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Smart Meter
UMFELD
TECHNIK
MEHRWERT
INHALT
101 DIGITALISIERUNG IN DER ENERGIEWIRTSCHAFT
205 RECHTLICHE UND REGULATORISCHE GRUNDLAGEN
06 Geschichte und Ziele des Smart Meter Rollout
08
11
15
16
317 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
18 Komponenten, Rollen und Kommunikation
21
34 Sicherheitsaspekte und Datenschutz
41
43
445 ROLLOUT-STRATEGIEN
47
48
50
551 MEHRWERT DER DIGITALISIERTEN INFRASTRUKTUR
52
59
63
65
667 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
771 ANHANG
72 Glossar
74
86
02
1 DIGITALISIERUNG
IN DER ENERGIEWIRTSCHAFT
03
Eine vergleichende Studie des BMWi [1] zeigt
größere Fortschritte der Digitalisierung in
anderen Branchen als z. B. in der Energie-
wirt
schaft. Demnach wird Energie- und Was-
serversorgung nur als „mittelmäßig digitali-
siert“ eingestuft. Mit Abstand führend ist die
Branche der IKT. Im Gegensatz zu deutschen
Unter nehmen ist die Digitalisierung im Privat-
leben Vieler bereits ein fester Bestandteil. Laut
einer Befragung von 3.100 Bundesbürgern der
„Postbank Digitalstudie 2018“ verbringen die
Deutschen mehr Zeit im Internet als im Büro.
Demnach wird das Netz im Durchschnitt 46,2
Stunden pro Woche genutzt. Dies entspricht
über das Jahr ge rech net über 2.400 Stunden
bzw. 100 Tage. In der Altersgruppe zwischen
18 und 34 Jahren, den sogenannten „Digital
Natives“, liegt die Nutzungsdauer sogar bei
ca. 58 Stunden pro Woche. Dabei wird die
meiste Zeit mit dem Smartphone im Internet
gesurft, gefolgt von einer Nutzung über den
Laptop. [2]
2017 2022
65
59
54
45
45
44
40
40
SO DIGITAL IST DEUTSCHLAND
–
WIRTSCHAFTSINDEX DIGITAL NACH BRANCHEN 2017 VS. 2022
68
63
62
49
47
49
50
40
42
Überdurchschnittlich digitalisiert
Mittelmäßig digitalisiert
Wissensintensive
Dienstleister
Finanz- und
Versicherungdienstleister
Handel
Energie- und
Wasserversorgung
Maschinenbau
Chemie und Pharma
Fahrzeugbau
Sonstiges
verarbeitendes Gewerbe
Verkehr und Logistik
Niedrig digitalisiert
37 39Gesundheitswesen
84
Hoch digitalisiert
IKT 78
45
Index = max. 100
1 DIGITALISIERUNG
IN DER ENERGIEWIRTSCHAFT
04
[4]
DEUTSCHLAND HINKT BEIM INTER
NATIONALEN VERGLEICH IN DER
DIGITALISIERUNG HINTERHER
Eine Studie von acatech, des Bundes-
verbands der Deutschen Industrie (BDI),
des Fraunhofer-Instituts für System- und
Innovationsforschung (Fraunhofer ISI)
und des Zentrums für Europäische
Wirtschaftsforschung (ZEW) zeigt, dass
Deutsch land im internationalen Vergleich
bei der Digitalisierung hinterherhinkt.
Gerade der Glasfaserausbau, die Digita-
lisierung der Verwaltung, die Ausgaben
für Forschung und Entwicklung sowie
digitale Geschäftsmodelle und Internet-
anwendungen zeigen, dass in Deutschland
an vielen Stellen noch Potenzial besteht.
Bewertet wurden Aspekte aus Forschung
und Entwicklung, Wirtschaft, Gesell-
schaft, Infrastruktur, Staat, Bildung und
Geschäftsmodellen. [3]
Digitalisierungsindikator
Finnland ist führend im internationalen
Vergleich, Deutschland landet auf Platz 17
Finnland
Schweden
Israel
Großbritanien
Australien
Dänemark
Niederlande
Norwegen
USA
Schweiz
Singapur
Südkorea
Deutschland
69,5
66,4
65,4
64 ,1
63,2
62,4
62,1
62
61,8
61,2
57,6
49
44,3
Index = max. 100
1 DIGITALISIERUNG
IN DER ENERGIEWIRTSCHAFT
05
2
RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
06
2.1 GESCHICHTE UND ZIELE DES
SMART METER ROLLOUTS
WAS IST EIN INTELLIGENTES
MESSSYSTEM (iMSys)?
