Цифровой счётчик
Цифрово́й счётчик (интеллектуальный счётчик, интеллектуальная измерительная система, англ. smart meter, часто сокращённо — iMSys) — это электронный газовый, водяной или электрический счётчик, который осуществляет передачу и приём данных по цифровым каналам и подключён к коммуникационной сети для дистанционного обмена информацией. Устройство состоит из современного измерительного модуля, который фиксирует и хранит данные о расходе энергии или вещества в цифровом виде, и коммуникационного устройства, которое обеспечивает передачу данных между потребителем, оператором сетей и поставщиком ресурсов[1]. Передаваемые данные могут включать, например, объём потреблённой электроэнергии, а принимаемые — управляющие команды для нагрузки.
Интеллектуальные электрические счётчики входят в состав систем управления нагрузкой и ресурсами и являются ключевыми элементами интеллектуальных энергосетей. В распределённых энергосетях они совместно с гейтвеями используются для снижения перегрузок в сети, оптимизации её строительства и эксплуатации. Кроме того, внедрение таких счётчиков является условием либерализации рынка энергетики, начатой в странах Евросоюза ещё в 1996 году[2], и необходимо для обеспечения прозрачности затрат для всех участников, особенно для конечных потребителей. Пользователь, имея интеллектуальное измерительное устройство, может получать доступ к оперативным и архивным данным о расходе, а также использовать их для работы с гибкими тарифами.
В промышленности такие устройства применяются с 1990-х годов, а с 2010 года их начинают устанавливать и в частных хозяйствах для работы с переменными тарифами. В зависимости от модели, интеллектуальные счётчики способны передавать данные с высокой периодичностью в энергокомпанию, что позволяет более гибко управлять сетью. Помимо электрических, в категорию интеллектуальных относит также газовые, водяные и тепловые счётчики с функцией дистанционной передачи данных.
В отличие от ряда других европейских стран, в Германии интеллектуальные измерительные системы пока распространены слабо[3]. По опросу YouGov в сентябре 2024 года, 60 % взрослых немцев не знают, что такое Smart Meter[4].
Терминология
В немецком законе о работе измерительных пунктов (Messstellenbetriebsgesetz, сентябрь 2016) используются следующие определения:
- Интеллектуальная измерительная система — современное измерительное устройство, подключённое через Smart Meter Gateway к коммуникационной сети для учёта электрической энергии, позволяющее отразить фактическое потребление и время использования (ст. 2, п. 7 МsbG);
- Измерительный пункт — совокупность измерительных, управляющих и коммуникационных устройств на узле учёта (ст. 2, п. 11 МsbG);
- Оператор измерительных пунктов — базовый или альтернативный подрядчик, осуществляющий обслуживание измерительных точек на основании договора (ст. 2, п. 12 МsbG);
- Современное измерительное устройство — система, отражающая фактическое потребление и время использования электроэнергии и способная быть надёжно подключённой к сети через Smart Meter Gateway (ст. 2, п. 15 МsbG);
- Smart Meter Gateway — коммуникационный модуль интеллектуальной системы, способный объединять одно или несколько современных устройств и служить для сбора, обработки и передачи данных (ст. 2, п. 19 МsbG).
Таким образом, интеллектуальная измерительная система состоит из цифрового измерительного устройства и интерфейса (Smart Meter Gateway), который сохраняет показания, обрабатывает данные и связывается с сетью[1].
Оба модуля могут интегрироваться физически в одном устройстве. Если установлено только современное измерительное устройство, оно, как правило, не подключается к сети (например, Интернету), но может быть дополнено Smart Meter Gateway.
Широкое внедрение интеллектуальных систем в Германии началось только с 2020 года после появления сертифицированных систем, отвечающих новым стандартам безопасности разработанным BSI[1][5][6].
Типичным оператором измерительных пунктов выступает местный газовый или электрический сетевой оператор, иногда независимый коллега, предоставляющий услуги вне зависимости от сетевой компании. В некоторых регионах альтернативных операторов пока нет[1].
Устаревшими считаются термины «современный счётчик» или «EDL21/EDL40-счётчик», относящиеся до 2016 года к цифровым устройствам с или без модуля связи[7].
