Intelligente Netzsteuerung: VOLTARIS entwickelt Lösungsportfolio im Zusammenhang mit der CLS-Schnittstelle

Am 11. Januar hat das Bundeskabinett den Gesetzentwurf zum Neustart der Digitalisierung der Energiewende beschlossen, das Gesetz soll im Frühjahr in Kraft treten. Der Smart Meter Rollout soll damit massiv beschleunigt werden. Regulatorische Einschränkungen sollen zurückgefahren und die Planungssicherheit für die Unternehmen erhöht werden. Der „agile Rollout“ ermöglicht es, dass der Rollout mit den bereits zertifizierten Geräten in den meisten Einbaufällen starten kann. Konkret: Bei Verbrauchern mit einem Jahresstromverbrauch bis 20.000 kWh und bei Erzeugern bis 25 kW installierter Leistung. Funktionen wie das Steuern und Schalten können nach einer Phase des „Warmlaufens“ über Anwendungsupdates der Gateways in Verbindung mit den Backend-Systemen nach und nach bereitgestellt werden.

CLS-Management: Schalten und Steuern im Strometz

Für die neuen digitalen Geschäftsmodelle ist das Smart Meter Gateway eindeutig die regulatorisch gewollte Kommunikationstechnologie. Die CLS-Schnittstelle der Gateways ermöglicht eine hochsichere Datenübertragung und – in Verbindung mit der Steuerbox – die Kommunikation mit den angebundenen Anlagen. Im Stromnetz der Zukunft müssen Millionen von Erzeugungsanlagen, Speichern, Letztverbrauchern und steuerbaren Lasten effizient vernetzt und verknüpft werden, und nicht zuletzt der rasante Anstieg der Elektromobilität und der Hochlauf von Wärmepumpen erfordern das sichere Steuern und Schalten durch die Netzbetreiber, um die Netzstabilität zu gewährleisten und den kostenintensiven Netzausbau zu reduzieren. Mit dem CLS-Management müssen sich die Stadtwerke also jetzt auf jeden Fall beschäftigen, denn in ein bis zwei Jahren wird das Schalten und Steuern verpflichtend sein.

Verlässliche Netzzustandsdaten für den effizienten Netzbetrieb

Nach der Gateway-Administration und dem passiven externen Marktteilnehmer, der die Messdaten vom Smart Meter Gateway empfängt, ist das aEMT-System der dritte große Systembaustein im intelligenten Messwesen. Es fungiert dabei als Drehscheibe für hochfrequente Daten und die bidirektionale Kommunikation mit dem Gateway. Diese ermöglicht neben dem CLS-Management auch die Bereitstellung und Verarbeitung von Netzzustandsdaten nach Tarifanwendungsfall (TAF) 10 der Smart Meter Gateways. Verlässliche Netzzustandsdaten ermöglichen mittels Netzzustandsschätzung eine messdatenfundierte Betriebsführung von Niederspannungsnetzen. Sie sind die Voraussetzung für den effizienten Netzbetrieb, das Schalten und Steuern und die Netzstabilität bei zunehmender Einspeisung erneuerbarer Energien.

Gemeinsame Entwicklung digitaler Geschäftsmodelle

Wir entwickeln gemeinsam mit unseren langjährigen Partnern Robotron und GISA ein umfangreiches Lösungsportfolio im Zusammenhang mit der CLS-Schnittstelle des Smart Meter Gateways. Nach ersten erfolgreichen Tests im Rahmen des Forschungsprojektes DESIGNETZ ist bei uns die Pilotierung eines aEMT-Test- und Produktivsystems in vollem Gange. Innerhalb unserer Anwendergemeinschaft, in der mehr als 40 Stadtwerke und Netzbetreiber bei der Digitalisierung des Messwesens zusammenarbeiten, treiben wir die Entwicklung von Mehrwertdiensten intensiv voran.

DESIGNETZ zeigt: Die Energiewende ist technisch machbar!

Nach vier Jahren geht eine der bedeutendsten Forschungsinitiativen zur Energiewende in Deutschland zu Ende: Designetz, das technisch bislang umfassendste Demonstrationsprojekt zur Integration erneuerbarer Energien in das Versorgungssystem der Zukunft.  Designetz ist Teil des BMWi-Förderprogramms „Schaufenster intelligente Energie“ (SINTEG) und stellt dar, wie intelligente Netze mit einer Einspeisung von zeitweise 100% erneuerbarer Energien eine sichere Energieversorgung gewährleisten und welche Konzepte und Technologien hierfür eingesetzt werden können.

