Nachhaltige Energiegewinnung aus erneuerbaren Energiequellen wird immer wichtiger. Regenerative Stromerzeugung soll dafür sorgen, dass die Abhängigkeit von endlichen Energieträgern und der CO2-Ausstoß verringert werden. Um dafür die nötige Infrastruktur zu schaffen, wurde im Jahr 2016 das Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende erlassen.
Für die Umsetzung müssen Messstellenbetreiber ihre Infrastruktur umfassend modernisieren. Bis zum 31. Dezember 2032 sollen sie nahezu alle elektromechanischen Ferraris-Zähler gegen elektronische, moderne Messeinrichtungen austauschen. Wie können sie den gesetzlich geforderten Umbau ressourcenschonend und ökonomisch vertretbar gestalten? Philipp Trautmann zeigt aus der Sicht des betrieblichen Nachhaltigkeits- und Umweltmanagements, welche konkreten Handlungsoptionen es gibt.
Trautmann verdeutlicht, wie verantwortungsvoll diese Aufgabe der Verteilnetzbetreiber beim Umbau der Energieinfrastruktur ist. Für den Einsatz der neuen Messgeräte müssen sie sich mit neuen Technologien und Produkten auseinandersetzen und insbesondere ökologische Aspekte berücksichtigen. Sein Buch richtet sich vornehmlich an Messstellenbetreiber und an die Hersteller elektronischer Zähler.
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Gliederung und Vorgehensweise
1 Messstellenbetreiber: Rolle, Aufgaben und gesetzlicher Rahmen
1.1 Akteure in der Energiewirtschaft
1.1.1 Die Rolle des Marktteilnehmers Verteilnetzbetreiber (VNB)
1.1.2 Entwicklung der Rolle des Marktteilnehmers Verteilnetzbetreiber
1.2 Aufgaben eines Messstellenbetreibers
1.3 Gesetzliche Rahmenbedingungen
1.3.1 Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende (GDEW)
1.3.2 Messstellenbetriebsgesetz (MsbG)
1.3.3 Verfahrensanweisung zur Stichprobenverfahren (GM-VA SPV) Stand
1.4 Moderne Messeinrichtungen / Intelligente Messsysteme
1.4.1 Struktureller Aufbau von mME
1.5 Aspekte des betrieblichen Umwelt-/ Nachhaltigkeitsmanagement
1.5.1 „Big Six“ - Wesentliche Herausforderungen der Nachhaltigkeit
1.5.2 Elektroschrott als aktuelle Herausforderung
1.5.3 Standards, Richtlinien & Zertifizierungssysteme für eine nachhaltige Unternehmensausrichtung
1.5.4 Verankerung von Nachhaltigkeit im Unternehmen N-ERGIE Aktiengesellschaft
2 Intelligenter Messstellenbetreiber: Indikatoren zur Bestimmung von Nachhaltigkeit
2.1 Anwendung von Nachhaltigkeits- und Umweltmanagement auf iMSB
2.1.1 Ermittlung der Umweltleistungskennzahl 1 für den iMSB MDN - Durchschnittliche Verweildauer im Netz
2.1.2 Ermittlung der Umweltleistungskennzahl 5 für den iMSB MDN – Jährlicher Treibstoffeinsatz
2.1.3 Zusammenhang zwischen Umweltleistungskennzahl 1 und 4 –Verweildauer, Entsorgungsmenge, Anzahl Wechsel
2.2 Aktuelle Kennzahlen des iMSB MDN
2.2.1 Betrachtung nach letzter Beglaubigung
2.2.2 Betrachtung der Anschlussobjekte
2.3 Umsetzung der GDEW-Anforderungen für mME
2.4 Betrachtung von Verweildauerszenarien
2.4.1 mME ohne Stichprobenverlängerung – Verweildauer 8 Jahre
2.4.2 mME mit Stichprobenverlängerung um 2, 4, 8 Jahre – Verweildauer 10 - 16 Jahre
2.4.3 Zusammenfassender Vergleich der Szenarien
3 Nachhaltigkeit aus technischer Sicht
3.1 Betrachtung von Ausfallursachen elektronischer Zähler
3.2 Vergleich der Beschaffenheit eines mME und eines Ferraris-Zählers
3.3 Eigenverbrauch von Zählern
3.3.1 Betrachtung von Qualität und Betriebszeit
3.3.2 Prognose der Zuverlässigkeit nach IEC 62059-41:2006
3.3.3 Prüfung der Zuverlässigkeit nach IEC 62059-31-1:2008 und IEC 62059-32-1:2011
3.3.4 Nachhaltigkeits- und Umweltaspekte bei Geräteherstellern
3.3.5 Maßnahmen des Herstellers easymeter
3.3.6 Maßnahmen des Herstellers ISKRAEMECO
3.3.7 Maßnahmen des Herstellers Landis+Gyr
4 Betriebswirtschaftliche Aspekte
4.1 Erläuterungen und Annahmen zum Zählerwechsel
4.2 Kosten während der Nutzungsdauer
5 Fazit und Handlungsempfehlungen
Literaturverzeichnis
Anhang
Anhang A
Anhang B
Anhang C
Anhang D
Anhang E
Anhang F
Anhang G
Anhang H
Anhang I
Anhang J
Anhang K
Anhang L
Anhang M
Anhang N
Anhang O
Anhang P
Anhang Q
Anhang R
Anhang S
Anhang T
Anhang U
Anhang V
Anhang W
Anhang X
Anhang Y
Vorwort
Die vorliegende Masterarbeit mit dem Titel „Auswirkungen der Umsetzung des Gesetzes zur Digitalisierung der Energiewende auf Messstellenbetreiber aus Perspektive des Nachhaltigkeits- und Umweltmanagements“ enthält interne vertrauliche Daten der N-ERGIE Aktiengesellschaft, der MDN Main-Donau Netzgesellschaft mbH und der N-ERGIE Kundenservice GmbH, die in der vorliegenden Veröffentlichung entfernt oder abgeändert wurden. Das Original wurde im Zeitraum vom 24.10.2018 bis zum 24.04.2019 erstellt und am 15.07.2019 in Oberhausen den Prüfern Andreas Fabri und Sebastian Wüst präsentiert.
Zusammenfassung
Einleitung des Themas
Mit dem primären Ziel der Senkung des (Primär-)Energieverbrauchs und dem sekundären Ziel der Einbindung dezentraler Erzeugungsanlagen in das bestehende Stromnetz wurde das Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende erlassen. Die Umsetzung erfordert eine weitreichende Modernisierung der Messstellen-Infrastruktur.
Forschungsfrage
Kann der gesetzlich geforderte Umbau ressourcenschonend und ökonomisch vertretbar gestaltet werden? Ziel dieser Arbeit ist die Aufzeigung von Handlungsoptionen aus der Perspektive betrieblichen Nachhaltigkeits- und Umweltmanagements.
Vorgehensweise/Methodik
Zur Untersuchung der Nachhaltigkeitsaspekte werden zentrale Umweltleistungsindikatoren des Messstellenbetriebs identifiziert. Mittels Verweildauerszenarien werden ökologische Erkenntnisse gewonnen und Lebenszykluskosten moderner Messeinrichtungen berechnet.
Ergebnis
Konventionelle Zähler zeigen im Vergleich zu modernen Messeinrichtungen bessere Ergebnisse in Hinblick auf Lebensdauer und betriebswirtschaftliche Kosten. Zur Verbesserung der Nachhaltigkeitsbilanz moderner Messeinrichtungen sollten Messstellenbetreiber auf zeitraffende Zuverlässigkeitstests zurückgreifen und ökologische Gesichtspunkte bei der Durchführung des Rollouts berücksichtigen.
Schlagworte
Digitalisierung, Nachhaltigkeit, „Smart Meter“, Lebensdauer, Elektroschrott
Danksagung
An dieser Stelle möchte ich mich bei meinen Prüfern, Herrn Andreas Fabri und Herrn Sebastian Wüst, für Ihre Bereitschaft bedanken, die Ausarbeitung meiner Masterarbeit zu begleiten. Besonderer Dank gilt Herrn Andreas Fabri für seine Unterstützung in Form von Weiterbildungen, konstruktiven Diskussionen und Korrekturlesungen sowie seiner Aufgeschlossenheit, die weitere Umsetzung betrieblichen Nachhaltigkeitsmanagements im Tagesgeschäft zu prüfen.
Bedanken möchte ich mich auch bei Frau Ulrike Lorenz, Herrn Christof Helfrich und Herrn Xaver Wagner, die mir während der Bearbeitung wertvolle Hinweise gegeben haben.
Meinen Kollegen im Messstellenbetrieb bei der N-ERGIE Kundenservice GmbH, insbesondere meinen Kollegen aus der Prüfstelle, möchte ich für die Unterstützung bei der Durchführung von Messreihen sowie den fachlichen Austausch bedanken.
Bernhard Reindl gilt mein Dank für die eingehende und schnelle Einarbeitung in das Gerätedatenmanagement des Messstellenbetriebs.
Bei Regina Konle-Seidel bedanke ich mich ganz herzlich für Ihre spontane Schreibberatung.
