Inteligentne opomiarowanie. Standard potrzebny od zaraz

Mimo że zdalny odczyt ma szereg zalet na drodze do rozpowszechnienia inteligentnych liczników pojawiają się rozmaite przeszkody, w tym m.in. brak standardu w zakresie odczytu i transmisji danych z urządzeń pomiarowych tego typu. Oprócz tego problemem są też koszty związane z instalacją nowych urządzeń oraz konieczność zmiany mentalności użytkowników. Nie wszyscy są bowiem przychylnie nastawieni do nowinek technicznych narzucanych odgórnie.

Sceptyków przybywa też w miarę, jak pojawia się coraz więcej informacji o możliwości wykorzystania inteligentnego opomiarowania do zbierania prywatnych danych. Zdaniem niektórych informacje o zużyciu energii można np. wykorzystać w monitorowaniu przyzwyczajeń domowników, jako dowód na prowadzenie w danym lokalu nielegalnej działalności lub po prostu w celu sprawdzenia, czy w danym momencie ktoś jest w domu.

Z drugiej strony zwolennicy zdalnych odczytów podkreślają, że elektroniczne liczniki z możliwością dwukierunkowej transmisji mogą przyczynić się do ograniczenia zużycia mediów i zmniejszenia rachunków. Jak pod koniec 2008 roku szacował Urząd Regulacji Energetyki liczniki ze zdalną transmisją danych zapewnią oszczędności rzędu 10% zużywanej energii elektrycznej, co w przypadku pojedynczego gospodarstwa domowego przełoży się na oszczędności około 100 zł rocznie.

Oprócz wymiernych zysków dla użytkowników w ten sposób będą też realizowane zalecenia Unii Europejskiej dotyczące wdrożenia rozwiązań sprzyjających bardziej racjonalnemu zużyciu energii elektrycznej. Zgodnie z założeniami UE do 2020 roku w Europie inteligentne liczniki powinno wykorzystywać 80% gospodarstw domowych.

Inteligentne oszczędzanie

Odbiorców mediów energetycznych do oszczędzania najprościej przekonać argumentem cenowym, np. zmiennym kosztem jednostki energii w zależności od pory dnia. Do informowania użytkowników o obowiązującej taryfie można wówczas wykorzystać właśnie elektroniczne liczniki, dodatkowo wyświetlające dane o bieżącym zużyciu energii. Rozliczenia według rzeczywistego zużycia mogą posłużyć do stworzenia profili, dzięki którym użytkownik będzie mógł zarządzać wykorzystaniem poszczególnych mediów w bardziej świadomy i efektywny sposób.

Ponadto możliwa będzie również rejestracja jakości medium (np. parametrów jakości energii elektrycznej) oraz różnych zdarzeń, takich jak np. przerwy w dostawach. Z punktu widzenia odbiorców taka możliwość jest użyteczna w razie konieczności dochodzenia swoich praw w kontaktach z dostawcą energii. Zdalnie odczytywane liczniki mają również ułatwić odbiorcy zmianę dostawcy dzięki ograniczeniu barier formalnych.

Z kolei zakłady energetyczne dzięki inteligentnym licznikom zyskają nowe możliwości zarządzania przesyłem mediów, np. możliwość zdalnego wykonywania takich operacji jak odłączanie i przyłączanie odbiorców, zmiana poziomu mocy, itp.. Aby jednak wszystkie te założenia można było zrealizować w praktyce, konieczna jest standaryzacja w zakresie technicznych aspektów pracy inteligentnych liczników, a przede wszystkim w zakresie transmisji informacji między miernikami u odbiorcy a głównym centrum zarządzania całym systemem.

Prób stworzenia takiej specyfikacji podejmują się od pewnego czasu różne organizacje i firmy branżowe, typując kolejne technologie transmisji jako te, które będą dominować w komunikacji w ramach inteligentnego opomiarowania.

Open Metering System

Od maja 2007 kilka grup roboczych badało możliwość wykorzystania w inteligentnym opomiarowaniu już istniejących standardów, wprowadzając jednocześnie uzupełniania i poprawki, o ile takie były wymagane. Celem było stworzenie otwartej, niezależnej od konkretnego producenta, interoperacyjnej specyfikacji definiującej zarówno interfejs komunikacyjny, jak i kwestie sprzętowe w zakresie komunikacji z licznikami energii elektrycznej, gazu, energii cieplnej oraz wody, zarówno u odbiorców prywatnych, jak i przemysłowych.

W końcu w 2009 roku propozycja standardu określającego najważniejsze aspekty inteligentnych pomiarów, tzw. Open Metering System (OMS), została zredagowana wspólnie przez trzy firmy: Figawa, KNX oraz ZVEI. Wkrótce też przedstawiono ją do akceptacji Europejskiej Komisji Standaryzacji. Specyfikacja OMS jest pierwszą tego typu publikacją, która swoim zakresem obejmuje wszystkie media podlegające zdalnym pomiarom.

Między MUC a AMM

Standard OMS opisuje automatyczny system odczytu wskazań liczników, którego dwa kluczowe komponenty to koncentrator danych, tzw. MUC (Multi Utility Communication), wykorzystywany do odczytu liczników i transmisji wyników pomiarów do głównego systemu AMM (Automated Meter Management), zarządzającego tymi informacjami. MUC może być zintegrowany z licznikiem lub pracować jako urządzenie niezależne.

