Normungsroadmap E-Energy / Smart Grids 2.0

Normungsroadmap E-Energy / Smart Grids 2.0

Herausgeber:
Verband der Elektrotechnik
Impressum:
Konzeption & Realisierung:
Elektronik Informationstechnik e. V.
VDE VERLAG GMBH · Berlin · Offenbach
als Träger der
Druck: H. Heenemann GmbH & Co., Berlin
Deutsche Kommission
Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik
im DIN und VDE
Stresemannallee 15 (VDE-Haus)
60596 Frankfurt am Main
Telefon: +49 69 6308-0
Telefax: +49 69 6308-9863
E-Mail: [email protected]
Internet: www.dke.de
Printet in Germany
auf dem Prüfstein. Ich bin gespannt auf die Ergebnisse, die meine Experten für Anfang 2013
erwarten.
Wie die Erkenntnisse aus solchen Projekten
nachhaltig verwertet und in einen Technologievorsprung umgesetzt werden können, zeigt das
Kompetenzzentrum Normung E-Energy/Smart
Grid. Dieses Gremium bildet die Brücke von
der Forschung hin zur praktischen Anwendung.
Hier werden die Ergebnisse in Normen überführt und weiterverwertet. Auf Basis solcher
Normen können wiederum neue Geschäfts­
Grußwort
modelle entstehen. Der Kreis schließt sich,
wenn dadurch weitere Ideen und Innovationen
angestoßen werden, die unsere wirtschaftliche
von Dr. Philipp Rösler
Bundesminister für Wirtschaft
und Technologie zur deutschen
Normungsroadmap
E-Energy / Smart Grids 2.0
und technologische Wettbewerbsfähigkeit er-
Der Umbau der Energieversorgung hat zuletzt
Schritte auf. Besonders freut mich, dass hier-
deutlich an Tempo zugelegt: Wir erleben einen
bei sowohl Beiträge aus der Begleitforschung
rasanten Ausbau insbesondere von Photovol-
als auch aus den E-Energy-Projekten und dem
taik- und Windenergieanlagen. Der so erzeug-
Kompetenzzentrum Normung E-Energy/Smart
te Strom wird vor allem auf lokaler Ebene ein-
Grid berücksichtigt werden konnten.
gespeist und führt so zu völlig neuen Lastflüs-
Alle Anregungen fließen jetzt in die Netzplatt-
sen im Netz. Das stellt die betroffenen Strom-
form des Bundesministeriums für Wirtschaft und
netzbetreiber vor große Herausforderungen.
Technologie ein. 2013 soll hier unter Einbin-
Die intelligente, IKT-basierte Steuerung der lo-
dung der Energiewirtschaft, der IKT-Branche
kalen Netze kann einen wichtigen Beitrag zur
und der Verbraucherseite der weitere Fahr­­plan
Bewältigung dieser schwierigen Aufgabe leis-
zum Auf- und Ausbau intelligenter Netze erstellt
ten. Deshalb ist mir wichtig, die Grundlagenfor-
werden. Auch die Normung kann hierzu einen
schung auf diesem Gebiet konsequent weiter
wesentlichen Beitrag leisten. Die vorliegende
voranzutreiben. Dazu gehören die vom Bun-
Normungsroadmap E-Energy / Smart Grids 2.0
desministerium für Wirtschaft und Technologie
ist dafür eine hervorragende Grundlage.
höhen.
Die zweite Version der deutschen Normungsroadmap E-Energy/Smart Grids stellt nicht nur
die Entwicklungen im Bereich intelligente Netze dar, sondern zeigt auch mögliche nächste
in Kooperation mit dem Bundesministerium für
Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
Ihr
ge­­förderten Modellregionen, in denen entsprechen­de Methoden in der Realität erprobt wurden. Neben der Integration der Technik stand
dabei auch die Akzeptanz in der Bevölkerung
1
durch die Stilllegung von Kernkraftwerken, hat
sig­nifikanten Einfluss auf die Netzstabilität. Die
Schwungmassen der großen konventionellen
Kraftwerksblöcke mit um die 1 000 MW Leistung sind ideale Energiespeicher für den Ausgleich
von
kurzfristig
auftretenden
Netz­
störungen oder Verbrauchsspitzen. Solche
Schwung­massen sind perspektivisch nur durch
neue Technologien im Erzeugungsbereich und
durch Smart-Grid-Anwendungen zu ersetzen.
Die Energiewende und in ihrem Gefolge das
Smart Grid bedeuten eine Abkehr von der bewährten Einbahnstraße der elektrischen Ener-
Vorwort
gie zwischen wenigen Erzeugern und vielen
Verbrauchern über die dazwischenliegende,
streng hierarchische Netzstruktur. War die Nut-
2
„Der Strom kommt aus der Steckdose“, mit
zung von elektrischer Energie bislang zwar de-
praktisch unendlich hoher Verfügbarkeit, im-
zentral, aber im Wesentlichen als Verteilungs-
mer gleicher Qualität und verlässlicher Nut-
baum struk­turiert, so erzwingt die Energiewen-
zungssicherheit! Diese Eigenschaften der
de nun eine Graphenstruktur durch die zusätz-
elektrischen Energie waren bisher unbestritte-
liche Dezentralisierung der Erzeugung (z. B.
ne Vorgaben, an denen sich die Planung und
Photovoltaik, Wind) und die Alternative einer
der Betrieb von elektrischen Energiesystemen
lokalen Nutzung der lokal erzeugten elektri-
ausrichteten. Die Energiewende, so die war-
schen Energie. Es leuchtet ein, dass die Be-
nenden Stimmen in Medien, Politik und Wis-
triebsführung eines solch hochgradig ver-
senschaft, wird dieses Szenario grundlegend
maschten Graphen sehr viel komplexer sein
ändern. Die (sogenannten) erneuerbaren Ener-
wird als die Betriebsführung eines traditionel-
gien, der Wind und die Sonneneinstrahlung,
len Verteilungsbaums. Oder: Mit Hierarchien
sind volatil, während bedarfsgerechte, leis­tungs­
kennt sich der Mensch seit Urzeiten aus. Fla-
­fähige Speicher erst mittelfristig technologisch
che, vermaschte Strukturen zu beherrschen,
und wirtschaftlich darstellbar er­schei­­nen. Die
ist für ihn schwieriger.
Biomasse, als Energieträger eingesetzt, ist zwar
Die im Smart Grid vorgesehene gezielte Beein-
einfach speicherbar, steht aber im Spannungs-
flussung der Energienutzer führt zu einer un-
feld von „Teller, Trog und Tank“. Die aktuell glo-
verzichtbaren, systemkritischen Rol­­le der Infor-
bale Missernte bei Mais und der anziehende
mationsverarbeitung als Mittel der Systemfüh-
Einsatz von Bio-Treibstoff scheinen schon jetzt
rung. Erzeuger und Nutzer der elektrischen
Einfluss auf weltweite Preiserhöhungen bei Ge-
Energie in einem Smart Grid müssen miteinan-
treide aller Art bis hin zur Nahrungssituation in
der kommunizieren können, und dies, wenn
Afrika zu haben.
möglich, über ein öffentliches Netz wie etwa
Der zunehmende Verlust von ausreichend leis-
das Internet. Die dadurch entstehenden Fra-
tungsfähiger und schnell aktivierbarer Speicher­
gen der Schnittstellen, des Datenschutzes oder
kapazität in den Stromnetzen, unter anderem
der Reaktion in Echtzeit müssen gelöst wer-
Vorwort
den. Allerdings zeichnet sich im Hinblick auf
als Use Cases bezeichnet werden. Neben diver­
die Gebäude und Haushalte durch verbesser-
sen Beschreibungs-Vorlagen für die Normungs­
te Bauweisen, ausgeklügelte Systeme und al-
gremien werden strukturierte Ablage- und Such­
ternative Energiequellen eine Veränderung auf
funktionen für Use Cases in einer Online-Da-
der Verbraucherseite ab. Weniger überdimen-
tenbank bereitgestellt Diese Methodik hat erste
sionierte, energieeffiziente Anlagen reduzieren
Bewährungsproben im internationalen Informa­
die Möglichkeit, mit relativ einfachen Mitteln
tionsaustausch zwischen den Nor­
mungs­
gre­
Flexibilitäten wie Lastreduzierungen oder Last-
mien bereits bestanden und unterstützt das
verschiebungen ohne Komforteinbußen zur
Ziel, durch internationale Normung und Stan-
Verfügung zu stellen. Gerade vor diesem Hin-
dardisierung eine solide Basis für den Auf- und
tergrund sehen die Experten der E-Energy-
Ausbau von Smart Grids zu schaffen.
1
Projekte die Notwendigkeit, ein automatisier-
Dies ist auch ein gewichtiges europäisches
tes Energiemanagement auf Nutzerseite indi-
Anliegen, da über den europäischen Energie-
rekt mit dem Energiemarkt zu verbinden. Ag-
verbund sehr unterschiedliche Energiemärkte
gregierte Flexibiltäten können dann zum Vorteil
und Energiegesetze verkoppelt sind. Eine glo-
der Kunden und des Energiemarkts sowie der
bal internationale Normung und Standardisie-
Netzführung genutzt werden.
rung von Smart Grids sorgt für einheitliche und
Bei der Planung, Errichtung und dem Betrieb
breit abgesicherte Vorgehensweisen, Produkte
solcher neuen Energie- und Informationsstruk-
und Schnittstellen.
turen spielen Normung und Standardisierung
Für die engagierte Mitarbeit möchte ich allen
eine gewichtige Rolle. Existierende Normen und
beteiligten technischen Experten innerhalb
Spezifikationen aus ganz unterschiedlichen
und außerhalb der Normungsgremien herzlich
Tech­nologiegebieten müssen zusammen­ge­
danken und hoffe weiterhin auf ihre tatkräftige
führt, auf Kompa­tibilität untersucht und inter-
Unterstützung. Die Zusammenarbeit von Fach-
disziplinär an­ge­wendet werden. Aufgrund neu-
leuten aus verschiedenen Branchen und Fach-
er Markt­anforderungen entstehen neue Funk­
kreisen – insbesondere auch in Verbindung mit
tio­
nalitäten und Schnittstellen, die zu neuen
Forschung und Wissenschaft wie auch den E-
Normen und Spezifikationen führen werden.
Energy-Projekten – ist gerade bei diesem kom-
Dies gilt nicht zuletzt für den Bereich der Ergo-
plexen und weitreichenden Thema von außer-
nomie, die Fachleuten und Laien gleicherma-
ordentlicher Bedeutung.
ßen als Systemnutzer einen Zugang zu den Op­
timierungsaufgaben bieten muss. Eine wich­tige
Rolle für die vom Menschen zu leistende Spezifikation von Funktionen und Schnittstellen
spielt in der vorliegenden Roadmap die Metho-
Ihr
dik der Anwendungsfälle, die – aus dem Engli-
Wolfgang Hofheinz
schen kommend – auch bei uns häufig schon
DKE-Vorsitzender
1
E-Energy-Projekt, Link: http://www.e-energy.de/
3
Inhalt
Grußwort ..........................................................................................................................................1
Vorwort
..........................................................................................................................................2
Executive Summary............................................................................................................................6
1.