Области применения
Внедрение интеллектуальных счётчиков позволяет энергокомпаниям более точно подстраивать снабжение под спрос, устранять необходимости визита для ежегодного снятия показаний (сведения поступают удалённо), а также объединять учёт по разным видам ресурсов.
В рамках сервиса для потребителя становятся возможными гибкие тарифы — например, с почасовой или зависимой от нагрузки тарификацией (иногда это обязательное требование закона). Потребители получают в режиме реального времени данные о расходе через интерфейс — на смарт-ТВ, ПК или смартфоне, что позволяет оптимизировать поведение или выявлять особенно «прожорливые» приборы.
Интеллектуальные счётчики выгодны и для поставщиков, и для клиентов, способствуя более устойчивому использованию ресурсов. В ряде случаев их установка становится обязательной, прежде всего при новом строительстве, ремонте или плановой замене старых устройств.
Электроэнергия
Современные электрические счётчики могут показывать текущую мощность, а также расход электроэнергии за последние сутки, неделю, месяц или год. При оснащении коммуникационным модулем устройство становится полноценной интеллектуальной системой (iMSys)[8][9]. Поставщик получает показания счётчика с разной периодичностью, а пользователь имеет доступ к визуализации через интернет.
В Германии принято различать «цифровые счётчики» (так называемые современные измерительные устройства) и «интеллектуальные Smart Meter». Цифровые устройства требуют ежегодного ручного снятия показаний с их передачей поставщику и обычно монтируются как альтернатива электромеханическим моделям, но для гибких тарифов им необходим отдельный коммуникационный модуль — Smart Meter Gateway, который иногда подключается к инфракрасному интерфейсу. Оплата за пользование не должна превышать 20 евро в год[10]. Некоторые сервисы предлагают визуализацию данных за дополнительную плату, тогда как опытные пользователи могут анализировать данные самостоятельно для домашней автоматизации.
Интеллектуальные системы изначально поддерживают гибкие тарифы и автоматическую передачу показаний. В 2023 году в Германии такие тарифы предлагали лишь отдельные поставщики, но с 2024 года все компании с числом клиентов более 100 000 обязаны предоставлять динамические тарифы подключённым к интеллектуальным системам, а с 2025 года — все без исключения[11].
Природный газ
Для учёта газа могут применяться схожие по принципу цифровые и автоматизированные устройства, позволяющие как поставщику, так и клиенту отслеживать реальное потребление[12]. Разрабатываются модели, фиксирующие расход уже не в кубометрах, а в киловатт-часах — тогда потребуется двусторонняя связь из-за возможного изменения состава газа и его калорийности.
Во многих случаях с механическими газовыми счётчиками предусматривается дооборудование специальными датчиками (например, с технологией геркон), однако дополнительный модуль должен обрабатывать и передавать данные.
Теплоснабжение
Дистанционные интеллектуальные счётчики могут быть установлены и для учёта тепловой энергии.
Водообеспечение
Разработаны также интеллектуальные счётчики для хозяйственно-питьевой воды, способные показывать текущий расход — преимущественно для оперативного обнаружения протечек или невыключенных кранов[13]. Выпускаются традиционные мокрые счётчики с герконовым выходом (или дооборудуемые), а также модели, снимающие показания посредством фотосъёмки дисплея с последующим распознаванием через Wi-Fi.
Техническая реализация
Электрические счётчики по определению являются электромеханическими приборами, но газовые, тепловые и водосчётчики можно дооборудовать различными модулями дистанционного съёма. Например, мехнизмы подсчёта баллонного газового счётчика или водяного турбинного могут быть оснащены электроникой, а старые устройства — цифровыми камерами с функцией распознавания текста.
Начиная с 2011 года проект Volkszähler предоставляет open-source документацию и примеры реализации собственного интеллектуального счётчика[14][15].
Технологии передачи данных
Для беспроводной и проводной передачи данных используются:[16]
- PSTN (традиционная телефонная сеть)
- GSM (сотовая связь)
- GPRS (мобильная передача данных)
- LAN (локальная сеть)
- Powerline Communication (PLC) — передача по электрическим проводам в специальном выделенном диапазоне частот (9-95 кГц, диапазон A CENELEC)[17]
- WLAN (беспроводная сеть)
- NarrowBand-IoT (NB-IoT, стандарт 3GPP)[18]
- LTE-M (LTE Advanced, 3GPP)[19]
- Sigfox
Часто используются комбинированные схемы (PLC — на коротких дистанциях, агрегация через концентратор, далее мобильная сеть).
