Internet der Energie

Am 08. Oktober 2008 hat sich das Europäische Parlament auf ein Energie und Klimapaket geeinigt, welches folgende Eckpunkte beinhaltet:

1.  Reduzierung der Treibhausgasemissionen der Industrieländer um 30% bis 2020 gegenüber dem Stand von 1990.
2.  Weltweite Emissionen bis 2050 um bis zu 50% gegenüber 1990 reduzieren. Für Industrieländer heißt das bis 2050 etwa ein Reduzierung zwischen 60 – 80%.
3.  Alle EU-Staaten verpflichten sich bis 2020 ihre Treibhausemissionen auf 20% gegenüber 1990 gesenkt zu haben.
4.  Anteil der erneuerbaren Energien soll von 8,5% auf 20% angehoben werden.
5.  Biokraftstoffe sollen um 10% erhöht werden.

Ein weiterer wichtiger Punkt des Paketes beinhaltet die energetische Unabhängigkeit Europas, sowie die Liberalisierung des Energiemarktes. Dabei soll eine Trennung von Energieerzeug und –transport stattfinden, um so mehr Wettbewerbsfähigkeit zu fördern.

Quellen: http://www.arte.tv/de/recherche/2436530.html
Quellen: http://ec.europa.eu/energy/energy_policy/doc/01_energy_policy_for_europe_de.pdf

Durch eine Änderung des Gesetzes über die Elektrizitäts- und Gasversorgung (EnWG) ist das Energieversorgungsunternehmen verpflichtet folgende drei Punkte umzusetzen:

Ab dem 01.01.2010 sind Netzbetreiber verpflichtet intelligente Zähler einzubauen, dies umfasst Neugebäude sowie Gebäude die einer größeren Renovierung unterzogen wurden (EnWG § 21b Abs. 3a).

Ab dem 01.01.2010 muss der Einbau intelligenter Zähler bei bestehenden Messeinrichtungen angeboten werden, die Wahl hat der Anschlussnutzer (EnWG § 21b Abs. 3b).

Bis 30.12.2010 haben Energieversorgungsunternehmen Zeit lastvariable oder tageszeitabhängige Tarife ihren Endkundenanzubieten (EnWG § 40 Abs. 3).

Diese Einschränkung gilt nur, wenn die technische Machbarkeit sowie die wirtschaftliche Zumutbarkeit für den Netzbetreiber gewährleistet ist.

Bereits seit dem 09.09.2008 sind Energielieferanten verpflichtet, auf Wunsch des Endkunden für eine halbjährliche, vierteljährliche oder sogar monatliche Abrechnung zu sorgen (EnWG § 40 Abs. 2).

Diese Vorschriften sind gute Anreiße für Energieunternehmen ihre jetzige Infrastruktur zu erneuern und den Gesetzesvorschriften anzupassen, um auch den Verbrauchern zu mehr Energieeffizienz zu verhelfen, damit Sie ihre Schwachstellen analysieren und so Kosten und Energie einsparen können. Ziel ist es den Energieverbrauch von Privatpersonen um 5 – 15 % zu senken.

Welche technischen und organisatorischen Voraussetzungen müssen gegeben sein, damit so ein Zähler sinnvoll eingesetzt werden kann?

Viele Hersteller produzieren ihre eigenen geschlossenen Systeme, das heißt sie sind untereinander nicht kompatibel. Eigene Protokolle und Konzepte verhindern den offenen Austausch mit einander. Für Energieunternehmen bedeutet dies eine kurzfristige, einfache und problemlose Lösung, um ein flächendeckendes „Roll-out“ zu realisieren. Strebt man jedoch nach Langlebigkeit, so könnte sich dies schnell als Sackgasse erweisen.

Verschiedene Konzepte:

MUC-Konzept

* Setze auf den elektronischen Haushaltszähler (eHZ) mit dezentraler Logik außerhalb des Zählers
* Nachteil: hoher Installations- und Konfigurationsaufwand der dezentralen Komponenten

Master & Kommunikationseinheit

* Stromzähler als Master & Kommunikationseinheit
* Vorteil: Einfachheit, geringer Installations- und Konfigurationsaufwand
* Nachteil: Große Abhängigkeit vom Master-Zähler, bei Wechsel des Master durch Anbieterwechsel, Verlust der verknüpften Spartenzähler

Das Energieunternehmen ist in seiner Auswahl des Zählers grundsätzlich stark eingeschränkt, eine Abhilfe schafft hier eine zentrale Steuer- und Kommunikationseinheit als Kern eines offenen und modularen Systems (Gateway).

