Smart Meter – Die Zukunft der Stromzähler

Der Status der Digitalisierung der deutschen Stromversorgung.

Smart Meter sind intelligente Strommess-Systeme. Das es so etwas gibt, sollte niemanden überraschen. Warum auch sollte das deutsche Stromnetz bei der flächendeckenden Digitalisierung eine Ausnahme bilden. Die Realität sieht überraschenderweise etwas anders aus. In diesem Beitrag geht es darum, welche Vorteile die Verwendung von Smart Metern bietet, wie sie funktionieren und welche Gründe es hat, dass die Digitalisierung der deutschen Stromversorgung nur langsam voranschreitet.

Smart Meter und digitale Stromzähler

Ein digitaler Stromzähler allein, im Polit-Jargon auch als moderne Messeinrichtung bezeichnet, ist noch kein Smart Meter. Erst wenn dieser mit einem Kommunikationsmodul (Smart-Meter-Gateway) verbunden ist, wird eine moderne Messeinrichtung zu einem intelligenten Messsystem. So können Werte automatisch abgelesen, übermittelt und vor allem analysiert werden. Der Stromkunde kann dann seinen Verbrauch bequem per App oder Online Portal im Blick behalten. So steht es zumindest auch im Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende. „Die Digitalisierung der Energienetze ist zentrale Voraussetzung für die Netzintegration von Erneuerbaren Energien und Elektromobilität“, erklärt das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Die Energienetze sollen zu sogenannten Smart Grids transformiert werden – Ziel ist dabei die Vernetzung aller Akteure der Stromversorgung. Langfristig sollen Smart Meter auch dazu beitragen, Stromerzeugung und -verbrauch optimal aufeinander abzustimmen. Strom aus erneuerbaren Energien und die veränderten Anforderungen durch die steigende Nutzung von E-Mobilität lassen sich so effizienter in das Versorgungssystem integrieren.

Smart Meter bieten viele Nutzungsmöglichkeiten

Schon ein digitaler Stromzähler, der nicht mit einem Smart-Meter-Gateway verbunden ist, bietet gegenüber den klassischen Ferraris-Zähler, den jeder kennt, viele neue Möglichkeiten. Weil der Ferraris-Zähler einfach den Verbrauch, Kilowattstunde um Kilowattstunde fortlaufend zählt, werden so Unterschiede zwischen Sommer und Winter, zwischen Sonntag und Montag, zwischen Morgen und Abend nicht aufzeichnet. Ein digitaler Stromzähler dagegen kann den Stromverbrauch über die Zeit hinweg genau darstellen und diese Daten für zwei Jahre speichern. Er ist außerdem in der Lage verschiedene Verbraucher anhand von Signalen, die diese ins Stromnetz senden, zu erkennen und ihnen ihren jeweiligen Verbrauch genau zuzuordnen. Diese Technologie nennt sich non-intrusive load monitoring oder berührungsfreie Lastüberwachung.

Der Vorteil für den Nutzer privat oder gewerblich ist klar: Er bekommt nicht nur eine detaillierte Übersicht über den Stromverbrauch, er kann so außerdem auch flexible Stromtarife in Anspruch nehmen, wo die Stromkosten über den Tag hinweg variieren und das System aus Abschlagszahlungen in Kombination mit Rück- oder Nachzahlungen erübrigt sich.

Ist der Stromzähler außerdem in ein Smart-Meter-Gateway eingebunden, ist es dann möglich Geräte ferngesteuert an oder auszuschalten, je nachdem ob der Strom tageszeitabhängig billiger oder teurer wird. Natürlich kann der Zähler auch aus der Ferne abgelesen werden.

Wie funktionieren analoge und intelligente Stromzähler?

Der Ferraris-Zähler ist ein sogenannter Induktionsmotor-Zähler, der nach dem italienischen Ingenieur und Physiker Galileo Ferraris benannt ist. Ein solcher Induktionsmotor hat eine drehbar gelagerte Metallscheibe, die durch zwei kreuzweise angeordnete Elektromagnete (Spannungs- und Stromspule) verläuft. Fließt durch diese Elektromagnete ein Wechselstrom, werden entsprechend in der Metallscheibe Wirbelströme erzeugt ( physikalisch korrekt gesprochen, induziert), die zusammen mit den magnetischen Flüssen ein Drehmoment erzeugen, welches die Scheibe zur Rotation bringt. Darüber hinaus ist ein Bremsmagnet über der Scheibe positioniert. Wird weniger Strom verbraucht, kompensiert der Bremsmagnet die Beschleunigung und hält die Umdrehungszahl proportional zum Stromfluss. Schlussendlich treibt die Scheibe ein Rollenzählwerk, welches dann den Verbrauch anzeigt.