Eine moderne Messeinrichtung (mME)
stellt eine digitale Zählvorrichtung dar,
welche den Elektrizitätsverbrauch und
die tatsächliche Nutzungszeit erhebt und
speichert. In Verbindung mit einem Smart
Meter Gateway (SMGW) als Kommuni-
kationseinheit ergibt sich ein intelligentes
Messsystem (oft „Smart Meter“ genannt).
Eine detaillierte Beschreibung der Kom-
ponenten ist in Kapitel 3 dargestellt
(vgl. Abbildung 3-1).
2009 2011 2013/14 2016 ab 2017 2032
EU-Binnenmarktpaket Energie 2009/72/EG
— Verpflichtung aller Mitgliedstaaten zur Einführung von iMSys
— Nationale wirtschaftliche Bewertung der Einführung von iMSys bis 03.09.2012
(Kosten-Nutzen-Analyse)
EnWG-Novelle 2011
— Einbauverpflichtungen
Kosten-Nutzen-Analyse
— Kein Rollout um jeden Preis
Gesetz zur Digitalisierung
der Energiewende
— Preisobergrenzen für iMSys
ROLLOUT FÜR
VERSCHIEDENE
VERBRAUCHER UND
ERZEUGERGRUPPEN
ABBILDUNG 2
-
1
–
AUSGEWÄHLTE GESETZE, RICHTLINIEN, STUDIEN
UND VERORDNUNGEN ALS BASIS FÜR DEN ROLLOUT VON iMSys
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2.1 GESCHICHTE UND ZIELE DES
SMART METER ROLLOUTS
Rollout
Rollout geplant
Selektiver Rollout
Keine Entscheidung
Kein Rollout
07
(siehe Abbildung 2-1)
[5]
[6]
1[7]
SMART METER ROLLOUT IN DER EU?
Viele Länder der EU sind mit dem Rollout
von Smart Metern bereits deutlich wei-
ter fortgeschritten als Deutschland. Auch
das Modell eines selektiven Rollouts, wie
in Deutschland praktiziert, ist in der EU
eher unüblich. Die ersten Länder, die den
Smart Meter Rollout bereits früh abge-
schlossen hatten, waren Schweden und
Italien.
1 Gesetz über den Messstellenbetrieb und die Datenkommunikation in intelligenten Energienetzen
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2.1 GESCHICHTE UND ZIELE DES
SMART METER ROLLOUTS
08
2.2 VERPFLICHTENDER UND
OPTIONALER ROLLOUT
[7]
[7]
[10]
STAND DER ZERTIFIZIERUNG
Auf der oziellen Webseite des Bun-
desamtes für Sicherheit und Informa-
tionstechnik wird der aktuelle Stand
der Zertizierung dargestellt. Derzeit
benden sich neun Antragsteller in der
Zertizierung (Stand April 2018): [8]
-
Discovergy GmbH
-
EFR GmbH
-
Kiwigrid GmbH
-
devolo AG
-
EMH metering GmbH & Co. KG
-
Theben AG
-
Landis + Gyr AG
-
OPENLiMiT SignCubes AG
Sponsor: Power Plus
Communications AG
-
Dr.Neuhaus Telekommunikation
GmbH
Keines der Produkte ist aktuell voll-
ständig zertiziert (Stand Mai 2018).
Auf den „Metering Days 2018“ in
Fulda kündigte das BSI jedoch an, im
Dezember 2018 die ersten Zertizie
rungen abschließen zu wollen, und
nannte den 31. Januar 2019 als Zeit
punkt für die Markterklärung. [9]
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2.2 VERPFLICHTENDER UND
OPTIONALER ROLLOUT
09 V: Verbraucher / E: Erzeuger / mME: moderne Messeinrichtung / iMSys: intelligentes Messsystem
2015 20252020 2030 2032
E: 1 – 7 kW; max. 60 €/a
V: 4.000 – 6.000 kWh; max. 60 €/a
V: 3.000 – 4.000 kWh; max. 40 €/a
V: 2.000 – 3.000 kWh; max. 30 €/ a
V: < 2.000 kWh; max. 23 €/a
V: > 100.000 kWh; angemessenes Entgelt/a
V: 50.000 – 100.000 kWh; max. 200 €/a
V: 20.000 – 50.000 kWh; max. 170 €/a
V: 10.000 – 20.000 kWh; max. 130 €/a
E: 7 – 15 kW; max. 100 €/a
E: 15 – 30 kW; max. 130 €/a
E: 30 – 100 kW; max. 200 €/a
V: 6.000 – 10.000 kWh; max. 100 €/a
E: 100 kW; angemessenes Entgelt/a
mME soweit nicht iMSys; iMSys soweit Teilnahme am Flexibilitätsmechanismus § 14a EnWG
PILOTPHASEOPTIONAL
ABBILDUNG 2
-
2
–
ZEITPLAN UND EINORDNUNG DES ROLLOUTS VON iMSys UND mME NACH [7]
2017