Централизованная система
Управление осуществляется через центральную систему:[20][21]
- Advanced Meter Management (AMM) — система для управления, съёма и хранения данных
- Head End System (HES) — интерфейс связи с определённым типом счётчиков
- Advanced Metering Infrastructure (AMI) — обработка и передача данных и событий в центральную систему
- Meter Data Management (MDM) — хранение, проверка, консолидация, статистика данных
- Network Operation Center (NOC) — централизованное управление и мониторинг сети интеллектуальных устройств, организация аварийного реагирования через Field Force (выездная служба)
- Customer Relationship Management (CRM) — база данных по клиентам, договорам, тарифам и заявкам (CIS), управление нарядами (WOM)
- Billing Center — формирование счетов, контроль оплат
- Customer Contact Center — обработка запросов клиентов, организация визитов Field Force
Внедрение и законодательное регулирование
В мире
Использование интеллектуальных счётчиков регулируется национальными и общеевропейскими нормами. В ряде стран — Италия, Швеция, Канада, США, Турция, Австралия, Новая Зеландия и Нидерланды — внедрение носит массовый характер; в некоторых применяется централизованная установка. В Швеции замена всех домашних счётчиков на электронные была обязательной с 2003 по 2009 год[22].
Европейский союз
В директиве 2006/32/EG «Об энергоэффективности и энергосервисе» прописано обязательство обеспечить установку индивидуальных счётчиков с отображением реального расхода (где это технически и экономически возможно) для всех конечных потребителей электроэнергии, газа, тепла и воды. Это означает, что потребитель должен регулярно получать актуальные данные и иметь возможность регулировать свой спрос.
Более подробно требования раскрыты в директиве ЕС 2009/72/EG («третьей энергопакет»).
К 2021 году в 14 из 16 заявленных стран ЕС (например, в Дании, Эстонии, Франции, Италии и др.) уровень внедрения превысил 80 %; в Германии и Словакии rollout ограничивается, а остальные взяли время на оценку экономической целесообразности[24].
Германия
По данным отчёта Федерального сетевого агентства за 2023 год[5], в 2022 году в домохозяйствах работали 26,7 млн механических счётчиков (по принципу Феррари), а количество Smart Meter и современных цифровых устройств превысило 17,6 млн.
Согласно закону о рестарте цифровизации энергетики от мая 2023 года (изменения в EnWG, MsbG, EEG), установка интеллектуальных систем становится обязательна для потребителей с расходом свыше 6000 кВт·ч в год и генераторов мощностью более 7 кВт вплоть до 2032 года[25]. Для потребителей с меньшими объёмами остаётся возможность выбора простого цифрового устройства. К 2030 году 95 % соответствующих клиентов должны быть оснащены интеллектуальными системами, а плата для домашних хозяйств ограничена 20 евро в год[24].
Для поставщиков новые устройства открывают возможность предлагать гибкие и динамические тарифы, а также интегрировать генерирующие и потребляющие объекты в Smart Grid[24].
Особую роль играет подробное законодательное регулирование в части защиты данных: использование и передача детальных показаний разрешается только при определённых условиях, а у клиентов всегда есть право на просмотр всех своих данных и выбор датасберегающего тарифа[1].
Между 1990-ми и серединой 2010-х действовали различные нормативные документы, с 2016 года ведущее значение имеет Messstellenbetriebsgesetz и BSI TR-03109, определяющий требования к безопасности системе Smart Meter Gateway.
Процесс либерализации привёл к тому, что оператором измерительных пунктов может быть как сетевая компания, так и независимый подрядчик (право бесплатной смены оператора закреплено в § 14 MsbG).
В качестве пилотных зон цифровые и интеллектуальные счётчики с 2008 года массово устанавливались различными энергокомпаниями и независимыми провайдерами.
Австрия
К 2019 году 95 % учётных точек должны были быть оснащены интеллектуальными устройствами в соответствии с предписаниями ElWOG 2010 и IMA-VO 2011.[26] Введена опция отказа от ежесуточной передачи данных (opt-out). Первая волна внедрения касается также воды и газа, но единых норм для них нет.