Rahmenbedingungen, Status der Gremienarbeit und Netzwerke....................................9
1.1
Politische Rahmenbedingungen.....................................................................................10
1.2
Förderprogramm „E-Energy – IKT-basiertes Energiesystem der Zukunft“.....................13
1.3
Das DKE-Kompetenzzentrum „Normung E-Energy / Smart Grid“ .................................17
1.4
Europäische und internationale Normungsaktivitäten....................................................29
1.4.1
Europäische Normungsaktivitäten..................................................................................29
1.4.2
Internationale Normungsaktivitäten................................................................................32
1.5
Weitere nationale Normungsroadmaps mit Bezug zu Smart Grid..................................34
1.5.1
Normungsroadmap AAL – Ambient Assisted Living .....................................................34
1.5.2
Deutsche Normungsroadmap Elektromobilität 2.0.........................................................35
2.
Systematischer Normungsprozess und Anwendungsfälle (Use Cases)........................36
3.Profilierung......................................................................................................................42
3.1
Use Cases und Prozesse................................................................................................42
3.2
Prozesse und Profilierung von Normen...........................................................................43
4.
SGIS – Smart-Grid-Informationssicherheit......................................................................48
4.1
SGIS – Einleitung............................................................................................................48
4.2
SGIS – Grundlegende Anforderungen............................................................................48
4.3SGIS-Normungslandschaft.............................................................................................49
4.4SGIS-Schlüsselelemente.................................................................................................51
4
4.4.1
Smart-Grid-Architekturmodell (SGAM).......................................................................... 51
4.5
Die SGIS-Toolbox............................................................................................................52
4.6
Zusammenfassung der SGIS-Ergebnisse......................................................................53
5.
Anwendungsfälle / Use Cases im Smart Grid.................................................................55
5.1
Beispiel-Anwendungsfälle der Working Group Sustainable Processes....................... 55
5.2
Beispiel-Anwendungsfälle Flexibilität.............................................................................57
5.3
Beispiele Generischer SGIS-Anwendungsfälle..............................................................59
5.4
Beispiel-Anwendungsfälle – Netzintegration Elektromobilität.........................................60
5.5
Von der Vision zur Realisierung – Anwendungsfälle.......................................................61
Inhalt
5.5.1 Das Zusammenwirken von Markt und Netz – „Ampelkonzept“ als
Konzept und Use Cases.................................................................................................61
5.5.2 Übertragungsnetz / Hybridnetz......................................................................................63
6. Ausblick..........................................................................................................................66
Anhang
........................................................................................................................................68
Smart-Grid-Forschung und Best Practice........................................................................................68
Normungsprojekte............................................................................................................................74
Empfehlungen der deutschen Normungsroadmap E-Energy / Smart Grid 1.0...............................74
Abkürzungsverzeichnis....................................................................................................................75
Autoren
........................................................................................................................................78
Termine und Internetlinks ................................................................................................................79
Vergleich verschiedener Untersuchungen zur Smart-Grid-Normung .............................................80
5
Executive Summary
Die Versorgung der Kunden mit Energie ist
in komplexen Systemen Rechnung trägt. We-
nach wie vor ein Hauptthema der politischen
sentlich ist dabei die Integration von unter-
Agenda. Mit der in Deutschland eingeleiteten
schiedlichsten Teil­gebieten und den entspre-
Energiewende sollen unterschiedlichste Ziele,
chenden betroffenen Fachkreisen. Dies gelingt
wie Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit,
über die Ausrichtung der Aktivitäten auf die
Klimaschutz und die Umstellung auf erneuer-
gewünschten oder geforderten Dienste, die
bare Energien, gleichzeitig erfüllt werden. Da-
das komplexe System Smart Grid anbieten
bei spielt das Smart Grid, die Verbindung von
soll. Auf der Basis dieser Dienste oder Funktio-
Energietechnik mit Informations- und Kommu-
nen untersucht man mithilfe eines generischen
nikationstechnologien (IKT), eine entscheiden-
Modells (Smart Grid Architecture Model –
de Rolle. Die Normung wiederum ist eine not-
SGAM) die Umsetzungsmöglichkeiten. Durch
wendige Voraussetzung für die technische Um-
die Beschreibung der Dienste und die zuneh-
setzung und Investitionssicherheit in diesem
mende Detaillierung in Anwendungsfällen, so-
Bereich. Die Normungsroadmap 1.0 hat neben
genannten Use Cases, auf Funktions-, Informa-
der Darstellung des Status quo in den entspre-
tions-, Kommunikations- und Komponentenebe­
chenden Feldern auch schon deutlich auf die
ne, schafft man die Voraussetzung, dass die
Besonderheiten der Smart-Grid-Normung hin­
-
un­terschiedlichsten beteiligten Normungsgre-
2
gewiesen . Hierzu gehören die Vielzahl der Ak-
mien zusammen an einem gemeinsamen Ziel
teure, der regionalen und internationalen Akti-
arbeiten – der Realisierung der gewünschten
vitäten sowie die enorme Geschwindigkeit der
Dienste und Funktionen. Dieses Verfahren ge-
Entwicklung. Viele dieser Besonderheiten sind
währleistet nicht nur eine kohärente Normungs-
mittlerweile durch die Aktivitäten des Kompe-
arbeit, es liefert zudem die notwendige Grund-
tenzzentrums „Normung E-Energy / Smart Grid“
lage für ein gemeinsames Verständnis und die
in der DKE Deutsche Kommission Elektrotech-
Konsensbildung zwischen allen Parteien. Zu-
nik Elektronik Informationstechnik im DIN und
dem ist es gelungen, die Sammlung der grund-
VDE adressiert. Die wesentlichen Ergebnisse
legenden Dienste und Funktionen weit über
und Fortschritte sollen in der vorliegenden Nor-
den etablierten Teilnehmerkreis der Normung
mungsroadmap 2.0 dargestellt werden.
hinaus zu öffnen. Über offen zugängliche Web-
Hervorzuheben ist, dass in den letzten Jah­ren
2.0-Portale3 können grundsätzlich alle Interes-
im Zusammenhang mit den Normungsaktivitä-
sierten an den Grundlagen der Normung teilha-
ten im Bereich Smart Grid eine neue Herange-
ben und mit­ar­beiten.
hensweise an die Normung an sich etabliert
wurde, die den vielfältigen Herausforderungen
2
6
Link dt. Normungsroadmap E-Energy/Smart Grid 1.0: http://
www.dke.de/de/infocenter/Seiten/ArtikelDetails.aspx?
eslShopItemID=35380119-4346-4335-b5f1-8d77d9c6a853
3
UCMR Use Case Management Repository, Read-Only-Zugang
zum UCMR: https://usecases.dke.de/sandbox/, Zugang:
LookatMe, Passwort: LookatMe
Executive Summary
Blick in die Zukunft
nischen Details den etablierten Normungsgre-
Der Fokus der vorliegenden Roadmap 2.0 liegt
mien zu überlassen. Durch das oben beschrie-
auf der Beschreibung dieser Methodik in Kapi-
bene Vorgehen kann die Basis für Konsensbil-
tel 2 und der wesentlichen Anwendungsfälle
dung auch bei sehr unterschiedlichen Interes-
(Use Cases) in Kapitel 3. Durch die Festlegung
sengruppen gewahrt werden.
dieser Anwendungsfälle werden die Normungs­
Die in dieser Roadmap 2.0 dargestellten Er-
aktivitäten explizit priorisiert. In diesem Sinne
gebnisse zeugen von einem enormen Erfolg
stellt die Liste der Use Cases eine Roadmap
der deutschen Aktivitäten, die erfolgreich eige-
der Normungstätigkeiten in den kommenden
ne Ideen in die europäische und internationale
Jahren dar und wird im weiteren Prozess immer
Arbeit einbringen konnten. Vice versa wurde
wieder ergänzt und aktualisiert.
die nationale Gremienarbeit durch die Diskus-
Die hier entwickelten Verfahren werden schon
sionen und den Austausch auf diesen Ebenen
heute in vergleichbar komplexen Aufgaben­
bereichert. Doch gerade heute sind die Akteu-
stel­lungen genutzt. Dabei geht es immer um
re verstärkt auf die Mitarbeit von Industrie, Poli-
die gemeinsame Erarbeitung von Themen wie
tik sowie der gesamten Öffentlichkeit angewie-
Definitionen von Anforderungen für Anwendun-
sen. Die gestarteten Arbeiten müssen stärker
gen (Requirements), Komplexitätsreduktion, ge­
detailliert und in bestehenden Gremien umge-
meinsames Verständnis und Konsensbildung,
setzt werden. Dabei gilt nach wie vor, dass
also die Grundfesten der Normung an sich.
eine Vielzahl an notwendigen Normen bereits
Erste Umsetzungen bestehen zum Beispiel in
existiert. Im Bereich der Energie-, Industrie-
den Feldern E-Mobility, Ambient Assisted Li-
und Gebäudeautomatisierung bestehen inter-
ving (AAL) und Smart Home. Auch auf europä-
national anerkannte Normen. Diese müssen
ischer und internationaler Ebene haben die
entsprechend beachtet, genutzt und bekannt
deutschen Arbeiten großen Anklang gefunden.
gemacht werden. Zur Umsetzung der verblei-
So folgen sowohl die Aktivitäten zur Umset-
benden Ziele ist eine verstärkte Mitarbeit auf
zung des Smart-Grid-Normungsmandats M/490
nationaler und internationaler Ebene notwen-
der EU-Kommission als auch die Tätigkeiten
dig. Deutsche Unternehmen sollten sich des-
auf IEC-Ebene der dargestellten Methodik.
halb intensiver in die deutsche, europäische
Eine besondere Aufgabe stellen die sowohl auf
und die internationale Normung einbringen.
nationaler als auch auf regionaler Ebene statt-
Zu Beginn werden aktuelle Entwicklungen im
findenden Regulierungsanstren­
gungen dar.
Smart-Grid-Zusammenhang als Bericht zu-
Die­
se beschränken sich im Gegensatz zum
sammenfassend dargestellt: Rahmenbedin-
4
bewährten, sogenannten New-Approach teil-
gungen, die nationale, europäische und inter-
weise nicht auf die grundlegende Definition
nationale Gremienarbeit sowie kurz der Zu-
wesentlicher Anforderungen, sondern machen
sammenhang mit angrenzenden Themen. In
detaillierte Vorgaben. Hier empfiehlt sich der
diesem Dokument kann die Berichterstattung
bewährte Ansatz, die Ausformulierung der tech­
nur als Überblick erfolgen. Bei weitergehendem Interesse sei auf die angeführten Unterla-
4
Auf europäischer Ebene hat der New Approach ein erfolgreiches Zusammenspiel von Normung und Ge­setzgebung
etabliert, so dass seitens des Gesetzgebers mittels Richtlinien
Anforderungen festgelegt werden, deren Umsetzung durch
europäische Normen erfolgt. Modifiziert wurde der New
Approach durch das New Legislative Framework (NLF).
gen und die Gremien selber verwiesen. Aufgrund der Vielzahl an Aktivitäten wurde eine
Übersicht, die keine Anspruch auf Vollständigkeit erhebt, als hilfreich angesehen.
