Smart Meter – Wenn der Stromzähler intelligent wird

Intelligente Messgeräte (Smart Meter) sind in der Schweiz auf dem Vormarsch. Bis 2027 werden sie 80% der bestehenden Stromzähler ersetzen. Im Rahmen der Energiestrategie 2050 spielen diese digitalen Stromzähler eine wichtige Rolle zur Effizienzsteigerung. Wie sie funktionieren und was sie für eine Bedeutung für das Stromnetz von morgen haben, erfahren Sie in diesem Grundlagenbericht.
Smart City von Remo boretti, 05.02.2021

Die Situation kennen derzeit noch viele Schweizerinnen und Schweizer. Einmal pro Jahr steht ein Mitarbeiter oder eine Mitarbeiterin des lokalen Energiedienstleisters vor der Tür, um den Stand des Stromzählers abzulesen. Aufgrund der ausgelesenen Daten wird dann im Anschluss eine Rechnung für den verbrauchten Strom erstellt, die mit den bereits geleisteten Akontozahlungen verrechnet wird. In Zukunft wird sich dieser Ablauf ändern. Der Stromverbrauch soll für Schweizer Haushalte transparenter werden. Möglich wird das durch sogenannte «intelligente» Stromzähler (engl. Smart Meter). In den kommenden Jahren werden sie in der Schweiz in grossem Mass verbaut. Bis Ende 2027 sollen 80% der herkömmlichen Stromzähler durch solche Geräte ersetzt sein.

Eine Reihe von Stromzählern aufgehängt an der Wand.

Neue Stromzähler dank digitalem Fortschritt

Die ersten Schritte auf dem Weg zum «intelligenten» Stromzähler wurden in den USA gemacht. Als Pionier gilt hier der US-Amerikaner Theodore Paraskevakos. Anfang der 70er-Jahre entwickelte er ein Feueralarmsystem, bei dem mit Sensoren gemessene Daten digital an einen Computer übermittelt werden konnten. Aus diesem Gedanken heraus entstand die erste Generation eines neuen digitalen Zählers, den sich Paraskevakos 1975 patentieren liess. Ab den 90er-Jahren waren solche Zähler, mit denen eine Fernauslesung möglich geworden war, vermehrt im Einsatz. Damals noch vor allem für grosse Unternehmen.

Der breite Durchbruch der Technologie blieb aber vorerst aus. Noch lange galten Stromzähler bereits als modern, wenn sie über eine Digitalanzeige verfügten. In den Jahren nach der Jahrtausendwende wurde der Ansatz von Paraskevakos dann aber erneut aufgegriffen. Vieles hatte sich seit den 70er-Jahren verändert. Das Internet erlebte seinen grossen Durchbruch, neue Übermittlungstechnologien wurden entwickelt und die Digitalisierung hielt Einzug. Für die Weiterentwicklung der Stromzählertechnologie ergaben sich dadurch ganz neue Perspektiven. Ab etwa 2010 kamen dann erstmals Modelle von Stromzählern auf den Markt, die im heutigen Sinn als «intelligent» gelten können.

Was macht Stromzähler eigentlich intelligent?

«Ein Smart Meter ist grundsätzlich einmal ein elektronischer Zähler für unterschiedliche Formen von Energien, beispielsweise Gas, Wasser oder Strom, der über eine Kommunikationsschnittstelle verfügt», weiss Tobias Diekmann, ewz-Projektleiter des Smart-Meter-Roll-outs. «Mit ihm wird eine durchgängige, digitale Kette vom Haus zum Stromanbieter geschaffen.» Der Gesetzgeber präzisiert das und bezeichnet einen Smart Meter als «eine Messeinrichtung zur Erfassung elektrischer Energie, die eine bidirektionale Datenübertragung unterstützt» (StromVG, Art. 17a). Und gerade dieser Aspekt der Kommunikationsfähigkeit in beide Richtungen ist es denn letztlich auch, der einen Stromzähler «intelligent» macht.

So messen Smart Meter nicht nur Daten, beispielsweise den aktuellen Stromverbrauch, sondern speichern diese nach einer bestimmten Zeit und leiten sie weiter. «Für die ab dem Frühsommer in der Stadt Zürich verbauten Geräte bedeutet das, dass sie im Viertelstundentakt den Stromverbrauch erfassen und diesen einmal pro Tag automatisch an ewz übermitteln», erläutert Diekmann.

Gleichzeitig empfangen Smart Meter aber auch Informationen, wie unterschiedliche Tarife oder Software Updates. Die verschlüsselte und anonymisierte Datenübertragung findet dabei beispielsweise über das Glasfasernetz, ein WLAN oder den Mobilfunk statt. Auf den Schutz der Kundendaten wird dabei ein besonderes Augenmerk gerichtet. «Diese unterliegen den Datenschutzvorschriften des Bundesgesetzes. Und die Zugangsrechte dazu sind klar definiert.»

