Smart Metering. Jak to działa?

Eksperckim okiem

Paweł Biegajski, specjalista z zakresu finansowania projektów energetycznych

Ostatnie lata to niekończące się dyskusje na temat różnych dróg zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego oraz zmniejszenia emisyjności gospodarek. Zarówno w międzynarodowej, jak i polskiej przestrzeni publicznej dużo uwagi poświęca się projektowi inteligentnych sieci elektroenergetycznych (Smart Grid).

Jednym z elementów umożliwiających efektywną komunikację między wszystkimi użytkownikami rynku energii są inteligentne systemy pomiarowe. W tym artykule opiszemy czym jest Smart Metering oraz jakie są korzyści i ryzyka ze stosowania nowoczesnych systemów opomiarowania.

Czym są inteligentne sieci elektroenergetyczne?

Inteligentne sieci elektroenergetyczne, znane również jako Smart Grid, to zaawansowane systemy, które wykorzystują technologie informatyczne, komunikacyjne i automatyki, aby zoptymalizować zarządzanie produkcją, przesyłem i konsumpcją energii elektrycznej. Głównym celem inteligentnych sieci elektroenergetycznych jest poprawa efektywności, niezawodności, elastyczności i zrównoważonego rozwoju całego systemu energetycznego. Warunkiem niezbędnym tworzenia sieci Smart Grid jest wdrożenie zaawansowanej infrastruktury pomiarowej (Advanced Metering Infrastructure).

Główne założenia projektu inteligentnych sieci elektroenergetycznych obejmują[1]:

• zmniejszenie emisji zanieczyszczeń pochodzących ze spalania paliw kopalnych,
• zapewnienie dwustronnej komunikacji w czasie rzeczywistym,
• szerokie upowszechnienie rozproszonego wytwarzania energii,
• realizację funkcji zdalnej kontroli i monitorowania,
• zdolność przywracania działania sieci elektroenergetycznej po uszkodzeniach lub awarii.

W tym modelu za zarządzanie siecią odpowiedzialni są nie tylko wytwórcy i dystrybutory, ale także pojedynczy użytkownicy. Mogą oni przekazać do sieci nadwyżkę energii wytworzonej we własnej instalacji. W ten sposób zamiast stosowania dużych generatorów w elektrowniach, prąd można uzyskać także przy wykorzystaniu źródeł rozproszonych (np. OZE).

Skuteczne wykorzystanie narzędzi Smart Grid wymaga zastosowania odpowiedniej infrastruktury pomiarowej. Powinna ona składać się z:

• inteligentnych liczników (Smart Meter),
• koncentratora danych (Data Concentrator Unit), pochodzących z liczników SM w segmencie sieci niskiego napięcia,
• systemu zarządzania i monitorowania inteligentnych sieci elektroenergetycznych,
• infrastruktury komunikacyjnej pomiędzy Smart Meterem i koncentratorem danych oraz między koncentratorem i systemem zarządzania i monitorowania.

Elementy zaawansowanej infrastruktury pomiarowej prezentuje poniższa grafika.

Czym jest Smart Metering?

Zbieranie danych na temat zużycia energii elektrycznej to dzisiaj za mało. Analiza uzyskanych wyników oraz wyciąganie na tej podstawie wniosków jawi się jako jeden z ważniejszych kierunków rozwoju polityki energetycznej. Inteligentne liczniki energii są rozwiązaniami techniczno-organizacyjnymi, dzięki którym możliwe staje się efektywne komunikowanie pomiędzy różnymi uczestnikami rynku energetycznego. Przyczynia się to do dostarczania prądu po jak najniższych kosztach i w sposób optymalny. Pomaga także w zintegrowaniu rozproszonych źródeł energii, w tym OZE.

Najważniejszymi cechami inteligentnych liczników są:

• elastyczność, a więc możliwość dostosowania się do potrzeb użytkowników,
• dwukierunkowość przesyłu informacji – możliwe jest udostępnianie danych z licznika do sprzedawcy, ale także transmitowanie wiadomości od sprzedawcy do licznika,
• zdolność do adaptacji nowych rozwiązań, takich jak obsługa ładowania samochodów elektrycznych,
• możliwość niemal natychmiastowego komunikowania operatorom wystąpienie awarii.