7
8
1. Rahmenbedingungen, Status der
Gremienarbeit und Netzwerke
Die deutsche Normungsroadmap „E-Energy /
Rahmen eines Projekts ein Online-Tool zur Be-
Smart Grid“ der DKE spiegelt in ihrer neuen
schreibung von Use Cases in Normungsgremi-
Ausgabe 2.0 und mit ihrem neuen Aufbau die
en. Diese Klassifizierung von Use Cases zur
Veränderungen und vielfältigen Entwicklungen
Beschreibung von Anwendungen und Anforde­
der letzten Zeit wider. Die zunehmende Kom-
rungen wurde bereits bei dem weitestgehend
plexität ist nur ein Teil der Veränderungen. Kla-
abgeschlossenen
rer umrissen sind nun die Felder, in denen zu-
durch die Smart Meter Coordination Group5 er-
vor völlig individuell agierende Bereiche mitei-
folgreich angewendet.
nander zusammenarbeiten. Die Spieler in die-
Die Bedeutung, die den Use Cases seitens der
sem neu definierten Spielfeld haben sich nicht
Experten nicht nur für das Thema Smart Grid
nur Gedanken über ihre Rollen und das mögli-
zugeschrieben wird, spiegelt sich in dieser
che Zusammenspiel gemacht, sondern auch
Version der Roadmap 2.0 entsprechend wider.
Regeln und Werkzeuge entwickelt, bis hin zu
Dabei orientiert sich die neue Ausgabe an den
Architekturmodellen, die genug Flexibilität bie-
aktuellen normungsrelevanten Entwicklungen
ten, um auch über Jahre aktuell zu bleiben. Bei
auf nationaler wie internationaler Ebene und
der Entwicklung der Roadmap 2.0 wurde klar,
streift auch Grenzgebiete, wie zum Beispiel
dass eine bloße Aktualisierung nicht mehr aus-
den Einfluss der gesetzlichen Regulierung auf
reicht. Daher ersetzt diese neue Version der
die Normung.
Roadmap die alte Version nicht, sondern baut
Die Empfehlungen der Normungsroadmap 1.0
auf dieser auf und führt sie inhaltlich fort. Der
und des zwischenzeitlich veröffentlichten Sta-
Schwerpunkt liegt dabei, in enger Anlehnung
tusberichts wurden vom Lenkungskreis des
an die Arbeiten auf europäischer Ebene, auf
Kompetenzzentrums einer kritischen Überprü-
der Darstellung der Prozesse unter Verwen-
fung unterzogen. Hier wur­den die Empfehlun-
dung von Use Cases (Anwendungsfälle) und
gen nach Chancen und Risiken in der Nor-
Referenzarchitekturen als Werkzeuge zur Mo-
mung sowie nach deren Einfluss auf die Ge-
dellierung komplexer Zusammenhänge.
schäftsprozesse priorisiert. Da die Empfehlun-
Schon in der Version 1.0 wurde auf die Bedeu-
gen kontinuierlich aktualisiert werden, ist der
tung von Use Cases und deren methodische
ausführliche Stand im Internet zu finden (siehe
Einordnung hingewiesen. Vielfältige Aktivitäten
Anhang).
griffen die Anforderungen der Experten auf: Im
Die Übersichtstabelle mit Normen und Studien
Normungsmandat M/490 wurde die Arbeit an
im Anhang wurde ebenfalls aus der ersten Ver-
einem Use-Case-Management gefordert und
sion der Roadmap übernommen und aktuali-
durch die Smart Grid Coordination Group in-
siert. Beispielhaft werden im Anhang außerdem
Normungsmandat
M/441
haltlich umgesetzt. Dabei bauten die Akteure
auf Vorarbeiten aus den DKE-Gremien auf. Die
DKE entwickelte gemeinsam mit Partnern im
5
Smart Meter Coordination Group, M/441, Link: http://www.cen.
eu/cen/ Sectors/Sectors/Measurement/Smartmetering/Pages/
default.aspx/
9
Studien und Forschungs­
projekte im Bereich
Eine besondere Herausforderung liegt in dem
Smart Grid auch mit Bezug zur Normung und
Umstand, dass die Energienetze ihrer Natur
Standardisierung aufgeführt.
nach kapazitätskritische Ressourcen darstellen, die Kosten also durch die zur Verfügung
1.1 Politische Rahmenbedin­gungen
gestellte Kapazität bestimmt werden. Die Er-
Seit Erstellung der ersten deutschen Normungs­
vor. Die Umlage der Kosten der Energiewende
roadmap „E-Energy / Smart Grid“ im Frühjahr
auf der Basis einfacher kWh-Preise stößt dabei
2010 sind nun mehr als zwei Jahre vergangen.
an ihre Grenzen. Die Politik spricht von einem
In dieser Zeit wurden nicht nur die in sechs Mo-
„Smart Market“, den die dahinter liegende
dellregionen entwickelten E-Energy-Projekte
Technologie durch intelligente Funktionen, dar-
des groß angelegten Förderprogramms des
gestellt in „Smart Use Cases“, ermöglichen
Bundesministe­riums für Wirtschaft und Tech-
muss. Dadurch sollen die Flexibilisierung des
nologie in res­sortübergreifender Partnerschaft
Energiemarkts und neue Möglichkeiten der
mit dem Bundesministerium für Umwelt, Natur­
Netzführung geschaffen werden. Außerdem
schutz und Reaktorsicherheit vorangetrieben,
soll eine Abstimmung zwischen beiden Berei-
sondern auch die externen Rahmenbedingun-
chen, Markt und Netz, möglich werden.
gen durch nationale und europäische Vorga-
aber überwiegend volumenbasierte Entgelte
ben haben sich verändert. Nicht zuletzt sind für
Europäische Initiativen
Deutschland auch die Auswirkungen des Un-
1. Drittes Energiebinnenmarktpaket
falls im japanischen Atomkraftwerk Fukushima
Das 3. Energiebinnenmarktpaket, das von den
von Bedeutung. Die­se führten gemäß der Emp-
Mitgliedsstaaten umgesetzt wurde, hat einige
fehlung des Moratoriums zur sofortigen Ab-
grundlegende Änderungen für die Energiepoli-
schaltung von acht der 17 deutschen Kernkraft­
tik festgelegt. Als Hauptmaßnahmen sind vor-
werke und damit zu einem Ausfall von Erzeu-
gesehen:
gungskapazität in Deutschland. Auf die we-
• ein reibungsloses Funktionieren des Mark-
sentlichen Änderungen und zusätzlichen An­­for­-
tes zur Förderung eines wettbewerblichen
derungen soll im Folgenden kurz ein­ge­gan­gen
Energiebinnenmarkts
werden.
• Harmonisierung der Befugnisse und Stär-
Der beschlossene Ausstieg aus der Kernkraft
kung der Unabhängigkeit der nationalen
innerhalb der nächsten knapp zehn Jahre, der
Re­gulierungsbehörden
bereits im Gange ist, und der weiter absehba-
• Förderung einer europaweit koordinierten
re, umfangreiche Zubau erneuerbarer und größ­
Netzausbauplanung
­tenteils volatiler Erzeu­gungsanlagen sowie der
heit)
zunehmend groß­räumige Stromhandel führen
zu wachsen­den Anforderungen an die Über­tra­
10
lösmodelle und Preisstrukturen sehen heute
(Versorgungssicher-
• Trennung der Versorgung und Erzeugung
vom Betrieb der Netze (Unbundling)
gungs- und in immer stärkerem Umfang auch
• Einrichtung einer EU-Agentur (ACER)
an die Verteilungsnetze. Die beschlossene
• Formalisierung der Zusammenarbeit der
Energiewende wird damit auch deutliche Aus-
Netzbetreiber: Schaffung von mehr Trans-
wirkungen auf die Stromnetze haben; Smart-
parenz auf dem Energiemarkt (ENTSO-E,
Grid-Lösungen gewinnen damit an Bedeutung.
ENTSO-G)
Rahmenbedingungen
• Möglichkeit des Erlassens von rechtlich ver-
Netz­
betriebs zur Entwicklung eines einheitli-
bindlichen Netzkodizes und Leitli­
nien für
chen europäischen Strommarkts. Diese wer-
grenzüberschreitende Netzangelegenheiten
den durch die EU-Kommission für alle EU-Mit-
• Stärkung der Verbraucherrechte
gliedsstaaten für rechtsverbindlich erklärt und
bieten einheitliche Anforderungen für Themen
2. EU-Kommission Task Force Smart Grid
6
wie Netzsicherheit, Engpassmanagement, ein-
Zusätzlich zum Normungsmandat M/490 hat
heitliche Transparenzregeln und harmonisierte
die EU-Kommission weitere Arbeiten zum The-
Übertragungsentgeltstrukturen.
7
ma Smart Grid beauftragt . Unter einem High
Bei der Erstellung der Netzkodizes sind im We-
Level Steering Committee wurden vier Arbeits-
sentlichen die beiden europäischen Institutio-
gruppen, sogenannte Expert Groups (EG), ge-
nen ACER und ENTSO-E beteiligt. ENTSO-E ist
bildet:
der europäische Verband der Übertragungs-
• EG 1:Referenzgruppe für Normung und
netzbetreiber, ACER die Agentur für die Zu-
Standardisierung
sammenarbeit der europäischen Energieregu-
• EG 2:Datenschutz und Sicherheit
lierungsbehörden. Die Ausarbeitung der ent-
• EG 3: Regulierung und Marktmodelle
sprechenden Netz­kodizes übernimmt ENTSO-
• EG 4: Infrastruktur
E im Rahmen der von ACER vorgegebenen
Rahmenleitlinien (Framework Guidelines), die
Ziel ist es, gemeinsam abgestimmte, regulatori­
wiederum von der EU-Kommission für verschie­
sche Empfehlungen zu erarbeiten und Projekte
dene Bereiche definiert wurden. Es ist wichtig,
zu identifizieren, mit denen eine EU-weit ein­
dass die auf europäischer Ebene durch ENT-
heit­liche, kostengünstige, effi­ziente und gerech­
SO-E erarbeiteten und über die EU-Kommissi-
te Umsetzung von Smart Grids gewährleis­tet
on verankerten Anforderungen gut mit etablier-
werden kann. Die Referenzgruppe für Nor­
-
ten Normen sowie den in Deutschland bereits
mung und Stan­dar­disierung (EG 1) verfolgt au-
bestehenden bzw. in Arbeit befindlichen natio-
ßerdem die Arbeiten der für das M/490 zustän-
nalen Regelungen harmonieren.
digen Smart Grid Coordination Group.