Smart Meter als Teil eines umfangreichen Gesamtsystems

Genau betrachtet ist der Smart Meter aber nur eine Komponente eines grösseren Systems. «Wenn alle Bestandteile davon Realität und vereint sind, spricht man von einem intelligenten Messsystem (iMS)», so Diekmann. «Erst durch die erfolgreiche Implementierung aller Bestandteile dieses Systems können Smart Meter ihren Nutzen letztlich vollumfänglich entfalten.»

Gemäss einem vom Bundesamt für Energie (BFE) 2014 erstellten Grundlagendokument zum Smart Metering beinhaltet das iMS im Kern nebst dem Zähler ein Kommunikationssystem und ein Zähldatenverarbeitungssystem. Das Kommunikationssystem (Gateway) stellt die Fernverbindung zwischen dem Smart Meter und dem Zähldatenverarbeitungssystem beim Energiedienstleister her. Letzteres dient dann der Verwaltung der Messgeräte und der Auslesung der Daten – es gewährleistet den Betrieb des ganzen Systems. «Jede dieser Komponenten, die für die Messung bis hin zur Entgegennahme, Speicherung, Steuerung und Verarbeitung der Daten verantwortlich sind, durchlaufen einen Zertifizierungsprozess durch das Eidgenössische Institut für Metrologie (METAS).»

Hauptnutzen für Private: transparenter Stromverbrauch und zeitnahe Abrechnung

Der Nutzen von Smart Metern ist vielfältig. Davon ist Diekmann überzeugt: «Sowohl für die Kundinnen und Kunden als auch für die Stromanbieter ergeben sich durch eine grossflächige Verbreitung der Smart-Meter-Technologie zahlreiche Vorteile.»

Einen zentralen Nutzen sieht Diekmann in der Schaffung von Transparenz beim Stromverbrauch. «Studien haben gezeigt, dass der Stromverbrauch mithilfe von Smart Metern um drei bis fünf Prozent gesenkt werden kann. Dadurch, dass der Kunde oder die Kundin den aktuellen Stromverbrauch via eine App oder über das Internet kennt, erhält sie oder er eine bessere Kontrolle darüber.» So lassen sich beispielsweise Stromfresser künftig viel einfacher und schneller identifizieren. «Darüber hinaus findet aber auch eine grundsätzliche Sensibilisierung für den Umgang mit Energie statt.»

«Im Zusammenhang damit ergibt sich durch den Einsatz von Smart Metern auch eine neue, zeitnahe Abrechnungsmöglichkeit für den bezogenen Strom, die unseren Kundinnen und Kunden zugutekommt», meint Diekmann. Gemäss einer Medienmitteilung beabsichtigt ewz, ab 2021 eine Umstellung der Stromrechnung bei den mit Smart Metern ausgerüsteten Haushalten auf das jeweilige Quartal. «Ähnlich wie in der Telefonie können so auch Rechnungen über den effektiv verbrauchten Strom zeitnah erstellt werden, und die bis heute üblichen Akontozahlungen entfallen in Zukunft.»

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Vereinfachung der Administration

Aber auch ein erhebliches Verbesserungspotenzial bei administrativen Abläufen, wie sie beispielsweise bei Umzügen anfallen, ergibt sich durch den Einsatz von Smart Metern. «So wird es nicht mehr nötig sein, dass Zähler ‹von Hand› abgelesen werden, und auch der bürokratische Aufwand bei der Bearbeitung kann stark vereinfacht werden», so Diekmann. «Gerade auch im Hinblick auf die vollständige Liberalisierung des Strommarktes, also auch für Privathaushalte, kann das von nicht zu unterschätzender Bedeutung sein.»

Hauptnutzen für Energieversorger: Smart-Metering-Systeme als Grundlage des Smart Grid

Ein weiterer, zentraler Vorteil für den Energiedienstleister, der sich aus den Smart Metern ergibt, ist die Möglichkeit, Stromschwankungen besser zu lokalisieren und zielgerichteter darauf zu reagieren. «Die Smart Metern machen ein verbessertes Monitoring unseres Systems möglich. So kann die Versorgungssicherheit für die Zukunft noch besser gewährleistet werden.»

In diesem Zusammenhang gelten Smart Meter denn auch als wichtige Voraussetzung für die Einführung von «intelligenten Stromnetzen» (Smart Grids). «Künftig wird die Stromproduktion mit den erneuerbaren Energien wie Solar- und Windenergieanlagen noch dezentraler werden, und neue Verbraucher wie die Elektromobilität kommen hinzu. Für die Netzstabilität muss das beachtet werden. Als digitale Schnittstellen können Smart Meter dabei helfen, die jeweiligen Akteure zu verknüpfen, und damit letztlich zur Optimierung des ganzen Systems beitragen.» So liesse sich Strom aus erneuerbaren Quellen wie der Windkraft oder der Photovoltaik gezielter und effizienter einsetzen, wenn ein Überschuss davon vorhanden ist, beispielsweise zum günstigeren Laden des Elektroautos oder zum Betrieb der heimischen Waschmaschine.

All diese Aspekte sind denn auch der Grund dafür, dass die intelligenten Stromzähler in der EU heute bereits relativ stark verbreitet sind.

