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An die moderne Energieverteilung werden neue Anforderungen gestellt

IO-System übernimmt Steuerbox-Funktionen

01 Das Zielszenario des Messsystems 2020: Externe Marktteilnehmer, wie Energieversorger oder Direktvermarkter, erfassen Informationen aus dem Smart Grid und schalten zwischen Erzeugern und Verbraucher, um das Stromnetz in der Balance zu halten. Der Gateway-Administrator verwaltet auf Basis des aktuellen Netzzustands, wer zu welchem Zeitpunkt steuern darf

02 Der PFC200 von Wago wird schon heute den Anforderungen gerecht, die im Smart Grid an künftige Steuerboxen gestellt werden

In modernen Stromnetzen kommt intelligenten Messsystemen eine Schlüsselrolle zu. Sie schaffen Transparenz für den Stromverbraucher und bieten Energieversorgern die Grundlage für ein optimales Einspeisemanagement. Aktuelle intelligente Zähler erfassen zwar Verbraucherdaten, verfügen aber noch nicht über die Regeltechnik, Erzeuger und Verbraucher individuell anzusteuern. Für diese Funktionalitäten sollen im Smart Grid sogenannte Steuerboxen sorgen, die sich derzeit in der Entwicklung befinden. Das IO-System von Wago erfüllt die Anforderungen, die voraussichtlich an Steuerboxen gestellt werden, schon heute und bietet darüber hinaus zusätzliche Features.

Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien erfordert, Stromerzeugung und -verbrauch effizient miteinander zu verknüpfen. Intelligente Netze, sogenannte Smart Grids, sollen das schwankende Stromangebot aus erneuerbaren Energien einerseits und dem Strombedarf andererseits in eine Balance bringen. Ziel ist es, die bisherige verbrauchsorientierte Stromerzeugung zu einem erzeugungsoptimierten Verbrauch zu verschieben. Intelligente Messsysteme werden dabei eine wichtige Rolle spielen. Die Europäische Union hatte darum bereits 2006 beschlossen, dass alle Endkunden in den Mitgliedsstaaten der EU, Zähler erhalten sollen, die den tatsächlichen Energieverbrauch des Endkunden und die tatsächliche Nutzungszeit anzeigen. Demnach sind bis 2020 80 % der Verbraucher eines Landes mit intelligenten Zählern ausgestattet. In Deutschland ist der Einbau von intelligenten Zählern – sogenannten Smart Metern – darum bereits Pflicht; jedoch nur beim Bau von neuen Gebäuden oder Totalsanierungen mit einem jährlichen Stromverbrauch von 6.000 kWh und mehr, respektive für Energieerzeuger bei Neuanlagen mit einer installierten Leistung von mehr als 7 kW. Zur wirtschaftlichen Bewertung des flächendeckenden Rollouts in Deutschland hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) die Wirtschaftsprüfungsgesellschaft Ernst & Young beauftragt. Ein Ergebnis dieser Analyse: das hohe Potenzial des Smart Metering liegt nicht in der reinen Verbrauchs- und Leistungsmessung, sondern im intelligenten Einsatz der Smart Meter als wichtigem Steuerelement eines intelligenten Netzes. Denn der entscheidende Nutzenzuwachs ergibt sich nicht durch die Erfassung der Daten, sondern durch eine Reduzierung des Netzausbaubedarfs im Verteilnetz. Und der lässt sich lediglich auf Basis eines optimal gesteuerten Last- und Einspeisemanagements realisieren. Im Aufbau eines Smart Grids sind reine Messanwendungen darum zu kurz gesprungen, vielmehr bedarf es zusätzlicher Steuerungs- und Regelungstechnik.