Dieser Gateway ermöglicht das Anschließen unterschiedlicher Spartenzähler, sowie eine Übertragung der Daten zum Versorgungsunternehmen oder vorhandener Inhouse-Displays. Weiter sollte der Gateway in der Lage sein sämtliche benötigte Protokolle lesen zu können, um spätere Module mit einander zu verknüpfen. Auch sollte ein problemloser Tausch / Ergänzung einzelner Komponenten möglich sein.

Bislang spricht nur eines gegen den Einsatz des Gateways, die Herstellen müssen ihre Systeme öffnen.

Beispiel Anwendung MUC (Multie Utilitie Communication)

Beispiel Anwendung „Drive-By“

Quellen: http://www.metacount.de/fileadmin/dateien/pdf/magazine/magazin7/metaCount_Magazin7_Utility_Fokus.pdf 03.12.10

Organisatorischer Aufwand:

1. Festlegen der Technologie
2. IT-Infrastruktur beim Netzbetreiber anpassen ggf. Outsourcing
3. Geräte austauschen (nach Gesetzgebung oder freiwillig)
4. Testphase / Mängelbeseitigung
5. Echteinsatz

Es gibt mehrere Ansätze wie die Daten zum Netzbetreiber kommen:

Das Modell „Drive-by“/„Walk-by“, ein Mitarbeiter fährt/läuft mit einem Wagen/zu Fuß die Straßenblöcke ab und erfasst sämtliche Messdaten im Vorbeifahren.

Ein anderes Modell beschäftigt sich mit dem Auslesen der Informationen mittels einer Mobilen Anwendung, Daten werden durch eine an der Hausaußenseite angebrachte Steckdose, welche ein Bluetooth-Signal sendet, empfangen und ausgewertet. Durch die hohe Reichweite von bis zu 150 Metern bei Bluetooth ist ein direkter Kontakt nicht immer Voraussetzung, also optimal für schwer zugängliche Kanalschächte.

Weiterhin besteht die Möglichkeit die Daten per Powerline, DSL-Leitung, Mobilfunknetz, GPRS, GSM, UMTS und Modem abzurufen.

Übertragung der Netzdaten mittels Powerline an einen Gateway, weiter zum Applikationsserver des Netzbetreibers.

Welche Sicherheitsprobleme könnten entstehen, wie können sie gelöst werden?

Da es sich hier um einen kleinen Minicomputer handelt, besteht die Gefahr das Hacker versuchen könnten Manipulationen durchzuführen. Die Sicherheitsfirma IOActive warnt vor Angriffen durch sog. buffer overflows und rootkits, auch könnten diese Geräte mit Computerwürmern infiziert werden, ein Firmware-Update würde jedoch schnelle Abhilfe schaffen, sofern diese Funktion nicht durch den Angriff blockiert wird. Genauso wie die Stromlieferanten aus der Ferne den Strom abschalten könnten, würde es auch einem Hacker gelingen ebenso den Strom beim Verbraucher abzuschalten. Die Folgen sind Imageschäden und Vertrauensbrüche, wie ein Kostenanstieg durch Reparatur der Manipulation.

Quellen: http://www.zeit.de/digital/internet/2010-04/smartgrid-strom-hacker?page=2 04.12.10

Ein effektiver Schutz kann nur durch spezielle Sicherheitsmechanismen und Datenschutz gewährleistet werden, doch wie sieht es damit bei Smart Metering aus?

Hersteller setzen auf Verschlüsselungsverfahren, wie z. B. CHAP, MS-CHAP, PAP und 160-bit Applikationsebene Authentisierung für WAN; 96-bi Authentisierung für Powerline Netzwerk; 128- bit RC4 Verschlüsselung für Kommunikation über WAN und Powerline, Passwortschutz für optische Kommunikation.