Bei den neuen elektronischen Zählern fällt die ganze Mechanik inklusive des Rollenzählwerks weg. Das macht die Geräte weniger fehleranfällig, präziser und wartungsärmer. Der Stromfluss wird hier also nicht mehr über mechanische Bauteile gemessen, sondern über elektronische Bauteile wie Hall-Sensoren, Nebenschlusswiderstände und sogenannte Rogowskispulen. Diese Bauteile liefern ihre Messwerte über eine elektronische Schaltung an eine digitale Anzeige, die das altbekannte Rollenzählwerk ersetzt.

Eine wissenschaftliche Studie sorgte Anfang März 2017 für einige Aufregung: Forscher der Universität Twente Enschede in den Niederlanden hatten im Labor digitale Zähler getestet und für einige Geräte Abweichungen von mehr als 500 Prozent bei der Messung des Stromverbrauchs festgestellt. Verbraucherschützer in Deutschland warfen die Frage auf, inwieweit Stromnutzer hierzulande von ungenau messenden Zählern betroffen sind oder im Zuge der flächendeckenden Installation moderner Geräte betroffen sein könnten. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) gab jedoch kurz darauf Entwarnung: Die für den Rollout in Deutschland vorgesehenen Geräte unterliegen strengeren Kriterien bei der Zulassung.

Warum geht der Ausbau der Smart Meter nur schleppend voran

Der gesetzliche Rahmen sieht bislang vor, dass bis zum Jahr 2032 in jedem Haushalt anstelle des alten, elektromechanischen Ferraris-Zählers ein intelligenter Stromzähler installiert werden muss.

Im Jahr 2017 hatten nach Angaben der Bundesnetzagentur noch rund 84 Prozent der Haushalte den Ferraris-Zähler, nur bei 14 Prozent war ein simples modernes Messsystem installiert. Eigentlich hatte die Regierung aber den sogenannten Rollout, die Markteinführung, und den Beginn der Einbaupflicht für das Jahr 2017 geplant.

Der Hauptgrund für die Verzögerung liegt vor allem an den hohen Ansprüchen an die Datensicherheit der Smart Meter. Da die durch Smart Meter gesammelten Daten viel über Alltag und Gewohnheiten der Verbraucher verraten, stellt das Messstellenbetriebsgesetz hohe sicherheitstechnische Anforderungen, die das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) in seinem Prüfverfahren berücksichtigen muss.

Die Einbaupflicht für die Smart Meter greift in der Praxis erst in dem Moment, von dem an drei Geräte verschiedener Hersteller zertifiziert wurden und auf dem Markt sind.

Dabei mangelt es keineswegs am Geräte-Angebot. Jedoch ist von neun Zertifizierungsverfahren, die im letzten Jahr beim Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) anhängig waren, bisher nur eines erfolgreich abgeschlossen worden. Seit Dezember 2018 hat ein Gerät der Mannheimer Firma Power Plus Communications (PPC) die amtliche Zertifizierung. Zwei weitere Hersteller, die auch in Deutschland beheimatete Firma EMH Metering und das französische Unternehmen Sagemcom rechnen in Kürze damit; vier andere Unternehmen wenigstens noch im Laufe des Jahres.

Fazit

Smart Meter bieten aufgrund ihrer umfangreichen und detaillierten Verbrauchsdaten-Aufzeichnung und Dank ihrer Integration in ein Kommunikationsnetzwerk viele Möglichkeiten. Darunter zählen eine bessere und geräteabhängige Übersicht über den Stromverbrauch, variable Stromtarife und eine vereinfachte Ablesung und Abrechnung. Entsteht aus dem Stromnetz nach und nach ein Smart Grid, dann können Stromerzeugung und Stromverbrauch besser aufeinander abgestimmt werden und vor allem erneuerbare Energien und Elektromobilität besser gehandhabt werden. Momentan verläuft der Ausbau jedoch schleppend, da aufgrund hoher Vorgaben die Datensicherheit betreffend, noch nicht genügend Geräte eine staatliche Zulassung erhalten haben.

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