DESIGNETZ – Das Projekt

Unter Federführung von innogy/E.ON haben 46 Partner aus Wissenschaft und Forschung, Energiewirtschaft, Industrie und IKT zahlreiche Einzellösungen zu einem praxistauglichen Gesamtsystem zusammengefasst, quasi einer funktionierenden Blaupause für das Energiesystem der Zukunft. Das Projekt erstreckte sich über die Bundesländer Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz und Saarland hinweg – einer idealen Modellregion aus dünn besiedelten Landstrichen, Metropolen und Industriezentren, die charakteristisch für ganz Deutschland ist.

VOLTARIS erforscht den netzdienlichen Einsatz von intelligenten Messsystemen

In dem Netz-Projekt EMIL – Energienetze mit innovativen Lösungen – haben wir mit den saarländischen Partnern VSE, energis Netzgesellschaft, den Stadtwerke Saarlouis, der Hager Group, dem DFKI und der htw saar innovative Technologien zur Netzführung entwickelt und erprobt.

Im Abschlussbericht von Designetz Saarland sind die Unternehmen mit den jeweiligen Projekten ausführlich beschrieben. Einen sehr guten Überblick über das Projekt Designetz Saarland gibt dieser Film.

Unser Part im Projekt war es, den Einsatz intelligenter Messsysteme in intelligenten Energienetzen zu untersuchen und umzusetzen.  Die Bereitstellung von Messdaten zur Netzzustandserhebung sowie die Steuerung von Erzeugung und Verbrauch sind zentrale Beiträge, die ein Messsystem dabei leistet. Darüber hinaus kann es sicher und zuverlässig Steuerbefehle umsetzen und als Informations- und Kommunikationsplattform agieren und somit intelligente Lösungen im Energienetz ermöglichen.

Außerdem haben wir uns intensiv mit den neuen Prozessen des grundzuständigen Messstellenbetreibers und der Gateway-Administrators beschäftigt und ein Mess- und Steuerkonzept entwickelt und erprobt. Der Schwerpunkt lag darin, eine geeignete Informationsbasis zu schaffen und zu nutzen, mit der es gelingt, kritische Netzzustände zu erkennen, vorherzusagen und zu beheben. Die Umsetzung des sogenannten BDEW-Ampelkonzepts war hier ein wesentlicher Bestandteil, um Flexibilitäten effizient steuern zu können. Zudem konnten wir durch das im Demonstrator aufgebaute 450 MHz-Funknetz bereits erste Gateways installieren, die mit dieser neuen Funktechnologie arbeiten.

Positive Bilanz eines spannenden Projektes

Der Praxiseinsatz hat gezeigt, dass zukunftsfähige Lösungen zum Betrieb von Energienetzen davon abhängen, dass die Prozesse verschiedener Systeme aufeinander abgestimmt sind. Dazu gehört, Lösungen für eine praxisnahe Umsetzung zu schaffen, und zwar nicht nur für Fragen der technischen Anbindung, sondern auch für eine intelligente, systemische Verknüpfung von Markt und Netz. Die erarbeiteten Konzepte und gewonnenen Erkenntnisse sind für uns ein wesentlicher Baustein zur Weiterentwicklung von Systemen und Prozessen rund um das intelligente Messsystem. Das kommt insbesondere unserer Anwendergemeinschaft Messsystem zugute, in der wir mir 35 EVU und Stadtwerken an der Gestaltung des intelligenten Messstellenbetriebs zusammenarbeiten.

 

VOLTARIS intelligentes Messwesen

Wer kriegt das 450 MHz-Funknetz?

Die Herausforderung:
Immer mehr dezentrale Erzeuger und Speicher müssen sicher in das Stromnetz eingebunden, überwacht und gesteuert werden. Die dezentralen Anlagen müssen günstig, sicher, zuverlässig und flächendeckend kommunizieren. Dafür braucht es zuverlässige Kommunikationskanäle, die alle dezentral verteilten Komponenten erreichen – insbesondere bei erschwerten Bedingungen, z.B. in ländlichen Netzgebieten oder Kellerräumen.

Die aktuelle Situation:
Heute können die energiewirtschaftlichen Anforderungen nur beschränkt von den bisher verfügbaren Kommunikationsinfrastrukturen, wie beispielsweise dem öffentlichen Mobilfunk, erfüllt werden. Wir brauchen dringend Alternativen, vor allem in Hinblick auf den Smart Meter Rollout.