Der Gesamtprozess zur Erstellung und Verabschiedung der europäischen Netzkodizes9 ist
3. ENTSO-E8
langwierig. Eine Änderung an einzelnen tech-
Im Rahmen der 3. EU-Binnenmarktrichtlinie zur
nischen Festlegungen im „Network Code“ läuft
Liberalisierung des europäischen Energiemark­
derzeit auf ein europäisches Gesetzgebungs-
tes ist die Ausarbeitung EU-weiter, einheitlicher
verfahren hinaus. Ein Prozess, der eine kurz-
und verbindlicher Regelungen, sogenannter
fristige Anpassung oder Änderung an den
„Network Codes“, für den Elektrizitätsbinnen-
Fest­legungen erlaubt, ist bisher nicht vorgese-
markt vorgesehen. Bis 2014 sollen demnach
hen.
unterschiedliche Netzkodizes erstellt werden,
mit dem Ziel eines sicheren und effizienten
Empfehlung:
Seitens der Normung wird daher, wie zuvor be-
6
EU-Kommission Task Force Smart Grid, Link: http://ec.europa.
eu/energy/gas_electricity/smartgrids/taskforce_en.htm/
7
Smart Grid Coordination Group, M/490, Link: http://www.cen.eu/
cen/Sectors/Sectors/UtilitiesAndEnergy/SmartGrids/Pages/
default.aspx/
8
ENTSO-E, Link: http://www.entsoe.eu/
reits ausgeführt, auf die etablierten und be-
9
Europäische Netzkodizes: www.vde.com/de/fnn/arbeitsgebiete/
seiten/netzcodes.aspx
11
währten Methoden des New Approach hinge-
• Messsysteme müssen die eichrechtlichen
wiesen. In legislativen Dokumenten sollten
Vorschriften und das BSI-Schutzprofil ein-
dem­
nach nur grundlegende Anforderungen
halten
definiert werden, die in den betroffenen Fach-
•Verbraucherschutzrechte
kreisen durch Normen im Detail spezifiziert
•Bürokratieabbau
sind.
5. Erneuerbare Energien-Gesetz (EEG)11
Deutsche Initiativen:
Im Juni 2011 verabschiedete der Deutsche
4. Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) Novelle 201210
Bundestag die Neuregelung des Rechtsrahmens für die Förderung der Stromerzeugung
Die aktuelle Novelle des Energiewirtschaftsge-
aus erneuerbaren Energien. Das EEG orientiert
setzes geht auf die verpflichtend umzusetzen-
sich an folgenden Leitlinien:
den Vorgaben des 3. Ener­
gie­
binnen­
markt­
• Ausbau der erneuerbaren Energien dyna-
pakets zurück. Die nationale Umset­
zung in
misch vorantreiben
Deutschland erfolgte mit dem EnWG-Ände-
• Kosteneffizienz steigern
rungsgesetz, das am 3. Au­gust 2011 im Bun-
• Markt-, Netz- und Systemintegration fördern
desgesetzblatt verkündet wurde und seit dem
• an bewährten Grundprinzipien des EEG
4. August 2011 anzuwenden ist.
festhalten (insbesondere Einspeisevorrang
Schwerpunkte der Gesetzesänderung sind:
und gesetzliche Einspeisevergütung)
• Zertifizierung und Benennung von Trans­
portnetzbetreibern
Konkret wurden mit der EEG-Novelle und darüber hinaus u. a. folgenden Prämissen beschlos­
• weitreichende Entflechtung der Netzbetreiberfunktion von anderen Funktionen eines
sen:
• Mit einer optionalen Marktprämie erhalten
integrierten Energieversorgers
die EEG-Anlagenbetreiber einen An­
reiz,
•Entflechtung von Speicheranlagenbetreibern und Zugang zu Speicheranlagen
ihre Anlagen marktorientiert zu betreiben.
• Eine „Flexibilitätsprämie“ fördert gezielt In-
• getrennter Markenauftritt von Verteilernetz-
vestitionen in die Fähigkeit zur marktorien-
betreibern
tierten Stromerzeugung von Biogas­anlagen.
•Aufstellung von Netzentwicklungsplänen
• Mit der Befreiung der Speicher von Netz­
und Genehmigung durch Regulierungsbe-
entgelten und einem ressortübergreifenden
hörde
Speicherforschungsprogramm inklusive De­
•verpflichtender
Einbau
von
intelligenten
monstrationsanlagen wird die Speicherent-
Mess­systemen für definierte Endverbraucher
• Erfassung von elektrischer Energie mit tat-
•Die Integration von Photovoltaikanlagen
sächlichem Energieverbrauch und tat­säch­
(PV-Anlagen) ins Netz wird vorangetrieben:
licher Nutzungszeit
Mit Blick auf die 50,2-Hz-Problematik
• Liberalisierung des Messwesens: Wahlwei-
(Gefahr eines großräumigen Blackouts
ser Einbau und Betrieb von Messstellen
durch Selbstabschaltung von PV-Anla-
durch Dritte
gen, falls die Netzfrequenz auf 50,2 Hz
10 12
wicklung unterstützt.
Gesetz über die Elektrizitäts- und Gasversorgung (Energiewirtschaftsgesetz – EnWG), Link: http://www.gesetze-im-internet.
de/enwg_2005/
11
Erneuerbare-Energien-Gesetz, Link: http://bundesrecht.juris.de/
eeg_2009/index.html/
Rahmenbedingungen
steigt) wurde im EnWG eine VO-Ermäch-
7. Smart Meter Gateway13
tigung geschaffen, um Bestandsanlagen
Für die Einführung von sogenannten intelligen-
nachzurüsten.
ten Zählern entwickelt das Bundesamt für Si-
 PV-Anlagen werden ins Einspeisemana­
cherheit in der Informationstechnik (BSI) auf
gement einbezogen, können al­so künftig
der Basis von Schutzprofilen nach Common
wie alle anderen EEG-Anlagen bei Netz-
Criteria eine technische Richtlinie für den Ein-
überlastung gegen Entschädigung ab-
satz von sicheren Smart-Meter-Gateways. Än-
geregelt werden. Bei Anlagen mit einer
derungen im gesetzlichen Rahmen sind bereits
Leistung bis 100 kW wird ein vereinfach-
im EnWG auf­
genommen, weitere Anpassun-
tes Einspeisemanagement eingeführt.
gen durch eine Verordnung zum EnWG folgen.
Hier ist eine technische Einrichtung zur
Abregelung vorzusehen, es besteht
aber keine Pflicht, Daten zu übertragen.
Für Bestandsanlagen mit einer installierten Leistung von mehr als 30 kW, die ab
1.2 Förderprogramm „E-Energy
– IKT-basiertes Energie­
system der Zukunft“
dem 1. Januar 2009 in Betrieb genom-
Im Hinblick auf den Klima- und Umweltschutz
men wurden, muss eine technische Ein-
hat Deutschland die politische Grundentschei-
richtung zur Abregelung innerhalb von
dung getroffen, seine Energieversorgung in
zwei Jahren nachgerüstet werden.
Zu­kunft in wachsendem Umfang aus erneuer-
 Bei kleinen PV-Anlagen kann alternativ
baren Energiequellen zu decken. Die damit
die Einspeiseleistung am Netzanschluss­
verbundene zunehmende Dezentralität und
punkt auf 70 % begrenzt werden, um die
Volatilität in der Stromerzeugung stellt eine gro-
sehr seltenen Leis­tungsspi­tzen zu „kap-
ße Herausforderung für die Netzstabilität dar.
pen“. Dies reduziert die eingespeiste
Um den hohen Grad an Versorgungssicherheit
Strommenge in der Regel nur um rund
auch künftig zu erhalten, kommt dem Einsatz
2 %, entlastet aber das Netz erheblich
von Informations- und Kommunikationstechno-
und reduziert den Netz­ausbaubedarf.
logien (IKT) beim weiteren Umbau hin zu einem
sogenannten intelligenten Netz (Smart Grid)
6. Plattform „Zukunftsfähige Netze“ und
eine Schlüsselrolle zu.
Arbeitsgruppe „Intelligente Netze und
Die deutsche Bundesregierung hat dazu neben
Zähler“
den zuvor beschriebenen gesetzgeberischen
Wichtige Themen zur Entwicklung der Strom12
netze werden in der Plattform des BMWi
Initiativen bereits 2008 das Förderprogramm
zu-
„E-Energy – IKT-basiertes Energiesystem der
sammen mit den verschiedenen Interessen-
Zukunft“ initiiert. Bis 2013 erforschen und er-
gruppen behandelt. Fachlich wird das weite
proben Industrie- und Wissenschaftskonsortien
Themenfeld in verschiedenen Arbeitsgruppen
in sechs Modellregionen in unterschiedlichen
behandelt. Im Zusammenhang mit Smart Grids
Szenarien die wesentlichen Elemente einer in­tel­­li­
muss insbesondere die Arbeitsgruppe „Intelli­
genten Stromversorgung unter Einsatz erneu­
gente Netze und Zähler“ erwähnt werden.
erbarer Energien. In dem von E-Ener­
gy bewusst gewählten ganzheitlichen Untersu­chungs­­
12
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie http://www.
bmwi.de/DE/Themen/Energie/Stromnetze/plattform-zukunftsfae­
hige-energienetze.html/
13
Link zur BSI: https://www.bsi.bund.de/DE/Themen/SmartMeter/
Schutzprofil_Gateway/schutzprofil_smart_meter_gateway_node.html
13
ansatz, der im Unterschied zu vielen anderen
eTelligence ein komplexes Regelsystem zur
Projektvorhaben alle Bereiche der Ener­gie­ver­
Ausbalancierung der Fluktuationen von Wind-
sorgung (Erzeugung, Transport, Spei­cherung
energie entwickelt, das den erzeugten Strom
und Verbrauch) berücksichtigt, wird in den Mo-
intelligent in die Netze speist und in einen re­gio­
dellprojekten in Zusammenarbeit mit einer pro-
­nalen Marktplatz integriert. Mit den am Markt-
jektübergreifenden Begleitforschung geklärt, was
platz angeschlossenen Kühlhäusern und Block­
gegenwärtig mit IKT-Mitteln technisch mach­bar
heizkraftwerken konnte eTelligence in Feld­tests
und in einem bevorzugt liberalisierten Markt­
nachweisen, dass sich thermisch-elekt­
rische
umfeld wirtschaftlich sinnvoll erscheint. Im Fo-
Energiesysteme recht gut als Energie­speicher
kus aller sechs Projektvorhaben von E-Energy
eignen und sich auch mit einem hohen Anteil
steht dabei der IKT-optimierte Betrieb der Ver-
an erneuerbaren Ener­gien bei entsprechender
teilnetze (Verteilnetzautomatisierung):
Prognose-Güte (Volatilität) wirtschaftlich betrei-
• die Vernetzung des Endnutzers in der künf-
ben lassen.