Inteligentne liczniki prądu są składową szerszego systemu opomiarowania, czyli Smart Meteringu. To kompleksowe rozwiązanie informatyczne obejmujące urządzenia (opisane powyżej inteligentne liczniki energii), infrastrukturę telekomunikacyjną niezbędną do wydajnej transmisji danych oraz oprogramowanie. Istotą Smart Meteringu jest scalanie oddzielnych elementów sieci energetycznych w jedną, większą całość, a następnie nawiązywanie komunikacji pomiędzy nimi. W dobie dynamicznych zmian rynkowych, dobre narzędzie analizy posiadanych technologii staje się konieczne do prowadzenia biznesu i nadzoru nad zasobami technicznym.

Smart Metering w prawie

Decyzja dotycząca wdrożenia Smart Meteringu w sektorze elektroenergetycznym w Polsce wynika z szeregu korzyści jakie to przyniesie, ale także z przesłanek formalno-prawnych. Do tej drugiej grupy możemy zaliczyć przede wszystkim zapewnienie realizacji celów ujętych w Dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2023/1791 z dnia 13 września 2023 roku w sprawie efektywności energetycznej. Dokument wskazuje między innymi na kluczowe znaczenie zwiększenia świadomości wśród wszystkich obywateli Unii na temat korzyści z poprawy efektywności energetycznej oraz konieczność wdrażania systemów zobowiązujących do efektywności energetycznej.

Istotnym źródłem motywacji do szerszego wykorzystania Smart Meteringu jest także Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/944 z dnia 5 czerwca 2019 roku w sprawie wspólnych zasad rynku wewnętrznego energii elektrycznej. Niniejsza dyrektywa ustanawia reguły dotyczące wytwarzania, przesyłu, dystrybucji, magazynowania energii i dostaw prądu, wraz z przepisami dotyczącymi ochrony konsumentów, w celu stworzenia prawdziwie zintegrowanych, konkurencyjnych, ukierunkowanych na potrzeby konsumenta, elastycznych, uczciwych i przejrzystych rynków energii elektrycznej w UE. W zapisach znajduje się między innymi regulacja dotycząca prawa do umowy z cenami dynamicznymi. Artykuł 19 ww. dyrektywy został w pełni poświęcony kwestii inteligentnych systemów opomiarowania. Ustęp 1 mówi, że „W celu promowania efektywności energetycznej i wzmocnienia pozycji odbiorców końcowych państwa członkowskie lub – jeżeli państwo członkowskie tak postanowi – organ regulacyjny zdecydowanie zalecają przedsiębiorstwom energetycznym i innym uczestnikom rynku optymalizację wykorzystania energii elektrycznej, między innymi przez dostarczanie usług w zakresie zarządzania energią, rozwój innowacyjnych formuł cenowych i wprowadzenie inteligentnych systemów opomiarowania, które są interoperacyjne, w szczególności w połączeniu z konsumenckimi systemami zarządzania energią i inteligentnymi sieciami, zgodnie z mającymi zastosowanie unijnymi przepisami dotyczącymi ochrony danych”.

Załącznik II do dyrektywy określa także konkretne terminy, kiedy kraje muszą wprowadzić inteligentne systemy opomiarowania, co stanowi pierwszy krok do powszechnego wykorzystania Smart Meteringu.

Dokładnie w dniu 3 lipca 2021 roku weszły w życie zmiany w ustawie z dnia 10 kwietnia 1997 roku Prawo Energetyczne, które zaimplementowały wskazane dyrektywy unijne do polskiego porządku prawnego. Założeniem nowego systemu jest instalacja u odbiorców prądu liczników, umożliwiających zdalny odczyt aktualnego zużycia energii elektrycznej. W ten sposób konsumenci mają być rozliczani za energię według rzeczywistego zużycia, a nie prognoz sprzedawcy. Obowiązek zmiany liczników został nałożony na Operatorów Systemów Dystrybucyjnych. Do tej pory w Polsce zamontowano już 4 miliony inteligentnych liczników, a do 2028 roku ich liczba ma przekroczyć 17 milionów.

Jak działa Smart Metering?

Podstawą działania Smart Meteringu są inteligentne liczniki energii elektrycznej. Komunikacja z systemami informatycznymi magazynującymi, agregującymi i przekazującymi dane obywa się poprzez koncentratory danych. Do najważniejszych funkcji liczników należy:

• automatyczny odczyt zdalny,
• monitorowanie zużycia w czasie rzeczywistym,
• wykrywanie awarii,
• możliwość zdalnego odcięcia i przywrócenia dostawy,
• wykrywanie prób włamanie do licznika,
• raportowanie błędów,
• odczyt na żądanie.