Meiner Frau Ewa möchte ich für ihre Geduld und Unterstützung während der intensiven sechs Monate danken.
Nürnberg, den 24.04.2019
Philipp Trautmann
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Stromerzeugung in Deutschland im Jahr 2019. Quelle: Fraunhofer Institut ISE
Abbildung 2: Unvollständige Energiewende
Abbildung 3: Gliederung und Vorgehensweise
Abbildung 4 : Stromwirtschaftliche Grundfunktionen; Interation Rollen am Energiemarkt
Abbildung 5: Graphische Darstellung des § 29 MsbG mit den Angaben der POG nach § 31
Abbildung 6: Europäische gesetzliche Rahmenbedingungen
Abbildung 7: Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende – Auswirkungen auf bestehende Gesetze und Verordnungen
Abbildung 8: Eichfristverlängerungen nach neuer Verfahrensanweisung
Abbildung 9: mME von SGM-C4 von EFR, MT175 von ISCRAEMECO, Q3M von easymeter und ED300L von EMH (von links nach rechts)
Abbildung 10: iMS der Firmen Discovergy, Theben und EMH
Abbildung 11:Konventionelles Messsystem: Lastgangzähler, Modem und Antenne
Abbildung 12: „Three Pilar Model of Sustainability“ (Drei Säulen Modell der Nachhaltigkeit)
Abbildung 13: Öffentlich-rechtliche Zertifizierungen für Unternehmen (links) und für Produkte (rechts)
Abbildung 14: Organisation des Nachhaltigkeitsmanagements bei der N-ERGIE
Abbildung 15:“Badewannenkurve der Ausfallrate elektronischer Geräte“
Abbildung 16: Anzahl von SIEMENS D303 220V 10/30 von 1967 - 2018
Abbildung 17: Vergleich Angefallene Wechsel von 1967 – 2018
Abbildung 18: Vergleich tatsächlicher und theoretisch notwendiger Zählerwechsel zwischen Ferraris-Zähler und mME mit und ohne Verlängerung der Eichgültigkeit
Abbildung 19: Szenario mit Verweildauer 8 Jahre, Betrachtungszeitraum: 2018 – 2047
Abbildung 20: Betrachtung des Rolloutzeitraums: Auszubringende mME mit parallel anfallenden Wechseln von mME nach einer Verweildauer von 8 + 2 Jahren im Netz
Abbildung 21: Betrachtung des Rolloutzeitraums: Auszubringende mME mit parallel anfallenden Wechseln von mME nach einer Verweildauer von 8 + 4 Jahren im Netz
Abbildung 22: Betrachtung des Rolloutzeitraums: Auszubringende mME mit parallel anfallenden Wechseln von mME nach einer Verweildauer von 8 + 8 Jahren im Netz
Abbildung 23: Reduktion jährlich zu wechselnder mME bei einer Verweildauer von 8 + 8 Jahren im Netz
Abbildung 24: Ausfallursachen elektronischer Zähler, aufgenommen in der staatlich anerkannten Prüfstelle in Nürnberg
Abbildung 25: 7 Phasen des Produktlebenszyklus am Markt
Abbildung 26: Möglicher Zulassungsweg einer mME
Abbildung 27: Übersicht Rollen des Verteilnetzbetreibers
Abbildung 28: Netzgebiet Strom MDN Main-Donau Netzgesellschaft mbh Stand Mai 2018
Abbildung 29: Strukturelle Aufbauten elektronischer Zähler
Abbildung 30: Weltweit produzierter Elektroschrott
Abbildung 31: Prognose zur Anzahl installierter Smart Meter im Jahr 2020 nach Ländern weltweit in Millionen
Abbildung 32: Auszug aus dem Leitbild der N-ERGIE Aktiengesellschaft von 2017
Abbildung 33: Anzahl Turnusfällige Zähler. Keine Unterscheidung in elektronische und elektromechanische Zähler
Abbildung 34: Übersicht Beglaubigungsjahre in 10 Jahresabständen
Abbildung 35: Rolloutmenge und Neuanlagen der MDN zwischen 2018 und 2031
Abbildung 36: Betrachtung des Rolloutzeitraums: Auszubringende mME mit parallel anfallenden Wechseln von mME nach einer Verweildauer von 8 Jahren
Abbildung 37: Betrachtung des Rolloutzeitraums: Auszubringende mME mit parallel anfallenden Wechseln von mME nach einer Verweildauer von 8 + 2 Jahren
Abbildung 38: Betrachtung des Rolloutzeitraums: Auszubringende mME mit parallel anfallenden Wechseln von mME nach einer Verweildauer von 8 + 4 Jahren
Abbildung 39: Betrachtung des Rolloutzeitraums: Auszubringende mME mit parallel anfallenden Wechseln von mME nach einer Verweildauer von 8 + 8 Jahren
Abbildung 40: Ökologischer Fußabdruck ISKRAEMECO Produkte
Abbildung 41: Landis+Gyr Key CSR Zahlen von 2017 auf 2018
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Übersicht Rollen am Energiemarkt
Tabelle 2: Zusammensetzung des Strompreises, Stand
Tabelle 3: Überblick CSR-Richtlinien, ohne Zertifizierung
Tabelle 4: Umweltleistungskennzahlen eines iMSB
Tabelle 5: Errechnung der durchschnittlichen Verweildauer
Tabelle 6: Ermittlung gefahrener km Montageeinheiten Sparte Strom 2018
Tabelle 7: Zusammenfassung Zusammenhang Zählerwechsel, zurückgelegte km, Treibstoff Diesel du CO2-Ausstoß
Tabelle 8: Beispielhafte Analyse von Zählern pro Anschlussobjekt in einem fiktiven Netzgebiet
Tabelle 9: Gegenüberstellung Wechsel 2019 – 2046 der Szenarien 3 – 6
Tabelle 10: Eigengewicht der Zähler eHZ-KW von EMH, E220 von L+G und Parfal 6GC8c von Apator
Tabelle 11: Vergleich des mittleren Eigenverbrauchs von mME und Ferraris-Zählern
Tabelle 12: Maximale Investitionskosten in Zähler in Abhängigkeit von Szenario 1-6 und Betrachtungszeitraum 1 (16 Jahre), Betrachtungszeitraum 2 (20 Jahre) und 3 (30 Jahre)
Tabelle 13: Anteilige Lebenszykuskosten für Wechsel- und Stichprobentätigkeiten pro Messstelle und Jahr
Tabelle 14: Jährliche Kosten pro Messstelle für Ausfälle vor Ablauf der spezifischen Nutzungsdauer
Tabelle 15: Zuverlässigkeit in Prozent des Anschaffungspreises
Tabelle 16: Errechnung der durchschnittlichen Verweildauer von 1967 – 2006 (Teil 1)
Tabelle 17: Errechnung der durchschnittlichen Verweildauer von 2007 – 2018 (Teil 2)
Tabelle 18: Eigenverbrauch von mME, ohne Last gemessen mit ZERA MT 3000 moving test, Inventar Nummer: 3000164, Calibration Certificate No. 04168-07, PTB Zulassung: XC1769. Legende: B = Basiszähler, eHZ = kompakte Bauform (BKE), 3HZ = Hausanschlusszähler mit 3-Punkt Aufhängung Teil 1
Tabelle 19: Eigenverbrauch von mME, ohne Last, gemessen mit ZERA MT 3000 moving test, Inventar Nummer: 3000164, Calibration Certificate No. 04168-07, PTB Zulassung: XC1769. Legende: B = Basiszähler, eHZ = kompakte Bauform (BKE), 3HZ = Hausanschlusszähler mit 3-Punkt Aufhängung Teil 2
Tabelle 20: Eigenverbrauch von Ferraris-Zählern, ohne Last gemessen. Legende: 3HZ = Hausanschlusszähler mit 3-Punkt Aufhängung
Tabelle 21: Berechnung der Gesamtkosten im Zeitraum 2019 - 2035
Tabelle 22: Berechnung der Gesamtkosten im Zeitraum 2019 - 2039
Tabelle 23: Berechnung der Gesamtkosten im Zeitraum 2019 - 2049
Tabelle 24: Jährliche (Unterhalts-) Kosten für einen Messstelle pro Jahr über einen Betrachtungszeitraum von 16 Jahren
Tabelle 25: Jährliche (Unterhalts-) Kosten für einen Messstelle pro Jahr über einen Betrachtungszeitraum von 20 Jahren
Tabelle 26: Jährliche (Unterhalts-) Kosten für einen Messstelle pro Jahr über einen Betrachtungszeitraum von 30 Jahren
Tabelle 27: Jährlicher Gesamterlös pro Messstelle im Betrachtungszeitraum 2019 - 2035
Tabelle 28: Jährlicher Gesamterlös pro Messstelle im Betrachtungszeitraum 2019 - 2039
Tabelle 29: Jährlicher Gesamterlös pro Messstelle im Betrachtungszeitraum 2019 - 2049
Tabelle 30: Gesamtbudget für Zählerbeschaffung
Tabelle 31: Gesamtbudget für Zählerbeschaffung
Tabelle 32: Gesamtbudget für Zählerbeschaffung
Tabelle 33: Maximales Investitionsbudget für Zähler im Betrachtungszeitraum 2019 – 2035
Tabelle 34: Maximales Investitionsbudget für Zähler im Betrachtungszeitraum 2019 – 2039
Tabelle 35: Maximales Investitionsbudget für Zähler im Betrachtungszeitraum 2019 – 2049
Tabelle 36: Erhöhung der jährlichen Kosten für Wechsel und EGV pro Messstelle bei unterschiedlichen Zuverlässigkeiten
Abkürzungsverzeichnis / Glossar
Abbildung1 in2 dieser Leseprobe nicht enthalten
Einleitung