tigen Rolle als „Prosumer“, d. h. als flexibler
Im Projekt MeRegio testen 1 000 Stromkunden
Verbraucher und im wachsenden Maße
das „intelligente Haus“, im dem eine effiziente
auch als dezentraler Erzeuger
Energienutzung des Verbrauchers unter Be­rück­
• die Entwicklung neuer elektronischer Marktplätze und Handelsplattformen
sichtigung der Eigenerzeugung und vorhandener lokaler Lastverschiebepotentiale durch in-
• die Entwicklung neuer Anwendungssze­na­
telligente Haushaltsgeräte und stationäre Bat-
rien, Geschäftsmodelle und Konzepte zur
terien im Fokus steht. Durch den Einsatz von
Kundenakzeptanz
Steuerboxen werden Steuer- und Preis­­signale
14
Im Forschungsprojekt E-DeMa
werden pra-
von einer regionalen Marktplattform ausgewer-
xisgerechte IKT-Lösungen für ein intelligentes
tet. Neben einer Kostenoptimierung für den Ei-
Erzeugungs- und Verbrauchsmana­gement auf
genverbrauch wird damit auch ein automati-
Basis eines regionalen Energie­­
marktplatzes
sches Demand-Side-Management ermöglicht,
als Datendrehscheibe entwickelt. Etwa 1 500
um so das Erreichen kritischer Netzzustände
Haushalte und Gewerbebetriebe sind in diesem
zu überwinden. Ein von MeRegio entwickeltes
Feldtest über IKT-Gateways an den elektroni-
Zertifizierungskonzept für eine „Minimum Emis­
schen E-DeMa-Marktplatz angebunden. Auf die­
sion“-Region soll zudem die Wirksamkeit regio-
se Weise werden Geschäftsmodelle um­setz­bar,
naler Maßnahmen zum Klimaschutz und zur
die die Verbindung von kosten­orientiert ein­ge­
Energieeffizienz für die Bürger sichtbar und mit
setzten dezentralen Klein­erzeu­gern auf Basis
anderen Regionen vergleichbar machen.
von Mikro-KWK-Anlagen und verschiebbaren
Mit dem Energiebutler wurde vom Forschungs-
Lasten wie z. B. Haushaltsgeräten (jeweils zu
projekt Modellstadt Mannheim (moma) eben-
Flexibilitäten aggregiert) auf der einen Seite und
falls ein Energiemanagement-Gateway entwi-
de­zen­t­ralen Verteilnetzen mit einer optimier­ten
ckelt und in Feldtests eingesetzt. Dieses eröff-
Netzbetriebsführung auf der anderen Seite er-
net dem Kunden über die Anbindung an eine
möglichen.
Marktplattform die Möglichkeit, im Haushalt
In der Region Cuxhaven wird in dem Projekt
vorhandene Erzeugungsanlagen und Haushalt­
geräte auto­­ma­­­tisch nach seinen Vorgaben kos­
14
14
E-DeMa steht für Entwicklung und Demonstration dezentral
vernetzter Energiesysteme hin zum E-Energy Marktplatz der
Zukunft, Link: http://www.e-dema.de/de/projekt.html
­tenoptimal steuern zu lassen. Zudem werden
auch Netzbedürfnisse in die Optimierung ein-
Rahmenbedingungen
bezogen. Im moma-Projekt wurde eine innova-
terentwicklung von vorhandenen Smart-Mete-
tive Gesamtarchitektur für ein zellenar­
tiges
ring-Lösungen in Richtung eines modularen,
Energiesystem entwickelt und im E-Ener­
gy-
interoperablen Energiezähler-systems. Dieses
För­
derprogramm modellhaft umgesetzt. Mit
unterstützt das Smart-Watts-Konzept mit an-
Fo­kus auf „security by design“ ist dafür ge-
reizbasiertem Last- und Erzeugungsmanage-
sorgt, dass der Ausfall in einer Objekt- oder
ment und nutzt Smart Meter Gateways als
Netzzelle nicht notwendigerweise das Gesamt-
Schnittstelle in den intelligenten Kundenhaus-
system be­ein­träch­tigt. Eine CORE-Plattform
halt. Für die Vernetzung des Haushalts wurde
bereitet die Zu­stands­informationen der einzel-
die offene EEBus-Spezifikation15 entwickelt, die
nen Objekt- und Netzzellen für eine Netzfüh-
eine herstellerunabhängige Ansteuerung von
rung auf und leitet diese an die Netzleitwarte
Haushaltsgeräten für das Lastmanagement er-
weiter. Darüber hinaus verbindet die CORE-
laubt. Der EEBus basiert dabei auf vorhande-
Plattform die lokalen Marktmechanismen mit
nen Kommunikationsnormen. Ein erster Entwurf
den übergeordneten Energiemärkten. Dieser
des offenen Interfaces wird voraussichtlich
Architekturansatz für eine dienstorientierte IKT-
Ende 2012 als prEN 50491-12 veröffentlicht.
Lösung und seine Untersuchung in E-Energy
Die Smart-Watts-Architektur trennt physi­kalisch
hinsichtlich einer Eignung im Regelbetrieb fin-
das Smart Meter Gateway vom Smart Home
den in der Fachwelt zunehmend Anerkennung
Gateway. Neben Smart Watts setzen auch an-
und Erwähnung, wenn es um die künftige Ver-
dere Modellregionen auf die EEbus-Schnittstel-
sorgungssicherheit und um Lösungen zur Re-
le. Unter Beteiligung der DKE beschreibt die
duktion der Komplexität bei der Steuerung des
EEBus Initiative als gemeinnütziger e. V. seit
Gesamtsystems geht.
Anfang 2012 die normativen Anforderungen an
Im Projekt RegModHarz (Regenerative Mo­dell­
die Schnittstellen basierend auf den E-Energy
region Harz) geht man der Frage nach, wie er-
Feldtests und den Arbeiten der STD_1911er
neuerbare Erzeuger und Flexibilitäten aus ei-
Fokusgruppen. Gemeinsame Initiativen mit den
ner ländlichen Region, die zu einem virtuellen
existierenden Kommunikationsprotokollen (z. B.
Kraftwerk zusammengefasst werden, gebün-
KNX-Konsortium, BacNet und ZigBee) stärken
delt in unter­
schied­
lichen Märk­
ten vermarktet
die Nachhaltigkeit. Inzwischen wird der EEBus
werden können. Für die einfache und sichere
in den IEC-Gremien diskutiert und hat gute Chan­
Anbindung dezentraler Anlagen wurde eine Er-
cen, dieses Ziel zu erreichen.
weiterung der Normenreihe IEC 61850 entwi-
Im Rahmen von E-Energy wurde außerdem die
ckelt. Der Einsatz eines innovativen Tarifs für
offene Software-Plattform OGEMA16 für den
Regionalstrom allein aus erneuerbaren Energie­
Ein­satz in Energiemanagement-Gateways ent-
quellen, der sich an der Minimierung der Resi-
wickelt, die auf Basis von Java und OSGi als
duallast innerhalb der Region orien­­tiert, soll es
weitverbreitete Software-Spezifikation eine hard­
einem mit einem BEMI-Steuergerät ausgestat-
­­wareunabhängige einheitliche Anwen­dungs­
teten Kundenhaushalt er­möglichen, sich aktiv
ent­wicklung unter­stützt und entsprechend mo-
und kostenoptimal am Ausgleich von Erzeu-
dulare Ausführungsumgebung zur Integration
gung und Verbrauch zu beteiligen.
verschiedenster Protokolle und Sicherstellung
Das Projekt Smart Watts entwickelt IKT-Lösun-
der Geräteinteroperabilität bereitstellt. OGEMA
gen und -Konzepte für ein intelligentes Versor-
15
gungsmanagement. Der Fokus liegt auf der Wei­
16
EEBus, Link: http://www.eebus.de
OGEMA, Link: http://www.ogema.org
15
16
erlaubt die Einbindung verschiedener Kom­
E-Energy-Projekten bevorzugt international ge-
munikationssysteme, wie z. B. den EEBus. In
normte Protokolle (wie BACnet, LON und KNX)
den IKT-Gateways, die im Rahmen der moma-
verwendet, die zusammen mit weiteren etab-
und RegModHarz-Projekte zum Einsatz kom-
lierten Normen eine Vereinheitlichung durch
men, wird OGEMA als „Betriebssystem für das
die EEBus-Initiative von Smart Watts erfahren
Energiemanagement“ eingesetzt und aktuell in
werden. Die in E-Energy verwendeten Daten-
Feldtests erprobt. Zur Verbreitung und Verall-
formate auf Applikationsebene basieren im
gemeinerung der Lösungsidee wurde das vom
We­sentlichen auf den Normen und Spezifika­
Fraunhofer-Institut IWES ursprünglich entwi-
tionen zu CIM, EDIFACT und XML. In Simula­
ckelte OGEMA-Framework 2010 in die gleich-
tionen und praktischen Tests hat sich dabei
namige Open Gateway Energy Management
gezeigt, dass der heute im Rahmen von GPKE
Alliance überführt, wo die weitere Entwicklung
etablierte EDIFACT-Standard den künftigen
koordiniert wird.
Smart-Grid-Anforderungen hinsichtlich Daten-
In den E-Energy-Projekten wird ein breites Spek­
schutz, Definition von Zugriffsrechten, Beweis-
trum an Kommunikationsnormen und -spe­
zi­
fi­
sicherheit usw. möglicherweise weiterentwickelt
kationen eingesetzt, so u. a. DSL, Ethernet-Ka-
werden muss.
bel, Glasfaser, M-Bus, Breitband-Powerline (BPL/
Diese Erkenntnisse und generell auch alle Fra-
PLC), GPRS/GSM und WLAN. Bei der Anbin-
gen zu Querschnittsthemen, wie z. B. zu Ge­
dung von privaten Haushalten dominiert – auf-
samt­architekturen, Geschäftsmodellen, rechtli-
grund der weiten Verbreitung – die Nutzung
chen Rahmenbedingungen, Datenschutz und
von DSL über das Telefonnetz. Weitere häufig
-sicherheit oder auch zur Normung, werden
eingesetzte Übertragungsalternativen, die be­
von den E-Energy-Partnern projektübergreifend
reits vorhandene Kommunikationsinfrastruktu-
mit Unterstützung durch eine speziell dafür be-
ren nutzen und eine bessere Übertragbarkeit
auftragte Begleitforschung bearbeitet. Dabei
des E-Energy-Konzepts auf andere Länder ver­
hat sich die frühzeitige Einrichtung der themen-
sprechen, sind BPL/PLC über das Stromnetz
spezifischen E-Energy-Fachgruppen „Recht“,
sowie GPRS/GSM für eine drahtlose Übertra-
„Systemarchitektur“, „Marktentfaltung“ und „In-
gung.
teroperabilität“ bewährt, um so den Wissens-
Bei den in E-Energy eingesetzten Kommunika-
austausch und -transfer sowohl projekt­­über­grei­
tionsprotokollen dominiert TCP/IP als Netzwerk­
fend als auch extern im Kontakt zu anderen
protokoll, wodurch die interopera­
ble Anbin-
Gremien mit ähnlichem Anliegen auf nationaler
dung von Smart-Grid-Komponen­ten mit netz-
und internationaler Ebene sowie zu Ent­schei­
werkfähiger Haushalt- und Telekommunika­tions­
dungsträgern in Wirtschaft und Politik zu för-
technik erleichtert wird. Die Kommunika­tion mit
dern. So traten bei der modellhaften Realisie-
dezentralen Anlagen basiert auf Normen ge-
rung in E-Energy beispielsweise regulatorische
mäß IEC 61850. Für die eingesetzte IEC 61850-
und rechtliche Entwicklungshemmnisse auf, die
7-420 werden unterschiedliche Tech­
no­
logie­
über die Fachgruppe „Recht“ an die zuständi-
mappings verwendet, wie zum Beispiel die Ma­
gen Instanzen (z. B. BNetzA, BSI, BMWi, BMU)
nu­facturing Message Specification (MMS) beim
adressiert wurden. Teilweise wurden entspre-
Projekt eTelligence und die Web Services ge-
chende Regelungen bereits neu gestaltet (ENWG,
mäß IEC 61400-25 bei RegModHarz. Im Be-
EEG, Eichrecht, Daten­schutz/-sicherheit etc.).
reich der Gebäudeautomation werden in den
Ein von den Experten der E-Energy-Modellre-
Rahmenbedingungen
gionen und der Begleitforschung erarbeitetes
16
und als Buch veröffentlichtes Dokument
• Durch zellulare Ansätze auf IKT-Basis kann
bün-
eine hohe Versorgungssicherheit im Ge-
delt die anstehenden Aufgaben und Lösungs-
samtsystem erreicht werden.
ansätze im Bereich Da­tenschutz.
