Smart Meter-Gateways müssen in Deutschland ganz bestimmten technischen Voraussetzungen entsprechen. Manche der neu entwickelten Gateways bieten darüber hinaus Funktionen an, die Versorgern entscheidende Wettbewerbsvorteile bieten...
Das Smart Meter-Gateway bildet als Kommunikationseinheit die Voraussetzung für die systematische Digitalisierung der Verteilnetze. Damit ist es ein zentraler Baustein für eine erfolgreiche Energiewende. In den letzten Jahren wurde in aufwendigen Konsultationen mit Verbänden und unter Federführung von BMWi und Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) das Mess- und Kommunikationssystem genau definiert. Am Ende sollte ein System stehen, das sowohl den hohen Datenschutzanforderungen als auch den Anforderungen des intelligenten Verteilnetzes und den verschiedenen Marktrollen entspricht.
Jetzt sind die ersten Smart Meter-Gateways, die den gesetzlichen Anforderungen entsprechend entwickelt wurden, reif für den Test in der Praxis. Energieversorger und Hersteller setzen die neu entwickelten Prototypen derzeit in Labor und Feld ein. Erstmals gewinnen sie so einen konkreten Eindruck über die Gateways, die bei einem Smart Meter-Rollout zum Einsatz kommen.
Diese Geräte werden gemäß den Vorgaben des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI), der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) sowie des Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN) entwickelt.
Die Vorgaben stellen sicher, dass die Geräte …
… Daten sicher übertragen:
Eine wesentliche Voraussetzung für den Erfolg intelligenter Verteilernetze ist eine sichere Datenübertragung. Diese wird anhand des Schutzprofils des BSI und den Technischen Richtlinien gewährleistet. Das Smart Meter-Gateway befindet sich im Zentrum des BSI-Schutzprofils. Ein so genannter Gateway-Administrator ist für alle Prozesse auf dem Gateway verantwortlich und kontrolliert diese. Über die vom BSI spezifizierte WAN (Wide Area Network)-Schnittstelle kommuniziert das Gateway mit dem Gateway-Administrator. Aus Gründen der Sicherheit gehen sämtliche Kommunikationsverbindungen vom Smart Meter-Gateway aus. Um auch auf spontane Ereignisse reagieren zu können, soll der Gateway-Administrator das Gateway über einen Wake-Up-Dienst zu einem Verbindungsaufbau anstoßen können. Mit den nach BSI-Schutzprofil zertifizierten Gateways stehen künftig hochsichere Kommunikationsgeräte für das gesamte Smart Grid zur Verfügung.
… Verbrauch sichtbar machen:
Um die Energieeffizienz zu steigern und den CO2-Ausstoß zu senken, müssen dem Verbraucher Anreize gegeben werden, um Energie einzusparen. Ein entscheidender Punkt ist dabei die Visualisierung des Verbrauchs sowie aktueller Tarife. Für das Gateway ist daher laut Technischer Richtlinie eine frei zugängliche HAN (Home Area Network)-Schnittstelle gefordert, an die ein In-home-Display angeschlossen werden kann.
… Erzeuger und Verbrauchseinrichtungen schalten:
Die Technische Richtlinie gibt für das Gateway ein CLS (Controllable-Local-System)-Interface zur Durchführung von Schalthandlungen für Verbrauchs- und Einspeiseanlagen vor. Die Schnittstelle ermöglicht den Fernzugriff auf regelbare Erzeuger (Photovoltaikanlagen, Blockheizkraftwerke) und unterbrechbare Verbrauchseinrichtungen (Wärmepumpen, Ladevorrichtungen von Elektrofahrzeugen). Über die CLS Schnittstelle kann das Gateway allerdings nicht selber schalten, sondern leitet die Befehle durch einen transparenten Proxy-Kanal an ein externes Schaltgerät.
… last- und zeitabhängige Tarife darstellen:
Als technische Voraussetzung an das Messsystem bedarf es einer bidirektionalen kommunikativen Anbindung und eines entsprechenden Tarifwerks. Dieses wird durch das Gateway mit seinem dynamischen Tarifprofil entsprechend der Technischen Richtlinie des BSI erfüllt. Kommunikations- und Tarifprofile werden durch das Gateway verarbeitet. Vorgesehen sind u.a. zeit- und lastvariable Tarife sowie verbrauchsvariable und ereignisvariable Tarife. Letztere ermöglichen es den EVUs, eine andere Tarifstufe an das Gateway zu senden. Gründe können z.B. Wetteränderungen sein, die Relevanz für PV-Einspeiseanlagen haben.
Zusatzfunktionen – ein Überblick
Die Vorgaben des BSI und der FNN-Lastenhefte sind als Mindestanforderungen ausgelegt. D. h., Hersteller haben die Möglichkeit, weitere Funktionen zu integrieren. Gleichzeitig sind technische Merkmale, wie der Stromverbrauch und Start-up-Zeiten, nicht festgelegt. Hier werden daher die entscheidenden Unterschiede zwischen den Geräten auszumachen sein.
Schaltausgänge
Nur Gateways, die über Schaltausgänge verfügen, unterstützen die Anforderungen des Smart Grid in vollem Umfang. Denn nur über Schaltausgängen hat das Gateway direkten Zugriff auf Einspeisungs-und Verbrauchseinrichtungen und führt die Schaltung selber aus. Smart Meter mit Schaltausgängen bilden die Grundlage für ein technisches Erzeugungsmanagement. Die vom BMWi in Auftrag gegebene Verteilernetzstudie sieht in Smart Metern aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen die ideale technische Realisierung eines solchen Erzeugungsmanagements und einen entscheidenden Schritt dabei, die Kosten für den Netzausbau zu senken.
