucher Ineffizienzen erkennen und ihr Nutzungsverhalten ändern, um den Energieverbrauch zu senken und Geld zu sparen. Darüber hinaus hilft die Echtzeitüberwachung den Verbrauchern, den Energieverbrauch im Verhältnis zur Tageszeit zu verstehen, wodurch Spitzenlastzeiten vermieden und weitere Energieeinsparungen erzielt werden können.
Verbesserte Energieeffizienz: Intelligente Zähler ermöglichen es Verbrauchern, fundierte Entscheidungen über die Einsparung und den Energieverbrauch zu treffen. Dieses erhöhte Bewusstsein kann zu Verhaltensänderungen führen. Dazu zählt das Ausschalten des Lichts, wenn es nicht benötigt wird, sowie die Investition in energieeffiziente Geräte, was letztendlich zu einem geringeren Energieverbrauch und niedrigeren Stromrechnungen führt.
Schnellerer, einfacherer Service: Mit intelligenten Zählern können Versorgungsunternehmen Fehler schneller erkennen und beheben, da sie Probleme mit dem Zähler und/oder der Energieversorgung aus der Ferne erkennen und diagnostizieren können. Dies bedeutet schnellere Reaktionszeiten und weniger Unannehmlichkeiten für die Verbraucher, da Techniker Probleme oft beheben können, ohne die Wohnung aufsuchen zu müssen.
Integration mit Smart-Home-Technologie: Intelligente Zähler können in verschiedene Smart-Home-Technologien integriert werden, sodass Verbraucher ihren Energieverbrauch automatisieren und optimieren können. Intelligente Thermostate können beispielsweise so programmiert werden, dass sie die Heiz- und Kühleinstellungen basierend auf Echtzeit-Energiepreisinformationen anpassen. So wird sichergestellt, dass das Haus eine angenehme Temperatur beibehält und gleichzeitig die Energiekosten minimiert werden.
Unterstützung erneuerbarer Energien: Intelligente Zähler erleichtern die Integration erneuerbarer Energiequellen in das Netz, indem sie Echtzeitdaten zu Energieproduktion und -verbrauch liefern. Diese Informationen helfen Versorgungsunternehmen, das schwankende Angebot aus erneuerbaren Quellen besser zu verwalten und so ein stabileres und zuverlässigeres Energieverteilungssystem zu gewährleisten.
Geringere Auswirkungen auf die Umwelt: Kunden nutzen intelligente Zähler, um ihren Gas-, Wasser- und Strombedarf zu überwachen und zu reduzieren. Und ein geringerer Strombedarf wird den Bedarf an neuen Kraftwerken sowie unsere Abhängigkeit von älteren, weniger kostengünstigen Kraftwerken verringern. 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 resides outside 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