Weiterhin kann – im Vorgriff auf das Endergeb-
Mit Unterstützung des Kompetenzzentrums
nis von E-Energy – als gesichert gelten, dass
„Normung E-Energy / Smart Grid“ in der DKE,
langfristig nur die systematische, IKT-geführte
mit dem die E-Energy-Fachgruppe „Interope-
Kopplung die gewünschte Konvergenz des
rabilität“ seit dessen Gründung 2009 eng zu-
Stromnetzes mit weiteren Energiesystemen, ins­
sammenarbeitet, wird die aktuelle Normungs-
besondere dem Gasnetz und lokalen Wär­me­­
diskussion auf europäischer und internationa-
netzen, aber auch den Mobilitätsnetzen (Elekt­
ler Ebene maßgeblich auch durch Beiträge aus
romobilität, Gas­tankstellen) sichert.
dem E-Ener­­gy-Projekt bereichert, so u. a. bei
Bearbeitung der europäischen Normungsmandate M/441 und M/490. Die von E-Energy erstmals in die Smart-Grid-Diskussion eingebrachte ganzheitliche Sichtweise sowie ei­
ne unter
1.3 Das DKE-Kompetenz­
zentrum „Normung
E-Energy / Smart Grid“18
den Modellregionen abgestimmte Terminologie
Wie zuvor berichtet, wurde seitens der E-Ener-
werden inzwischen umfassend genutzt und
gy-Projekte die Zusammenarbeit mit der Nor-
weiterentwickelt.
mung gesucht und auf Anregung das Kompe-
Auch wenn es eine vollständige Auswertung
tenzzentrum „Normung E-Ener­gy / Smart Grid“
der teilweise noch laufenden Feldtests wohl erst
in der DKE initiiert. Danach wurde die erste
Anfang 2013 geben wird, kann das E-Energy-
Normungsroadmap gemeinsam erarbeitet und
Projekt bereits jetzt wichtige Erkenntnisse und
aufgrund der Expertenempfehlung der Len-
Lösungen grundsätzlicher Art für ein Smart
kungskreis „Normung E-Energy / Smart Grid“
Grid mit steigender dezentraler Einspeisung
gegrün­det. Auf nationaler Ebene haben sich
volatiler erneuerbarer Energien17 vorweisen, so
dabei das DKE-Kompetenzzentrum und der
zum Beispiel:
Lenkungskreis mit seinen Fokusgruppen als
• Der Einsatz variabler Tarife bewirkt nach­
feste Größe etabliert. Ziel ist die Koordinierung
weislich Änderungen im Verbrauchsver­hal­
der Normungsthemen im Smart Grid in Zusam-
ten, deren Nachhaltigkeit jedoch nur über
menarbeit mit den technischen Gremien der
den Einsatz automatisierter Systeme mög-
DKE und des DIN sowie mit verschiedenen In-
lich erscheint.
teressenkreisen unter Einbindung der E-Ener­
• Es gibt Einsparpotentiale im gewerblichen
gy-Projekte. Dies schließt somit nicht nur etab-
Bereich von bis zu 20 %, im privaten Be-
lierte Normungsgremien ein, sondern auch
reich von 5 % bis maximal 10 %.
Verbände, staatliche Institutionen und Gremien
• Durch automatisierte, marktbasierte Ver­
der VDE-Fachgesellschaften mit Bezug zu
hand­
lungssysteme kann die Netzstabilität
Smart Grid. So sind im DKE-Kompetenzzent-
auch bei stark volatiler Einspeisung dezent-
rum die VDE-Gremien der Informations­tech­ni­
raler Erzeuger erhalten werden.
schen Gesellschaft (ITG), der Energie­techni­
16
„Datenschutz in Smart Grids“, Raabe, Pallas, Weis, Lorenz,
Boesche (Hrsg.), Liber, ISBN 978-1-907150-01-4
17
„Smart Energy made in Germany“, B.A.U.M Consult GmbH
(Hrsg.), 2012
18
Kompetenzzentrum Normung E-Energy/Smart Grid, Link:
http://www.dke.de/de/std/KompetenzzentrumE-Energy/Seiten/
Gremien.aspx
17
Exemplarische Übersicht der aktiven Gremien im
Smart-Grid-Umfeld
Smart-Grid-Gremien
Technische Normungsgremien
Council
ISO/IEC JTC 1
SG3
Focus Group
Smart Grid
International
TC 57 WG 21, 15, 17, ...
ISO/IEC JTC ITU-T
1
SWG Smart Grids
TC 57
TC 13
TC 8
...
Smart Grid
Coordination
Group
M2M
TC 57
TC 13
TC 8X, 205
TC 13 WG 14
TC 8 AHG 4
CEN, CENELEC ETSI
TC 247,
TC 294
PC 118
SMB
Fachkreise /
Interessensgruppen in
Verbindung zur Normung
CEN, CENELEC ETSI
Smart Meter
Coordination
Group
WG‘s
...
WG
s
WG‘s
eMobility Coordindation
Group
• Global Smart Grid Federation
• ISGAN
• UN
Europäisch
• EU-Kommission Task Force Smart
Grid und EG Expert Groups
• Verbände (ENTSO-E, Eurelectric,
ESMIG, CECED ...)
• F&E-Projekte (FINSENY,
MIRABEL,
MIRABEL ADDRESS,
ADDRESS ...))
National
Lenkungskreis
NIA
Ergonomie
NA023-00-4-08 GAK
K 952
K 461
K 261
...
Fokusgruppen
Arbeitskreise
• Öffentliche Hand (BMWi, PTB
(Eichrecht/Messwesen), BSI (Smart
M t Gateway),
Meter
G t
) BundesnetzB d
t
agentur, AG Intelligente Netze, ...)
• Verbände (ZVEI, BITKOM, VDMA,
ZVEH, ...)
• VDE-Fachgesellschaften (ITG,
ETG, FNN)
gy / F&E-Projekte
j
• E-Energy
(Web2Energy)
kein Anspruch auf Vollständigkeit
Slide 1
Abbildung 1: Exemplarische Übersicht der aktiven Gremien im Smart-Grid-Umfeld (Quelle: DKE)
schen Gesellschaft (ETG) als auch das Forum
19
Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN)
18
bänden und der öffentlichen Hand. Auf diese
ver-
Weise werden die normungsrelevanten Smart-
treten und ergänzen mit ihren Analysen die
Grid-Themen in der Diskussion mit Politik, Ge-
Normungsarbeit. Das DKE-Kompetenzzentrum
sellschaft und Wirtschaft technisch-neu­tral vor-
spie­­gelt und beobach­tet internationale und eu-
angetrieben.
ropäische Normungs­
aktivitäten zum Smart
Die obere Abbildung 1 zeigt in einer groben
Grid. Darüber hinaus startet es selbst auch
Über­sicht die Einbindung des Kompetenzzent-
entsprechende Initia­tiven wie die erste Version
rums in die Netzwerke zu Smart Grid, die Ver-
der deutschen Normungsroadmap „E-Energy /
bindungen der verschiedenen Normungsgre-
Smart Grid“. Die eigentlichen Normungsarbei-
mien untereinander und zu den externen Fach-
ten bleiben dabei nach wie vor den DKE/DIN-
kreisen. Sie soll die Einordnung der anschlie-
Normungsgremien vorbehalten, die aber durch
ßend folgenden Gremien und Normungs­aktivi-
das Kompetenzzentrum Anregungen und Un-
­täten erleichtern. Dargestellt wird exemplarisch
terstützung erhalten. Mit der gremienübergrei-
die übliche Spie­gelung von IEC- und europäi-
fenden Arbeit des Kompetenzzentrums wird
schen Gremien zu den nationalen Gremien. So
der Normung ein neues „Kommunikations-
werden bei­spielsweise IEC/TC 13 in DKE/K 461,
werkzeug“ zur Verfügung ge­stellt. Bei all die-
TC 8 in DKE/K 261 und TC 57 in DKE/K 952
sen Aktivitäten profitiert das Zentrum von sei-
gespiegelt. Neben diesen ließen sich zahlrei-
ner fachlich breiten Zusam­
mensetzung aus
che weitere Gremien aufführen.
Vertretern der tech­ni­schen Normungsgremien
Im Folgenden werden die Gremien des Len­
und VDE-Fach­
gesell­
schaften sowie aus Ver-
kungskreises (LK) STD_1911 „Normung E-Ener­
19
gy / Smart Grid“ und ihre Arbeiten detaillierter
Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN), Link: http://www.
vde.com/de/fnn/Seiten/default.aspx/
dargestellt.
Rahmenbedingungen
DKE Kompetenzzentrum Normung
E-Energy/Smart
E
Energy/Smart Grids
STD_1911 Lenkungskreis (LK)
Normung E-Energy/Smart Grid
Vorsitz: Thomas Niemand
Fokusgruppen
Querschnittsgruppen
LK Arbeitskreise
STD_1911.1 Netzintegration ,
Lastmanagement und dezentrale
Energieerzeugung
Vorsitz: Prof. Dr. Hartwig Steusloff
STD_1911.10 Internationale Normung
SMART.GRID
Vorsitz: Dr. Markus Brandstetter
STD_1911.0.1 AK Preis -/Tarifmodelle
Vorsitz: Peter Kellendonk
STD 1911 2 Inhouse
STD_1911.2
I h
A
Automation
t
ti
Vorsitz: Peter Kellendonk
STD_1911.11 Smart Grid Informationssicherheit
Vorsitz: Alfred Malina
STD_1911.0.2 Use Cases
Vorsitz: Josef Baumeister
STD_1911.2.1 Inhouse Automation – Use
Cases
Vorsitz: N.N.
STD_1911.3 Verteilnetzautomatisierung
Vorsitz: Dr. Jörg Benze (ITG/DKE)
STD_1911.4
STD
1911 4 Koordinierung Smart Metering
(KSM) (zuvor K.M. 441)
Vorsitz: Ralf Hoffmann
.