Auch Datenschutz spielt hier eine sehr große Rolle, das Vertrauen der Verbraucher muss gestärkt werden. Datenschützer haben jedoch die Befürchtung, dass es zu Profilbildung durch Ressourcenverbrauch kommt, damit könnten Rückschlüsse auf Lebensgewohnheiten erlangt werden, ein großes Ausforschungspotential besteht (Nutzung von Geräten in Echtzeit). Die Forderung ist daher den Verbraucher sehr genau über die Datenverarbeitung zu Informieren umso sämtliche Zweifel und Befürchtungen zu nehmen. Auch sollte sich der Verbraucher gegen nicht rechnungsrelevante Datenerhebungen wehren und Einspruch einlegen.

Quellen: http://p21458.typo3server.info/fileadmin/download/deutsch/datenblatt_datenkonzentrator_dc1000SL_deutsch_260107.pdf 03.12.10
Quellen: https://www.datenschutzzentrum.de/smartmeter/ 03.12.10

Wie ist das Zusammenspiel zwischen Netzbetreibern und Energielieferanten?

Die Liberalisierung des Energiemarktes war ein großer Punkt des Klima- und Energiepaketes des EU-Parlamentes, bereits im Jahre 1998 kam es zu einer Liberalisierung, jedoch gab es keine Regulierungsbehörde, dies änderte sich 2005. Die Bundesnetzagentur sorgt nun dafür, dass die Stromanbieter einen fairen Zugang zum Versorgungsnetz erhalten. Das bedeutet, dass der Vertrieb und die Produktion strikt voneinander getrennt werden. Die Strom- und Gasversorgungen werden nicht mehr als natürliche Monopole in einer Marktwirtschaft gesehen. Transport und Verteilung bildet den einen Sektor, während Erzeugung, Handel und Vertrieb dazu genutzt werden um mehr Wettbewerbsfähigkeit zu erzeugen.

Aufgaben des EVU (Energieversorgungsunternehmen) vor der Liberalisierung:

* Energiebelieferung
* Netznutzung (Abrechnung)
* MSB (Messstellenbetrieb)
* MDL (Messstellendienstleistung)
* Anschluss
* Direkter Kontakt mit Verbraucher

Nach der Liberalisierung des Energiemarktes


Quellen:

http://www.toptarif.de/strom/strom-ratgeber/die-liberalisierung-des-strommarktes 03.12.10
http://de.wikipedia.org/wiki/Energiemarkt#Theoretischer_Hintergrund_f.C3.BCr_die_Liberalisierung_der_Energiem.C3.A4rkte 03.12.10
http://www.enbw-eg.de/~upload/enbw-eg/veranstaltung2010/tab_2010/vortraege/20100216_instveranstaltung_tab.pdf 03.12.10

Wie werden sich die Prozesse auch über Unternehmensgrenzen hinweg entwickeln?

Wie im oberen Schaubild dargestellt werden sich die Aufgaben auf mehrere Marktteilnehmer verteilen, jedoch bleibt der ursprüngliche Netzbetreiber immer als Notfall-Instrument bestehen, falls ein Anbieter seinen Betrieb einstellt. Für die Messdaten heißt das, dass die Verbraucher zwar auf Dritte-Unternehmen zurückgreifen können, jedoch müssen alle bilanzierungs- und abrechungsrelevanten Messdaten vorgehalten, verarbeitet und weitergeleitet werden, auch wenn der Netzbetreiber selbst die Messung gar nicht mehr vornimmt. Weiterhin müssen die Messwerte anderer Messstellenbetreiber plausibilisiert und Ersatzwerte gebildet werden.

In Zukunft wird der Messstellenbetreiber als Dienstleister für den assoziierten Netzbetreiber agieren und so die Gleichbehandlung und informationelle Integrität sicherstellen. Ein national agierender kooperativer Messstellenbetreiber ist in der Lage ein flächend deckendes Roll-out von Smart Metering durchzuführen. Als virtueller Vor-Ort-Dienstleister könnte er im Namen und auf Rechnung eines lokalen Marktteilnehmers Dienste für Messstellenbetrieb und Ablesung erbringen. Für Verteilnetzbetreiber bedeutet dies die Chance sich auf ihre Kernprozesse zu konzentrieren und sich an den neuen Wertschöpfungsprozessen der Vorsorgungswirtschaft zu beteiligen.