Bereits im ersten Quartal 2019 beträgt die Nettostromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen 45,3 % von der Nettostromerzeugung in Deutschland. Das entspricht 65,5 TWh3. 2018 belief sich die gesamte Stromerzeugung aus regenerativen Energiequellen auf 40,6 % oder 221,36 TWh.4 Dieser steigende Anteil regenerativer Stromerzeugung soll in das bestehende
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Stromerzeugung in Deutschland im Jahr 2019. Quelle: Fraunhofer Institut ISE
Stromerzeugungsnetz eingebunden werden, um eine nachhaltige Energiegewinnung umzusetzen. Beabsichtigt wird, durch die Verringerung des CO2-Ausstoßes die globale Erwärmung in Grenzen zu halten sowie die Abhängigkeit zu endlichen Energieträgern zu reduzieren. Zur Erreichung dieses Ziels ist auch eine neue Infrastruktur auf Verteilnetzebene nötig. Der derzeitige Zustand kann als unvollständige Energiewende bezeichnet werden und ist in Abbildung 2 dargestellt. Vor allem in einer dezentral orientierten Energiewende ist mit einem größeren Zubau von PV-Anlagen, Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK), Kleinspeichern und Windkraftanlagen sowie einer Zunahme an Elektromobilität auf Verteilnetzebene zu planen. Diese Notwendigkeit hat der Gesetzgeber erkannt und das Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende (GDEW) verabschiedet. Für intelligente Messstellenbetreiber (iMSB) bedeutet dieses Gesetz einen vielschichtigen Umbruch. Über 50 Jahre lang eingesetzte elektromechanische Ferraris-Zähler sollen trotz voller Funktionsfähigkeit bis zum 31.12.2032 gegen elektronische, moderne Messeinrichtung (mME) ausgetauscht werden. Grund ist, dass in einem „Smart Grid“ viele beteiligte Akteure Daten über Erzeugung, Transport, Speicherung, Verteilung und Verbrauch von Energie austauschen müssen.5
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Unvollständige Energiewende6
MME sind an Intelligente Messsysteme (iMS) anschließbar und bieten zukünftig die Möglichkeit, neben Verbrauchs- und Produktionsdaten auch netzdienliche Daten kommunizieren zu können. Diese Daten, so die Zielsetzung des GDEW, sollen zur besseren Integration erneuerbarer Energien beitragen. Das ist mit der alten Technologie allein nicht möglich. Ferraris-Zähler haben in einer Energielandschaft mit überwiegend zentraler Energieerzeugung ihren Dienst getan. Den Anforderungen an Sensorik im Verteilnetz werden sie jedoch nicht gerecht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Fragestellung, ob es einem iMSB möglich ist, den gesetzlich geforderten technologischen Umbau ressourcenschonend und ökonomisch vertretbar durchzuführen, um im Einklang mit der übergeordneten, nachhaltigen Zielsetzung des GDEW zu arbeiten. Die Motivation der Beleuchtung von Auswirkungen des GDEW in dieser Hinsicht ist die enorme weltweite Zunahme des Aufkommens an Elektroschrott. 2016 sind 44.700.000.000 kg elektrische und elektronische Geräte mit Steckern oder Batterien auf dem Müll gelandet. Davon wurden laut einem UNO-Bericht nur 20 % recycelt.7 Geräte enthalten Gold, Silber, Kupfer, Platin oder Palladium. Auf die gesamte Menge betrachtet, würde das einen Wert von 55 Milliarden Dollar haben. Trotz dieses Werts landen elektronische Geräte in zunehmender Anzahl bedenkenlos auf dem Schrott und sorgen neben dem steigenden Müllaufkommen für eine Verknappung endlicher Ressourcen. „So produzierten im vergangenen Jahr beispielsweise Australier und Neuseeländer durchschnittlich 17,3 Kilo und Europäer 16,6 Kilo Schrott pro Person, so hinterließen die Menschen in Asien nur 4,2, in Afrika nur 1,9 Kilogramm Elektroschrott.“8 Werden dieser konkrete Trend und andere aus Sicht des Umweltmanagements problematische Entwicklungen durch das Inkrafttreten des GDEW verstärkt? Welche nachhaltigen Handlungsmöglichkeiten bestehen für iMSB, den durch das GDEW vorgeschriebenen Rollout von mME durchzuführen? Verschärft sich die ohnehin wirtschaftlich angespannte Situation für iMSB zusätzlich durch die am 01.01.2019 in Deutschland in Kraft getretene Verfahrensanweisung für Stichprobenverfahren zur Verlängerung der Eichfrist, welche von der Deutschen Akademie für Metrologie für die Physikalisch Technische Bundesanstalt erstellt wurde?9
Gliederung und Vorgehensweise
Die vorliegende Arbeit ist in vier Teile gegliedert, die in Abbildung 3 zusammengefasst werden.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: Gliederung und Vorgehensweise
Um dem Anspruch der Interdisziplinarität gerecht zu werden, behandelt Teil 1 Grundlagen zum Verständnis dieser Arbeit. Es erfolgen zunächst eine Darstellung der Rollen in der Energiewirtschaft und eine Beschreibung der gesetzlichen Rahmenbedingungen mit Schwerpunkt auf dem GDEW und dem Messstellenbetriebsgesetz (MsbG). Nach der Vorstellung technischer Begriffe und des grundsätzlichen Aufbaus von mME werden allgemeine Definitionen und gegenwärtige Themen des Umwelt– und Nachhaltigkeitsmanagements behandelt. Teil 1 schließt mit einem Abriss relevanter Normen und Standards für den iMSB.
Teil 2 knüpft an das letzte Kapitel an, indem Umweltleistungsfaktoren für einen iMSB definiert und erläutert und zum Teil berechnet werden. Zunächst werden Kennzahlen des iMSB MDN herausgearbeitet und in Zusammenhang mit den Vorgaben das GDEW gebracht. Danach erfolgt die Beleuchtung verschiedener Szenarien, wie die Umsetzung des GDEW durch den iMSB MDN bei unterschiedlicher Geräteauswahl erfolgen kann. Dabei spielt die Verfahrensanweisung zur Verlängerung von Stichproben eine zentrale Rolle.
Der nächste Teil, Technische Betrachtungen, beginnt mit einer Analyse von Ausfallmöglichkeiten elektronischer Zähler. In den folgenden Kapiteln erfolgt ein Vergleich alter und neuer Zählertechnik in Bezug auf ihre Beschaffenheit und den Energieverbrauch. Diese Teile geben Aufschluss darüber, ob sich durch Einsatz der neuen Technik allein die Situation aus Sicht des Umweltmanagements bei iMSB verschlechtert hat. Mögliche Maßnahmen eines iMSB in Bezug auf Qualitätskontrolle werden im folgenden Teil erläutert. Im letzten Kapitel wird herausgearbeitet, ob es bereits heute Hersteller gibt, die ihren Fokus auf eine nachhaltige und umweltbewusste Produktion legen. Zwei konkrete Projekte in Bezug auf nachhaltige Gerätebeschaffung werden in diesem Zuge kurz vorgestellt.
Von den Möglichkeiten, umweltbewusst und nachhaltig zu handeln, wird im Teil 4 übergeleitet auf eine wirtschaftliche Betrachtung des Sachverhalts. Die sechs Kapitel dieses Teils bauen aufeinander auf und ergeben einen Richtwert für iMSBs, wieviel für mME maximal investiert werden kann, um wirtschaftlich zu handeln. Bei dieser Berechnung der Lebenszykluskosten für eine Messstelle werden die Rahmenbedingungen der seit dem 01.01.2019 gültigen Verfahrensanweisung zur Stichprobenverlängerung berücksichtigt.
Abschließend wird ein Fazit der gegenwärtigen Situation eines iMSB gezogen. Konkrete Handlungsvorschläge zur Implementierung von Nachhaltigkeits- und Umweltmanagement in Bezug auf die Umsetzung des GDEW werden herausgestellt.
1 Messstellenbetreiber: Rolle, Aufgaben und gesetzlicher Rahmen
Zur Bearbeitung der vorliegenden Problematik werden in diesem Teil zunächst die verschiedenen Rollen auf dem Energiemarkt erläutert. Der Schwerpunkt liegt auf dem Verteilnetzbetreiber (VNB). Die Aufgaben eines iMSB und die gesetzlichen Rahmenbedingungen werden dargestellt. Ziel ist, das Handlungsfeld eines iMSB für den fachfremden Leser verständlich darzulegen. Es folgt ein Überblick zu den technischen Geräten, deren Einbau das GDEW fordert. Abschließend erfolgt ein Bezug zu aktuellen Herausforderungen der Nachhaltigkeit und deren Verankerung bei der N-ERGIE Aktiengesellschaft.
