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Verbrauchsdaten geeicht und sicher im Netz

Bild 1. Von der Prüfstelle EA 50 werden auch die elektronischen Stromzähler getestet und geeicht

Bild 2. Eichprüfplatz für Conexa 1.0

Bild 3. Neben dem PTB-zugelassenen Conexa 1.0 gibt es zukünftig das Conexa 2.0 als Einzelgerät für das Zählerfeld

Bild 4. Der Leiter des Fachbereichs Messtechnik der SWU Dipl.-Ing. Michael Gmehlin

Das Smart Meter Gateway Conexa ergänzt den elektronischen Zähler, um die erfassten Messdaten an den Energieversorger zu übertragen. Darüber hinaus kann es eine intelligente Brücke zur Gebäudetechnik für Verbrauchsinformation und Lastmanagement bilden. Inzwischen hat das Gateway die Bauartzulassung nach PTB 50.7-A erhalten.

Mit der Zulassung von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt hat Theben bei der Entwicklung des Smart Meter Gateways ein wichtiges Ziel erreicht. Die Bauartzulassung PTB 50.7-A bestätigt, dass das Gerät dem gültigen Eichrecht entspricht und die erfassten und übertragenen Daten für Abrechnungszwecke eingesetzt werden können.
Schon seit geraumer Zeit arbeitet das Haigerlocher Unternehmen für Gebäudesysteme mit dem Fachbereich Messtechnik der Stadtwerke Ulm zusammen. Unter der Kennzeichnung EA 50 (Bild 1) werden in der dort angesiedelten Prüfstelle Elektrizitätszähler und Zusatzeinrichtungen entsprechend den Anforderungen des Eichgesetzes und der Eichordnung geprüft und geeicht.
Damit, dass das Gateway abrechnungsrelevante Daten verarbeitet und überträgt, hat Theben mit der Entwicklung Neuland betreten. Es war also notwendig, mit einer erfahrenen Institution zusammen zu arbeiten. Aber auch die SWU fand in dem Spezialisten für Gebäudesysteme und Tarifumschaltung einen wichtigen Partner für neue Entwicklungen auf dem Energiemarkt. Nicht zuletzt ging es darum, für das Gateway neue, marktgerechte Prüf­verfahren zu schaffen, die bei der technischen Bundesbehörde und den Landeseichämtern Zustimmung finden (Bild 2).
Der eichpflichtige Softwarebereich des Conexa ist „eingefroren“, was über die Hashsummen der Software belegt und angezeigt wird. Er ist somit sicher vor Manipulation. Im Bereich der Applikationen und dem Verbindungsrouting dagegen sind Updates möglich. Damit kann das Gateway mit künftigen Entwicklungen Schritt halten.

Politik fordert Transparenz
„Smart Metering“, „Smart Grid“, „Smart Home“ – das sind längst keine reinen Schlagworte mehr, sondern deuten auf energieeffiziente Netz- und Gebäudesteuerungen hin. Im Rahmen der Klimaschutzprogramme der Europäischen Union und der Bundesrepublik Deutschland ist das Thema aktuell. Auch die Energiewende verlangt mehr Flexibilität bei der Stromerzeugung, beim Energietransport, in den Verbraucheranlagen und Haushalten. Das Energiewirtschaftsgesetz deutet unter anderem auf Maßnahmen hin, mit denen die Versorgungssicherheit zu gewährleisten ist. Energieverbräuche müssen reduziert und Lasten gemanagt werden. Zudem ist Transparenz beim Energieverbrauch angesagt, einschließlich vereinfachter Ablesung und Abrechnung. Aus diesen Gründen sind Smart Meter im Ein- und Mehrfamilienhaus sowie in gewerblichen Gebäuden künftig unverzichtbar.
Was das bedeutet, ist für die Entwickler von Theben schon lange ein gewichtiges Thema, nicht zuletzt durch die Zusammenarbeit mit der SWU. Dipl.-Ing. Michael Gmehlin, Leiter des Fachbereichs Messtechnik der SWU Energie: „In Zukunftsworkshops haben wir schon früh über Trends, zum Beispiel über den liberalisierten Energie­markt, nachgedacht und sind zu ähnlichen Vorstellungen gekommen hinsichtlich künftiger Mehrtarife, die Nutzung von Gebäudesystemen, Onlinezählern und Kommunikation.“ Ruwen Konzelmann, Key-Account Manager bei Theben und Kontaktperson zur SWU, ergänzt: „Für uns war es wichtig, einen erfahrenen Partner mit guten Kontakten zur PTB zu haben, um mit unserem Produkt den hohen Anforderungen gerecht zu werden.“ So wurden wichtige Fragen der Zulassung direkt mit der Bundesanstalt in Braunschweig diskutiert.

