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Berlin löst die bisherige Tonfrequenz-Rundsteuerung ab, um dezentrale Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen zu steuern. Zum Einsatz kommt der von Bosch Software Innovations entwickelte StromPager. Er nutzt das Funkrufnetz, über das auch Polizei und Feuerwehr kommunizieren.
In Deutschland werden Erzeugungsanlagen und Verbrauchseinrichtungen derzeit meistens mittels elektronischer Funkrundsteuertechnik oder per Tonfrequenz- Rundsteuerung (TFR) gesteuert. Insbesondere die seit vielen Jahren im Einsatz befindlichen TFR-Sende- und Empfangsgeräte erreichen nun das Ende ihrer Lebensdauer. Dies galt auch für die von Stromnetz Berlin genutzte TFR-Infrastruktur. Daher suchte der Berliner Verteilnetzbetreiber nach neuen Wegen, um auch die zukünftigen Anforderungen eines Smart Grid in Berlin zu erfüllen. Gemeinsam mit dem öffentlichen Mobilfunknetzbetreiber e*- Message und Bosch Software Innovations wurde der StromPager entwickelt und in Betrieb genommen – die Premiere für eine neuartige funkbasierte, digitale Steuerung des Stromnetzes. Die Lösung – bestehend aus speziellen Empfängermodulen, einer IT-Plattform und Software – kommuniziert über ein Funkrufnetz, das auch Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) unter dem Namen Pagerfunk nutzen. Seit der Inbetriebnahme im Herbst 2014 sollen sukzessive alle Bestandsanlagen des Berliner Netzbetreibers (Last und Erzeugung) mit dem StromPager gesteuert werden: Nachtspeicheröfen, Wärmepumpen, Ladesäulen für E-Fahrzeuge, Erzeugungsanlagen gemäß §11 EEG und nicht-öffentliche Beleuchtung.

StromPager

„Die neue Generation der Rundsteuertechnik per StromPager bringt dabei alle Voraussetzungen mit, um Netzbetreibern die Kontrolle über ihre Energieerzeugungs- und Verbrauchsanlagen zu geben“, erläutert Matthias Gutschmidt, der bei Bosch Software Innovations als Produktmanager für das komplette Metering-Portfolio maßgeblich an der Entwicklung des StromPagers beteiligt war. Zur Steuerung der Anlagen dient ein Funkrundsteuerempfänger, der kostengünstig und mit geringem Aufwand nicht nur in Energieerzeugungsanlagen, sondern auch in regulierbare Verbrauchsgeräte integriert werden kann. Der Funk sorgt für einen automatisierten, zielgenauen Zugriff auf die dezentralen Anlagen. Die Technologie biete so unabhängig vom Ausbau der DSL- oder Mobilfunkinfrastruktur die Möglichkeit, zum Beispiel Windkraft- und PV-Anlagen, Wärmepumpen und Ladestationen für Elektroautos oder sogar Beleuchtungseinheiten in städtischen und ländlichen Räumen intelligent zu vernetzen und bedarfsgerecht zu steuern, führt Gutschmidt aus. Und das gelte im engsten Wortsinn, denn während TFR und Funksteuertechnik nur eine ad-hoc-Steuerung mit den beiden Optionen „an“ oder „aus“ erlauben, könnten Netzbetreiber mit dem neuen StromPager ihre Anlagen gestaffelt, stufenweise und zeitverschoben regeln.

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Mit dem StromPager tragen wir zu einer deutlichen Verringerung des Risikos von Stromausfällen im Berliner Netz bei. Auch können wir jetzt gezielt auf einzelne Anlagen oder auf ganze Gruppen von Anlagen in einer Straße oder einem ganzen Stadtbezirk steuernd zugreifen.

Thomas Schäfer, Vorsitzender der Geschäftsführung, Stromnetz Berlin GmbH

Mit dem StromPager lassen sich in Berlin heute Gruppen und Einzelempfänger stufenweise ad-hoc, zeitverschoben und über Fahrpläne regulieren. Teilweise haben die Anlagen feste Vorgaben für die Schaltzeiten, teilweise täglich wechselnde. Anlagen mit festen Schaltzeiten werden ideal über definierte Fahrpläne gesteuert. Fernparametrierung sorgt dafür, dass Anlagen wie Nachtspeicheröfen effizient etwa mit täglich wechselnden Schaltzeiten je nach Wetterlage geregelt werden. Innerhalb von Sekunden kann auch sichergestellt werden, dass Einspeiser im Bedarfsfall gedrosselt oder abgeschaltet werden und das Netz stabilisiert wird.

