Abschied von der Blackbox

Dieser Text ist der Print-Ausgabe 01/2010 von Technologie Review entnommen. Das Heft kann, genauso wie ältere Ausgaben, hier online portokostenfrei bestellt werden.

Innovation per Gesetz: Ab 2010 schreibt der Bund den Einsatz von intelligenten Stromzählern verbindlich vor. Die neuen Kästen im Keller bilden die Basis für eine enorme Reorganisation der Energieversorgung.

Volker Laur geht um die Küchenzeile herum, klappt seinen Laptop auf und schaltet die Espressomaschine ein. "Sehen Sie", sagt er, "wie der Stromverbrauch in die Höhe schnellt!" Der Familienvater deutet auf eine Anzeige seines Rechners: "1234 Watt." Und das Notebook wird noch mehr Zahlen ausspucken. Am Ende des Tages wird Laur genau wissen, wie viel Strom im Haushalt verbraucht wurde. Er kann nicht nur den Stromverbrauch einzelner Geräte prüfen, sondern auch das Verbrauchsprofil seines ganzen Haushalts – den sogenannten Tageslastgang – minutengenau kontrollieren.

Seit April 2009 ist die Familie von Volker Laur aus Plattenhardt bei Stuttgart Teilnehmer eines Pilotprojektes des baden-württembergischen Energieversorger EnBW. Im Keller ihres Einfamilienhauses hängt seitdem ein Smart Meter, ein intelligenter Stromzähler. Wie die Tankanzeige im Cockpit eines Autos zeigt das digitale Gerät Momentan- und Langzeitwerte an und sendet sie sekundengenau über eine drahtlose Funkverbindung an den Rechner von Laur. Über Powerline – das heißt über das Hausstromkabel – schickt der Zähler zudem alle fünfzehn Minuten einen gemittelten Wert an die nächstgelegene Trafostation, von wo aus die Daten via Internet an den Energieversorger gehen.

Nicht nur die EnBW, praktisch alle überregionalen Energieversorger und dazu die größeren Stadtwerke führen Pilotversuche zum Smart Metering durch. Sie reagieren damit auf das "Gesetz zur Öffnung des Messwesens bei Strom und Gas für Wettbewerb" vom September 2008, mit dem die gesetzgebenden Organe erstmals in der Geschichte der Bundesrepublik die Einführung einer neuen Technologie verbindlich vorschreiben. Denn nach Vorgabe der Gesetzgeber müssen ab 1. Januar 2010 zunächst bei allen Neubauten sowie bei umfangreichen Haussanierungen diese digitalen Stromzähler eingebaut werden. Und jeder, der ein solches Gerät haben möchte, muss es vom Stromversorger angeboten bekommen – inklusive einer monatlichen Abrechnung. Da kommt viel Arbeit auf die Installateure zu. "42 Millionen Zähler gibt es allein in Deutschland", kalkuliert Professor Michael Laskowski von der RWE Rheinland Westfalen Netz AG. "Zählt man die Messgeräte für Gas und Wasser hinzu, die ebenfalls der neuen Regelung unterworfen werden, kommt man auf gut 100 Millionen Einheiten", sagt er.

Im April nächsten Jahres müssen die Stromanbieter darüber hinaus dafür sorgen, dass sich die Verbrauchsdaten automatisiert ablesen lassen. Vorbei die Zeiten, zu denen der Ableser vergeblich an der Haustür klingelte, um die Zählerstände zu notieren und stattdessen eine Postkarte einwarf, auf die der Stromkunde seinen Konsum mitzuteilen hatte. Schluss ebenso mit den groben Schätzungen der Stromanbieter, falls der Kunde seiner Verpflichtung nicht nachgekommen ist, und gleichfalls vorbei mit den Beschwerden, weil irgendjemand den Wert falsch abgeschrieben hat.

Ferner müssen die Energielieferanten bis Ende nächsten Jahres zeit- oder lastvariable Tarife anbieten. Wie bei Familie Laur werden das im einfachsten Fall zunächst wohl die bekannten Tag- und Nachttarife sein. Damit spart der Familienvater derzeit gut drei Cent pro Kilowattstunde, wenn er seinen Stromverbrauch in die Stunden zwischen acht Uhr abends und acht Uhr morgens verlagert. Denn hier liegt das tiefere Ziel der Gesetzesinitiative. Mit den technischen Möglichkeiten des Smart Meterings soll der Verbrauch so gesteuert werden, dass der Gesamtstromverbrauch reduziert und vergleichmäßigt wird. Die positive Folge ist die effektivere Auslastung der Netze und Kraftwerke.