1.1 Akteure in der Energiewirtschaft
„Die Aufgabe der Elektroenergiewirtschaft ist es, den in der Volkswirtschaft auftretenden Bedarf an elektrischer Energie zu decken.“10 Energiewirtschaft allgemein beschäftigt sich mit allen Energiearten, nicht nur der elektrischen. Dazu gehören deren Gewinnung, Transport und Umwandlung. Energieangebot und –nachfrage werden auf dem Energiemarkt gehandelt. Dieser ist durch rechtliche Regelungen eingeschränkt. Hier sollen zunächst die verschiedenen Akteure in ihren Rollen vorgestellt werden, die es in der Energiewirtschaft gibt:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 1: Übersicht Rollen am Energiemarkt11
Wie die in der obenstehenden Tabelle genannten Teilnehmer in ihren Rollen miteinander agieren, ist in Abbildung 4 vereinfacht dargestellt. Daraus geht hervor, wie der Energiefluss, der Energiebesitz und das Entgelt zwischen den Marktteilnehmern den Besitzer wechseln. Elektrische Energie entsteht dort, wo sie erzeugt wird, im Kraftwerk oder eben bei einem dezentralen Energieerzeuger, geht dann direkt in das Verteilnetz oder zunächst auf das Übertragungsnetz, das Spannungsebenen von 20 kV bis 360 kV umfasst und anschließend in das Verteilnetz, welches alle Spannungsebenen unterhalb von 20 kV umfasst. Der Verteilnetzbetreiber ist also das letzte Glied in der Kette, bevor elektrische Energie beim Endverbraucher ankommt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 4 : Stromwirtschaftliche Grundfunktionen; Interation Rollen am Energiemarkt12
Der Weg des Energieflusses ist mit den roten Pfeilen dargestellt. Der Energiebesitz, blau dargestellt, startet ebenfalls beim Erzeuger der elektrischen Energie, geht über den Handel und Vertrieb und endet beim Verbraucher. Der Geldfluss, gelb abgebildet, startet beim Verbraucher, der ihn an einen Vertrieb entrichtet. Der Vertrieb entrichtet Abgaben an den Handel, dieser wiederum an den Erzeuger der Energie. Der Vertrieb entrichtet ebenfalls Netzentgelte an den Verteilnetzbetreiber und dieser wiederum an den Übertragungsnetzbetreiber. Welcher Marktteilnehmer 2018 welchen Anteil am Strompreis bekam, ist in Tabelle 2 zu entnehmen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 2: Zusammensetzung des Strompreises, Stand 201813
Ein Haushalt, der etwa 3.500 kWh verbraucht, hat 2018 für 1 kWh etwa 29,18 Cent bezahlt. Davon sind 19,3 % an die Marktteilnehmer Erzeuger und Vertrieb gegangen. 25,6 % an den Übertragungsnetzbetreiber, den Verteilnetzbetreiber und an den iMSB. Die verbleibenden 55,1 % sind Steuern, Abgaben und Umlagen. Die Strom- oder Energiesteuer existiert seit 1999 und wird auf den Energieverbrauch erhoben. Eine Konzessionsabgabe ist ein von Kommunen erhobenes Entgelt, das zur Nutzung von Straßen und Wegen für den Betrieb von Stromleitungen verwendet wird. Dieses basiert auf der Konzessionsabgabenverordnung und wird regional unterschiedlich geregelt. EEG- und KWK-Umlage dienen der Förderung regenerativer Energien und der gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Wärme. § 19Abs.2 Strom-Netz-Entgelt-Verordnung-Umlage dient der Entlastung von stromintensiven Unternehmen, die auf alle Endnutzer weitergegeben wird. Die Umsatzsteuer wird wie bei jedem Verkauf einer Ware oder Dienstleistung abgerechnet.
In dieser Arbeit spielt der Akteur Verteilnetzbetreiber mit seiner Aufgabe eine wesentliche Rolle. Aus diesem Grund werden im nächsten Kapitel die Aufgaben des Verteilnetzbetreibers erläutert. Eine Vertiefung der anderen Marktrollen und deren komplexer Interaktion untereinander erfolgt in dieser Arbeit nicht.
1.1.1 Die Rolle des Marktteilnehmers Verteilnetzbetreiber (VNB)
Der VNB tritt für die meisten Energieverbraucher am deutlichsten in Erscheinung, weil er nach dem Energiewirtschaftsgesetz fünf Rollen auszufüllen hat, die direkten Kontakt mit dem Endverbraucher beinhalten. In § 11 des EnWG sind folgende drei Tätigkeiten beschrieben, die der VNB auszufüllen hat:
1. Netz bedarfsgerecht optimieren, verstärken und ausbauen,
2. Netznutzer sicher und zuverlässig betreiben und
3. Netznutzer anschließen und Netzentgelte berechnen.
Aus §14 des EnWG geht eine weitere, vierte Rolle hervor:
4. Vorgelagerten Netzbetreiber durch Maßnahmen überstützen.
Darüber hinaus obliegt dem Betreiber von Energieversorgungsnetzen nach Begriffsdefinition aus § 2 (4), MsbG und § 3 (1), MsbG eine weitere Rolle im Bereich des Messwesens. Früher war diese Aufgabe in § 21 (b), EnWG definiert:
5. Betrieb von Messstellen als grundzuständiger Messstellenbetreiber
Diese fünf gesetzlich vorgeschriebenen Kernaufgaben und damit zusammenhängenden Unteraufgaben sind zusammengefasst in Anhang A dargestellt. Kennzahlen des Netzgebiets des Verteilnetzbetreibers MDN Main-Donau Netzgesellschaft mbh werden in den folgenden Kapiteln dieser Arbeit analysiert. Die MDN hat die N-ERGIE Kundenservice GmbH damit beauftragt, den iMSB im seinem Netzgebiet durchzuführen. Das Netzgebiet ist in Anhang B dargestellt.
1.1.2 Entwicklung der Rolle des Marktteilnehmers Verteilnetzbetreiber
Es ist zu erwarten, dass im Rahmen der Energiewende die Bedeutung des Verteilnetzbetreibers, vor allem in seiner Funktion als giMSB, deutlich an Bedeutung zunimmt. Die Anzahl der Messpunkte im Verteilernetz wird sowohl diverser als auch zahlenmäßig deutlich zunehmen. Die Kernaufgabe des Messstellenbetreibers, den Einbau der Messstelle sicherzustellen, wird sich durch die steigenden Zahlen von teilweise noch nicht dagewesenen Anlagen, wie beispielsweise der E-Mobility oder Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) mit Kleinspeicher, nicht nur drastisch erhöhen, sondern auch verkomplizieren.14 Der VNB kann optional neue Tätigkeitsfelder erschließen und damit verbundene Rollen einnehmen, wie den Betrieb und Ausbau einer E-Mobility-Infrastruktur und den Betrieb einer sicheren Kommunikations-Infrastruktur.15 Der zweite Teil der Kernaufgabe, die korrekte Abrechnung von Netznutzern, wird weiter an Komplexität zunehmen, da die Anlagenkombinationen für einen Netznutzer und die damit erlassenen rechtlichen Bedingungen und deren Abrechnung vielfältiger werden. Diese Vielfalt muss in den elektronischen Abrechnungssystemen abgebildet und permanent aktualisiert werden. Mit diesem höheren Anspruch an die Softwaresysteme und den Bedienern eines VNB und eines iMSB gehen hohe Personal-, Weiterbildungs- und Aktualisierungskosten einher. Auch muss der iMSB den VNB mehr noch als heute mit validierten betriebs-, steuer-, tarif- und abrechnungsrelevanten Daten versorgen. Vor allem Last- und Einspeisedaten sind für das Betreiben virtueller Kraftwerke essenziell. Der VNB wird diese Daten in Zukunft auch an den Übertragungsnetzbetreiber weitergeben müssen, um diesen in bestimmten Szenarien zu unterstützen. Bis das Zielmodell, eine sternförmige Marktkommunikation aus dem SMGW, technisch möglich gemacht und in die Praxis umgesetzt wird, ist der iMSB ein zentraler Verarbeiter und Verteiler von Zählerdaten. Die Menge an Daten ist nicht mit den bisherigen Mengen vergleichbar. Eine Umstellung auf neue, digitale Technik geht mit einem höheren Datenumsatz und einer komplexeren Art der Kommunikation einher. Diese Herausforderungen gilt es für iMSB innerhalb der gesetzlich vorgegebenen Umsetzungszeiten und Preisobergrenzen (POG) zu bewältigen.
1.2 Aufgaben eines Messstellenbetreibers
In diesem Kapitel sollen die Aufgaben eines iMSB zusammengefasst werden, die sich unmittelbar aus dem GDEW und dem MsbG ergeben.