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2.2 VERPFLICHTENDER UND
OPTIONALER ROLLOUT
10
MIT 20 € FINANZIERT MAN DIE
JÄHRLICHE NUTZUNG VON …
Projiziert man den Wert der im genannten
Beispiel anfallenden Kosten von rund 20 €
für den Messstellenbetrieb auf die Nut-
zung von Haushaltsgeräten, so könnte
man mit diesem Betrag folgende Geräte
ein Jahr lang nutzen:
-
ezienterDesktop-PCmit
High-EndKomponenten
-
modernes Surroundsystem
-
energiesparende Waschmaschine
(220Waschzyklen)[11], [12]
[7]
-
-
-
[7]
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2.2 VERPFLICHTENDER UND
OPTIONALER ROLLOUT
11
§ 14A ENWG – „STEUERBARE
VERBRAUCHSEINRICHTUNGEN
IN NIEDERSPANNUNG“
Gemäß § 14a EnWG wird für Lieferan-
ten und Letztverbraucher in der NS vom
lokalen VNB ein reduziertes Netzentgelt
berechnet, wenn „mit ihnen im Gegenzug
die netzdienliche Steuerung von steuer-
baren Verbrauchseinrichtungen, die über
einen separaten Zählpunkt verfügen,
vereinbart wird.“ [13]
[7]
[7]
2.3 ENTFLECHTUNGSRECHTLICHE EIN
ORDNUNG DES MESSSTELLENBETRIEBS
-
-
-
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2.3 ENTFLECHTUNGSRECHTLICHE
EINORDNUNG DES MESSSTELLEN-
BETRIEBS
12
WAS BESAGT DIE DEMINIMISKLAUSEL?
Laut der De-minimis-Klausel werden
Unternehmen mit weniger als 100.000
Kunden von der Verpichtung zur recht-
lichen und operationellen Entechtung
ausgenommen. Laut Gesetz wäre diese
Entechtungsmaßnahme mit Bezug auf
die Entechtungsziele nicht verhältnismä-
ßig [14]. Deutschland ist im europäischen
Vergleich mit insgesamt über 880 Ver-
teilnetzbetreibern ein Sonderfall. Davon
sind nur ca. 12 % oberhalb der Demini-
mis-Grenze und müssen sich demnach
auch gesellschaftsrechtlich und operatio-
nell entechten. [15]
-
-
[13]
[16], [7]
[13]
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2.3 ENTFLECHTUNGSRECHTLICHE
EINORDNUNG DES MESSSTELLEN-
BETRIEBS
13
Grundzuständigkeit und wettbewerblicher
Messstellenbetrieb
Ergebnisse der Anzeige zur Wahrnehmung
des Messstellenbetriebs
[17]
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2.3 ENTFLECHTUNGSRECHTLICHE
EINORDNUNG DES MESSSTELLEN-
BETRIEBS
14
MESSSTELLENBETRIEBSGESETZ (MSBG) 2016
ERLÖSOBERGRENZE
ERLÖSOBERGRENZE
PREISOBERGRENZE
Netzbetrieb
. . . MS/NS NS Abrechnung iMSys mME
Messung
Netzbetrieb
. . . MS/NS NS Abrechnung Messstellen-
Betrieb
Messdienst-
leistung
Messung
ABBILDUNG 2
-
3
–
NEUORDNUNG DES MESSWESENS
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2.3 ENTFLECHTUNGSRECHTLICHE
EINORDNUNG DES MESSSTELLEN-
BETRIEBS
15
2.4 ANREIZREGULIERUNG UND
PREISOBERGRENZENREGULIERUNG
[18]
[19]
ALTERSSTRUKTUR FERRARISZÄHLER
Laut der Smart-Meter-Studie der Deut-
schen Energie-Agentur [20] müsste,
basierend auf der Altersstruktur derzeit
installierter konventioneller Stromzähler,
ein Großteil der Geräte innerhalb weni-
ger Jahre ersetzt werden. Um dadurch
verursachte Marktkapazitätsengpässe zu
vermeiden, wird das sogenannte Stich-
probenverfahren durchgeführt. Demnach
sollen Unternehmen anhand von gebiets-
bezogenen Stichproben im jeweiligen
Netzgebiet die tatsächliche Funktionsfä-
higkeit überprüfen und gegebenenfalls die
Eichgültigkeit verlängern, um Markteng-
pässe bei Herstellern zu vermeiden.
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2.4 ANREIZREGULIERUNG UND
PREISOBERGRENZENREGULIERUNG
16
2.5 FAZIT ZU RECHTLICHEN UND
REGULATORISCHEN GRUNDLAGEN
[7]
WEITERFÜHRENDE LITERATUR
Einführung von Smart Meter in
Deutschland–AnalysevonRollout-
szenarienundihrerregulatorischen
Implikationen.