DIN/NA 023-00-04-08 GAK „Ergonomische
Aspekte zu Smart Grids und Elektromobilität“
(DIN/DKE)
Vorsitz: Dr.
. Ahmed Çakir
STD_1911.5 Netzintegration Elektromobilität
Vorsitz: Markus
.
Landau
Abbildung 2: Aufbau DKE-Kompetenzzentrum Normung E-Energy / Smart Grids (Quelle: DKE)
Die Fokusgruppen
STD_1911.2 „Inhouse Automation“
STD_1911.2 „Inhouse Automation“ hat sich zur
STD_1911.1 „Netzintegration, Lastmana­ge­­
Aufgabe gesetzt, das Mandat M/490, das die
ment und dezentrale Energieversorgung“
Liegenschaft nicht mitbetrachtet, genau um
Allen Fokusgruppen gemeinsam sind deren
diesen Bereich zu erweitern und sicherzustel-
starken Verbindungen zu den CEN/CE­NELEC-
len, dass die Verbindung Netz-Haus zu ge-
und IEC-Gremien sowie zu den nationalen Gre-
währleisten. Diese Ansätze und Use Cases
mien und die Funktion als Ansprechpartner für
wurden mit den Generic Use Cases der SG-CG
die Politik.
abgeglichen.
So hat sich STD_1911.1 „Netzintegration, Last-
Des weiteren arbeitet STD_1911.2 mit dem EE-
management und dezentrale Energieversor-
bus e.V zusammen, um eine neutrale Abstrak-
gung“ besonders an der Sammlung von Use
tionsschicht zu beschreiben. u.a. auch zusam-
Cases im Rahmen des Mandats M/490 betei-
men mit CLC/TC 205/WG 18. Aktuell beschreibt
ligt und durch Workshops die Sammlung unter-
das Gremium mit STD_1911.4 ebenso techno-
stützt. Die Use-Case-Methodik und den Bezug
logieneutral die XML-Datenmodelle für den Aus­
zur Normung stellt das Gremium auch durch
tausch zwischen den Domänen Metering und
die Zusammenarbeit mit dem nationalen Nor-
Home-Building-Automation. STD_1911.2 setzt
mungsgremium DKE/AK 952.0.17 „Informati-
sich für die logisch funktionale Trennung dieser
onsmodelle und Kommunikation für dezentrale
Domänen ein, mit einer notwendigen Schnitt-
Energieversorgungssysteme im Bereich der
stelle zwischen beiden zur Koordination der
Netze“ sicher. Hier werden die entspre­chenden
Abrechnungsmodalitäten bei anreizbasierten
Use Cases konsolidiert und Methoden für die
Demand Response Mechanismen. Auf nationa­
Profilierung entwickelt.
ler Ebene initiierte STD_1911.2 gemeinsam mit
19
dem DKE/K 716 den Arbeitskreis 716.0.1 in dem
Gemeinschaftsgremium STD_1911.3 wurde
ein Energy-Management-Gateway mit den Er-
unter Beteiligung von Experten aus den Berei-
fahrungen des Smart-Meter-Gateways entwi-
chen Energieversorgung, Telekommu­ni­kation
ckelt wird. Erst kürzlich wurden Aktivitäten in der
und Automatisierungstechnik eine Systematisie­
CLC/TC 205 WG 16 zur Normierung der funk­
rung der vielfältigen Aspekte der Verteilnetz­au­
tionellen Anforderungen für Inhome Displays
tomatisierung vorge­nom­men und daraus Hand­
gestartet. Der Fokus liegt dabei zuerst auf der
­lungsempfehlungen abgeleitet. Die bisherigen
von der SM-CG entworfenen H1 Schnittstelle
Ergebnisse sind im Teil A „Verteilnetzautomati-
zur Anzeige von Zählerdaten (TC 13/TC 294).
sierung“ des 2. Positionspapiers „Ener­­gie­infor­
In nächsten Schritt soll mit CLC/TC 205 WG18
mations­net­ze und -systeme“20 zusammenge-
die Anzeige von Daten der Home-Automation
fasst, das den Stand aus Sicht des Verteilnetz-
Schnittstellen (SM-CG H2/H3) überarbeitet
betreibers bewertet und den Bedarf beim Aus-
werden und in die Arbeiten in der EN 50491-11
bau einer intelligenten Netzsteuerung sowie
einfließen.
entsprechen­de Geschäftsmodelle darstellt.
STD_1911.3 „Verteilnetzautomatisierung“
STD_1911.4 „Koordinierung Smart Metering“
Im ITG/DKE-Gemeinschaftsgremium STD_1911.3
Das STD_1911.4 „Koordinierung Smart Mete-
wurde das Thema „Verteilnetzautomatisierung“
ring“ hat sich neu aufgestellt, um die internatio-
durch eine gemeinsame Ar­beitsgruppe mit der
nale Normung und die nationalen Anforderun-
ITG-Fokusgruppe
„Ener­gieinforma­tions­­netze
gen wie z. B. das Smart-Meter-Sicherheitsprofil
und -systeme“ aufgegriffen. In der öffentlichen
zu verfolgen. Durch die Festlegungen des Ener­
Diskussion zur intelligenten Energieversorgung
giewirtschaftsgesetzes 2011 in Verbindung mit
der Zukunft nehmen die Themen Smart Grid
den Vorgaben des 3. EU-Binnenmarktpakets
und Smart Metering einen großen Raum ein. Im
von 2009 ist der Einbau von Intelligenten Zäh-
Vordergrund stehen dabei zu­meist technische
lern in Deutschland ab dem 01.01.2013 keine
Einzelaspekte wie bei­spiels­wei­se die Span-
freiwillige Option der Marktteilnehmer mehr,
nungsbandproblematik infolge der zunehmen-
sondern eine Pflichtauflage für die im Gesetz
den dezentralen Einspeisung oder die Entwick­
beschriebenen Anwendungsfälle. Dem­zufolge
lung von geeigneten Normen und Spezifikatio-
gibt es für den Gesetzgeber die Notwendig-
nen. Dabei wird leicht übersehen, dass die er-
keit, zum einen die technischen Anforderungen
folgreiche Re­alisierung einer intelligenten Ener-
an solche Systeme unter Berücksichtigung der
­gieversorgung nur auf Basis einer tiefgreifen-
Bestimmungen der Informationsrichtlinie EG
den Automatisierung der Ver­tei­l­ungs­netze und
98/34 zu definieren. Zum anderen muss die Pri-
der anderen mit ihnen in Wechselwirkung stehen­
vatsphäre der Nutzer gesetzlich geschützt und
den Systeme der Energieversorgung erreicht
der Missbrauch personenbezogener Daten ver­
werden kann. Dazu genügt es nicht, nur die ein­
­­­­hindert werden. Darüber hinaus ist das Thema
zelnen Technologien und Normen zu betrach-
Datensicherheit im Interesse der Härtung der
ten. Vielmehr muss eine systemische Sicht auf
Smart Grids gegen Cyber-Kri­minalität von natio­
die interagierenden Steuerungssysteme gefun-
nalem Interesse. In Deutschland werden ein
den werden, um die Versorgungszuverlässigkeit trotz der steigenden Komplexität der Wirk­
zusammen­hänge zu gewährleisten. Im ITG/DKE20
20
ITG Energieinformationsnetze, Link: http://www.vde.com/de/fg/
ITG/Arbeitsgebiete/Fachbereich%201/Seiten/Fokusprojekt%
201.5%20Energieinformationsnetze.aspx/
Rahmenbedingungen
Schutzprofil für Smart Meter nach den Common
rung der Normen und Spezifikationen für Mess-
Criteria sowie eine Technische Richtlinie TR
systeme mit. Für die auf Stromzähler bezoge-
3109 zur Bestimmung der Mindestfunktionalität
nen Normen ist dies CENELEC TC13, für
und Interoperabilität solcher Geräte entwickelt,
Vo­lu­men­mess­ein­richtun­gen CEN TC 294 und für
um diesen Spagat zu meistern. Hauptakteur ist
Home Automation CENELEC TC 205.
hier das Bundesamt für Sicherheit in der Infor-
Die EU-Mitgliedsstaaten sind nun aufge­rufen,
mationstechnik (BSI), das im Auftrag des BMWi
für nationale Festlegungen auf Emp­feh­lungen
in dieser Sache aktiv wurde.
dieses Mandats zurückzugreifen, um sicher-
Soweit die übergeordneten politischen Vor­ga­ben
zu­stellen, dass die Vorgaben des EG 98/34 er-
dies zulassen, werden die Arbeiten des BSI zu
füllt werden. Eine Verrechtlichung der techni-
diesem Thema mit denen der privatwirt­schaft­
schen Vorgaben in Deutschland erfolgt mit der
lichen Selbstverwaltung ver­zahnt. Der zuständi­
Erneuerung der Messzugangsverordung und
ge Abteilungspräsident des BSI ist zudem Mit-
mit Ablauf der oben genannten Notifizierungs-
glied des Lenkungskreises STD_1911 und ko-
frist. Die Koordination von Ergebnissen gesetz-
ordiniert aus dieser Rolle heraus die Mitwirkung
licher Vorgaben, der Normung und Standardi-
seiner Mitarbeiter in den Normungs- und Stan­
sierung sowie der Beschreibung von Anwen-
dar­
disierungsgremien der DKE. BSI-Ange­
hö­
dungsfällen, Use Cases und Implementierung,
rige sind z. B. in folgenden Gremien Mitarbei­ter
nicht nur für Elektrizität, sondern nach Möglich-
oder Gäste: 1911.2, 1911.3, DKE/AK 461.0.142
keit medienübergreifend, erfolgt durch den
(Datenmodelle Smart Meter Ga­teway), DKE/AK
STD_1911.4.
461.0.143 (Smart Meter Gateway Web­ser­vices)
sowie im übergeordneten DKE/AK 461.0.14
STD_1911.5
(Gateway und Datenübertragung). Die Umbe-
„Netzintegration Elektromobilität“
nennung des AK 461.0.14 von „Datenübertra-
Ein typisches Beispiel für gremienübergrei­fen­
gung“ in „Gateway und Datenübertragung“ wur­
de Themengebiete stellt das STD_1911.5 „Netz­
de im DKE/K461 nicht zuletzt deshalb beschlos­
integration Elektromobilität“ an der Schnitt­stel­le
sen, um den Schulterschluss zwischen Normung
zwischen Smart Grids und Elektrofahrzeugen
und Re­gie­­rungs­handeln zu demonstrieren.
dar. Daher steht STD_1911.5 auch in Verbin-
Im Rahmen des Europäischen Mandats M/441
dung mit dem Lenkungskreis EMOBILITY in
hat die Smart Meter Coordination Group (SM-
der DKE. Es verfolgt dabei nicht nur die Nor-
CG) die Rahmenbedingungen für Einsatz und
mungsaktivitäten zur ISO/IEC 15118, die den
Anwendung von Smart Metern in Europa fest­
Schwerpunkt „Vehicle to Grid“ hat, sondern
ge­legt. Das SM-CG erarbei­tet hierzu umfang-
auch die Aktivitäten der neuen CEN/CE­NE­LEC
reiche Analysen möglicher Use Cases von Mess­
„eMobility Coordination Group (EM-CG)“ und
­systemen, einer vollständigen Auflistung verfüg­
insbesondere der Ad-hoc Group „Smart Char-
barer Kommunika­tions­normen, ein Arbeitspro-
ging“ als Gemeinschaftsgremium von EM-CG
gramm zur Erweiterung bestehender Nor­men
und Smart Grid Coordination Group (SG-CG).
und Spe­zi­fi­­kationen sowie eine Empfehlung
STD_1911.5 erstellt außerdem ein Positionspa-
zur Nut­
zung des COSEM-Objektmodells als
pier, in dem neben der Problematik einer Netz-
oberste Schicht der von Messsystemen verar-
integration unterschiedlich intelligenter Fahrzeu­
beiteten Daten. Die DKE ar­beitet über CE­NE­
ge auch der konkrete Bedarf an Normung und
LEC und CEN an der Erstellung und Erweite-
Anwendungsregeln beleuchtet wird.