MsbG § 3, Messtellenbetrieb, definiert die Aufgaben des iMSB wie folgt:
- Einbau, Betrieb und Wartung von Messeinrichtungen und Messsystemen
- Gewährleistung von mess- und eichrechtskonformen Messungen verbrauchter und erzeugter Energie
- Messwertaufbereitung und form- und fristgerechte Datenübertragung
Des Weiteren verpflichtet das MsbG im § 29 iMSBs zur Einhaltung der folgenden Pflichten beim Rollout von mME, siehe rote Markierung in Abbildung 5:
- Erfüllung der 10%-Hürde bis zum 30.06.2020 (mME)
- Erfüllung der 95 %-Quote bis zum 31.12.2032 (mME)
Auf die Verpflichtungen in Bezug auf iMS wird an dieser Stelle nicht eingegangen. Die Umsetzungspflicht hat noch nicht begonnen, da auch im April 2019 noch nicht alle Voraussetzungen für die Geräteverfügbarkeit gegeben sind. Das wurde in Abbildung 5 nicht berücksichtigt. Die Erfüllungstermine werden voraussichtlich vom Gesetzgeber entsprechend angepasst.
Die dabei vorgesehene Rolle des iMSB hat die Funktion, die betriebs-, steuer-, tarif- (entsprechend je zertifiziertem Marktpartner), bilanz- und abrechnungsrelevanten Daten zu erheben, zu validieren (technische Plausibilisierung, technische Ersatzwertbildung) und an alle Akteure mit begründetem Interesse zu übermitteln. Nach § 60 MsbG ist eine sternförmige Datenkommunikation vorgesehen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 5: Graphische Darstellung des § 29 MsbG mit den Angaben der POG nach § 3116
Der Messstellenbetreiber und der Gateway-Administrator sind zukünftig verantwortlich für Zähldaten zur Betriebsoptimierung und Steuerung vieler Akteure.17
1.3 Gesetzliche Rahmenbedingungen
Das GDEW und MsbG können als nationale Umsetzung europäischer Verordnungen, siehe Abbildung 6, bezeichnet werden. Die Ziele der 2012 erlassenen Energieeffizienzrichtlinie (EED) 2012/27/EU können in folgenden drei Punkte zusammengefasst werden:
- eine Verbesserung der Versorgungssicherheit durch geringere und diversifizierte Energieimporte zu erreichen,
- Wirtschaftsimpulse durch Investition zu setzen und
- Klimaschutz durch Verbrauchsreduktion und Effizienzsteigerungen zu erwirken.18
An dieser Stelle soll deutlich gemacht werden, dass die Einbindung dezentral erzeugter, regenerativer Energie in das Stromnetz der Verbesserung der Versorgungssicherheit dient, Wirtschaftsimpulse setzt, durch den geringeren Verbrauch an fossilen Primärenergieträgern zum Klimaschutz beiträgt und durch den direkten Verbrauch am Ort der Erzeugung Effizienzsteigerungen erwirkt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 6: Europäische gesetzliche Rahmenbedingungen19
„Ab 2009, mit dem Erlassen des 3. Europäischen Elektrizitäts-Binnenmarktpakets in Form der Richtlinie 2009/72/EG, bekam die Implementierung von mME und iMS einen entscheidenden Impuls.“20 Vor allem Unklarheiten beim Datenschutz sorgen für eine verzögerte Umsetzung in Deutschland.21 Die europäische Messgeräterichtlinie 2004/22/EG, „Measurement Instrument Directive“ (MID), soll die Markteinführung und Verwendung von MID-konformen Zählern in allen Mitgliedsstaaten fördern. Diese rechtliche Rahmenbedingung hat Konsequenzen für das Qualitätsmanagementsystem eines iMSB, auf welches in Teil 3 eingegangen wird.
1.3.1 Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende (GDEW)
Eine Reaktion auf den oben beschrieben EU Elektrizitätsbinnenmarktpakt ist das EnWG von 2011, welches gem. § 1 EnWG folgende Ziele verfolgt: „Eine möglichst sichere, preisgünstige, verbraucherfreundliche, effiziente und umweltverträgliche“ leitungsgebundene Versorgung der Allgemeinheit mit Strom und Gas, die zunehmend auf erneuerbaren Energien beruht, die „Sicherstellung eines wirksamen und unverfälschten Wettbewerbs bei der Versorgung mit Elektrizität und Gas und der Sicherung eines langfristig angelegten leistungsfähigen und zuverlässigen Betriebs von Energieversorgungsnetzen“ sowie die Umsetzung und Durchsetzung des Energierechts der Europäischen Gemeinschaft. Das EnWG stellt den gesetzlichen Rahmen für den Markt der leitungsgebundenen Energieversorgung dar. 17 Verordnungen konkretisieren den Inhalt des EnWG und verdeutlichen seine komplexe Auswirkung auf Teilnehmer im Energiemarkt. Das EnWG wurde mit Inkrafttreten des GDEW am 2. September 2016 geändert. In Artikel drei des GDEW werden die Änderungen am EnWG zusammengefasst. Die §§ 21b bis 21i des EnWG gaben bis zur Einführung des GDEW konkrete Vorgaben für den Messstellenbetrieb.22 Diese Paragrafen werden mit Artikel 3 des GDEW aufgehoben. An ihre Stelle treten die in Artikel 1 aufgeführten Paragrafen des MsbG, welches mit dem GDEW neu eingeführt wird. In den Artikeln 2 bis 15 des GDEW werden Änderungen in anderen Gesetzen und Verordnungen beschrieben. Diesen sind zusammengefasst auf der linken Seite in Abbildung 7 dargestellt. Die unten rechts durchgestrichenen Verordnungen werden durch das GDEW und das MsbG ersetzt und verlieren ab September 2016 ihre Gültigkeit.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 7: Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende – Auswirkungen auf bestehende Gesetze und Verordnungen23
1.3.2 Messstellenbetriebsgesetz (MsbG)
Das MsbG ist ein wesentlicher Bestandteil des GDEW und ist ebenfalls seit dem 02. September 2016 in Kraft. Durch das MsbG wird das Mess- und Zählerwesen der Sparte Strom und Gas in Deutschland umfassend neu geregelt. Es besteht aus den vier Teilen „Allgemeine Bestimmungen“, „Messstellenbetrieb“, „Regelungen zur Datenkommunikation in intelligenten Energienetzen“ und "Besondere Aufgaben der Regulierungsbehörden".24 Adressiert ist es an deutsche Verteilernetzbetreiber. Deren Aufgabe ist nunmehr nicht nur die Sicherstellung des grundzuständigen Messstellenbetriebs, sondern auch die Umsetzung des Rollouts. Aufgrund der Digitalisierung und der damit verbundenen hohen Anforderungen in Bezug auf Prozesslandschaft und IT-Sicherheit wird das Aufgabengebiet deutlich komplexer. Das Gesetz spezifiziert Schutzprofile und technische Richtlinien für iMS zur Gewährleistung von Datenschutz, Datensicherheit und Interoperabilität. Weiterhin enthält es detaillierte Regelungen, wer wann auf welche Daten zugreifen darf. Das Gesetz definiert die Kostenregelung mit Preisobergrenzen für den Einbau eines intelligenten Messsystems. Der Einbau intelligenter Messsysteme soll darüber hinaus stufenweise erfolgen: Größere Verbraucher und Erzeugungsanlagen sollen beim Einsatz moderner Mess- und Steuerungstechnik die Vorreiterrolle übernehmen, kleinere Stromverbraucher folgen später. Aus dem hier beschriebenen Rechtsrahmen wird deutlich, dass der Handlungsrahmen von VNB und iMSBs wesentlich von staatlichen Vorgaben und zugrundeliegenden politischen Zielvorgaben eingeschränkt ist. In Teil 4 wird herausgearbeitet, welche Handlungsmöglichkeiten sich auch unter zusätzlicher Berücksichtigung der Nachhaltigkeit für den iMSB ergeben.