Berlin: Deutsche EnergieAgentur GmbH
(dena), 2014
Aichele, Christian et al.:
Smart Meter Rollout – Praxisleitfaden
zur Ausbringung intelligenter Zähler.
Wiesbaden: Springer Fachmedien
Wiesbaden, 2013
Meteringblog
http://www.meterpan.de/blog/
Norderstedt: MeterPan GmbH
Der Energieblog
http://www.derenergieblog.de
München: Becker Büttner Held PartGmbB
2 RECHTLICHE UND
REGULATORISCHE
GRUNDLAGEN
2.5 FAZIT ZU RECHTLICHEN UND
REGULATORISCHEN GRUNDLAGEN
17
3
TECHNISCHE
GRUNDLAGEN
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
18
MESSPRINZIP FERRARISZÄHLER
NACH [21]
Für die Messung und Abrechnung der
aus dem öentlichen Stromnetz bezoge-
nen Energie wurden bislang häug elek-
tromechanische Ferrariszähler (benannt
nach deren Ernder Galileo Ferraris) in
Deutschland verwendet.
Das Messprinzip basiert auf dem Induk-
tionsgesetz, wobei ein Spulenpaar, eine
drehbare Aluminiumscheibe, ein mecha-
nisches Zählwerk und ein Bremsmagnet
die wichtigsten Komponenten der ein-
phasigen Messung umfassen: Die Anord-
nung der Spulen sowie das grundsätzliche
Mess konzept haben zur Folge, dass es sich
um eine Messung der reinen Wirk energie
handelt.
3.1 KOMPONENTEN, ROLLEN
UND KOMMUNIKATION
Moderne Messeinrichtung
[7]
[7]
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.1 KOMPONENTEN, ROLLEN
UND KOMMUNIKATION
19
ABBILDUNG 3
-
1
–
SCHEMATISCHE DARSTELLUNG VON KOMPONENTEN UND ROLLEN IN
DER SMART GRID INFRASTRUKTUR
GATEWAY
ADMINISTRATOR
HAN
Home Area Network
WAN
Wide Area Network
Steuer-
box
Service Visuali-
sierung
Messstellen-
betreiber
Netz-
betreiber
Berechtigte
Dritte
Energie-
versorger
€
CLS
Controllable Local Systems
Elektro-
geräte
Heizung
LMN
Local Metrological Network
Strom-
zähler
1234
Wasser-
zähler
1234
Gas-
zähler
1234
SMG
Smart Meter Gateway
PV-
Anlage
Elektro-
mobilität
Energie-
speicher
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.1 KOMPONENTEN, ROLLEN
UND KOMMUNIKATION
20
Smart Meter Gateway
[7]
[23], [7]
Einordnung des intelligenten Messsystems
(siehe Abbildung 3-1)
Local Metrological Network (LMN):
[23]
Wide Area Network (WAN):
MESSPRINZIP MODERNE
MESSEINRICHTUNG NACH [22]
Das Funktionsprinzip moderner Energie-
zähler unterscheidet sich grundlegend
von traditionellen Zähleinrichtungen,
da erstere komplett auf die Verwendung
elektromechanischer Komponenten wie
einer Scheibe und einem mechanischen
Zählwerk verzichten. Auch besteht in
modernen Messeinrichtungen durch
die direkte Messung von Spannung und
Strom die Möglichkeit zur Berechnung
von Schein- und Blindleistung.
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.1 KOMPONENTEN, ROLLEN
UND KOMMUNIKATION
21
[23]
Home Area Network (HAN):
[23]
Erweiterung um eine Steuerbox (CLS-Modul)
nach [7]
[24]
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
22
-
-
-
-
POTENZIELLE ANZAHL DER
STEUER BOXEN IN DEUTSCHLAND
Im Jahr 2016 waren ca. 390.000
EEAnlagen nach § 9 Abs. 1 EEG 2014
regelbar. Davon stellten die Photovol-
taikanlagen mit 90 % anteilig an den
Zählpunkten die größte Gruppe. Rund
325.000 Anlagen weisen eine installierte
Leistung von > 7 kW auf und können dem-
nach mit einer Steuerbox ausgestattet
werden. Anlagen mit einer Größe von bis
zu 30 kWp steht es frei, statt einer Steuer-
box die maximale Einspeisung auf 70 %
der installierten Wirkleistung zu begren-
zen.