Die Lösung:
Das Funknetz im Frequenzbereich 450 MHz wäre die geeignete Kommunikationstechnik für das Energieinformationsnetz. Es bietet im Vergleich zu anderen Funknetzen eine bessere Gebäudedurchdringung und verfügt über eine größere Reichweite. Damit ist es die ideale Lösung, denn es erreicht auch Keller oder entlegenere Regionen. Wenn die 450-MHz-Technologie für energiewirtschaftliche Zwecke betrieben würde, könnten in dem dezidierten Netz einzelne Anwendungen priorisiert und spezifische Sicherheitsmechanismen eingesetzt werden.

 Die Vorteile:

  • Kein Konflikt mit den kommerziell genutzten Funknetzen für Massenanwendungen
  • Nutzung für den Betriebsfunk von Netzbetreibern, die im Krisenfall den Netzwiederaufbau organisieren
  • Hohe Ausbreitung, Ausfallsicherheit, Reichweite und Gebäudedurchdringung
  • Eignung als WAN-Verbindung für intelligente Messsysteme oder für verteilte Netzmanagementsysteme auch in ländlichen Regionen, die wesentlich zu Netzstabilität und Versorgungssicherheit beiträgt
  • Relativ geringe Investitionskosten, da mit wenigen Antennenstandorten eine große Abdeckung gegeben wäre

Als Gateway-Administrator würden wir die flächendeckende 450 MHz-Kommunikationsinfrastruktur sehr begrüßen. Und wir testen sie auch schon: Im SINETG-Projekt DESIGNETZ, in dem wir in zwei Teilvorhaben für den Einbau und den Betrieb der intelligenten Messsysteme zuständig sind, ist bereits ein Teststand für das 450 MHz-Funknetz installiert und produktiv.

Es bleibt spannend und abzuwarten, an wen die Bundesnetzagentur das 450 MHz Funknetz vergeben wird.

Hier wird ein teilautonomer Bauernhof mit erhöhter Selbstversorgung untersucht.

SESAM – Energiezukunft auf dem Bauernhof

Als Partner des Bundesforschungsprojektes Designetz sind wir im Unterauftrag der Pfalzwerke AG unter anderem in das Teilvorhaben „D10 SESAM-Farm“ eingebunden. Was SESAM bedeutet? Sustainable Energy Supply for Agricultural Machinery. Dort wird ein teilautonomer Bauernhof mit erhöhter Selbstversorgung untersucht, der durch die Nutzung mobiler Speicher und erneuerbarer Energien in Kombination mit einem Energiemanagementsystem ein markt-, netz- und systemdienliches Verhalten generiert. Wir sind dabei für die Erstellung des Messkonzepts und die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) verantwortlich.

Doch was heißt das genau?
Im Detail geht es um die Bewirtschaftung von Batterien mobiler Landmaschinen mit Grid-Plug-In-Funktionalität im Umfeld landwirtschaftlicher Betriebe mit einer eigenen elektrischen Energieerzeugung wie beispielsweise einer Photovoltaik- oder eine Biogasanlage. Mit dem Fokus auf Smart Grid beziehungsweise Smart Rural Grid sollen Erkenntnisse für das Energiesystem der Zukunft gewonnen werden, zum Beispiel, welche neuen Geschäftsmodelle möglich sind. Denkbar wären Netzdienstleistungen oder zeitvariable Tarife für landwirtschaftliche Betriebe.

Jetzt stellen Sie sich wahrscheinlich die Frage: Warum ein Bauernhof? Nun, landwirtschaftliche Betriebe nehmen für die Nutzung erneuerbarer Energien und die Bereitstellung von Systemdienstleistungen für das Netz eine wichtige Rolle ein. Vor allem die großen Dach- und Freiflächen sowie die Nutzung von Biomasse und Gülle bieten ein hohes Potenzial zur Stromerzeugung.

Und was macht VOLTARIS?
Wir sind im Projekt SESAM verantwortlich für die Erstellung des Messkonzepts und der IKT. Dafür wurden intelligente Messsysteme an unterschiedlichen Messpunkten installiert, wobei die Herausforderung darin lag, die Energiedaten ohne Unterbrechung bereitzustellen. Weiterhin untersuchen wir auch mehrere Kommunikationswege wie Powerline oder LoRa WAN im Mix. Die Ergebnisse aus dem Projekt werden für Netzbetreiber im ländlichen Raum hochinteressant sein. Mehr Infos gibt es hier: https://voltaris.de/forschungsprojekte/designetz/