Denn viele Kraftwerke – insbesondere jene, die Kohle verheizen oder Uran spalten – laufen kontinuierlich durch, weil sie zu träge sind, um stundenweise herunter- und wieder hochgefahren zu werden. Doch findet ihr Strom nachts nur wenig Abnehmer. Wegen des zeitweisen Überangebots ist der Preis an der Leipziger Strombörse EEX deswegen bereits mehrfach unter null gefallen: Seit im September 2008 am Spotmarkt erstmals negative Strompreise zugelassen wurden, lag der Handelspreis insgesamt 130 Stunden lang bei null oder darunter. Im Oktober 2009 notierte sogar der Durchschnittspreis eines ganzen Tages erstmals in der Geschichte der Strombörse im Negativen. Abnehmer hätten damals gut fünfzehn Euro pro Kilowattstunde gezahlt bekommen! "Manchmal ist es wirtschaftlicher, Strom zu verschenken, als Kraftwerke herunterzufahren", kommentiert das Andreas Gnilka, geschäftsführender Gesellschafter der Energieberatungsgesellschaft LBD, der die Bundesnetzagentur in Fragen Smart Meter beraten hat. Dass dabei viel Energie verschwendet wird, liegt auf der Hand.

Während es nachts, wenn Mensch und Wirtschaft zur Ruhe kommen, meist geruhsam zugeht in den Leitzentralen der Stromversorger, sorgen tagsüber zahlreiche Lastspitzen – morgens kurz nach acht Uhr bei Arbeitsbeginn, mittags zur Essenszeit sowie abends ab 17 Uhr, wenn Millionen Berufstätige nach Hause kommen – für Geschäftigkeit an den Steuerpulten. Um die Netzspannung stets auf 230 Volt und 50 Hertz auszubalancieren, müssen die Elektrizitätswerke dann in Sekundenschnelle sogenannte Regelenergie zuschalten – sie kommt meist von rasch anfahrbaren Gas- oder Pumpspeicherkraftwerken.

Ginge es nur darum, die Erzeugungskapazität konventioneller Kraftwerke an den Verbrauch anzupassen, hätten die Techniker diese Prozedur relativ gut im Griff. Ihre Erzeugungseinheiten können in Spitzenzeiten eine Leistung von 80 Gigawatt liefern, so viel, wie 80 große Kohle- oder Atommeiler produzieren. Durch den Ausbau der regenerativen Energieerzeuger erwachsen den Netzbetreibern nun aber neue Probleme. Auf Gedeih und Verderb sind sie vom wechselhaften Wetter abhängig: Bläst der Wind? Scheint die Sonne? Eine große Wolke über Süddeutschland – und plötzlich knickt die Spannung im Netz ein.

Bis zum Jahr 2020 sollen in der Europäischen Union 20 Prozent der Stromerzeugung aus derart unsteten, regenerativen Quellen stammen – in Deutschland sogar 30 Prozent. Das sind gewaltige Mengen an Energie, die plötzlich zur Verfügung stehen und im nächsten Moment fehlen. "Die gewollte dezentrale Einspeisung führt dazu, dass wir das Netz umbauen müssen", erklärt Arndt Neuhaus, Vorsitzender des Vorstands der RWE Rheinland Westfalen Netz AG. Er berichtet von Regionalversorgern, deren gelieferter Strom zeitweise zu 70 Prozent aus Windenergie besteht. Flaut der Wind ab, müssen meist mit Erdgas betriebene Schattenkraftwerke rasch in die Lücke preschen. Das bindet Kapital und macht Strom teuer. Entspannung im Netz könnten flexibel steuerbare Stromspeicher bringen. Als solche Puffer kämen etwa große Kühlhäuser oder Schwimmbäder infrage. Aber auch ein bundesweiter Fuhrpark von Elektrofahrzeugen ließe sich in ein solches Puffersystem einbinden, indem deren Batterien bei Schwachlastzeiten Strom aufnehmen und bei Spitzenlastzeiten als zusätzliche Reserve dienen. Die Ladezyklen müssten dabei genau an den Bedarf des jeweiligen Energieversorgers und des Fahrers angepasst werden. Hier kommt das Smart Meter ins Spiel. Clevere Stromzähler zu Hause könnten in Verbindung mit flexiblen Stromtarifen die Steuerung übernehmen.

