NB-IoT-Infrastruktur Smart-Metering im Land der Geysire

Islands größtes Versorgungsunternehmen Orkuveita Reykjavíkur hat 2020 die Umsetzung einer zukunftsfähigen Smart-Metering-Lösung ausgeschrieben. Die Strom-, Wärme- und Wassernetze sollten zu einem intelligenten, nachhaltigen Netz umgebaut werden. Orkuveita Reykjavíkur ist damit Vorreiter in Island bei der Fernauslesung für moderne Smart-Metering-Anwendungen: Als erster isländischer Energieversorger hat das Unternehmen eine NB-IoT-Infrastruktur für ein integriertes Versorgungsnetz aufgebaut – und so seinen Geschäftsprozess umfassend optimiert.

Für eine nachhaltige Energieversorgung sollen die Verbräuche regelmäßig abgelesen werden. Zudem benötigt Orkuveita Reykjavíkur Informationen zu den Mengen, die durch die Leitungen fließen, um die Netze instand zu halten. Das zuvor genutzte Drive-by-Verfahren verursachte hohe Personalkosten. Den aus technischen Gründen notwendigen Austausch der Zähler hat der Energieversorger daher zum Anlass genommen, auf den aktuellen Stand der Technik aufzurüsten. Gefragt war ein Automated-Meter-Reading-System (AMR), das die Daten in kurzen Zeitintervallen automatisiert in das System liefert. Smarte Stromzähler sollten die Netzstabilität steigern und die Servicequalität verbessern. Das Ziel: Die Optimierung des gesamten Geschäftsprozesses.

Auftrag ging an Iskraemeco, Diehl Metering und Elvaco

Orkuveita Reykjavíkur schloss 2021 mit dem Anbieter von Smart-Metering-Lösungen Iskraemeco Slowenien einen Vertrag über die Umsetzung des Projekts. Beteiligt sind bis heute das deutsche Unternehmen Diehl Metering und der schwedische Connectivity-Spezialist Elvaco. Damit fiel die Entscheidung für ein Netzwerk, das auf der Funktechnologie Narrowband-Internet-of-Things, kurz NB-IoT, basiert und Zählerdaten über ein bereits bestehendes Mobilfunknetz überträgt – so muss kein eigenes Netzwerk aufgebaut werden.

Jesper Rapp, Produktmanager bei Elvaco, sagt: "Das Projekt ist ein voller Erfolg. Für die an uns gestellten Anforderungen konnten wir in kurzer Zeit innovative Lösungen umsetzen. Besonders stolz sind wir auf die energieeffiziente, batteriebetriebene Lösung, die den Zähler per Mobilfunk NB-IoT-fernauslesbar macht und sich platzsparend direkt im Wärmezähler mit interner Antenne integrieren lässt. Die enge, konstruktive Zusammenarbeit aller Beteiligten war entscheidend für die schnelle Umsetzung. Die entwickelten Funktionalitäten bieten großes Potenzial für den Einsatz in weiteren europäischen Ländern im Rahmen der Energieeffizienz-Richtlinie."

Herausforderungen ergaben sich aus dem Umfang und der Komplexität des Projekts mit mehr als 60.000 zu implementierenden Geräten und insgesamt fünf Projektpartnern aus vier Ländern. Zudem brachte der beteiligte Mobilfunkanbieter Sýn (Vodafone Island) keine Vorerfahrung mit NB-IoT mit. Diehl Metering und Elvaco leisteten hier Pionierarbeit. Eine weitere Herausforderung bei der Konzeption der Lösung war die Anforderung, die Daten zwingend in Island zu belassen.

NB-IoT ergänzt wireless M-Bus im Mobilfunknetz

Das Projekt von Iskraemeco umfasst ein auf NB-IoT basierendes Netzwerk, bestehend aus einer Kombination verschiedener Zähler, die in einer Softwarelösung erfasst werden: rund 100.000 Stromzähler für NB-IoT, mehr als 62.000 "Sharky 7752"-Wärmezähler von Diehl Metering – davon rund 12.000 mit integriertem Zählerkommunikationsmodul "CMi6160" für NB-IoT von Elvaco –, 2.200 Wasserzähler "Hydrus 2.0" von Diehl Metering mit wireless M-Bus-Modul für die Integration in den Stromzähler von Iskraemeco sowie weitere 250 Hydrus-2.0-Wasserzähler mit NB-IoT-Modul.