Das Messsystem 2020
Seit April 2012 arbeitet das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE darum an Lastenheften für das Messsystem 2020. Ziel der interdisziplinären Zusammenarbeit ist die Entwicklung eines modular aufgebauten Messsystems, in dem Smart Meter, Gateways, Zusatzgeräte und Energiedatenmanagementsysteme herstellerunabhängig miteinander kommunizieren. Zentrale Rollen innerhalb dieses Messsystems 2020 werden der Gateway Administrator und die Steuerbox spielen (Bild 1). Im Smart Grid des Forums sollen externe Markteilnehmer oder Versorger die Einspeisung und den Verbrauch von Energie ausbalancieren. Sie müssen dazu einerseits Messwerte von Erzeugern und Verbrauchern erfassen, andererseits Steuerbefehle an Erzeuger und Verbraucher übermitteln, um das Netz aktiv regulieren zu können. Damit dies nicht ungesichert passiert, erfolgt der Zugriff auf Verbraucher und Erzeuger über ein Smart Meter Gateway. Auf diesem Smart Meter Gateway läuft eine Zertifikatsverwaltung, mittels derer ein Gateway Administrator alle Zugriffe auf das Stromnetz prüft und koordiniert, ob und wann externe Marktteilnehmer und Versorger zugreifen dürfen. Im bestehenden Energienetz existieren bereits intelligente Zähler, die Messwerte erfassen. Noch nicht möglich ist jedoch, Schalt- und Steuerbefehle ebenso so sicher an Verbraucher und Erzeuger zu übermitteln. Diese Aufgabe übernimmt in Zukunft die Steuerbox. Sie wird – wie die intelligenten Zähler – an das Smart Meter Gateway angebunden, um sie vor unautorisierten Zugriffen zu schützen. Über Controller und vier Relais ist die Steuerbox dann in der Lage, diverse Steuerbefehle, die vom Gateway Administrator geschaltet werden, umzusetzen: Die Steuerbox soll das EEG-Einspeisemanagement regulieren, indem sie Erzeuger zu- und abschaltet sowie das Lastenmanagement, indem sie Verbraucher in Gebäuden oder beispielsweise Straßenbeleuchtungen ansteuert. Hardwareseitig könnte die Steuerbox zusammen mit dem intelligenten Zähler und dem Smart Meter Gateway im Schaltschrank untergebracht sein. Die vom Smart Meter erfassten Daten würden über eine LMN-Verbindung (Local Metrological Network) an das Smart Meter Gateway gesendet, das die Daten über WAN (Wide Area Network) an den Gateway Administrator schickt. Schalt- und Steuerbefehle würden ebenfalls über WAN an das Smart Meter Gateway übermittelt. Von dort werden sie aus Sicherheitsgründen über eine verschlüsselte CLS-Anbindung (Controllable Local System) an die Steuerbox weitergereicht. Soweit die Idee des Forums Netztechnik/Netzbetrieb, das sich derzeit mit der Entwicklung eines Lastenhefts für die zu entwickelnde Steuerbox befasst. Denn die soll idealerweise nicht nur über die beschriebenen technischen Funktionalitäten verfügen, sondern darüber hinaus Vorgaben gerecht werden, die durch die bereits bestehenden Komponenten des Smart Meter Gateway und der intelligenten Zähler definiert sind. Mit dem Wago-I/O-System 750 steht eine Lösung zur Verfügung, die all diesen Anforderungen und Vorgaben gerecht wird: Die Linux-Umgebung der Wago-Steuerung PFC200 ermöglicht es, Verschlüsselungstechnologien via TLS. (Transport Layer Security) zu implementieren (Bild 2). So lässt sich direkt aus der Steuerung eine TLS-Verbindung realisieren, über die die verschlüsselten Daten geschickt werden können. Neben den Security-Features verfügt die Plattform der Steuerung PFC200 über ein feldbusunabhängiges Übertragungsprotokoll. So ermöglicht sie eine bidirektionale Kommunikation entsprechend dem Normenreihen IEC 60870 oder IEC 61850 beziehungsweise via Modbus TCP. Das IO- System von Wago ist überdies mittels diverser Klemmen erweiterbar, sodass es im Rahmen der Automatisierung von Gebäuden über die Standard-Feldbusse KNX, Dali, Lonworks oder Enocean mit Verbrauchern, HLK, Beleuchtung und Raumautomation kommunizieren kann. (hz)