Der Blick auf den aktuellen Stromverbrauch soll die Verbraucher zudem dazu anregen, in Zeiten hoher Nachfrage genügsam mit der Ressource Elektrizität umzugehen. Laut einer Studie des Wissenschaftlichen Instituts für Infrastruktur und Kommunikationsdienste (wik) und des Fraunhofer-Verbunds Energie lassen sich nach konservativer Schätzung in den Haushalten gut zehn Terawattstunden pro Jahr einsparen. Das entspricht der Kapazität von 10 bis 15 großen Kraftwerken, rechnet Yello Strom vor. Die EnBW-Tochter bietet bereits seit Ende 2008 den digitalen Stromzähler zusammen mit einem Tag- und einem Nacht-Tarif an. "Die ersten 1000 Pilot-Kunden haben mithilfe des intelligenten Stromzählers ihren Verbrauch um mindestens fünf Prozent, ein Drittel sogar um mehr als zehn Prozent gesenkt", berichtet Jörn Kröpelin, Projektleiter Smart Metering der EnBW.

"Ich spare sogar gut 15 Prozent an Energiekosten", schätzt Laur. Das macht sich auch im Portemonnaie bemerkbar: "Dafür gönnen wir uns eine Pizza mehr im Monat", sagt der Ingenieur, der bei Daimler Kundenprozesse und Vertriebsstrukturen weiterentwickelt. Er musste für den Einbau des Sparzählers zunächst einmal rund 100 Euro hinblättern. Insgesamt jedoch kann ein Haushalt durch Verhaltensänderungen jährlich bis zu 300 Euro einsparen, kalkuliert der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik VDE. Und das ohne Verlust an Komfort, einfach weil durch den Blick auf den aktuellen Zählerstand unnötige Verbraucher erkannt und abgeschaltet werden oder weil Stromfresser erst dann eingeschaltet werden, wenn Strom gerade günstig ist. "Mir geht es aber eigentlich nicht ums Geld, sondern um die Umwelt", sagt Laur, der außerdem nach eigenem Bekunden eine ausgeprägte Leidenschaft für das Optimieren und Tüfteln besitzt.

Damit passt der Ingenieur gleich in zwei von mehreren Zielgruppen, die das Institut für sozial-ökologische Forschung ISOE in Frankfurt am Main ermittelt hat: Das sind vornehmlich Familien mit Kindern im modernen Mainstream oder ökologisch Sensibilisierte, jüngere Singles, Doppelverdiener ohne Kinder sowie ältere Aufgeschlossene, deren Sprösslinge bereits das Haus verlassen haben. "Diese Zielgruppe macht in Deutschland bis zu zwanzig Prozent aus", schätzt Andreas Gnilka.

Wenn es vielen Pilotprojekt-Teilnehmern nicht ums Geld geht, liegt es ja vielleicht daran, dass Vattenfall den andernorts festgestellten Spareffekt nicht bestätigen kann: "Wir halten das aber nicht für ausgeschlossen, Einsparungen in solcher Größenordnung zu erreichen", meint Jens Berding. Wirklich wichtig sind für den Smart-Metering-Verantwortlichen des norddeutschen Energieversorgers ohnehin eher die Gewerbekunden. "Das Potenzial und Interesse bei Kundenunternehmen – Bäckern, Friseuren oder anderen Gewerben mit einem Verbrauch bis zu 100000 Kilowattstunden im Jahr – ist ungleich größer", meint der Vattenfall-Experte.

Energieeinsparungen im großen Stil werden sich allerdings erst realisieren lassen, wenn durch einen flächendeckenden Einsatz von smarten Stromzählern als Kontroll- und Steuereinheit die Basis für ein intelligentes Stromnetz gelegt wird, bei dem sich Energie vom Ort der Erzeugung zu nahezu jedem beliebigen Punkt verschieben lässt – ähnlich wie Informationen im Internet. "Beim Smart Grid gehen das Energiesystem und die Informations- und Kommunikationstechnik eine Symbiose ein", betont auch Michael Weinhold, Technologievorstand von Siemens Energie. Das Unternehmen erhofft sich davon in den nächsten Jahren einen Umsatz von mehreren Milliarden Euro.

