Protokoll-Standard Eine gemeinsame Sprache finden

Wenn in einer Straße viele Elektro-Fahrzeuge gleichzeitig laden, besteht die Gefahr, dass das Stromnetz überlastet wird. Dieses Problem lässt sich lösen, indem der Netzbetreiber im Falle von Lastspitzen die Ladevorgänge koordiniert steuert. Das Konzept der Spitzenglättung steht seit Monaten auf der Agenda der Politik. Es wurde zwar in die kommende Legislaturperiode verschoben – die Technik steht aber schon bereit. Denn über die Controllable-Local-System Schnittstelle (CLS-Kanal) des Smart Meter Gateways (SMGw) ist es möglich, Steuerbefehle vom Netzbetreiber direkt an eine Wallbox weiterzugeben – und zwar so, dass sie vor Manipulationen sicher sind. Voraussetzung ist, dass die Wallbox und das Backend über einen einheitlichen Protokoll-Standard kommunizieren. Für den häuslichen Bereich eignet sich der EEBUs-Standard, da er sowohl in der Energie- als auch in der Automobil- und Elektrobranche breite Anerkennung findet.

Eine entsprechende Lösung haben die Unternehmen Gisa, EMH Metering, eSYSTEMS MTG und Robotron umgesetzt. Der Endpunkt des CLS-Kanals wurde dafür auf die EEBUS-sprechende Wallbox von eSYSTEMS verlegt. Gesteuert werden die Ladevorgänge aus einem System der Firma Robotron heraus, welches unter anderem mit Leitstellen der Netztechnik verknüpft werden kann. Mit der Lösung lässt sich eine Ladeinfrastruktur unkompliziert und ohne weitere Hardware direkt an das SMGw anschließen. Das Ansteuern einer beziehungsweise mehrerer Ladeinfrastrukturen (LIS) in Ein- und Mehrfamilienhäusern wird auf diese Weise möglich.

Um den Ladevorgang auch intelligent zu steuern, kann er an Parametern ausgerichtet werden. Überträgt der Netzbetreiber etwa seine 24-Stunden-Prognose zur Einspeisung der erneuerbaren Energien an die Ladestation, erstellt das intelligente E-Auto einen entsprechenden Ladeplan. Auch eine Ausrichtung am aktuellen Strom-Börsenpreis oder an flexiblen Stromtarifen ist möglich. Vorteile sind: Der Netzbetreiber kann die Stabilität des Netzes gewährleisten, Lieferanten können flexible und günstige Tarife anbieten und die Besitzer eines E-Fahrzeugs können sicher sein, dass das Auto über Nacht kostengünstig und klimafreundlich geladen wird.

Ein weiteres Beispiel für die erfolgreiche Vernetzung zum Energie-IoT ist das Regulieren von Erzeugungsanlagen. SMGws ermöglichen es, Anlagen über den CLS-Kanal aus der Ferne zu steuern. Für die Netzbetreiber ist das entscheidend, um die Netze zu stabilisieren – Stichwort Redispatch 2.0. Gleichzeitig gewinnen Prosumer die Möglichkeit, Strom aus erneuerbaren Energien effizient zu vermarkten, indem sie die Stromeinspeisung an aktuellen Marktanreizen, wie dem Börsenpreis, ausrichten.

Technisch umsetzen lässt sich diese Fernschaltung, indem beispielsweise der Netzbetreiber aus seinem Backend-System über das SMGw auf den Wechselrichter zugreift. Die Herausforderung besteht darin, dass Wechselrichter von PV-Bestandsanlagen sehr unterschiedliche, teilweise recht betagte, Protokolle nutzen, die es in verschiedenen Varianten gibt. Ein Beispiel ist Modbus RTU. Um den Schaltvorgang nicht für jeden Modbus-Dialekt individuell anpassen zu müssen, nutzt die IoT Solution von Gisa und Robotron einen Protokoll-Converter. Dieser übersetzt die Befehle in die jeweilige Sprache des Wechselrichters. Ein flächendeckender Einsatz des intelligenten Messsystems (iMsys) zur Fernsteuerung von PV-Anlagen wird dadurch möglich. Auch Messgeräte und sogar Stromnetze können in das IoT der Energiewirtschaft eingebunden werden.

Submeter auslesen

Eine große Chance für die Energiewirtschaft bietet die Anbindung verschiedener Energiezähler in ein intelligentes IoT-Datenmanagement. Werden Submeter für Wasser- und Wärmemengen zentral aus der Ferne über das iMsys ausgelesen, können die Daten bedarfsgerecht an die jeweiligen Marktteilnehmer weitergeleitet werden. Die Basis bildet ein IT-System, das die Daten abhängig von Typ und Anwendungsfall sammelt und verteilt. Der Vermieter etwa erhält nur die Daten des Wasser- und Wärmeverbrauchs für seine Nebenkostenabrechnung. Strom- und Gasmesswerte wiederum werden an den Versorger übermittelt. Auch eine Visualisierung der Daten per App oder Webportal für die Mieter ist bei der Gisa-Lösung bereits in Arbeit.

Um Submetering auch in Liegenschaften mit Haushalten, die nicht zum Pflichtrollout zählen, zu ermöglichen, gibt es alternative Übertragungswege. Ein Beispiel ist das IoT-Funkprotokoll Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), mit dem sich IoT-Welt und Energiewirtschaft verbinden und die erhobenen Daten aus einer Hand anbieten lassen.

Ortsnetze monitoren

Wenn Netzbetreiber Wallboxen oder PV-Anlagen steuern müssen oder wollen, brauchen sie Informationen über den Zustand ihrer Netze. Ein wesentliches Puzzlestück im IoT der Energiewirtschaft ist daher das Monitoring in der Niederspannung, speziell der Niederspannungskabel. Technisch ist das mit Hilfe von Sensoren möglich. Sogenannte Klappwandler werden dazu um die Stromleitungen gelegt. Eine solche Lösung bringt derzeit Gisa gemeinsam mit Partnern auf den Weg.

Die Sensoren messen die Stromstärke im Kabel und übermitteln die Informationen an eine Sendeeinheit in der Trafostation. Über LoRaWAN gelangen sie zum LoRA-Netzwerkserver und in die Systeme des Netzbetreibers. Die Daten schaffen dort die Grundlage für sämtliche Steuerfunktionen im IoT. Werden die Netzzustandsdaten weiter aggregiert und mit Informationen wie Wetterprognosen zusammengeführt, gewinnt der Netzbetreiber die Datengrundlage für den intelligenten Netzbetrieb 4.0.

Auch der Gesetzgeber legt Wert auf ein solches Netz-Monitoring. Laut Entwurf zum „Steuerbare-Verbrauchseinrichtungen-Gesetz“ (SteuVerG) sollen Netzbetreiber nur dann die gesamte Anlagen-Leistung reduzieren dürfen, wenn sie über ein Monitoring verfügen. Fehlt dieses, dürfen lediglich 50 Prozent der steuerbaren Leistung reduziert werden – und insgesamt begrenzt auf zwei Jahre.

Eine entscheidende Basis für die sichere Kommunikation im IoT der Energiewirtschaft legt das intelligente Messsystem. Das betonen auch BMWi und BSI in dem aktuellen Eckpunktepapier für die technischen Standards zur Digitalisierung der Energiewende. Die Anwendungsfälle zeigen aber auch: Erst wenn das iMsys mit weiteren Sensoren, Protokollen und Schnittstellen verknüpft wird, gelingt eine umfassende Vernetzung. Ein solches flexibles Kommunikations-System legt die Basis für vielfältige Uses Cases in der Energiewirtschaft.