Zukunftssichere Messsysteme
Elektronische Messsysteme müssen künftig bei Gebäuden, die neu ans Energieversorgungsnetz angeschlossen oder gemäß der Richtlinie 2002/91/EG (Gesamtenergie­effizienz von Gebäuden) renoviert werden, die mehr als 6 000 kWh Jahresverbrauch haben oder bei Erzeugungsanlagen von 7 kW verpflichtend eingesetzt werden. Die SWU baut schon seit geraumer Zeit die elektronischen Stromzähler von Easy Meter in Kundenanlagen ein. Es lag also auf der Hand, das Smart Meter Gateway diesen Vorgaben anzupassen und eine dazu kompatible Hardware zu entwickeln. So steht mit Conexa 1.0 ein steck­bares Erweiterungsmodul für die Stromzähler Easy Meter zur Verfügung.
Es wird kein zusätzlicher Platz im Zählerschrank benötigt. Die Datenkommunikation zum elektronischen Stromzähler erfolgt über eine optische Schnittstelle, die Stromversorgung über steckbare Verbindungsbrücken (Jumper). Natürlich lassen sich über M-Bus nach OMS (Open Metering System) auch weitere Verbrauchszähler für Strom, Gas, Wasser und Wärme einbeziehen und ­deren Daten über das Gateway auswerten. Im Gehäuse befinden sich ein Display und zwei Bedientasten. Ein- und Ausgänge dienen der Anbindung externer Geräte.
Die Gerätesoftware basiert auf dem Linux-Betriebssystem und gewährleistet Investitionssicherheit und Zukunfts­fähigkeit. Applikationsebene und zulassungspflichtige Softwareanteile lassen sich klar trennen. Nach Montage und Verbindung zur Datenzentrale erhält das Gateway seine Konfiguration. Auf diesem Weg sind auch später noch Softwareupdates zur Funktionserweiterung per Fernwartung möglich.
Das ganzheitliche Sicherheitskonzept für die Übertragung der Messwerte an den Energieversorger oder in das Gebäude ist von der PTB bestätigt und entspricht grundsätzlich den Anforderungen des BSI. In diesen Bereich fallen Tarifierung, abrechnungsfähige ­Daten, Multi-Mandanten und Multi-Sparten sowie die vom BSI geforderte signierte und gesicherte Datenkommunikation.

Komplexe Funktion
Mit dem Gateway wachsen die Bereiche Smart Metering, Smart Home und Smart Grid zusammen. Die Basis bildet der elektronische Stromzähler. Das Gateway sammelt und speichert die gemessenen Werte. Zur Weiterleitung über TLS (Transport Layer Security) werden die erfassten Daten signiert und kryptographisch verschlüsselt. Dieser Vorgang entspricht demselben Sicherheitslevel wie dem des Online-Banking.
Über das integrierte Display lassen sich direkt am Gerät die Verbrauchswerte einzeln oder gesamt abrufen und darstellen. Über eine, in einer Studie erfolgreich getestete, Anbindung an KNX über IP sind die Messdaten zudem in der Gebäudesteuerung anwendbar. Sie können über Touchscreen oder am PC visualisiert werden und dienen der Optimierung des Energieverbrauchs. Auf dem Kommunikationsweg vom Netzbetreiber/Messstellenbetreiber bis zur Gebäudetechnik kann die Gebäudesystemtechnik künftig auch auf Smart-Grid-Signale reagieren und Steuerungen entsprechend dem aktuellen Tarifangebot automatisieren.
Nach Außen kommuniziert das Smart Meter Gateway über ein Push-Verfahren mit einem zentralen, ­vertrauenswürdigen Meter-Data-Management (MDM)-System, das wiederum mit der Marktrolle „Gateway-Administrator“, dem Mess­stellenbetreiber, dem Netzbetreiber oder auch dem Energievertrieb, in Verbindung steht. Im MDM werden Tarife zugeordnet, Abrechnungszeiträume festgelegt sowie Mandanten verwaltet. Die Mandantenverwaltung schafft die Möglichkeit, die Verbräuche mehrerer Kunden zu managen. Die Kommunikation erfolgt innerhalb des WAN (Wide Area Network) über Web-Services (SOAP). Die einzelnen Parameter zur Gerätekonfiguration sind in einem WSDL-File festgelegt und dokumentiert. Dadurch lässt sich das Gateway in die MDM-Systeme aller Anbieter integrieren und erleichtert das Auslesen und Tarifieren von Messdaten.
Über ein Zugangsportal des Versorgers haben Endkunden zudem jederzeit die Möglichkeit, die eigenen Daten über eine Kosten- und Verbrauchsanzeige einzusehen, womit das Gateway auch die nötige Transparenz im Verbrauchsverhalten der Kunden schafft. Neben dem PTB -zugelassenen Conexa 1.0 gibt es zukünftig auch das Conexa 2.0 als Einzelgerät für das Zählerfeld (Bild 3). (mh)