Quellen:
http://www.accenture.com/NR/rdonlyres/71425848-6CDC-4F98-86A3-CD1DDEB0008E/0/ACNDelphi_Ergebisse.pdf 05.12.10
http://soptim.de/index.php/de/aktuelles/newsletter/880.html 05.12.10
http://www.schleupen.de/dyn/epctrl/con/schleupen014009/cat/schleupen000859/mod/schleupen000859/pri/schleupen# 05.12.10

Was wäre der Vorteil für den Kunden?

Der Verbraucher hat die Möglichkeit mehr Transparenz in seinem Umgang mit der Energie zu bringen, er kann so schneller handeln und mögliche Schwachstellen aufspüren und beseitigen, ältere Geräte können als Stromfresser entlarvt und gegen neue ausgetauscht werden. Das jährliche Ablesen entfällt komplett. Durch das tägliche Erfassen, könnte der verbrauchte Strom monatlich genau abgerechnet werden, wie z. B. eine Telefonrechnung, so kommt es nicht zu einer bösen Überraschung am Jahresende, auch hat der Verbraucher mehr Geld monatlich zur Verfügung, unnötige überhöhte Abschlagszahlungen entfallen.

Ein Punkt den Stromanbieter gerne nennen sind variable Strompreise. Wer in Spitzenzeiten wie etwa 12 Uhr „Mittagessen kocht“ soll mehr dafür bezahlen, als Jemand der flexibel ist.

Weitere Punkte

Durch die Intelligenz der Stromzähler ist es möglich Stromdiebstahl und Manipulationsversuche sofort zu entdecken, auch könnte der Strom aus der Ferne einfach abgeschaltet werden, wenn mal Zahlungsschwierigkeiten entstehen. Wie schon oben erwähnt, ist es dadurch möglich Profile seiner Abnehmer zu erstellen, weil nicht nur der Verbraucher diese Daten erhält sondern auch der Vertrieb.

Quellen: http://www.energieverbraucherportal.de/themen_detail.html?&cHash=6cb213fa1e&tx_ttnews%5BbackPid%5D=2&tx_ttnews%5Btt_news%5D=224 04.12.10
Quellen: http://www.rwe.com/web/cms/de/46308/rwe-magazin/rwe-magazin-archiv/archiv-2008/ausgabe-1/pilotprojekt-stromzaehler-der-zukunft/ 04.12.10

Es gibt weiterreichende „smarte Ansätze“, die auf die Technologie Smart Metering aufbauen, was versteht man unter Smart Grid oder Smart Home, was haben diese Technologie miteinander zu tun?

Smart Grid:

Die Versorgung und Nutzung der Energie befindet sich im Umbuch. Neue Technologien schaffen neue Möglichkeiten. Erneuerbare Energien bilden einen immer größer werdenden Anteil des Stromes, dieser muss in das Elektrizitätssystem integriert werden. Der Passivstromverbraucher soll zum Prosumer (Verbraucher/Erzeuger) werden und sich aktiv am Energiewirtschaftssystem beteiligen. Durch die Abhängigkeit der Volatilität (Tag-/Nacht-Zyklus, Wetter) müssen erneuerbare Energien als ein fortwährendes überregionales, globales Optimierungsproblem begriffen werden. Es ist daher wichtig das aktuelle Angebot an erneuerbarer Energie mit den aktuellen Verbrauchsanforderungen großräumig zusammenzuführen. Smart Grids sind als Mittel zur Erreichung eines solchen Optimums, zur Steuerung elektrischer Netze und Energiespeicher zu verstehen. Weiterhin sollen damit Verbraucher aktiv beeinflusst werden durch Informationen über die aktuelle und zu erwartende Erzeugungs- und Verbrauchsituation.

Das Smart-Grid-Konzept sieht eine Verschmelzung der elektrischen Netze mit Kommunikationstechnologien vor, in dem eine Vielzahl von Erzeugern, Verbrauchern und Speichermöglichkeiten mittels eines optimierten Portfolios im Spannungsfeld von Liberalisierung, geringer Abhängigkeit von Importen, Verbraucherwachstum, Einfluss auf die Umwelt, Netzausbau, Netzkapazitäten und Wettbewerb am Markt agieren.