EE-Anlagen
mit
Regelbarkeit
(Stand 2016)
Davon Picht-
einbauten mit
iMSys durch
Leistung > 7 kW
Wind
(Land
und
See)
Biomasse
Wasserkraft
Sonstige EE
Photovoltaik
Anlagenanzahl in tausend Stück
0
50
100
150
200
250
300
350
400
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
23
ABBILDUNG 3
-
2
–
STRUKTUR UND UNTERSUCHUNGSGEGENSTAND DES STEUERBOX
-
FELDVERSUCHS
EINGANGSDATEN
EXTERNER
MARKTTEILNEHMER
UNTERSUCHUNGSKRITERIENETHERNET
AUSGANGSDATENLTE
Netzbetreiber
Messstellenbetreiber
Stromhändler
…
Anlagen-
spezifikationen Test-Szenarien Ethernet-Messung
Empfangspegel Datenvolumen Signallaufzeiten
Abhängigkeit
Stadt/Land
Abhängigkeit
Uhrzeit Analyse Fehlerfälle
Unterschied Einzel-
schaltung/Gruppe
Abhängigkeit Werk-
tag/Wochenende
Abhängigkeit
Empfangspegel
Extremwerte Verteilungen Korrelation
Zuverlässigkeit Kritische Prozesse Ethernet-Vergleich
Steuerbox
SMGW
Wechselrichter
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
24
ABBILDUNG 3
-
3
–
VERGLEICH DER NACH DEN PROZESSGRUPPEN
SCHALTUNG, KANAL UND MESSUNG UNTERTEILTEN SIGNALLAUFZEIT
ALLER DURCHGEFÜHRTEN TESTFÄLLE
Mess- bzw. Schaltkategorie
050 100
Signallaufzeit (Median) in s
MSM ab
MSM auf
S ab
S auf
Messung / Schaltung / Kanal
IN 90 SEKUNDEN KÖNNTE MAN …
In der Wartezeit von 90 Sekunden für
Kanalaufbau, Schaltung und Messung
könnte man auch …
-
die Wetterprognose hören,
-
eineMahlzeitaufwärmen,
-
das Auto durch die Waschanlage
fahren,
-
die „Tagesschau in 100 Sekun-
den“ ohne den Wetterbericht
ansehen oder
-
eine Olympische Medaille
gewinnen (Stabhochsprung,
Skispringen,Sprint…).
Die langen Signallaufzeiten v. a. bei
Kanalaufbau und Messung führen dazu,
dass sich einige Anwendungsfälle mit
Ansprüchen an geringen zeitlichen Verzug
nur als schwer realisierbar darstellen,
wenn der Kanal nicht proaktiv aufgebaut
wird. So wäre die Nutzung des Datenka-
nals z. B. für Smart-Home-Anwendungen,
die sichere Datenübertragung von Über-
wachungsanlagen oder für Notruf signale
zwar denkbar, jedoch praktisch nur
schwer zu realisieren (weitere Anwen-
dungsfälle siehe Kapitel 5).
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
25
NAME BESCHREIBUNG
TAF 1 Datensparsame Tarife Auslesen von Zählerstand auch als Summe von Verbrauch und Einspeisung
mehrerer Zähler (minimale Auösung: ein Zählerstand pro Monat).
TAF 2 Zeitvariable Tarife Zeitabhängiger Stromtarif für mehrere Tarifstufen (ähnlich heutigem HT/NT-System).
TAF 3 Lastvariable Tarife Leistungsabhängiger Stromtarif für mehrere Laststufen: Die für die jeweilige Stufe zugrunde
liegende Leistung kann durch den Istwert oder durch einen Mittelwert bestimmt werden.
TAF 4 Verbrauchsvariable Tarife Einteilung der verbrauchten Energie in Verbrauchsstufen, wobei jede Stufe ein Mengenkontingent
aufweist: Ist das Kontingent einer Stufe überschritten, wird zur nächsthöheren gewechselt.
TAF 5 Ereignisvariable Tarife Ereignisabhängiger Stromtarif in denierten Tarifstufen: Die Ereignisse können SMGW-intern oder
durch einen externen berechtigten Akteur hervorgerufen werden.
TAF 6 Abruf von Messwerten im Bedarfsfall Für nicht planbare Situationen wie Umzug, Lieferantenwechsel etc. werden für die letzten
6 Wochen tägliche Messwerte vorgehalten.
TAF 7 Zählerstandsgangmessung Erfassung (im Takt der Registerperiode) und Versendung von Zählerstandsgängen
(Verbrauch und Erzeugung).
TAF 8 Erfassung der Extremwerte für
Leistung
Min.- bzw. Max.-Leistung im Abrechnungszeitraum wird durch den jeweiligen
Leistungsmittelwert je Registereintrag gebildet (Verbrauch und Erzeugung).
TAF 9 Ist-Einspeisung einer
Erzeugungsanlage
Leistungsabfrage im Rahmen einer Energiemanagementmaßnahme
(darf nicht zu Abrechnungszwecken verwendet werden).