Die NB-IoT-Kommunikation ergänzt Regionen mit unzureichender Abdeckung durch wireless M-Bus und nutzt die von Vodafone Island angebotenen Telekommunikationsdienste und die vorhandenen Funkmasten. Eine vollständige wireless-M-Bus-Lösung hätte in Reykjavík den Aufbau einer Infrastruktur mit bis zu 200 Standorten für Antennen erfordert. Der Rollout des Projekts läuft seit 2021 und wird Ende 2026 abgeschlossen sein.

Jakob Sigurður Friðriksson, Project Manager von Orkuveita Reykjavíkur, betont: "In Bezug auf Umfang und Größenordnung ist dieses Projekt das erste seiner Art in Europa im Bereich der Fernwärmezähler. Mit der eingesetzten NB-IoT-Technologie haben wir Neuland betreten, viel gelernt und die Lösung gemeinsam entwickelt. Umso stolzer sind wir, dass wir das Projekt erfolgreich abgeschlossen haben und die Lösung produktiv im Einsatz ist."

NB-IoT ist eine Konnektivitätstechnologie für schmalbandige Übertragungen mit kleinen Datenmengen. Die Vorteile:- Nutzung der vorhandenen LTE-Mobilfunkinfrastruktur,- lange Batterielaufzeit der angeschlossenen Geräte,- hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit bei der Datenübertragung dank Verschlüsselung und Authentifizierung,- hohe Netzabdeckung und Durchdringungsfähigkeit,- geringe Energieverbrauchsrate,- herstellerunabhängig mit verschiedenen Netzwerken und Geräten kompatibles Standardprotokoll, was das Netzwerk effizient skalierbar macht.

Technologieoffene Produkte

Alle in dem Projekt verwendeten Produkte sind MID-zertifiziert, erfüllen also die Anforderungen der europäischen Messgeräterichtlinie (MID). Die Zertifizierung garantiert eine genaue, zuverlässige Messung bei der verbrauchsabhängigen Abrechnung. Die Lösung von Iskraemeco ist modular aufgebaut: Der Sharky-Wärmezähler von Diehl Metering ist bereits viele Jahre im Markt und bekannt für seine Qualität. Wahlweise ist er netz- oder batteriebetrieben verfügbar und damit für einen vielseitigen Einsatz geeignet, zum Beispiel in per Funk schlecht erreichbaren Kellern.

Mit dem Steckmodul von Elvaco und einer SIM-Karte wird er NB-IoT-fähig und zum intelligenten Wärmezähler. Elvaco hat in Schweden seit 2018 Erfahrung mit NB-IoT und betreibt eine eigene NB-IoT-Plattform. Die Datenübertragung in die lokale Plattform von Iskraemeco in Island erfolgt über das Mobilfunknetz von Vodafone Island. Die Lösung basiert auf den offenen Standards MQTT-SN und LwM2M und ermöglicht damit die Integration in die Software-Plattform eines Drittanbieters, hier Iskraemeco.

Diehl Metering setzt bei seinen Lösungen stark auf Interoperabilität. Dank offener Standards wird es Kunden so ermöglicht, Zähler, Sensoren und Software jederzeit mit Geräten anderer Hersteller zu kombinieren. Umgekehrt lassen sich bestehende Systeme problemlos durch Lösungen von Diehl Metering erweitern oder modernisieren. Für Orkuveita Reykjavíkur bedeutet diese Technologieoffenheit, dass keine Abhängigkeit von proprietären Systemen entsteht. Da Projekte häufig jährlich neu ausgeschrieben werden, bietet diese Unabhängigkeit beiden Seiten einen deutlichen Vorteil.

