Wesentliche Voraussetzungen für den Betrieb und die Funktion eines „intelligenten“ Netzes sind die Überwachung und Steuerung möglichst vieler Komponenten des Stromnetzes bis hin zum Stromverbraucher. Die Weiterentwicklung des bestehenden Netzes zum Smart Grid erfordert daher auch den Ausbau und eine Modernisierung der Kommunikationsinfrastrukturen. Denn „intelligent“ wird das Smart Grid vor allem durch ein Mehr an Kommunikation.
Basis dafür ist ein stabiles und leistungsfähiges Kommunikationsnetz, das die Anforderungen der unterschiedlichen Smart-Grid-Applikationen erfüllt und dessen sicherer und effizienter Betrieb mit Hilfe von Managementlösungen sichergestellt werden kann.
Stromnetz und Kommunikationsinfrastruktur
Im Übertragungs- und Verteilernetz verbindet ein Kommunikationsnetz die Kraftwerke, Umspannstationen und Leitstellen über „intelligente“ Kommunikationsknoten miteinander. Diese Knoten übertragen in erster Linie zeitkritische Daten zur Stromsteuerung (Scada, Teleprotection), gegebenenfalls aber auch Telefon- und Datenverkehr für Unternehmensanwendungen zwischen den verschiedenen Standorten der Netzbetreiber. Die Datenübertragung erfolgt über die Stromleitungen selbst und über Glasfasern entlang der Stromleitungen sowie über Richtfunk oder Mietleitungen, teilweise sogar über Mobilfunk.
Die Kommunikationsinfrastruktur bei (Backbone-)Übertragungsnetzen ist sehr gut ausgebaut - Glasfaser-basiert mit verschiedenen Technologien wie etwa Ethernet over SDH, zum Teil auch WDM und Stromkabel-basierte Power-Line-Carrier-Technologie (PLC). Bei den Verteilnetzen besteht hingegen erheblicher Nachholbedarf, etwa zum Anbinden von Ortsnetzstationen, dezentral einspeisender Kraftwerke und Sensoren an neuralgischen Punkten im Stromnetz an das Kommunikationsnetz des Versorgers. Die Möglichkeiten zum Ausbau der Kommunikationsinfrastruktur hängen stark von den örtlichen Gegebenheiten ab. Eine Glasfaseranbindung ist - wenn möglich - auch hier die erste Wahl. Jedoch ist die Kommunikation über Stromleitungen sowie über Funklösungen wie WiMax, Wireless Mesh oder Mobilfunk denkbar.
Smart Metering und Preise
Der Austausch von Verbrauchsdaten - also Smart Metering - und Preisinformationen mit Verbrauchern oder zur Anbindung von Smart Homes sind ebenfalls Teil des Smart-Grid-Konzepts. Zum Teil werden die Daten auch direkt zwischen Versorger und Verbraucher oder Prosumer über die Kommunikationsinfrastruktur des Stromversorgers ausgetauscht.
Energieversorgungsunternehmen haben in Zukunft unter anderem vermehrt die Aufgabe, Smart-Grid-fähige Geräte über eine Kommunikationsinfrastruktur zu vernetzen. Diese Infrastruktur ist geprägt durch die Verwendung von Geräten unterschiedlicher Hersteller, durch die Heterogenität der Übertragungsmedien und Kommunikationstechnologien (multi-technology) und die Notwendigkeit, unterschiedliche Services fehlerfrei bereitzustellen und zu überwachen (multi-service). Dieser Aufgabenkatalog erfordert ein leistungsfähiges modulares, skalierbares Netzmanagement. Es muss hohe Sicherheit garantieren, den Standards der Verwaltungsarchitektur TMN (Telecommuni- cations-Management-Network) genügen und eine Ende-zu-Ende Sicht bieten. Dazu gehört eine ganzheitliche Überwachung von gemischten Übertragungsstecken, deren Teilstecken über Richtfunk, Glasfaser, Stromleitungen, gegebenenfalls über Fremdnetze wie Mobilfunk gehen und unterschiedliche Verfügbarkeiten haben.
Verfügbarkeit des Betriebsnetzes
Das Betriebsnetz eines Energieversorgers muss möglichst hochverfügbar aufgebaut sein, da Dienstausfälle beispielsweise einen überregionalen Stromausfall zur Folge haben könnten. Die Verfügbarkeit hängt unter anderem ab von:
Der Ausfallsicherheit der Netzelemente und Geräte,
Den Möglichkeiten zur automatischen Redundanzumschaltung, abhängig von eingesetzter Kommunikationstechnologie und gewählter Netztopologie, und
Der Reaktionszeit für Entdeckung und Entstörung, das heißt der Qualität des eingesetzten Netzmanagements.
Eine Frage des Managements
Sehr kleine und überschaubare Betriebsnetze lassen sich (noch) mittels gerätespezifischen Element-Manager-Systemen (EMS) und Local Craft Terminals (LCT) überwachen und steuern. Ab einer gewissen Komplexität und Heterogenität der Kommunikationsstrukturen ist jedoch ein übergreifendes zentrales Netzmanagementsystem (NMS) notwendig, um die Übersicht zu behalten und Reaktionszeiten zu garantieren. Zudem sind der parallele Betrieb und die Administration zu vieler Managementsysteme nicht mehr wirtschaftlich.
Bei den Telekommunikationsnetzen lösen IP-basierte Systeme für Echtzeitkommunikation zunehmend Multiplexstrukturen wie Time-Division-Multiplexing (TDM) ab. Auch Energieversorger beginnen bereits mit dieser Umstellung für ihr Kommunikationsnetz und werden in einer Übergangszeit beide Netzstrukturen nutzen. Aufgrund dieses Technologiewechsels muss ein NMS beide Netzstrukturen managen können. Das gilt auch für die Unterstützung von Brückentechnologien für diesen Umstieg auf IP-basierte Netze wie MPLS und Carrier Ethernet.