1.3.3 Verfahrensanweisung zur Stichprobenverfahren (GM-VA SPV) Stand 01.01.2019
Zum 01.01.2019 trat eine neue Verfahrensanweisung für das Stichprobenverfahren zur Verlängerung der Eichfrist in Kraft, siehe Abbildung 8. Diese Verwaltungsvorschrift ist die bislang letzte Änderung des gesetzlichen Messwesens, die von iMSB beachtet werden muss. Die Eichfristverlängerung von Zählern ist zentraler Planungsgegenstand eines iMSB. Ferraris-Zähler konnten nach ihrem Einbau im Netz 16 Jahre lang ihren Dienst verrichten, bis durch eine Stichprobe nachzuweisen war, dass ein bestimmter Zählertyp eines oder mehrerer Baujahre innerhalb bestimmter Fehlergrenzen liegt. Ist dies der Fall, kann eine Eichfristverlängerung um fünf Jahre gewährt werden. Im Regelfall musste der iMSB sich erst wieder in fünf Jahren um dieses Gerät kümmern. Bis zum 01.01.2019 eingebaute konventionelle elektronische Zähler hatten ihre Eichgültigkeit nach acht Jahren verloren und konnten ebenfalls um fünf Jahre verlängert werden. Dieser Sachverhalt ist im äußersten linken Teil der untenstehenden Abbildung ersichtlich. Mit der neuen Verfahrensanweisung gelten ab 01.01.2019 andere Regeln im Umgang mit mME. Exemplarisch sind die Unterschiede in Abbildung 8 dargestellt. Ohne weiteres Zutun des iMSB oder des Herstellers können im Jahr 2019 eingesetzte Zähler nun lediglich noch um zwei Jahre verlängert werden. Diese Änderung für sich genommen bedeutet einen enormen Mehraufwand für iMSB. Statt nun alle fünf Jahre muss ein iMSB alle zwei Jahre ein Stichprobenverfahren durchführen, um die Eichfristverlängerung zu erwirken. Dieser Sachverhalt ist im mittleren Pfad in Abbildung 8 dargestellt. Hinzu kommt, dass für ein Los, das aus 1.500 Messstellen besteht, nicht wie bislang üblich 50 Prüflinge getestet werden müssen, sondern 125.25 Auch die Anzahl der Ersatzzähler ist von zehn auf 25 gestiegen. 2,5-fach so häufig muss die dreifache Anzahl an mME ausgebaut und überprüft werden, um eine Verlängerung der Eichgültigkeit für mME zu erreichen, deren Messbeständigkeit nicht nachgewiesen ist und die kein Qualifikationsverfahren bestanden haben.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 8: Eichfristverlängerungen nach neuer Verfahrensanweisung26 27
Mit einem Nachweis der Messbeständigkeit und einem Qualifikationsverfahren von mME ist nun eine Eichfristverlängerung um bis zu acht Jahre möglich. Das Qualifikationsverfahren ist bisher noch nicht festgelegt und liegt bisher nur als Entwurf des Forums Netztechnik / Netzbetrieb (FNN) vor. Daher kann in dieser Arbeit auf den Inhalt noch nicht eingegangen werden. Ein Nachweis der Messbeständigkeit, mit anderen Worten des Alterungsverhaltens, ist zu erbringen. Diese Änderung bedingt eine neue Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der iMSB, wenn es um den Geräteeinkauf von mME geht. Welche Wege Hersteller beschreiten, um die Messbeständigkeit ihrer Geräte über die Zeit nachzuweisen und welchen eigenen Anspruch letztgenannte an die damit verbundene Nachhaltigkeit ihrer Produkte haben, wird in Teil 3 dieser Arbeit thematisiert.
1.4 Moderne Messeinrichtungen / Intelligente Messsysteme
In diesem Kapitel soll der Unterschied zwischen einer mME, siehe Abbildung 9, und einem iMS beschrieben werden. Ersteres ist eine Messeinrichtung und letzteres ein System, das nicht nur aus einer Messeinrichtung besteht, sondern aus einem wesentlichen anderen Bestandteil: dem SMGW.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 9: mME von SGM-C4 von EFR, MT175 von ISCRAEMECO, Q3M von easymeter und ED300L von EMH (von links nach rechts)
Die Bedeutung dieser beiden Begriffe wird gerne vermischt oder in anderen Begriffen wie „Smart Meter“, „intelligenter Zähler“ oder Ähnlichem umgedeutet. In dieser Arbeit werden die Begriffe und Bedeutungen verwendet, wie sie im MsbG § 2, Begriffsbestimmungen, aufgeführt sind. Ein iMS ist wie folgt definiert: „Eine über ein Smart-Meter-Gateway in ein Kommunikationsnetz eingebundene moderne Messeinrichtung zur Erfassung elektrischer Energie, das den tatsächlichen Energieverbrauch und die tatsächliche Nutzungszeit widerspiegelt und den besonderen Anforderungen nach den §§ 21 und 22 genügt, die zur Gewährleistung des Datenschutzes, der Datensicherheit und Interoperabilität in Schutzprofilen und Technischen Richtlinien festgelegt werden können.“ In MsbG § 2 Punkt 15 ist die mME definiert: „Eine Messeinrichtung, die den tatsächlichen Elektrizitätsverbrauch und die tatsächliche Nutzungszeit widerspiegelt und über ein Smart-Meter-Gateway sicher in ein Kommunikationsnetz eingebunden werden kann.“ Das MsbG unterscheidet keine unterschiedlichen Ausprägungen von mME, wie im Alltag. Basiszähler oder mME-light werden in dieser Arbeit uniform als mME bezeichnet. Es gibt nach diesem Gesetz auch (konventionelle) Messeinrichtungen, die wie folgt beschrieben werden: „Ein Messgerät, das allein oder in Verbindung mit anderen Messgeräten für die Gewinnung eines oder mehrerer Messwerte eingesetzt wird.“ Der Unterschied zu einer mME ist, dass letztere an ein Smart-Meter Gateway anbindbar sein muss. Das ist nicht bei allen geeichten elektronischen Messgeräten möglich. Es fehlen erforderliche Schnittstellen und zusätzlich häufig der 24-Monats-Speicher. Das iMS unterscheidet sich demnach von der mME durch Vorhandensein eines SMGW, welches unter Punkt 19 des Paragraphen 2 definiert ist: „Die Kommunikationseinheit eines intelligenten Messsystems, die ein oder mehrere moderne Messeinrichtungen und weitere technische Einrichtungen wie insbesondere Erzeugungsanlagen nach dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz und dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz zur Gewährleistung des Datenschutzes, der Datensicherheit und Interoperabilität unter Beachtung der besonderen Anforderungen von Schutzprofilen und Technischen Richtlinien nach § 22 Absatz 1 und 2 sicher in ein Kommunikationsnetz einbinden kann und über Funktionalitäten zur Erfassung, Verarbeitung und Versendung von Daten verfügt.“ Am 20.12.2018 ist das erste SMGW durch das BSI zertifiziert worden. Damit ist ein Rollout von iMS erst seit 21.12.2018 technisch möglich. Gesetzlich verpflichtend ist der Rollout von iMS erst, wenn drei SMGW durch das BSI zertifiziert worden sind. Geräte, die derzeit den Genehmigungsprozess des BSIs durchlaufen, sind auf der Homepage des BSI nachzulesen.28 In Abbildung 10 sind iMS von drei Herstellern abgebildet.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 10: iMS der Firmen Discovergy, Theben und EMH29 30
Fernauslesungen konventioneller Messysteme existieren seit einiger Zeit. Ein Beispiel ist in Abbildung 11 dargestellt. Es wird deutlich, dass auch vor dem Inkrafttreten elektronische Komponenten von Messstellenbetreibern eingesetzt wurden. Nach Ferraris-Zählern kamen schon seit längerem elektronische Zähler mit Rollenzählwerk zum Einsatz. Der Übergang zu mME verläuft technisch betrachtet also fließend. Einzig die Änderungsgeschwindigkeit hat enorm zugenommen. Zeitlich betrachtet wurden Ferraris-Zähler seit über 70 Jahren, elektronische Zähler erst seit frühestens 20 Jahren und mME erst seit 2017 in elektrischen Verteilnetzen eingesetzt. Praktisch bedeutet das, dass ein SMGW und eine mME die konventionellen elektronischen Geräte Modem, Messeinrichtung und Tarifschaltgerät ersetzen sollen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 11:Konventionelles Messsystem: Lastgangzähler, Modem und Antenne
Zukünftige Generationen von SMGWs sollen auch über die Schaltungsmöglichkeit verfügen. Damit könnten weitere konventionelle Geräte ersetzt werden. Beim Rollout von iMS wurde Deutschland von anderen EU-Ländern weit überholt. Ein Grund hierfür ist der starke Verbraucherschutz in Deutschland. Ein weiterer Grund ist die Angst vor Angriffen, die die Netzsicherheit gefährden, wie sie Marc Elsberg in seinem Roman BLACKOUT beschreibt. Diese Befürchtungen haben durchaus ihre Berechtigung. In anderen Ländern entstanden Situationen, in denen mME mit SMGW gehackt wurden. Theoretisch hätten Schäden verursacht werden können.31 Ob diese hohen Auflagen zur Zertifizierung von SMGWs in Deutschland erfolgreich und bezahlbar sind, werden die nächsten Monate oder sogar Jahre zeigen. Eine Unterscheidung von SMGW, die der reinen Datenübertragung zu Abrechnungszwecken dienen, und jenen, mit denen Schalthandlungen durchgeführt werden können, würde den Prozess mit Sicherheit beschleunigen und wirtschaftlicher werden lassen. Diese Differenzierung sieht das GDEW jedoch nicht vor.
1.4.1 Struktureller Aufbau von mME
Elektronische Zähler und mME können prinzipiell drei verschiedene strukturelle Aufbauten aufweisen32, die in Anhang C dargestellt sind.