TAF 10 Abruf von Netzzustandsdaten Periodisch oder bei Ereignis (Über- oder Unterschreitung eines Schwellwertes).
TAF 11 Steuerung von unterbrechbaren
Verbrauchseinrichtungen und
Erzeugungsanlagen
Bei Steuersignal oder weiteren externen Ereignissen werden der Zeitpunkt
sowie der aktuelle Zählerstand festgehalten.
TAF 12 Prepaid-Tarif Es wird eine bestimme Energiemenge bereitgestellt und bei Überschreiten
bzw. einem denierten Schwellwert ein Signal an EMT und Kunde generiert.
TAF 13 Letztverbraucher-Visualisierung Alternative Bereitstellung der Messwerte an der WAN- anstatt der
HAN-Schnittstelle für die Visualisierung.
TABELLE 3
-
1
–
ÜBERSICHT ÜBER DIE ANWENDUNGSFÄLLE FÜR TARIFIERUNG,
BILANZIERUNG UND NETZZUSTANDSERHEBUNG, NACH [23]
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
26
Tarifanwendungsfälle und Kommunikationsszenarien
(siehe Tabelle 3-1)
[25]
[23]
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
27
ABBILDUNG 3
-
4
–
SCHEMATISCHER ABLAUF DES KOMMUNIKATIONSSZENARIOS ZUR
ETABLIERUNG EINES KANALS VON EINEM EMT ZU EINER FLEX
-
OPTION, NACH [23]
SMART METER
GATEWAY
1 Zertizierter externer Marktteilnehmer sendet an den Gateway Administrator (GWA) eine Kommunikationsanfrage zu einem Smart Meter Gateway (SMGW)
2 GWA sendet Wake-Up-Paket an SMGW
3 SMGW baut Kanal zu GWA auf
4 GWA parametriert SMGW gemäß Anforderungen des EMT
5 SMGW baut Kanal zu EMT (WAN) und Steuerbox (CLS Modul) auf
6 EMT sendet Schaltbefehl an CLS-Modul, welches die Flex-Option entsprechend schaltet
Externer Marktteilnehmer
schaltet bei abgebautem Kanal
Flex-Optionen
Elektro-
geräte
Heizung
Gateway
Administrator
CLS Modul
Elektro-
mobilität
Energie-
speicher
PV-
Anlage
1
42 3
5
6
6
5
1
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
28
Smart Meter Gateway Administrator
[7]
TABELLE 3
-
2
–
ANWENDUNGSFÄLLE DES SMGW
-
ADMINISTRATORS
NACH [26]
KATEGORIE BESCHREIBUNG
Dienste Zeitsynchronisation
Empfangen und Ausliefern von Messwerten
Empfang von SMGW-Alarmierungen und -Benachrichtigungen
Kommunikation zwischen EMT und CLS
Firmware-Download
Administration & Konguration Bereitstellung von Firmware-Updates
Prolverwaltung
Schlüssel- und Zertikationsmanagement
Versand Wake-up-Paket
Verwaltung des Verbraucher-Log
Bereitstellung der initialen Kongurationsdatei
Monitoring Auswerten von SMGW-Nachrichten
Lesen und Speichern des SMGW-Logs
Selbsttest des SMGW anstoßen
Führen des SMGW-Admin-Logs
Unterstützung der
Messwertverarbeitung
Empfangen und Ausliefern von tarierten Messwerten
Pseudonymisieren und Ausliefern von Netzzustandsdaten
Wechsel der Tarifstufen
Abruf von Messwerten im Bedarfsfall
Auslesen der Ist-Einspeisung
Fehlerbehandlung Eintrag in das SMGW-Admin-Log
Durchführung von Entstörungsmaßnahmen im Bedarfsfall
BREITBANDVERFÜGBARKEIT FÜR
HAUSHALTE IN DEUTSCHLAND
Laut dem aktuellen Bericht (Stand Mitte
2018) des TÜV Rheinland beläuft sich die
Breitbandverfügbarkeit für leitungsge-
bundene Technologien in Deutschland für
niedrigere Bandbreiten (bis 16 Mbit/s)
auf über 90 %. Auch für leitungsunge-
bundene Technologien besteht durch
LTENetze ein deutschlandweiter Abde-
ckungsgrad von 97 %. Für die Breitband-
verfügbarkeit der höchsten Bandbreite
(ab 50 Mbit/s) besteht in deutschen Städ-
ten ebenfalls eine sehr hohe Verfügbar-
keit, während in ländlichen Regionen nur
knapp die Hälfte aller Haushalte Zugri
hat. Der Abdeckungsgrad für Glasfaser-
netze hingegen beläuft sich deutschland-
weit auf nur 8,5 %. [28]
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
29
Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT)
(vgl. Abbildung 3-5)
ABBILDUNG 3
-
5
–
DARSTELLUNG DES BETRACHTUNGSBEREICHS UND
ANFORDERUNGEN AN DIE IKT
-
ANBINDUNG NACH [27]
BETRACHTUNGSBEREICH
FÜR IKTVARIATION
SMGW
Kommunikationsanbindung
— leistungsungebundene IKT
— leistungsgebundene IKT
Anforderungen an IKT
— Verfügbarkeit
— Datenübertragungsrate
— Bidirektionalität
— Echtzeitfähigkeit
Datenübertragung über Kommunikationsinfrastruktur Head-End-System
...