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Prüfverfahren für das Smart Meter Gateway

Wenn es um Wissen über Eichwesen und Eichgesetz geht, ist der Leiter des Fachbereichs Messtechnik der SWU Dipl.-Ing. Michael Gmehlin (Bild 4) der Ansprechpartner für die Mitarbeiter von Theben. Gemeinsam wurden Prüfsoftware und die PTB -Zulassung für das Smart Meter Gateway Conexa 1.0 auf den Weg gebracht. Er gibt Auskunft über die Prüfstelle und das neue Prüfverfahren.

Lothar Saal: Was ist unter der Prüfstelle der SWU zu verstehen?
Michael Gmehlin: Schon 1938 wurde dem damaligen Städtischen Elektrizitätswerk die Genehmigung erteilt, ein Elektrisches Prüfamt zu betreiben. Heute gewährleistet die staatlich anerkannte Prüfstelle EA 50 mit modernsten Prüfeinrichtungen auf Herz und Nieren getestete und geprüft Kundenzähler, die technisch einwandfrei arbeiten: So wie es die Eichgesetzgebung verlangt. Als beliehenes Unter­nehmen sind wir eine unabhängige Institution, meine Stellvertreter und ich als Leiter sind staatlich vereidigt. Zudem wird die Prüfstelle regelmäßig von der Eichdirektion im Regierungspräsidium Tübingen kontrolliert. Unser Knowhow nutzt nicht nur die SWU, es wird auch von anderen Stadtwerken und Geräteherstellern im In- und Ausland in Anspruch genommen.

L. Saal: Welcher Weg führte zu dem neuen Prüfverfahren?
M. Gmehlin: Tatsächlich haben wir mit der Prüfung des Smart Meter Gateway Neuland betreten, was eine große Herausforderung für uns alle war. Das gilt selbst für die PTB, die uns entsprechende Vorgaben macht, was im Rahmen des Verbraucherschutzes zu prüfen ist. In Absprache mit der Bundesbehörde erstellten wir Listen mit Sollmerkmalen und entwarfen Prüfabläufe. Diese wurden dann optimiert und der Zulassungsstelle vorgelegt. Schließlich ist die Prüfsoftware Teil der PTB -Zulassung und damit auch für andere berechtigte Stellen verfügbar. Damit sie nicht verändert werden kann, wurde diese bei der Zulassung mit einem Hashcode versehen: Änderungen würden somit auffallen. Das heißt aber auch, dass Änderungen in der Basissoftware neu zu beantragen und zuzulassen sind. Vor Inbetriebnahme musste unser Prüfverfahren nochmals vom TÜV Süd abgenommen werden. Seitdem führen wir weitere Tests mit den Conexa Smart Meter Gateways durch, die ersten Geräte wurden bereits für einen Kunden von Theben geeicht.

L. Saal: Wie wird die Conexa 1.0 geprüft?
M. Gmehlin: Gegenstand der Prüfung ist die Sicherstellung der eichrechtlich relevanten Funktionen der unveränder­baren, durch Hashwerte gesicherten Basissoftware, also werden zum Beispiel Tariffunktionen und die Einstellungen von Mandanten geprüft. Da bei der Entwicklung der Prüfsoftware auch auf einen optimalen Prüfablauf geachtet wurde, können die Prüfungen wirtschaftlich und somit kostengünstig abgewickelt werden. Alle Geräte, die Theben auf den Markt bringt, werden gegenwärtig einzeln an unseren neu eingerichteten Testplätzen geprüft. Nun hängt es an der Marktnachfrage, wie die Mengen an Prüflingen zunehmen.

Autor: Lothar Saal ist als Produktmanager Smart Metering und Conexa für die Theben AG in Haigerloch tätig.