Drugim elementem systemu Smart Meteringu jest koncentrator danych. To urządzenie lub oprogramowanie używane do zbierania, przetwarzania i przekazywania danych z wielu źródeł. Funkcje oferowane przez koncentratory danych to między innymi:

• pozyskiwanie danych z liczników,
• możliwość komunikacji z grupą urządzeń,
• przekazywanie zgromadzonych danych,
• automatyczne wysyłanie danych poprzez serwer do różnych odbiorców,
• monitorowanie parametrów sieci w tym parametrów związanych z jakością energii,
• monitorowanie zdarzeń związanych z zanikiem i powrotem napięcia lub transmisji,
• definiowanie harmonogramów odczytowych.

Ostatnim istotnym elementem Smart Meteringu jest system informatyczny. Jego zadaniem jest wdrażanie, konfigurowanie, nadzorowanie i przetwarzania danych pochodzących z inteligentnych liczników. Na rynku dostępnych jest wiele rozwiązań tego typu, które różnią się między sobą użytecznościami. Łączy je zdolność do budowania samouczących się algorytmów, które pozwalają na:

• pozyskiwanie i przechowywanie danych pomiarowych,
• monitorowanie w czasie rzeczywistym parametrów ilościowych i jakościowych energii,
• analizę i rozliczanie kosztów prądu,
• przechowywanie danych podmiotowych odbiorców i wykorzystywanych przez nich taryfach,
• wizualizację danych pomiarowych,
• optymalizację profilu mocy zamówionej.

Korzyści płynące z wdrożenia Smart Meteringu

Smart Metering łączy różne grupy użytkowników, a każdy z nich może osiągnąć inne korzyści z włączenia się w program. Podstawowymi beneficjentami nowego systemu opomiarowania i zarządzania energią są:

• Odbiorcy energii elektrycznej.
• Sprzedawcy prądu.
• Operatorzy Systemu Dystrybucyjnego.
• Operator Systemu Przesyłowego.

Polskie Sieci Elektroenergetyczne S.A. jako Operator Systemu Przesyłowego oraz Operatorzy Systemu Dystrybucyjnego dzięki Smart Meteringowi uzyskają poprawę bezpieczeństwa pracy całego systemu elektroenergetycznego oraz zredukują ryzyko awarii katastrofalnej. Informacje o zwyczajach i potrzebach konsumentów prądu umożliwią podejmowanie racjonalnych decyzji zakupowych i dotyczących usług elastyczności energetycznej. Ważnymi korzyściami z nowego opomiarowania będą także:

• ograniczenie kosztów związanych z udziałem w rynku bilansującym,
• ograniczenie kosztów pracy w terenie i obsługi klientów,
• niemal natychmiastowe wykrywanie awarii,
• ograniczenie strat finansowych wynikających z kradzieży infrastruktury technicznej.

Sprzedawcy energii elektrycznej dzięki powszechnemu zastosowaniu Smart Meteringu uzyskają wiedzę na temat wolumenu zakupu. To sprawi, że ostateczne ceny dla klientów będą niższe. Sprzedawca zyska też możliwość personalizowania swoich ofert. Wiedza o poziomie zużycia oraz krzywej obciążenia to także atut dla odbiorców ostatecznych. Dzięki niemu będą w stanie dostosować swoje zapotrzebowanie do różnych pułapów cenowych. Korzyścią będzie także obniżenie rachunków, wywołane redukcją kosztów odczytów i strat handlowych, oraz pośrednio – niższe ceny produktów dostępnych na rynku. Przedsiębiorstwa wdrażające działania związane z inteligentnym opomiarowaniem i zarządzaniem energią zmniejszą swoje rachunki, co przełoży się na wyższą skłonność do obniżenia cen dóbr gotowych. Inne zalety wdrożenia Smart Meteringu dla odbiorców to:

• dokładność rozliczeń za pobraną energię,
• uproszczenie procedur zmiany sprzedawcy prądu,
• poprawa parametrów dostarczanej energii.