...
...
...
IKT-bedingte Variationen der Infrastruktur
IT-Infrastruktur EMT
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
30
(vgl. Tabelle 3-3)
WELTWEITER VERGLEICH DER LADEZEIT
MIT BREITBANDNETZ
Am Beispiel der benötigten Ladezeit für
einen Film mit HD-Qualität wurden in
einer Studie 159 Länder weltweit vergli-
chen, um Aussagen über die Geschwindig-
keit von Breitbandanschlüssen zu treen.
Demnach hinkt Deutschland mit einer
Dauer von fast einer Stunde (54 Minuten)
im Vergleich hinterher und landet auf
Platz 24. Die Top 3 (Singapur, Schweden,
Taiwan) benötigen für das gleiche Daten-
volumen unter einer halben Stunde, wobei
Streamer in Singapur mit nur 18 Minuten
die kürzeste Wartezeit in Anspruch neh-
men müssen. [29]
Buering:
DieDeutschenladenlänger
Benötigte Zeit in Minuten, um einen Film
mit HDQualität (7,5 GB) im Breitband-
netz zu laden im Jahr 2017
1. Singapur
2. Schweden
3. Taiwan
4. Dänemark
5. Niederlande
6. Litauen
7. Norwegen
8. Belgien
9. Hongkong
10. Schweiz
24. Deutschland
18:34
25:30
29:46
30:32
30:33
33:43
35:09
37:25
37:42
38:01
54:28
…
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
31
TABELLE 3
-
3
–
DARSTELLUNG VON VERSCHIEDENEN IKT
-
VARIANTEN
ZUR ANBINDUNG VON SMART METER GATEWAYS NACH [27]
ÜBERTRAGUNGSTECHNOLOGIE BREITBANDPOWERLINE (BBPLC)
Kategorie Leitungsgebundene Übertragungstechnologie
Datenübertragungsrate 1 Mbit/s bis 10 Mbit/s
Bidirektionalität Ja
Echtzeitfähigkeit Ja (nicht sichergestellt)
Vorteile Hohe Erstverfügbarkeit, leichte Erreichbarkeit der
Stromleitungen, geringer Verdrahtungsaufwand
Nachteile Shared-Medium-Charakter
ÜBERTRAGUNGSTECHNOLOGIE GLASFASERKABEL
Kategorie Leitungsgebundene Übertragungstechnologie
Datenübertragungsrate 100 Gbit/s
Bidirektionalität Ja
Echtzeitfähigkeit Ja
Vorteile Unempndlich gegenüber elektromagnetischen Störungen,
hohe Datenübertragungsrate
Nachteile Konfektionierungsaufwand, sehr hohe Anschaungskosten,
geringe Verfügbarkeit
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
32
ÜBERTRAGUNGSTECHNOLOGIE LONG TERM EVOLUTION (LTE)
Kategorie Leitungsungebundene Übertragungstechnologie
Datenübertragungsrate 300 Mbit/s
Bidirektionalität Ja
Echtzeitfähigkeit Ja
Vorteile Großächige Verfügbarkeit von Datenübertragungsraten
bis 50 Mbit/s (außerhalb von Gebäuden)
Nachteile Hohe Datenübertragungsraten nur in städtischen
Gebieten möglich
ÜBERTRAGUNGSTECHNOLOGIE SCHMALBANDPOWERLINE (NBPLC)
Kategorie Leitungsgebundene Übertragungstechnologie
Datenübertragungsrate Maximal 3 Mbit/s
Bidirektionalität Ja
Echtzeitfähigkeit Aufgrund hoher Latenzzeiten nicht sichergestellt
Vorteile Hohe Verfügbarkeit, geringer Verdrahtungsaufwand
Nachteile Shared Medium Charakter, hohe Störanfälligkeit aufgrund
elektromagnetischer Interferenzen
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
33
BBPLC NBPLC GLASFASERKABEL LTE
Verfügbarkeit
sehr gut schlecht schlecht gut
Bidirektionalität
erfüllt erfüllt erfüllt erfüllt
Daten -
übertragungs rate
gering sehr gering sehr hoch hoch
Echtzeitfähigkeit
erfüllt nicht erfüllt erfüllt erfüllt
Investitionsbedarf
Infrastruktur
mittel mittel hoch gering
TABELLE 34
–
QUALITATIVE GEGENÜBERSTELLUNG VON AUSGEWÄHLTEN IKTVARIANTEN NACH [27] UND [6]