Дистанционный съём и динамические тарифы
В Германии большинство цифровых счётчиков не поддерживает удалённую передачу данных, часть клиентов до сих пор использует механические устройства. Только Smart Meter позволяют перейти к гибким/динамическим тарифам.
Стоимость электроэнергии зависит от биржевых факторов спроса и предложения и может динамически меняться в течение суток. Именно Smart Meter, фиксирующие потребление с высокой точностью, являются технической базой для введения индивидуальных динамических тарифов и сближения цен для конечных потребителей с оптовыми[29]. С 2021 года поставщики обязаны предлагать клиентам гибкие тарифы[30].
Потребитель может влиять на стоимость электроэнергии личным расписанием нагрузки, применяя приборы, когда тариф ниже, однако рискует переплатить в случае неосведомлённости о периодах высокой цены[31].
Дистанционное включение и отключение
Некоторые модели интеллектуальных счётчиков оснащаются устройством дистанционного отключения нагрузки (breaker/remote-off). Обычно это реализовано через электромеханическое реле в самом счётчике (до 100А), имеющее функцию энергосбережения. Дистанционное включение возможно только после активации клиентом на месте (защита от неожиданных запусков оборудования)[32].
Критика: расходы, приватность, безопасность
Электронные интеллектуальные счётчики дороже традиционных, а их массовое внедрение может привести к социальной несправедливости (ожидается рост тарифов для малопотребляющих и пенсионеров), а также новым рискам — возможность дистанционного отключения, слежение за бытовыми привычками[33][34].
В исследовании 2017 года была выявлена высокая чувствительность показаний к электромагнитным помехам и неточность измерений некоторых моделей (особенно при нелинейной нагрузке)[35]. В Нидерландах это вызвало требования к пересмотру сертификации устройств[36].
Рост затрат для домашних хозяйств
Затраты на приобретение и обслуживание интеллектуальных счётчиков превышают экономию: по анализу Ernst & Young, средний домохозяйства не сможет компенсировать расходы снижением энергопотребления[37]. Суммарные издержки на одно устройство в ряде стран достигают 200—300 евро, при потенциальной экономии не более 20 евро в год[38].
Защита данных
Сбор и обработка детальных данных о расходе может позволять выяснить распорядок жизни, количество людей и даже распознавать просмотренные передачи — вплоть до совпадения сигнатур по уровню энергопотребления телевизора[39][40]. В Германии для домашних клиентов предусмотрены максимально консервативные алгоритмы защиты: доступ к детализированной информации ограничен, оператор сети не получает подробные 15-минутные и другие интервальные данные без согласия клиента.
Экономическая эффективность и влияние на рынок
Согласно исследованию Dena с партнёрами Deloitte и TU Dortmund, внедрение Smart Meter может снизить расходы на развитие распределительных сетей до 36 %, сократить необходимый объём прокладываемых сетей, а также повысить точность прогнозирования потребления и баланса[43].
Примечания
Литература
- Дирк Грабш, Карстен Петерсон. Интеллектуальные измерительные системы — счётчики. В: М. Арцбергер, Ю. Крамны (ред.): Интеллектуальные измерительные системы — от счётчика до цифровой платформы. VDE-Verlag, Берлин, Оффенбах, 2022.
- Бернхард Фей. Технология устройств как основа rollout-проектов. В: Кристиан Айхеле, Оливер Д. Долески (ред.): Smart Meter Rollout: Практическое руководство. Springer Vieweg, Висбаден, 2013.
Ссылки
- Smart Meter: Интеллектуальные измерительные системы для Energiewende — Федеральное министерство экономики и защиты климата Германии.
- 7 пунктов к «пакету нормативов по интеллектуальным сетям» — BMWK, 2015.
- «Современные распределительные сети для Германии» — исследование BMWK, 2014.
- Dena-Smart-Meter-Studie, Deutsche Energie-Agentur, июль 2014.
- У. Гревелер. Smart Metering: защита приватности и опыт 2010—2016 (наук. статья, Springer).
- Краткое изложение: интеллектуальные электрические счётчики