In Variante A werden Strom und Spannung mit analogen Rechenbaugruppen proportional zum Eingangssignal multipliziert und einem Prozessor zur Verfügung gestellt. In Variante B werden die Eingangssignale zunächst durch Analog- / Digital-Wandler digitalisiert und dann einem Prozessor getrennt zur Verfügung gestellt. In Variante C werden die Messwerte direkt als Eingangssignale für einen Zähler-Chip zur Verfügung gestellt. Variante B und C haben gemein, dass typische Probleme, die bei analogen Rechen-Baugruppen bestehen, wie Nichtlinearitäten, Offsets, Driften, Verschleiß und andere physikalischen Störerscheinungen, nicht vorhanden sind. Alle Rechnungen erfolgen in den Varianten B und C digital. Dadurch können Energie und Leistung genauer bestimmt werden.33 Allen drei Varianten ist gemein, dass es eine Versorgungseinheit des Zählers, wie unten links dargestellt, Bedienelemente, Display, Steuereingänge, Signalweitergabe und Schnittstellen, rechts dargestellt, und einen Prozessor, bzw. einen Zähler-Chip gibt. Die Anforderung an die Messtechnik bewegt sich weg von der reinen Darstellung von Mittelwerten hin zur Darstellung von momentanen Werten. Diesem Bedarf trägt die Entwicklung von Mikroprozessoren oder Digitalen Signal Prozessoren Rechnung, welche über ausreichend Rechenleistung zur Anzeige digitaler Strom- und Spannungswerte verfügen. Der Trend geht weg von Variante A und B hin zu Variante C. Im Gegensatz zu Ferraris-Zählern, die alle das gleiche, standardisierte Messprinzip verwenden und ähnliche Charakteristika aufweisen, zeigen elektronische Stromzähler verschiedene stromstärkeabhängige Kurven auf. Ursache hierfür ist die Anwendung verschiedener Messprinzipien für mME. Bei allen Typen von mME ist die zu messende Stromstärke zwischen einigen Milliampere bis hin zu einigen 10 Ampere an die spezifischen Pegel des elektronischen Messwerks anzupassen.34 Neben der Anforderung an den Messbereich bestehen hohe Anforderungen an elektronische Zähler bezüglich der Einhaltung von Fehlergrenzen bei Mischströmen. Unter Mischstrom wird verstanden, dass Gleichstromanteile im Messstrom der Wechselstromanteile enthalten sein dürfen. Genau wird diese Anforderung in DIN 40110 geregelt.35 Einige der gängigen Prinzipien zur Messung der Stromstärke sind der Einsatz von Stromwandlern, die Anwendung einer Strom-Sensorik mit Hallgenerator oder die Anwendung eines Messwiderstands, der auch Shunt genannt wird.
1.5 Aspekte des betrieblichen Umwelt-/ Nachhaltigkeitsmanagements
Zur Definition des Nachhaltigkeits- und Umweltmanagements und der damit verbundenen Aufgaben wird zunächst der Begriff Nachhaltigkeit beleuchtet. Eine bekannte und offizielle Beschreibung nachhaltiger Entwicklung wurde von der „World Commission of Environment and Development“ (WECD) 1987 im Bericht „Our Common Future” unter Leitung von Gro Harlem Brundtland so definiert:
“Sustainable development meets the needs of the present without comprising the ability of future generations to meet their own needs.” 36
Was auf Deutsch folgender Entsprechung gleichkommt:
„Wenn heutiges Handeln, welches zum Erhalt des Lebensstandards heutiger Generationen dient, so stattfindet, dass die Lebensqualität kommender Generationen das gleiche Niveau erreichen kann, kann von nachhaltigem Handeln gesprochen werden.37
Die Definition des Zielzustands nachhaltigen Verhaltens kann in etwa so vorgestellt werden:
„Nachhaltigkeit ist erreicht, wenn die gegenwärtigen Wirtschaftsaktivitäten und der Konsum in Summe den vorhandenen Kapitalstock an Naturgütern, sozialem Zusammenhalt und geschaffenen Werten nicht aufzehren.“38
Nachhaltigkeit oder der gleichbedeutende aus dem Englischen verwendete Begriff Sustainability baut auf drei Säulen, die in Abbildung 12 dargestellt sind. Diese stellen ökonomische, soziale und ökologische Aspekte der Nachhaltigkeit dar.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 12: „Three Pilar Model of Sustainability“39 (Drei Säulen Modell der Nachhaltigkeit)
Umwelt, Ecology, ist nach dieser Definition eine Säule der Nachhaltigkeit, auf die sich in dieser Arbeit im Zusammenhang mit der Umsetzung des GDEW durch einen iMSB konzentriert wird. Um diese abstrakte Darstellung etwas greifbarer zu machen, werden einige der wichtigsten Herausforderungen im nächsten Kapitel beschrieben. Der Bezug zu den hier genannten Säulen bleibt bestehen.
Dieser Argumentation folgend, bekennt sich Josef Hasler, Vorsitzender des Vorstandes der N-ERGIE Aktiengesellschaft, im aktuellen Nachhaltigkeitsbericht zu einer nachhaltigen Ausrichtung des Unternehmens.40
1.5.1 „Big Six“ - Wesentliche Herausforderungen der Nachhaltigkeit
Bevor eine Zuteilung zu den drei Säulen hergestellt wird, sollen zu Beginn die „BIG SIX“41 Herausforderungen der Nachhaltigkeit genannt werden:
- Klimawandel
- Süßwasserknappheit
- Entwaldung
- Biodiversitätsverlust
- Armut
- Bevölkerungswachstum
Etwas differenzierter lassen sich die ökologischen Herausforderungen der Nachhaltigkeit so darstellen:
- Verletzlichkeit der Atmosphäre und Klimawandel durch Abbau der Ozonschicht und steigende Konzentration von Treibhausgasen
- Irreversibler Rückgang der Artenvielfalt durch Ausrottung, Zerstörung und Vergiftung natürlicher Lebensräume
- Veränderung der Meere durch Verschmutzung, Versauerung, Überfischung und Anstieg der Meerestemperatur
- Verschmutzung sauberer Süßwasservorräte und Binnengewässer
- Rodung natürlicher Waldbestände
- Überdüngung, Übernutzung, Erosion, Verwüstung und Versiegelung von Böden42
Unter sozialen Herausforderungen wird Folgendes verstanden:
- Hungersnöte, kriegerische Auseinandersetzungen, ethnische und religiöse Verfolgung, Bürgerkriege und Flüchtlingsströme
- Vernachlässigung sozialer Arbeitsstandards im globalen Wettbewerb um niedrigere Produktionskosten
- Mangelnde Rechtsstaatlichkeit und Korruption auf politischer und privatwirtschaftlicher Ebene
- Zunehmende Schuldenlast vieler Volkswirtschaften mit steigenden Zins- und Tilgungspflichten und dadurch eingeschränkten sozial- und bildungspolitischen Spielräumen
- Verelendungsgefahr durch Wirtschaftskrisen, die durch Spekulationsgeschäfte auf entkoppelten Finanzmärkten verursacht werden
- Starkes Bevölkerungswachstum, Landflucht, Ausufern von Slums, Überlastung gegebener Infrastruktur, Zunahme krimineller Gewalt in diesen Gebieten
- Diskriminierung aufgrund ethnischer oder religiöser Zugehörigkeit, ungleiche Rechte und Bildungschancen insbesondere zwischen reichen und armen bzw. männlichen und weiblichen Bevölkerungsteilen
- Gefährdung der ethnologischen Vielfalt durch Zerstörung und Entwertung traditioneller Sozial-, Ernährungs- und Wirtschaftsstrukturen43
Ökonomische und soziale Herausforderungen gehend fließend ineinander über. Wird ein privater Haushalt als kleine ökonomische Einheit betrachtet, wird schnell deutlich, dass Arbeitnehmerrechte, Entlohnung und Beschäftigungsmöglichkeit direkten Einfluss auf soziale Probleme haben.
Zu jeder der oben genannten Herausforderungen gibt es zahlreiche Dokumentationen über verschiedene Plätze der Erde. Noch sind die meisten Auswirkungen nicht oder nicht vergleichbar stark im Handlungsgebiet der MDN spürbar. Viele Phänomene lassen sich hierzulande aushalten. Doch Produkte wie die in dieser Arbeit zu untersuchenden mME, die im Netzgebiet der MDN zum Einsatz kommen, verursachen unter Umständen direkt einige der oben genannten Phänomene im Herstellerland. Das Herstellerland ist unter Umständen nur einen Flug oder eine Schifffahrt von Europa entfernt, wo einzelne Komponenten oder Platinen zu mME zusammengesetzt werden. Dieses wird dann direkt aus der Produktionshalle zur Warenannahme nach Nürnberg geliefert. Durch die Berücksichtigung von nachhaltigen Kriterien bei der Auswahl von Lieferanten kann damit begrenzter, aber direkter Einfluss auf das Zustandekommen einiger Phänomene ausgeübt werden. Mit diesen Ausführungen von Nachhaltigkeit ist der Komplexität des Begriffs nicht im Ansatz genüge getan. Nachhaltigkeit wird umso facettenreicher, je unterschiedlicher die zu betrachtenden Anwendungsgebiete sind. In der Fischerei, in Forstbetrieben, in der Landwirtschaft, aber auch bei der Produktion elektronischer Produkte existieren Organisationen mit Menschen, die versuchen, nachhaltiges Handeln in ihrem Verantwortungsbereich umzusetzen. Teilweise ist dieses Handeln schon stark beim Anwender oder Konsumenten angekommen. An dieser Stelle sollen die allgemeinen Ausführungen über Nachhaltigkeit jedoch enden. Im Folgenden sollen konkretere Aspekte beleuchtet werden, die im Zusammenhang mit dem iMSB und der Umsetzung des GDEW stehen. Der Zusammenhang zwischen iMSB und Nachhaltigkeit ist im öffentlichen Bewusstsein und in der Branche noch nicht ausreichend hergestellt und umgesetzt worden. Ziel ist es, mit dieser Arbeit einen Schritt dazu beizutragen.