W OMS przewidziano różne topologie systemów inteligentnego opomiarowania, w których centralny system zarządzający AMM jest połączony z kilkoma jednostkami MUC, z których każda może obsługiwać kilka liczników. Jedną z możliwych konfi guracji jest np. przydzielenie jednej jednostki MUC dla każdego mieszkania w opomiarowanym budynku, która obsługiwać będzie wszystkie liczniki w tym lokalu. Do danej jednostki MUC podłączyć można też wyświetlacz (np. palmtop) pokazujący na bieżąco aktualne zużycie mediów lub informacje o taryfie.

Dopuszczalnym rozwiązaniem jest także konfiguracja, w której redukuje się liczbę jednostek MUC dzięki temu, że jeden MUC obsługuje liczniki w kilku mieszkaniach. Ponadto przewidziano też możliwość przesyłania informacji zwrotnej do użytkownika bezpośrednio z licznika lub za pośrednictwem Internetu. Wówczas użytkownik uzyskuje dostęp do danych na stronie www wyświetlającej informacje o zużyciu energii odbierane bezpośrednio od głównego systemu AMM.

Trzy poziomy

Komunikacja między licznikami a systemem zarządzania została w specyfikacji OMS podzielona na trzy poziomy. Najniższy, podstawowy poziom obejmuje komunikację między urządzeniami pomiarowymi a koncentratorami MUC. Komunikację na wyższym poziomie zdefiniowano jako rozszerzenie komunikacji podstawowej z wykorzystaniem repeaterów lub protokołu routingu. Trzeci poziom komunikacji stanowi natomiast już sama transmisja danych z MUC do głównego systemu zarządzania.

Za obecnie jedyny standard właściwy do zastosowania w zakresie komunikacji podstawowej uznano specyfikację EN 13757. Standard ten definiuje magistralę M-Bus jako fizyczny interfejs (przewodowy i bezprzewodowy), jak również jako protokół wymiany danych.

W zakresie komunikacji na wyższych poziomach zalecane jest z kolei wykorzystanie ogólnie przyjętych standardów w zakresie komunikacji przez Internet, z wykorzystaniem przesyłu danych za pośrednictwem sieci zainstalowanej w budynku, telefonii komórkowej (np. GPRS) lub komunikacji za pośrednictwem sieci elektroenergetycznej (Power Line Communication, PLC). W zakresie szczegółowej wizualizacji poboru energii, połączenia z systemem automatyki budynkowej klienta oraz dla przyszłych usług, takich jak zarządzanie taryfą oraz zużyciem mocy, twórcy OMS postanowili polecić standard ISO/IEC 14543.

Szyfrowanie

Jak wspomniano na wstępie, czy systemy inteligentnego opomiarowania uzyskają powszechną akceptację zadecydować mogą kwestie bezpieczeństwa transmisji danych oraz zabezpieczenia dostępu do informacji przesłanych przez licznik. Dlatego w specyfikacji OMS problem z zagwarantowaniem użytkownikom prywatności rozwiązano, wprowadzając szyfrowanie. Standard zaleca wykorzystanie algorytm AES128, który zapewnia ochronę przed nieuprawnionym dostępem z zewnątrz do danych pomiarowych, gwarantuje integralność danych odbieranych przez zakład energetyczny oraz chroni przed ingerencją użytkownika mającą na celu kradzież energii.

Każdy licznik ma przypisany unikalny klucz szyfrujący, który znany jest tylko w zakładzie energetycznym. Klucz ten jest przesyłany zabezpieczonym łączem do jednostki MUC, gdy licznik zostaje zainstalowany. Dodatkowo przewidziano transmisję danych, nawet jeżeli w danym momencie nie jest pobierana energia. W ten sposób nie ma możliwości wykrycia, że w lokalu nikogo nie ma, o czym można by wnioskować na podstawie przerwy w transmisji z licznika. Ponadto w ten sposób można zabezpieczyć system przed oszustwem polegającym na powtórnym przesyłaniu starych odczytów z licznika.

Podsumowanie

Wydanie standardu Open Metering System można uznać za milowy krok w zakresie ujednolicenia inteligentnego opomiarowania nie tylko w Niemczech, skąd pochodzą członkowie grupy roboczej, która stworzyła tę specyfikację, ale też na skalę całej Europy. Wprowadzenie standardu takiego jak OMS minimalizuje ryzyko inwestycyjne, jakie podejmują przedsiębiorstwa energetyczne, wdrażając systemy inteligentnego opomiarowania, ponieważ zmniejsza się prawdopodobieństwo, że urządzenia od różnych dostawców nie będą w stanie ze sobą współpracować.

Biorąc pod uwagę skalę, na jaką zakłady energetyczne będą wkrótce zobowiązane wdrożyć inteligentne liczniki i koszty, jakie to za sobą pociągnie, możliwość oparcia się na jednym standardzie jest nie do przecenienia. Dlatego można oczekiwać, że wkrótce specyfikacja OMS (lub podobna) stanie się normą europejską.