Sicheres Schalten

Die Übertragung der Schaltbefehle orientiert sich an den Anforderungen des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI). Sie ist manipulations- sowie ausfallsicher. Die Funktechnologie nutzt ein eigenes Datenformat, welches Stromnetz Berlin zusammen mit e*Message entwickelt hat. Das Sicherheitskonzept beinhaltet die Signierung der Steuerbefehle mit Kryptografieverfahren, die das BSI in der Technischen Richtlinie zum Messsystem (BSI TR-03116-3) vorgibt, Sequenznummernfolgen und Zeitfenster für den Befehlsempfang sowie ein redundantes Architekturkonzept mit Authentifizierungsmechanismen für Systemzugriffe. Die neue Technologie soll quasi alle im alten Funksteuersystem relevanten Risiken ausschließen.

Das Funkrufnetz existiert seit Jahren und wird auch für Alarmierungs- und Benachrichtigungsdienste von Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) genutzt. 800 Sendestandorte mit entsprechender Sendeleistung (100 WErP) für den Pagerfunk in Deutschland garantieren hohe Flächenabdeckung (99,9 Prozent). Dank Gleichwellentechnik ist die Netzstruktur überlappend und daher ausfallsicher angelegt. „Befehle oder Anfragen an eine unbegrenzte und geographisch weit verteilte Anzahl von Anlagen lassen sich mit dem bundesweit flächendeckend verfügbaren Sicherheitsfunknetz innerhalb von zwei bis fünf Minuten problemlos umsetzen“, ergänzt Matthias Gutschmidt. Die Steuerung erfolgt über einen günstigen Frequenzbereich für die Versorgung in Gebäuden (UHF/70cm). Die Funkwellen durchdringen sehr dicke Wände, so dass auch Empfänger, die im Keller angebracht sind, erreicht werden.

Software statt Kupfer

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Verbrauchsanlagen lassen sich individuell konfigurieren und nach Fahrplänen automatisiert steuern.

Die Entscheidung, in diese Software zu investieren, hat sich bei Stromnetz Berlin auch unter betriebswirtschaftlichen Aspekten ausgezahlt. Der StromPager zeichnet sich durch vergleichsweise geringe Kosten für die Anschaffung und Integration der Empfänger in die jeweiligen Anlagen aus. Auch die Betriebs- und Instandhaltungskosten für die IT-Infrastruktur seien gegenüber den teuren Anlagen der Tonrundsteuerung moderat, betonen die Projektpartner. Die Empfänger sind platzsparend im Zählerschrank untergebracht, ihre Parametrierung kann kostengünstig per Fernwartung erfolgen.

Potenziale für den Netzbetrieb

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) veröffentlichte im Februar die Eckpunkte für das Verordnungspaket „Intelligente Netze“. Demnach sollen intelligente Messsysteme ab 2017 schrittweise eingeführt werden. Bei Stromnetz Berlin, e*message und Bosch Software Innovations ist man überzeugt, dass der StromPager diese ergänzen kann, so dass weitergehende Anwendungen und Szenarien, die heute noch nicht möglich sind, umsetzbar werden. Die gezielte Steuerung von Ladesäulen für Elektrofahrzeuge oder die individuelle, wetterabhängige Konfiguration von Beleuchtungsanlagen sind Beispiele für die Potenziale, die man in der neuen Technologie sieht. Die Rollout-Verordnung formuliert zudem klare Richtlinien, welche Anwendungsfälle für den Einsatz von Smart Meter Gateways und einer angeschlossenen Steuerbox vorgesehen sind. EEG-Anlagen mit installierter Leistung im Bereich von 0,8 bis 7 KW sowie Verbrauchsanlagen mit durchschnittlichem Jahresverbrauchs unterhalb von 6.000 KWh klammert die Verordnung jedoch bis auf Weiteres aus. Matthias Gutschmidt meint: „Netzbetreiber können davon profitieren, wenn sie auch EEG-Anlagen unterhalb dieser Verbrauchsgrenze mit dem StromPager steuern. Aufgrund der kumulativen Leistung dezentraler EEG-Anlagen, die häufig unter der 6.000-KWh-Grenze liegen, erzielen die Netzbetreiber durch das intelligente Schalten dieser Geräte für netzdienliche Zwecke oder in netzkritischen Zuständen im Handumdrehen positive Effekte.“

Kontakt:
Bosch Software Innovations GmbH,
Matthias Gutschmidt, 10785 Berlin,
Tel. +49 (0) 30-726 112-0, energy@bosch-si.com

Bilder: Sean Pavone/iStock, GeorgHH/Wikipedia