Kein Wunder, dass IT-Giganten wie Cisco, IBM oder Hewlett- Packard (HP) hier ein großes Geschäft wittern und mit Macht in den Markt drängen. Die wik-Fraunhofer-Studie geht davon aus, dass der deutschen Informations- und Kommunikationswirtschaft durch den Ausbau der Infrastruktur mit Smart Meter und Smart Grid in den nächsten zehn Jahren ein zweistelliger Milliardenbetrag zufließt. "Der Markt ist sehr interessant", gesteht auch Ian Mitton, der bei HP verantwortlich ist für das weltweite Geschäft mit den Versorgungsunternehmen. "Alle sprechen darüber!" Das amerikanische Technologieunternehmen versucht seine Stärke im Mobiltelefonmarkt auf die intelligenten Zähler anzuwenden. "Energieversorger und Telekommunikationsunternehmen verwenden ähnliche Terminologien, um ihre Netze zu beschreiben", erläutert Mitton. "Lösungen der einen Industrie lassen sich daher häufig auf die andere übertragen."

Das baden-württembergische Energieunternehmen EnBW kooperiert mit IT-Größen wie Cisco und Google. Cisco ist traditionell auf wichtige Bausteine für das Internet spezialisiert – auf sogenannte Router und Switches – und verspricht sich von seinem Engagement bei Smart Metern offensichtlich einen intensiveren elektronischen Informationsfluss, was sein Kerngeschäft stärkt. Marie Hattar, Vizepräsidentin der Netzwerksysteme und Sicherheit des amerikanischen Netzwerkausrüsters, taxiert den Wert des Marktes für Kommunikationsinfrastruktur auf rund 20 Milliarden US-Dollar pro Jahr für die nächsten fünf Jahre. Der Suchmaschinenriese Google baut derweil einen Internetdienst mit dem Namen PowerMeter auf. Das zugehörige Programm ist frei verfügbar und läuft auf der personalisierten Internet-Plattform iGoogle, auf der sich auch andere persönliche Inhalte einstellen lassen. In Verbindung mit einem digitalen Zähler können Energiekunden sich dort künftig auch ihren aktuellen Energieverbrauch ansehen. Der Nutzer muss sich jedoch registrieren lassen, wobei Google verspricht, keine personifizierten Daten an den Versorger weiterzugeben.

Das ist sehr wichtig. Schließlich unterliegen alle durch einen Smart Meter erhobenen personenbezogenen Verbrauchsinformationen dem Bundesdatenschutzgesetz. "Der Datenschutz hat höchste Priorität", bekräftigt auch Robert Pflügl, der das 10000-Smart-Meter-Programm der E.on Bayern leitet. Das Energieunternehmen stellt ihren Kunden die Informationen deswegen entweder nur direkt im Haus zur Verfügung, oder sie werden verschlüsselt über einen gesicherten VPN-Internetzugang geleitet, wenn sie auf einem Webportal dargestellt werden sollen. "Das ist wesentlich aufwendiger als das, was beim Online-Banking üblich ist", sagt Pflügl. Andere Länder sind da deutlich weniger sensibel. Mike Davis, Senior Security Consultant bei IOActive, Seattle, USA, einem führenden Anbieter von Smart-Grid-Sicherheitsdienstleistungen, zeigte kürzlich auf einer amerikanischen Sicherheitskonferenz in Las Vegas, dass es möglich sei, Smart Meter mit einem Computerwurm zu befallen. In einer Simulation brachte er rund 15000 dieser Geräte innerhalb weniger Stunden unter seine Kontrolle. Versuche mit realen Apparaten bestätigten die Schwachstellen. "Viele Smart Meter fragen noch nicht einmal nach einer Authentifikation", berichtet Davis.

Aber nicht nur durch kriminelle Energie kann ein Kunde plötzlich im Dunkeln stehen. Zwar gibt kein Stromversorger offen zu, missliebigen oder säumigen Rechnungszahlern den Saft abzudrehen. Technisch sei das unter den Bedingungen eines intelligenten Netzes aber ohne Weiteres möglich, erläutern die Energieversorger hinter vorgehaltener Hand. Ein Experte, der in diesem Zusammenhang nicht genannt werden will, berichtet von einer Vorgehensweise in Italien. Dort begrenzt der Stromlieferant dem in Rückstand geratenen Zahler angeblich die Leistung auf etwa ein Kilowatt. Das entspricht dem durchschnittlichen Strombedarf eines Privathaushalts. Damit lässt sich vielleicht fernsehen oder Kaffee kochen, aber nicht mehr gleichzeitig Wäsche waschen, bügeln und staubsaugen.