Ziel ist die intelligente Steuerung durch Echtzeit-Vernetzung aller Systemkomponenten im Internet der Energie, ein transparenter energie- und kosteneffizienter sowie sicherer und zuverlässiger Systembetrieb mit der Sicherstellung einer nachhaltigen und umweltverträglichen Energieversorgung.

Nutzen für Verteilnetzbetreiber:

Smart Grid kann dazu genutzt werden um Reserven zu ermitteln, dadurch können notwendige Netzausbauten vermieden werden. Engpässe, Netzüberlastung und Spannungsbandverletzungen können erkannt und behandelt werden, die Integration von Elektromobilität und dezentrale Erzeugung kann weiter optimiert werden.

Quellen: http://www.e-energy.de/documents/DKE_Roadmap_Smart_Grid_230410_Deutsch.pdf 05.12.10
Quellen: http://www.energycenter.tu-darmstadt.de/media/energycenter/energy_center_pdfs/elektrische_energieversogungsnetze_2010_02_08_v1_printversion.pdf 03.12.10
Quellen: http://e-control.at/de/marktteilnehmer/strom/fachthemen/smart-grids 03.12.10
Quellen: http://www.faz.net/s/RubD16E1F55D21144C4AE3F9DDF52B6E1D9/Doc~EDEB58114DD5F401DB20DDA0F94CDAF9E~ATpl~Ecommon~Scontent.html 03.12.10
Quellen: http://www.dke.de/de/std/KompetenzzentrumE-Energy/aktivitaeten/documents/bericht%20zum%20symposium/7%20a%20kiessling%20-%20e-energy-symposium.pdf 03.12.10

Smart Home:

Das intelligente Haus als Unterstützer in allen Lebenslagen. Smart Homes sollen dazu verhelfen mehr Energieeffizienz, Komfort und Sicherheit für ihre Bewohner zu schaffen. Dazu werden moderne Sensor- und Messtechniken eingesetzt die gezielt dafür sorgen, dass der CO2-Gehalt gesenkt wird und ein bewusster Umgang mit der Energie stattfindet. Im Haus wird ein Home Server installiert welcher sämtliche elektronische Geräte mit einander verknüpft. Gesteuert werden diese Geräte über entsprechende Steuerungsgeräte wie z. B. Arbeitsplatzcomputer, Smartphones oder Home Terminals.

Das Haus wird intelligent, ein Punkt der leider noch bei vielen Neubauten nicht berücksichtigt wird oder werden kann aus Gründen der Finanzierung, für eine Smart Home Anlage kann ein Mehraufwand von ca. 10.000 – 20.000 Euro kalkuliert werden. Kosten die auf den ersten Blick hoch erscheinen, jedoch auf langer Sicht gesehen einen erheblichen Komfort und Schutz bieten. Gerade durch die Energieeffizienz sind die Kosten schnell wieder amortisiert.

Smart Home beinhaltet:

Energieeffizienz, Energiemanagement, dezentrale Energieerzeugung, effiziente Wärmeerzeugung und –nutzung. Andererseits gehören auch Technikaspekte wie Informationstechnologie, Telekommunikation, Telemedizin, Unterhaltungselektronik, intelligente Hausgeräte, Sicherheitslösungen, Hausautomatisierung sowie Dienstleistungen rund um Heim und Haus dazu.

Quellen:

http://www.zdnet.de/it_business_technik_smart_home_ewige_utopie_oder_klare_zukunftsvision_story-11000009-41539615-1.htm 04.12.10
http://www.unibw.de/eit8_2/forschung/projekte/shfilm/index_html 04.12.10
http://winfwiki.wi-fom.de/index.php/Benutzungskonzepte_auf_unterschiedlichen_Endger%C3%A4ten_f%C3%BCr_die_Steuerung_des_Smart_Home 04.12.10
http://www.rwe.com/web/cms/de/235198/rwe-magazin/rwe-magazin-archiv/archiv-2009/ausgabe-2/die-zukunft-des-wohnens/smart-home-clever-wohnen/ 04.12.10

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