NB-IoT-Modul mit bidirektionaler Kommunikation

Nur eine intelligente Metering-Infrastruktur ermöglicht Messintervalle, die Effizienzpotenziale heben und die Netzstabilität sichern. Das Zählerkommunikationsmodul CMi6160 von Elvaco bietet flexible Ausleseintervalle – im Fall von Orkuveita Reykjavíkur alle 60 min – und lässt sich jederzeit an veränderte Anforderungen anpassen. Dank bidirektionaler Kommunikation werden Konfigurationen und Firmware-Updates komfortabel per Funk aus der Ferne durchgeführt. Nach der Datenübertragung bestätigt das Head-end-System den Empfang oder fordert gezielt fehlende Pakete an. So werden nur notwendige Daten erneut gesendet, was die Effizienz deutlich steigert. Andere LPWAN-Funktechnologien bieten diese Möglichkeit nicht.

Mit der neuen Autostartfunktion startet das NB-IoT-Modem automatisch, sobald der Zähler Durchfluss registriert. Zuvor war ein manueller Start bei der Installation des Zählers erforderlich. Diese Weiterentwicklung reduziert den Aufwand im Feld, mindert Fehlerquellen und bringt das Modul einen Schritt näher an Plug&Play. Die modulare Antennenkonzeption – wahlweise intern oder extern – erleichtert den Einsatz unter verschiedenen Rahmenbedingungen. Das Modul sendet die Daten über das Netz von Vodafone Island an einen in Island befindlichen Server von Orkuveita Reykjavíkur. So konnte eine weitere Anforderung an das Projekt erfüllt werden: Es finden keine Umleitungen über andere Server in Europa statt, weil die Ziel-IP-Adresse in Island ist.

Fernauslesbare Zähler für jeden Haushalt

Iskraemeco stellte für das Projekt die Stromzähler und das Head-end-System bereit – eine Softwareplattform für die Zählerfernauslesung, die die Kommunikation zu den Geräten von Diehl Metering steuert. Diehl Metering lieferte Anfang 2022 die ersten Wärmezähler mit dem Modul von Elvaco. Es folgte der volle Rollout für Strom, Wasser und Wärme in Reykjavík. Jeder Haushalt musste durch neue Zähler fernauslesbar werden.

Weil keiner der Projektpartner in Island Mitarbeitende vor Ort hat, wurden zwei weitere Unternehmen eingebunden: Sýn (Vodafone Island) betreibt das NB-IoT-Mobilfunknetzwerk für die Zählerauslesung. Der Netzaufbau erfolgte in Zusammenarbeit mit Vodafone UK. Durch die bestehende Infrastruktur und Synergieeffekte mit dem Mobilfunkbetreiber konnte der Aufwand deutlich reduziert werden. Orkuveita Reykjavíkur beauftragte außerdem Securitas Island mit dem Produkt-Rollout.

Ergebnisse

Das Projekt ist Teil von Islands Strategie, bis 2040 CO₂-neutral zu werden. Orkuveita Reykjavíkur kann durch die Digitalisierung eine größere Effizienz seines Betriebs erreichen und Dienstleistungen für eine intelligente Zukunft entwickeln. Die IoT-Energielösung von Iskaemeco wurde in Übereinstimmung mit den strengen Ausschreibungsanforderungen entwickelt. Im November 2026 soll das Projekt abgeschlossen sein. Dank der Batterielebensdauer von mindestens 13 Jahren kann die Lösung bis 2038 im Einsatz bleiben. Die Entscheidung für NB-IoT hat das Projekt im Betrieb so optimiert, dass die Lösung insgesamt preisgünstiger ist als die der anderen Anbieter.

Sebastian Doerr, Solution Architect bei Diehl Metering, fasst zusammen: "Die neue smarte Infrastruktur ermöglicht die Fernverwaltung von Messpunkten und Dienstleistungen im gesamten Versorgungsgebiet von Orkuveita Reykjavíkur und senkt die Gesamtkosten. Die Modularität der Zähler garantiert eine hohe Flexibilität bei der Einführung von Smart Metering und ermöglicht einen einfachen Austausch von Kommunikationsmodulen. Dies ist eine grundlegende Komponente von intelligenten und zukunftssicheren Investitionen."

Orkuveita Reykjavíkur ist mit der Lösung von Iskraemeco, Diehl Metering und Elvaco First Mover im Bereich NB-IoT auf Island. Das Projekt wird landesweit wahrgenommen und hat bereits den Status eines Good Practice. Elvaco und Diehl Metering sind infolgedessen in Gesprächen mit weiteren Unternehmen in Island für mögliche Projekte im Bereich NB-IoT.