Das einzige Gateway, das diese Funktion derzeit abdeckt, ist das S560 von Landis+Gyr. Es verfügt über vier Schaltausgänge, mit denen sich z.B. Photovoltaikanlagen gemäß den vier geforderten Stufen abregeln lassen. Alternativ lassen sich vier Verbrauchsgeräte anschließen und steuern. Das L+G S560 Smart Meter-Gateway wird damit selber zum Automatisierungsinstrument und ermöglicht das Lastmanagement oder die Regelung einer KWK-Anlage durch den Betreiber eines virtuellen Kraftwerks. Das Ablesen und Steuern der Anlagen ist auch Voraussetzung für die neu geregelte Direktvermarktung von EEG-Anlagen. Anlagenbetreiber sollen nicht nur direkt die erzeugte Energie vermarkten, sondern diese auch an einen Dienstleister übertragen können. Da der FNN keine Steuerausgänge spezifiziert hat und nur Mindestanforderungen definiert wurden, sind Gateways mit zusätzlichen Schaltausgängen selbstverständlich FNN-konform. Aufgrund von regulatorischen Verzögerungen ist allerdings davon auszugehen, dass die Steuerboxen erst nach 2016 verfügbar sein werden.
Langfristig soll das Gateway Daten auch interpretieren können und dann über die Schaltausgänge direkt reagieren. Das Gateway wird so zu einer dezentralen Schaltstelle mit intelligenter Auswertung des Netzzustandes für das Netzmanagement.
Schneller Start-up
Je schneller ein Gateway hochfährt, desto schneller steht es bei Spannungsausfällen wieder bereit. Die abrechnungslose Zeit wird so erheblich minimiert. Ein weiterer Vorteil liegt in der Verkürzung der Installationszeit. Bei der Installation von zehn- oder hunderttausenden Messsystemen bedeutet diese Beschleunigung einen erheblichen Kostenfaktor.
Geringer Energieverbrauch
Der Energieverbrauch für das Messsystem wird gemäß der Messsystem-Verordnung vom Messstellenbetreiber gestellt. Die Bundesnetzagentur wird noch festlegen, welcher Energieverbrauch akzeptabel ist. Lieferanten müssen also Gateways einsetzen, die unter diesem vorgegeben Energieverbrauch liegen. Schon jetzt ist die Wahl eines möglichst sparsamen Gateways empfehlenswert, denn der Eigenverbrauch der Messsysteme wird als Betriebskosten für die Messstellenbetreiber anfallen. Ein weiterer Vorteil: Je geringer der Energieverbrauch, desto geringer ist auch die Temperaturentwicklung in den Geräten. Eine hohe Temperatur kann zu Geräteausfällen und zu einer Verkürzung der Lebensdauer führen.
MBUS-Schnittstelle
Eine zusätzliche Draht-MBUS-Schnittstelle hat den Vorteil, dass weitere MBUS-Geräte (bspw. Gas- oder Wärmezähler) angeschlossen werden können. Ist sie als drahtgebundene Schnittstelle angelegt, ist nicht nur eine lokale Auslesung der Geräte möglich, man reduziert auch die Problematik der Funkdurchdringung in Kellerräumen und erhöht durch die Speisung der angeschlossen Geräte die Lebensdauer der Batterie.
Geschütze HAN-Schnittstelle
Der BSI fordert eine HAN-Schnittstelle, die für den Endverbraucher zugänglich ist, damit dieser ein Display einschalten kann. Eine zweite – plombierte – HAN-Schnittstelle ermöglicht es dem Netzbetreiber, in einem geschützten Bereich, Geräte zur Netzschaltung anzuhängen, ohne dass der Verbraucher Zugriff darauf hat. So können nach dem Ampelmodell des BDEW die Schaltungen in der roten Phase sicher durchgeführt werden.
Integrierte Mobilkommunikation mit LTE-Modem
Je früher eine Kommunikationstechnologie im Gateway bereit steht, desto eher können die Gateways installiert werden. Es ist davon auszugehen, dass etwa 50 Prozent der Geräte mit Mobilfunk arbeiten werden, da dies in den ersten Phasen des Rollouts die am weitesten verbreitete und reifste Technologie sein wird. Da LTE (Long-Term-Evolution) die Mobilfunktechnologie der Zukunft ist, ist ein integriertes LTE-Modem entscheidend für die Zukunftsfähigkeit des Gateways. Ein Gateway mit LTE-Modem sollte auch rückwärts kompatibel sein und die 3G- und 2G-Technologien unterstützen, damit Anwender in allen Netzgebieten das Gateway nutzen können.
Mehrwert durch Zusatz-Features
Schon jetzt zeigt sich: Die Zusatzfunktionen, die neben den gesetzlich geforderten Features entwickelt
wurden, bieten Versorgern entscheidende Wettbewerbsvorteile. Schnelle Startup-Zeiten und maximale Schnittstellen, sind nicht nur kleine Extras – sie tragen im entscheidenden Maße dazu bei, den Rollout so wirtschaftlich wie möglich zu gestalten und machen den Weg frei für das Smart Grid der Zukunft.
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