Eigentlich ist die Ausschaltfunktion dazu gedacht, um bei Aus- oder Einzug in eine Wohnung komfortabel den aktuellen Verbrauchswert erfassen und den Strom ein- oder abschalten zu können. Aber über je mehr "Intelligenz" die Geräte verfügen, desto mehr Dienstleistungen lassen sich ersin- nen. Wenn der Stromverbrauch bei Familie Laur beispielsweise über einen vorher von ihm festgelegten Wert steigt – zum Beispiel, weil er in seiner Abwesenheit vergessen hat, das Bügel- eisen auszuschalten – kann er sich eine SMS mit einer Warnung auf sein Mobiltelefon schicken lassen. Und RWE entwickelt gerade ein sogenanntes IKT-Gateway. "Dort kann der Kunde einstellen, dass er vorzugsweise regenerativ erzeugten Strom nutzen möchte", sagt Professor Laskowski. "Wenn der gerade nicht zur Verfügung steht, hat er die Alternative, Geräte abschalten zu lassen, deren Betrieb sich zeitlich verschieben lässt." Die Entscheidung, wann welcher Verbraucher an der Reihe ist, trifft aber allein der Kunde, bekräftigt Laskowski, der sich nicht vorstellen mag, was passiert, wenn der Versorger dem Kunden während eines Fußball-Pokal-Endspiels einfach den Fernseher abschaltet oder das Licht, wenn er gerade die Kellertreppe hinuntergeht. Der RWE-Mann ist darüber hinaus der Meinung, dass man keinem Kunden zumuten kann, immer auf irgendwelche Anzeigen zu stieren, nur um den richtigen Zeitpunkt abzupassen, seinen Kühlschrank oder seine Waschmaschine ein- oder auszuschalten. Das kann eine Elektronik deutlich besser. Doch sind viele Stromfresser dafür noch nicht ansprechbar. Sie müssten zunächst ebenfalls mit einer intelligenten Steuerung versehen werden, die auf die Preissignale des Versorgers reagiert. Hersteller weißer Ware wie Bosch-Siemens, Miele oder Bauknecht arbeiten im Rahmen sogenannter intelligenter Häuser bereits intensiv an derartigen Techniken.

Zu viel Automatismus könnte aber auch nach hinten losgehen. Wenn ein Großteil der Verbraucher nach einem Impuls des Stromversorgers plötzlich zur gleichen Zeit ihre Geräte anschaltet, um die günstigeren Preise zu nutzen, erzeugt das womöglich einen Nachfrageschub, der den Strompreis unweigerlich in die Höhe treibt. Solch unbewusst kollektives Verhalten könnte wie an einer Aktienbörse zu einem Aufschaukeln der Preise führen. Dann würde das nächtliche Wäschewaschen zu einem Glücksspiel. Jens Berding von Vattenfall hält solche Kapriolen zwar prinzipiell für denkbar. "Allerdings kann ich mir das in den nächsten 20 bis 30 Jahren nicht vorstellen", sagt er. "Im Gegenteil sollen sich die Effekte ja gegenseitig kompensieren und sich der Stromverbrauch nivellieren." Und Jörn Kröpelin von der EnBW ergänzt: "Bei unserem Projekt MeRegio soll genau dieses Wechselspiel untersucht werden, ob und wie die Kunden auf die angebotenen dynamischen Tarife reagieren, um so letztendlich Verbrauch und Erzeugung in Einklang zu bekommen", erläutert er. "Aber wir reden da über die Zukunft!", sagt der Projektleiter.

Die ist allerdings so weit nicht mehr entfernt. Die Bundesregierung verfolgt im Rahmen des Klimaschutzes ehrgeizige Pläne. Bis 2014, so hoffen Experten der Bundesnetzagentur, soll bei der überwiegenden Mehrheit der deutschen Haushalte der Stromverbrauch digital ausgelesen werden. (bsc)