1.5.2 Elektroschrott als aktuelle Herausforderung
Bereits in der Einleitung dieser Arbeit sind aktuelle Schlagzeilen angeführt, die darauf hindeuten, dass der Gedanke nachhaltigen Handelns weltweit gesehen noch nicht überall angekommen ist. Das Gegenteil scheint der Fall zu sein. Knapp werdende Ressourcen wie Edelmetalle, knapp werdende Energiequellen und steigendes Müllaufkommen, das zu verschlechternden Lebensbedingungen für Menschen führt, sind Beispiele nicht nachhaltigen Handelns. Die Auswirkungen schlagen sich z.B. in den Zahlen des weltweit steigenden Elektroschrotts nieder. 2016 sind 44.700.000.000 kg elektrische und elektronische Geräte mit Steckern oder Batterien auf dem Müll gelandet, siehe Anhang D. Das sind 8 % mehr als noch zwei Jahre zuvor. Davon werden laut UNO-Bericht nur 20 % recycelt.44 Es wird von einer 16 %-Steigerung bis 2021 ausgegangen. Elektroschrott wird als der am stärksten steigende Hausmüll eingestuft. Die Zahlen basieren auf einem Bericht der Universität der UNO, die sich mit nachhaltigen Kreisläufen, englisch Sustainable Cycles (SCYCLE), beschäftigt. Dr. Rüdiger Kuehr, Direktor des Sustainable Cycles Programme konnte mit seinem Team die Initiative STEP (Solving the E-Waste Problem) ins Leben rufen, die 55 Organisationen umfasst und sich der Lösungsfindung des Elektroschrott-Problems angenommen hat.45 Elektroschrott umfasst sowohl Kleingeräte wie Staubsauger, Radios, Rasierapparate, Handys als auch Waschmaschinen, Spülmaschinen, Kühl- und Gefrierschränke sowie Bildschirme. Das Elektroschrottaufkommen wächst in den Entwicklungsländern stärker als in den Industrieländern. Das Niveau des produzierten Elektroschrotts liegt jedoch mit 16,6 kg pro Kopf in Europa höher als mit 4,2 kg pro Kopf im Schnitt in Asien und mit 1,9 kg pro Kopf in Afrika. Auch die Recyclingquote beträgt in Europa 35 % und ist damit höher als der Durchschnitt. Diese Zahlen scheinen so überwältigend groß, dass man meinen könnte, mME und SMGW fielen nicht ins Gewicht. Werden jedoch die Prognosen für 2020 betrachtet, werden weltweit voraussichtlich 830,1 Millionen mME installiert sein, siehe Anhang E.46 Geht man erstens von einer durchschnittlichen weltweiten Eichfrist von 10 Jahren aus und einem mittleren Gewicht von 750 g pro mME ergibt sich über den Betrachtungszeitraum von 10 Jahren ein zusätzliches Elektroschrottaufkommen von 622.575.000 kg. Wird davon ausgegangen, dass die Fälligkeit der Zähler sich gleichmäßig auf die 10 Jahre verteilt, kommt man pro Jahr auf 62.257.500 kg. Setzt man diese Zahl ins Verhältnis zu dem 2016 weltweit angefallenen Elektroschrott, könnte der durch mME verursachte Elektroschrott zu einer Steigerung von etwa 0,14 % des weltweit produzierten beitragen. In Deutschland beliefe sich die Zahl bei einer Eichfrist von 8 Jahren und 750 g pro mME auf 3,08 Millionen kg Elektroschrott pro Jahr oder genauer 3.084.375 kg pro Jahr. Bezogen auf das gesamte Elektroschrottaufkommen 2016 in Deutschland von 1,9 Mio. t macht das rund 0,16 % (3.085 t) aus. Dieser gering erscheinende Anteil an jährlich anfallendem Elektroschrott durch mME wird sich bis 2032 erhöhen, da durch das GDEW der Austausch von 95 % aller elektromechanischen Zähler vorgeschrieben ist. Durch die Annahme, dass durch komplexer werdende Abrechnungs-Konstrukte im Verteilnetz mehr mME und iMS, die zusätzlich aus einer Kommunikationseinheit bestehen, zum Einsatz kommen werden, ist mit einem weiteren Anstieg des Elektroschrotts durch iMSB zu rechnen. Es lohnt sich daher, in der Frühphase des Rollouts von iMS und mME über die Nachhaltigkeit der eingesetzten Produkte nachzudenken. Unter Umständen ist in Zusammenarbeit mit Herstellern für dieses Einsatzgebiet die Schaffung eines geschlossenen Kreislaufs möglich. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass das Handeln eines iMSB bereits alarmierende Zahlen weiter verschärfen kann. Durch bedachtes Handeln könnte erreicht werden, dass keine Verschärfung einer bedenklichen Situation erfolgt. Die Wichtigkeit des nachhaltigen Handelns eines iMSB wird mit steigender Anzahl mME und iMS zunehmen. Eine Trendwende bei dem Aufkommen von Elektroschrott in Deutschland ist durch das Verhalten von iMSB allein nicht zu erreichen. Den größten Anteil hat die Konsum- und Haushaltselektronik. Mit dem Rollout gewinnt zusätzlich die Thematik des CO2-Ausstoßes durch iMSB an Bedeutung, das in Kapitel 2 weiter beleuchtet wird.
[...]
1 Begriffsbestimmung nach DIN 55350
2 (Wiese, 2018: Kapitel 1.2.3)
3 Werte sind (Fraunhofer ISE 2019) entnommen.
4 Werte sind (Fraunhofer ISE 2019) entnommen
5 (vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 2019)
6 Abbildung ist (Schuster, Henning/Büchner, Jens, 2016: 11) entnommen.
7 (vgl. Brandt 2017)
8 (vgl. Kwasniewski 2017)
9 (Deutsche Akademie für Metrologie (DAM) 2018)
10 (Vgl. Schlufft 2007: 474f.)
11 Eigene Darstellung auf Basis von Tabelle 11.2 aus (Schlufft 2007: 477)
12 Eigene Darstellung in Anlehnung an Bild 11.2 aus (Schlufft 2007: 475)
13 Eigene Darstellung in Anlehnung an Tabelle: Zusammensetzung des Strompreises, Stand 2018 in ( Heidjann 2018)
14 (vgl. Schuster und Büchner 2016: 21f.)
15 (vgl. Schuster und Büchner 2016: 24)
16 Abbildung basiert auf (Stolzenburg, Geertje, 2018: 12)
17 (vgl. Schuster und Büchner 2016: 23ff.)
18 (vgl. Energie kein Datum)
19 (vgl. Wörndl 2015: 4)
20 (vgl. Wörndl 2015: 5)
21 (vgl. Wörndl 2015: 6f.)
22 (vgl. Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz 2016: 27)
23 (Bild entnommen aus Zayher 2018: 12)
24 (Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz 2016)
25 (Vgl. Deutsche Akademie für Metrologie (DAM) 2018)
26 Eigene Abbildung angelehnt an (Wetzel 2018: 3)
27 Inhalt (vgl. Deutsche Akademie für Metrologie (DAM), 2018)
28 (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik kein Datum)
29 Bildquelle: (Stadtwerke Tübingen GmbH kein Datum)
30 Bildquelle: (Discovergy kein Datum)
31 (vgl. Wimmer 2014)
32 (vgl. Kahmann Martin 2014: 116)
33 (vgl. Kahmann Martin 2014: 145)
34 (vgl. Kahmann Martin 2014: 119)
35 (vgl. Kahmann Martin 2014: 120)
36 (Schaltegger und Petersen, Betriebliches Nachhaltigkeitsmanagement – Grundlagen des Nachhaltigkeitsmanagement 2015: 72)
37 (Schaltegger und Petersen, Betriebliches Nachhaltigkeitsmanagement – Grundlagen des Nachhaltigkeitsmanagement 2015: 72).
38 (Schaltegger und Petersen, Betriebliches Nachhaltigkeitsmanagement – Grundlagen des Nachhaltigkeitsmanagement 2015: 72)
39 (vgl. Industrie- und Handelskammer Nürnberg für Mittelfranken 2015)
40 (vgl. N-ERGIE Aktiengesellschaft 2018: 3)
41 (vgl. Schaltegger und Petersen, Betriebliches Nachhaltigkeitsmanagement – Grundlagen des Nachhaltigkeitsmanagement 2015: XVI zietiert nach (Hesse 2006))
42 (vgl. Schaltegger und Petersen, Betriebliches Nachhaltigkeitsmanagement – Grundlagen des Nachhaltigkeitsmanagement 2015: 73)
43 (vgl. Schaltegger und Petersen, Betriebliches Nachhaltigkeitsmanagement – Grundlagen des Nachhaltigkeitsmanagement 2015: 73)
44 (vgl. Kwasniewski 2017)
45 (vgl. United Nations University, kein Datum)
46 (vgl. Statistika 2014)
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