Intelligentes Management von Energie

Jahrelang galt der Energiemarkt als verkrustet und festgefahren. Die zentralen Stufen der Wertschöpfungskette beim Strom wurden von großen Energiekonzernen und den Stadtwerken durchgeführt – angefangen von der Stromerzeugung und dem Großhandel bis zum Unterhalt der Transportnetze, dem Vertrieb und den Verteilnetzen. Durch die Liberalisierung der Strommärkte Ende der 90er-Jahre in Deutschland hat sich die „vertikale Integration“ der Wertschöpfungskette aufgelöst und es kam zu mehr Wettbewerb auf den Stufen Erzeugung, Großhandel und Vertrieb. Vielerorts entstanden neue Kooperationen, beispielsweise zwischen Energieversorgern und Telekommunikationsunternehmen, mit dem Ziel, den Verbrauch besser zu steuern und effizienter abzurechnen.

In Finnland etwa arbeiten auf diesem Gebiet der Energieversorger Vattenfall und der Mobilfunknetzbetreiber TeliaSonera zusammen. TeliaSonera ist dabei für die Ablesung und Wartung der Stromzähler zuständig, deren Verbrauch über das Mobilfunknetz ermittelt wird. Beispielhaft für ein solches Modell in Deutschland ist die Kooperation zwischen dem in Oldenburg ansässigen Netzbetreiber EWE und Vodafone.

Ein weiterer Treiber im Energiemarkt ist das Ziel von Regierungen die globale Erwärmung und den Klimawandel zumindest zu stoppen. Eine verbesserte Energieeffizienz auf allen Ebenen ist dazu unabdingbar. Das fängt bei intelligenten Stromnetzen (Smart Grids) an und reicht bis zu intelligenten Stromzählern (Smart Metering). Smart Grids sollen einen entscheidenden Beitrag zu einer höheren Effizienz und Zuverlässigkeit bei Nutzung der Energiereserven und der Energieverteilung spielen. Smart Metering soll helfen, den Stromverbrauch zu optimieren, und davon profitieren letztlich auch die Verbraucher.

Die Energieversorger stehen vor der Aufgabe, das verfügbare Angebot an herkömmlichen und regenerativen Energien mit dem Bedarf der Wirtschaft und dem der Verbraucher in Einklang zu bringen. Bekanntermaßen ist das Hauptproblem bei Energieträgern wie der Wind- und Sonnenenergie, dass sich das Angebot nur in beschränktem Ausmaß prognostizieren und noch schlechter planen lässt. Die Integration in den Energiemix aus fossilen Energiequellen, Kernenergie und den erneuerbaren Energien wie Wasser, Wind, Sonne und Erdwärme bleibt auf absehbare Zeit eine der Herausforderungen. Je höher der Anteil der regenerativen Energien wird, desto größer wird die Bedeutung der Bevorratung, um Schwankungen beim Energiebedarf auszugleichen.

Smart Meter als Fundament für Smart Grids
Einer der zentralen Ansatzpunkte, um Angebot und Nachfrage von Energie gesamtwirtschaftlich effizienter überwachen und steuern zu können, bilden die Wohn- und Geschäftsräume. Hier besteht ein erheblicher Handlungsbedarf, Wohnungen und die Haushalte mit bidirektionalen kommunikationsfähigen Stromzählern (Smart Meter) auszurüsten. Smart Meter messen den aktuellen Verbrauch und leiten die Informationen per Mobilfunknetz an den Energieversorger weiter. Die Privathaushalte oder die Mieter von Büroräumen können im Idealfall beispielsweise über Monitore in den Wohn- und Büroräumen den aktuellen Verbrauch und die Kosten ihrer Geräte überwachen, große Stromfresser identifizieren und gegebenenfalls ausmustern. Solche Funktionen sind bekannt unter der Bezeichnung Demand Response, Home Area Networking (HAN), Smart Home oder vernetztes Haus. Während Deutschland im internationalen Vergleich hinterherhinkt, sind andere Länder schon deutlich weiter. In Italien kontrollieren bereits rund 30 Millionen Stromkunden von Enel, Europas zweitgrößtem Stromversorgungsunternehmen, mit M2M-Technologie ihren individuellen Stromverbrauch und erhalten einen guten Überblick über ihren Verbrauch. In Deutschland müssen erst seit 2010 alle Neubauten mit intelligenten Stromzählern ausgestattet sein, ab 2018 soll das für alle Gebäude gelten.