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.2 STEUERBOX IM FELDVERSUCH
34
3.3 SICHERHEITSASPEKTE
UND DATENSCHUTZ
Technische
Richtlinien
BSI TR-03109
BSI TR-03109-TS-1
Testspezifikation
Smart Meter Gateway (SMGW)
BSI TR-03109-TS-2
Testspezifikation
Sicherheitsmodul für SMGW
BSI TR-03109-TS-5
Testspezifikation
Kommunikationsadapter
BSI TR-03109-1
Technische Richtlinie
Smart Meter Gateway (SMGW)
BSI TR-03109-2
Technische Richtlinie
Sicherheitsmodul für SMGW
BSI TR-03109-3
Technische Richtlinie
Kryptografische Vorgaben
BSI TR-03109-4
Technische Richtlinie
Public-Key-Infrastruktur für SMGW
BSI TR-03109-5
Technische Richtlinie
Kommunikationsadapter
BSI TR-03109-6
Technische Richtlinie
SMGW-Administration
ABBILDUNG 3
-
6
–
TECHNISCHE RICHTLINIEN FÜR SMGW MACH [30]
ITSICHERHEIT
Zur Absicherung und Verschlüsselung
der Daten im SMGW wurden durch das
BSI nach eigenen Angaben die „besten
heute bekannten Algorithmen“ verwen-
det und auch die zukünftige Entwicklung
der Rechenleistung berücksichtigt. Auf-
grund der schweren Vorhersagbarkeit
kryptograscher Entwicklungen weist
die Behörde jedoch darauf hin, dass die
technische Richtlinie nur bis Ende 2024
gilt [32]. Beispiel: Für die in der asym-
metrischen Verschlüsselung benötigten
(privaten) Schlüssel mit 256 Bit Länge
existieren 2
256
oder 1,16*10
77
verschiedene
Kombinationsmöglichkeiten. Die Wahr-
scheinlichkeit, zufällig den richtigen
Schlüs sel zu erraten, um unerlaubt an
d
ie ausgetauschten Informationen zu
gelangen,
ist demnach damit vergleich-
bar, im
uns bekannten Universum ein
spezielles (einzigartiges) Atom zu nden.
Selbst ein Supercomputer würde für eine
einzige Information Millionen von Jahren
benötigen, diese zu entschlüsseln. Andere
Schwachstellen im System (Implemen-
tierungsfehler oder der Faktor Mensch)
sind daher ein viel einfacheres Ziel, die
neue Infrastruktur zu kompromittieren.
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.3 SICHERHEITSASPEKTE UND
DATENSCHUTZ
35
Sicherheitsmechanismen bei der Kommunikation
über das WAN
[31]
3 TECHNISCHE GRUNDLAGEN
3.3 SICHERHEITSASPEKTE UND
DATENSCHUTZ
36
[33]
[34] und die
[35]
t
Sicherheitsmechanismen bei der Kommunikation
über das HAN
[38]
[33]
BEKANNTE CYBERANGRIFFE AUF
KRITISCHE INFRASTRUKTUR
International ist das Energiesystem regel-
mäßig das Ziel von CyberAngrien. Die
nachfolgenden Beispiele wurden inter-
national bekannt:
-
Ukraine 2015:
Unbekannte Hacker-
gruppe greift in die Netzleittechnik
eines Netzbetreibers ein und kop-
pelt mehrere Umspannstationen
aus. Der Zugang erfolgte durch
Phishing-Mails und manipulierte
Dokumente. Scha den: dreistündiger
Stromausfall und beschädigte/zer-
störte Netzbetriebsmittel.
-
Niederlande 2012: Ein 17-jähriger
Hacker erlangt Zugri auf Hunderte
Server eines Telekommunikationsun-
ternehmens, welche u. a. für Smart-
Meter-Dienste eingesetzt wurden.
Schaden: Veröentlichung sensibler
Informationen, Image des Unterneh-
mens und Strafzahlungen in Höhe
von 364.000 Euro.
-
Iran 2010: Die iranische Uranan-
reicherungsanlage in Natanz wird
durch den Computerwurm Stuxnet
inziert und erlangt Zugri auf
das SCADA-System des Herstellers
sowie auf die Steuerung von Fre-
q
uenzumrichtern. Schaden: Zerstö-