Wago-Geschäftsführer Sven Hohorst eröffnete die 2. Smart-Grid-Fachtagung

Wago engagiert sich für Smart Grids
Der internationale Verbindungs- und Automatisierungstechnikhersteller Wago Unterstützt die Einrichtung intelligenter Stromnetze, sogenannter Smart-Grids. Mit seiner 2. Smart-Grid-Fachtagung am 18. und 19. Februar 2015 bot er den fast 200 Teilnehmern eine Plattform für den Austausch wertvoller Informationen zur Bewältigung der Herausforderung Energiewende.
Zur Smart-Grid-Fachtagung hatte Wago Wissenschaftler, Ingenieure und Vertreter der Energiewirtschaft aus ganz Deutschland in das Büsing Palais in Offenbach/M. eingeladen. „Innovationen sind der Schlüssel, um Probleme der Gegenwart zu lösen“, betont Sven Hohorst, geschäftsführender Gesellschafter in seiner Eröffnungsrede auf der Plattform für Entscheider der Energiebranche. Ein wichtiger Tagesordnungspunkt war die Datensicherheit. Stefan Tomanek und Frank Timmermann von der Westfälischen Hochschule demonstrierten eindrucksvoll, wie einfach ein Live Hack zu bewerkstelligen ist. Inka Meyer-Lüerßen, Referentin im Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, berichtete über die BMWi- Eckpunkte für das am 9. Februar vorgelegte Verordnungspaket zu intelligenten Netzen. Die Energiewende bezeichnet sie als Umbau der Energieerzeugung bei gleichzeitiger Systemoptimierung. Ausgebaut werden soll die Energieeffizienz als zweite Säule der Energiewende. Dazu müsse die Energieeffizienz als Geschäftsmodell durchgesetzt werden. Anke Hüneburg, Geschäftsführerin Energietechnik beim ZVEI, sieht moderne Verteilnetze im Fokus der Energiewende. Sie stellte heraus, dass sich die Investitionen im Verteilnetzbereich auf zu niedrigem Niveau befinden. Die derzeitigen Investitionen betragen gerade 5,6 Mrd. € in Deutschland, wovon etwa 5 Mrd. € allein dem Ersatzbedarf entsprechen dürften. Ihrer Ansicht nach besteht Handlungsbedarf im Verteilnetz. Der konventionelle Netzausbaubedarf wird auf 23 Mrd. € geschätzt. Innovative Planungskonzepte und intelligente Technologien können diesen Investitionsbedarf halbieren. „Die Technologien für moderne Stromnetze sind vorhanden“, betont A. Hüneburg. Veranstalter Wago präsentierte im Rahmen der Tagung erste Anwendungen des im letzten Jahr neu vorgestellten, robusten Wago-I/O-System 750 XTR im Energiebereich. Bei der Eisman FWG der Westfalen Weser Netz AG hat Wago beispielsweise die Steuerung aller Einspeiser größer 1 MW im Netzgebiet realisiert. „Smart Grid erfordert die dezentrale Automatisierung der Stationen“, stellt Christian Hübner vom Ifak-Institut Magdeburg heraus. Zu den weiteren hochrangigen Referenten zählten unter anderem Dr. Kai Daniel von der RWE Deutschland AG, Kurt Hammel von der Hammel Servicegesellschaft mbH, Frank Backowies von der Vereinigte Wertach-E-Werke GmbH, Eike Arndt von der Energy & Meteo Systems GmbH, Bernhard Rindt von der Egrid GmbH und viele mehr. Wie bereits in 2014 richtete sich die Veranstaltung in erster Linie an Experten in den Stadtwerken, bei den Netzbetreibern und Energieerzeugern.

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Autor:
Manuel Schmidt ist Global Key Account Manager Energy bei der Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG in Minden manuel.schmidt@wago.com