Ein Mann im Anzug zerstört mit einem grossen Hammer einen alten Stromzähler.
Nach dem Zerstören des Stromzählers hält der Mann siegessicher den Hammer in die Höhe.

Intelligente Stromzähler in der EU

Den entscheidenden Anschub erlebte die Technologie hier im Rahmen des 3. Energiepakets der Europäischen Union, bei dem es um die Liberalisierung der europäischen Strom- und Gasmärkte sowie die Stärkung der Verbraucherrechte ging. Bereits 2009 beschloss die EU eine breite Einführung von Smart Metern, sofern dies in den Mitgliedstaaten technisch machbar und finanziell vertretbar sei. Bis 2020 hatte man sich das Ziel gesetzt, dass 80% der bestehenden Zähler durch Smart Meter ersetzt werden sollten. Damit war der Startschuss für die nationalen Roll-outs getan. Aus einem jüngst veröffentlichen Bericht geht hervor, dass in der EU bis heute 45 Millionen Smart Meter verbaut worden sind. Das entspricht zwar erst einem Anteil von rund 23% des erwarteten Ziels bis 2020. Im Bereich der Elektrizität haben heute aber immerhin bereits 16 von 27 Mitgliedstaaten das 80%-Ziel erreicht.

Und in der Schweiz?

In der Schweiz fehlte lange eine gesetzliche Grundlage für die Einführung von Smart Metern. Demnach verzögerte sich bei uns auch deren Einführung. Gleichwohl wurden die Chancen und das Potenzial der Technologie bereits früh erkannt und im Rahmen der Energiewende aufgegriffen. Im bereits genannten Grundlagendokument des BFE wurde 2014 in der Schweiz erstmals definiert, was ein Smart Meter ausmacht, was er können muss und wie sein Nutzen einzuschätzen ist. Mit der Annahme der Energiestrategie 2050 an der Urne vor drei Jahren wurden diese Kriterien dann, ab dem 1. Januar 2018, im revidierten Stromversorgungsgesetz (StromVG) und der Stromversorgungsverordnung (StromVV) gesetzlich verankert. Für das Erreichen der Ziele der Energiestrategie 2050 sollten Smart Meter ab diesem Datum eine wichtige Rolle zur Steigerung der Energieeffizienz spielen.

Gleichzeitig mit der Annahme der Energiestrategie 2050 wurde auch beschlossen, dass bis Ende 2027 80% aller konventionellen Stromzähler in der Schweiz durch Smart Meter ersetzt werden sollten. Damit begann vielerorts die Planung für die jeweiligen Roll-outs der Technologie, und ihre Einführung steht heute kurz bevor. Zur Situation in Zürich meint Dieckmann: «Das bedeutet, dass wir in den kommenden Jahren mindestens 240’000 konventionelle Stromzähler durch ihre intelligenten Pendants kostenlos ersetzen werden. Uns kommt dabei zugute, dass Ende 2019 unser eigenes Glasfasernetz fertiggestellt wurde und damit der Anschluss an die Datenautobahn bereits bereitsteht.»

Und hier noch einmal in Kürze die wichtigsten Facts zu den Smart Metern:

Was macht einen Smart Meter intelligent?

Ein Smart Meter ist ein Messgerät, mit dem digitale Daten, z.B. der aktuelle Stromverbrauch, über verschiedene Kommunikationskanäle empfangen und gesendet werden können. Eingebettet in ein grösseres System entfaltet er seine volle Wirksamkeit – dadurch wird er zum intelligenten Messgerät.

Wie wird bei Smart Metern die Privatsphäre geschützt?

Die Übermittlung der gemessenen Daten findet ausschliesslich anonymisiert und verschlüsselt statt. Gestützt auf das geltende Datenschutzgesetz ist klar geregelt, wer auf die Daten Zugriff hat und wofür sie verwendet werden dürfen.

Wo liegen die grössten Nutzen von digitalen Stromzählern?

Smart Meter ermöglichen eine zeitnahe Übersicht über den effektiv verbrauchten Strom und geben so der Konsumentin und dem Konsumenten ein effektives Instrument in die Hand, Kosten zu sparen. Und wenn Strom effizienter eingesetzt wird, leistet jede und jeder damit auch einen individuellen Anteil zum Gelingen der Energiewende. Aber auch für die Stabilität des zukünftigen Stromnetzes spielen Smart Meter eine wichtige Rolle. Mit ihnen lassen sich die erneuerbaren Energien besser ins Stromnetz einbinden und damit die Versorgungssicherheit für die Zukunft gewährleisten.

Bis wann sollen in der Schweiz konventionelle Stromzähler durch Smart Meter ersetzt werden?

Gesetzlich vorgeschrieben ist, dass bis 2027 80% der bestehenden Stromzähler durch ihre intelligenten Pendants ersetzt werden sollen.

Mehr zu den Themen verschlüsselte und anonymisierte Datenübertragung finden Sie auf der ewz-Website zu Konnektivität.

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