Doświadczeni Skandynawskie wskazują, że powszechne wprowadzenie Smart Meteringu zmniejszyło zużycie energii o 5 do 9%[2]. Polskie projekty pilotażowe wykazały z kolei, że dynamiczne taryfikowanie oparte na danych z inteligentnego opomiarowania zmniejszyło o 15% obciążenia szczytowe. Badania wykazały również, że szczegółowa i regularna informacja o stosowanej taryfie i bieżącym zużyciu prądu przekłada się na zwiększenie stabilności sieci i redukcję obciążenia szczytowego dzięki większemu zaangażowaniu użytkowników.

Zagrożenia płynące z wdrożenia Smart Meteringu

Inteligentne zarządzanie energią niesie ze sobą wiele potencjalnych korzyści, ale też wiąże się z pewnymi wyzwaniami i zagrożeniami. Zaawansowana infrastruktura programistyczna, jak każdy inny system informatyczny ma swoje ograniczenia. Należą do nich między innymi kwestie dostępnej mocy obliczeniowej, przepustowości sieci, wielkości pamięci czy integracji ze starszymi technologiami. Próba pokonania niektórych z tych ograniczeń będzie czasochłonna i może być kosztowna. Inne zagrożenia płynące z wdrożenia Smart Meteringu to:

• Bezpieczeństwo cybernetyczne – inteligentne opomiarowanie i zarządzanie energią może być podatne na ataki cybernetyczne. Hakerzy mogą próbować przejąć kontrolę nad systemem, co może prowadzić do destabilizacji dostaw energii lub nawet potencjalnie grozić bezpieczeństwu publicznemu.
• Ochrona prywatności – zebranie dużych ilości danych o zużyciu energii może rodzić obawy dotyczące prywatności i poufności. Konieczne jest ścisłe przestrzeganie regulacji i standardów ochrony danych, aby uniknąć nadużyć.
• Koszty implementacji – powszechne użycie Smart Meteringu jest bardzo kosztowne. Jak wskazuje jednak analiza przedstawiona przez Ministerstwo Klimatu i Środowiska korzyści finansowe związane z instalacją inteligentnych liczników w horyzoncie czasowym 15 lat sięgają 11,3 mld złotych, podczas gdy koszty tego przedsięwzięcia to nieco ponad 7 mld złotych.
• Zrównoważony rozwój – konieczne jest osiągnięcie harmonii między efektywnością energetyczną a ochroną środowiska. Niektóre technologie, chociaż mogą być bardziej efektywne, mogą jednocześnie generować problemy związane z produkcją czy utylizacją.

Podsumowanie

Inteligentne opomiarowanie oraz zarządzanie energią elektryczną to przyszłość energetyki. Podobne rozwiązania funkcjonują już w wielu krajach europejskich: Niemczech, Holandii, Wielkiej Brytanii czy Włoszech. Za wdrożeniem nowoczesnego systemu w Polsce przemawiają liczne korzyści, w tym w szczególności:

• konieczność zwiększenia efektywności energetycznej,
• redukcja emisji zanieczyszczeń wysyłanych do atmosfery,
• wzrost konkurencji na rynku energii,
• ciągły wzrost zapotrzebowania na dostawy prądu do odbiorców końcowych,
• dynamiczny wzrost produkcji energii elektrycznej z OZE w źródłach rozproszonych.

Efektem wprowadzenia inteligentnego opomiarowania jest upodmiotowienie konsumenta energii elektrycznej – odbiorca, mając wzgląd do informacji o rzeczywistym zużyciu mediów, dysponuje wiedzą pozwalającą prowadzić aktywności ograniczające jego rachunki, a tym samym zmniejszyć negatywny wpływ na środowisko. Uzyska także narzędzie, które pozwoli mu świadomie dobierać oferty sprzedawców do własnych potrzeb. Smart Metering przynosi także korzyści dla innych użytkowników rynku energetycznego, w tym OSD i PSE.

---

[1] F. Khan, S. Baig, U. Noreen, A. Yousaf, An Overview of OFDM Based Narrowband Power Line Communication Standards for Smart Grid Applications, World Applied Sciences Journal,no. 20(9), s. 1236–1242.

[2] A. Kielarz, Smart metering – korzyści i zagrożenia, Materiały XXVII Konferencji z cyklu Zagadnienia surowców energetycznych i energii w gospodarce krajowej, str. 132.

---

Paweł Biegajski

Absolwent Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Specjalizuje się w zdobywaniu finansowania dla firm i instytucji realizujących projekty z zakresu zrównoważonego rozwoju oraz energetyki.