Aus der Technologieperspektive betrachtet kommen in den meisten Fällen heute zusammen mit einem intelligenten Stromzähler beispielsweise PLC (Power Line Communication)-, Mobilfunk- (GSM, GPRS) oder RF (Radio Frequency)-Technologien zur automatischen Datenerfassung zum Einsatz. In den Stromzählern werden diese Verfahren auch in Zukunft eine Rolle spielen, bei neuen intelligenten Gaszählern kommen statt PLC-Technologien vor allem Short-Range-Technologien wie ZigBee, der Wireless-M-Bus-Standard und herstellerspezifische RF-Technologien zum Einsatz.

Smart Metering braucht ein leistungsfähiges, zuverlässiges und sicheres Kommunikationsnetz, um die in Wohn- und Geschäftsräumen erfassten Verbrauchsdaten und Steuerungssignale zu übertragen. Wichtig ist, dass Energieversorger, die intelligente Stromzähler einführen wollen, darauf achten, dass die Technologielieferanten ein breites Spektrum an relevanten Wireless-Technologien unterstützen. Das gilt zunächst einmal für die GSM/GPRS-, EDGE, UMTS/WEDGE/HSPA- und CDMA-Mobilfunkstandards. Die Vielfalt ist unter anderem deshalb notwendig, damit Energieversorger zusammen mit Mobilfunkanbietern den Haushalten unterschiedliche Tarifoptionen anbieten können. Investitionsschutz bei der Migration von 2G auf 3G bieten M2M-Module, die über das gleiche Pin-Layout und die gleiche Softwareumgebung verfügen. Funktionen für FOTA (Firmware Downloaded Over The Air)-Management, wie sie etwa Telit bietet, erlauben kostengünstige, schnelle und zuverlässige Firmware-Updates ohne physikalischen Eingriff.

Short-Range-Technologien mit viel Potenzial
Zusätzlich zu den traditionellen 2G- und 3G- (UMTS in Europa und CDMA, primär in Amerika und Teilen von Asien) Mobilfunkstandards gewinnen ZigBee und der Wireless-M-Bus für Anwendungen in intelligenten Strom-, Gas-, Wasser- und Heizungszählern eine wichtige Bedeutung. ZigBee ist ein Kommunikationsprotokoll für Funknetzwerke im Nahbereich mit einer niedrigen Bandbreite. Es zeichnet sich durch einen geringen Energieverbrauch und günstige Hardware-Kosten aus. Als Funkfrequenzen sieht ZigBee die Bereiche 868/915MHz und 2,4 GHz vor, in denen unterschiedlich viele Kanäle und Bandbreiten möglich sind. Das 2,4 GHz-Band lässt sich weltweit einsetzen und ist in 15 Kanäle unterteilt, die eine Bandbreite von 250 kbps ermöglichen.

Ein weiteres Übertragungsprotokoll, das eine immer wichtigere Rolle spielt, ist der Wireless-M-Bus. Das Telit-Modul ME50-169 beispielsweise unterstützt den aktuellsten Wireless-M-Bus-Standard. Es wurde für Smart-Metering-Anwendungen im 169-MHz-Frequenzband entwickelt, das gegenüber Frequenzen von 868 oder selbst 433 MHz eine wesentlich höhere Leistung ermöglicht. Die Daten werden von den einzelnen Zählern zunächst an einen Konzentrator vor Ort übertragen, wo sie gesammelt und anschließend von einem Gateway über GSM/GPRS an die Versorgungsunternehmen weitergeleitet werden.

Mehr Transparenz, besserer Service, höhere Effizienz
Die Zukunft in den intelligenten Stromnetzen gehört einer Kombination aus Short-Range-Funktionalität und Mobilfunk. Unternehmen, die Short Range für intelligente Strom- und andere Energiezähler einsetzen, können die kostenlose Datenübertragung über Funkfrequenzen nutzen und benötigen keine SIM-Karten zur Mobilfunkübertragung. Die Brücke zum Mobilfunknetz baut ein Gateway wie das Telit GG863-SR-Modul. Es verbindet Short-Range- und Mobilfunk-Funktionalität und ermöglicht Versorgungsunternehmen die Einrichtung umfangreicher Smart-Metering-Anwendungen. Das Ziel einer solchen Lösung ist, die Transparenz der Abrechnung für die Kunden zu erhöhen, den Service in Privathaushalten und für Immobilienbesitzer zu erhöhen und nicht zuletzt auch die Energieeffizienz zu verbessern.

Zum Autor und Unternehmen:
Emmanuel Maçon-Dauxerre ist Senior Sales Director Global Energy bei Telit Wireless Solutions. Telit ist eigenen Angaben zufolge das "weltweit am schnellsten wachsende Unternehmen im Bereich Machine-to-Machine (M2M)-Technologie" und ist auf der diesjährigen CeBIT in Halle 12 am Stand B06 (M2M Zone) vertreten. Im Mittelpunkt der Lösungspräsentationen stehen neue Kommunikationsmodule und -varianten der xE910-Familie (>Ankündigung der Produktfamile).