21
Die LK-Querschnittsgruppen
ebenso wie der internationale Normenvorschlag (ISO/IEC DTR 27019) auf internationaler
STD_1911.10
Ebene im Smart-Grid-Umfeld. Eine der zentra-
„Internationale Normung SMART.GRID“
len Fragen wird in Zukunft sein, wie die Vorga-
STD_1911.10 „Internationale Normung SMART.
ben und Empfehlungen aus dem Mandat M/490
GRID“ hatte es sich zur Aufgabe gemacht, in-
in den diversen Domänen umzusetzen sind,
ternationale Aktivitäten zu iden­tifizieren, zu be-
um eine hinreichende „Ende-zu-Ende-Sicher-
werten und gegebenenfalls den einzelnen
heit“ ge­währ­leisten zu können. Insofern wird
STD-Gremien eine Verfolgung zu empfehlen.
die Arbeitsgruppe die Anwendung und Weiter-
Dabei wurden natürlich die SG-CG berücksich-
entwicklung in Deutsch­land im Fokus haben,
tigt (siehe Kapitel 1.4), aber auch Aktivitäten in
um die unterschiedlichen Schutzniveaus, sog.
Asien. Dieses Gremium hat die bisherigen in-
SGIS-Security Level, SGIS-SL 1-5 und die Klas-
ternationalen Aktivitäten an die zuständigen
sifizierungen von schützenswerten Informations-
Len­kungskreis-Gremien weitergeleitet und da-
assets in relevanten SGIS Normen (Anforde-
mit eine direkte Vernetzung der Gremien mit
rungen, Implementierungsoptionen und Interope­
internationalen Aktivitäten, wie z. B. in der SC-
rabiltitätsprofilen) umzusetzen. Use Cases wie
CG Working Group, geschaffen. Da dieses ge-
etwa „Flexibilitätsmanagement“ und „Generic
schaffene Netzwerk mittlerweile selbstständig
SGIS Use Cases“ werden proaktiv begleitet.
agiert, hat das Gremium STD_1911.10 „Internationale Normung SMART.GRID“ seine Auf-
Die LK-Arbeitskreise
gaben abgeschlos­sen und ruht bis auf weite-
STD_1911.0.1 „Preis-/Tarifmodelle“
res. Vereinzelte internationale Themen werden
Der STD_1911.0.1 Arbeitskreis „Preis-/Tarifmo-
durch den Lenkungskreis verfolgt.
delle“ beschäftigt sich mit der Erarbeitung ei-
STD_1911.11
Smart Grid Informations­sicher­heit“
nes Konzepts für standardisierte Formate für
die Forderungen maßgeblicher Berechnungsfaktoren (FMBF). Die im § 40 des EnWG gefor-
Der Arbeitskreis STD_1911.11 Smart Grid In-
derten standardisierten Begriffe, Definitionen
formationssicherheit“ (DE-SGIS) agiert als natio­
und Formate werden durch die entsprechen-
nales Spiegelgremium zur europäi­
schen Ar-
den Fachkreise dieser Projektgruppe auf brei-
beitsgruppe „Smart Grid Information Security“
ter Basis erarbeitet.
(EU-SGIS) und arbeitet mit entsprechenden
22
anderen Gruppen des Kom­
petenzzentrums,
STD_1911.0.2 „Use Cases“
Experten der IT-Sicherheit in der Netzleittech-
Der STD_1911.0.2 Arbeitskreis „Use Cases“
nik und IT-Technologie, aber auch mit normati-
spiegelt nicht nur die Aktivitäten der „Working
ven Gremien in der DKE, wie z. B. in der AK
Group Sustainable Processes“ wider, sondern
952.0.15, und im DIN zusammen. Erste hier
hat sich auch die Erarbeitung von Use-Case-
diskutierte Vorschläge zur Informationssicher-
Prozessen, die Verbreitung des Use-Case-Ge-
heit sind bereits als normative Umsetzungen in
dankens und die selbstverständliche Anwen-
die Arbeiten an der Norm IEC 62351 eingeflos-
dung von Use Case Prozessen zum Ziel ge-
sen. Zudem wurde die auf Basis des BDEW-
setzt. Dazu veranstaltete der Arbeitskreis einen
Whitepapers erarbeitete DIN SPEC 27009 er-
öffentlichen Workshop zum Thema Use Cases
folgreich auf europäischer Ebene positioniert,
und zum Stand der Normung. Außerdem stellte
Rahmenbedingungen
das Gremium sein Thema in der vom BMWi ini-
feld. Konsequenterweise gibt es in Anbetracht
tiierten und geführten Arbeits­
grup­
pe „Intelli-
dieser vom Ver­­braucher zunehmend erwarte-
gente Netze und Zähler“ vor. Die Idee der Use
ten Rolle eines proaktiven Marktteilnehmers ein
Cases wurde als Hilfsmittel zur Analyse von le-
entsprechend wachsendes Interesse der Ver-
gislativen
aufgenom-
braucherorganisationen an nutzer­freund­licher
men. Innerhalb des Gremiums werden in Work-
technischer Ausrichtung von Smart-Grid-Tech-
shops die Begriffe der Use-Case-Methodik,
nologien. Vor diesem Hintergrund wurde durch
der notwendige Detaillierungsgrad von Use
den DIN-Verbraucherrat der Gemeinschaftsar-
Ca­ses sowie die Ableitung der Generic Use
beitskreis DIN/NA 023-00-04-08 GAK „Ergono-
Cases in höher detaillierte Use Cases in einer
mische Aspekte zu E-Energy und Smart Grids“
Liegenschaft und an der Schnittstelle zur Lie-
eingerichtet. Unter Beteiligung professioneller
genschaft erarbeitet.
IT-Ergonomen hat dieser die Vornorm DIN
Um deren Nutzung und Verbreitung voranzu-
SPEC 33440 mit dem Titel „Interaktionsschnitt-
treiben, wurden die erarbeiteten Use Cases
stellen und Produkte für Smart Grid und Elekt-
und Prozesse gemeinsam mit STD_1911.2 „In-
romobilität – Grundlegende Aspekte und Prin-
house Automation“ als Basis für die Arbeit in
zipien für ergonomische Ge­
staltung“ erstellt,
den internationalen Gremien IEC TC 57 „Power
die bis Ende 2012 veröffentlicht werden soll.
Systems Management and Associated Infor-
Die DIN SPEC 33440 verfolgt das Ziel, die
mation Exchange“, CLC TC 205 „Home and
Grundprinzipien und die Wirkungs­
mecha­
nis­
Building Electronic Systems (HBES)“ und CLC
men nutzerfreundlicher Gestaltung von Smart-
TC 59 „Performance of Household and Similar
Grid-Geräten insbesondere jenen Entwicklern
Electrical Appliances“ eingebracht. Dort die-
zu vermitteln, die dem Bedarf folgend jetzt an-
nen sie zur Abgleichung der zugehörigen Da-
fangen, sich mit den menschenzentrierten Ge­
tenmodelle und Strukturen.
sichtspunkten soziotechnischer Infrastrukturen,
Rahmenbe­
dingungen
NA 023-00-04-08 GAK „Ergonomische
Aspekte zu E-Energy und Smart Grid“
(DIN / DKE)
wie sie Smart Grids darstellen, vertraut zu machen. Die DIN SPEC 33440 ist in diesem Sinne
eine Auswahl ergonomischer und informationspsychologischer Ins­
trumente, die im Bereich
Für den Erfolg des Smart-Grid-Ansatzes spielt
der Smart-Grid-Interaktion besondere Relevanz
die Einbeziehung der Endverbraucher eine be-
haben.
deutende Rolle. Nur wenn diese auf die Ener-
In einem zur Veröffentlichung im Jahr 2013 vor-
gieverwendungsanreize so reagieren, wie es
gesehenen Anhang wird unter Federführung
hinter den politischen Ideen der ständigen
des Projekts „Effiziente Verbrauchereinbin-
Ener­gieeffizienzsteige­rung und der Integration
dung“ der TU Braunschweig die Anwendung
der Erneuerbaren Energien steht, werden die
der Grundregeln am Beispiel einer nutzer­
neuen Netzstrukturen zukunftsfähig sein. Die
freund­
lichen Gestaltung eines In-Home-Dis-
dem End­verbraucher zur Verfügung stehenden
plays gezeigt werden. Weitere Begleitfolgen
Interaktionsschnittstellen für das Smart Grid
der Normungsarbeiten im NA 023-00-04-08
sind im Wesentlichen die Smart Meter und die
GAK sind die Aufnahme der Arbeiten zur Ent-
„Smart Household Appliances“, also die „intel-
wicklung standardisier­ter Piktogramme für den
ligenten“, ins Kommunikationsnetz eingebun-
Einsatz in Smart Grid und Elektromobilität bei
denen elektrischen Geräte im häuslichen Um-
der DKE. Zudem beginnen auch die Entwick23
lungsarbeiten für einen speziell auf die Bedürf-
nem Lenkungskreis und den Fokusgremien zu
nisse der Endverbraucher zugeschnittenen,
einem neuen multifunktionalen Werkzeug in der
standardisierten Smart-Grid-Wortschatz unter
Normungswelt entwickelt, das Doppelungen in
Verwendung des Terminologie-Mana­
gement­
Aktivitäten und Gremien vermeidet, neue Nor­
Systems IGLOS. Hier ist eine Koo­peration zwi-
mungsthemen adressiert und so die vorhande-
schen der TU Bielefeld, der TU Braunschweig
nen Gremien ergänzt und unterstützt. Dabei
und der Physikalisch-Technischen Bundesan-
führt das DKE-Kompetenzzentrum nicht nur na­
stalt (PTB) geplant. Weitere Arbeiten zur Erfas-
tiona­le und internationale Normungsaktivitäten
sung der Begriffe finden im Normungsgremium
zusammen, wie z. B. die Aktivitäten der DKE/
DKE/K 111.0.5 „Begriffe zu Smart Grid“ statt.
K 261 „Systemaspekte der elektrischen Ener­gie­
versorgung“, DKE/K 461 „Elektrizitätszähler“
Weitere Gremien mit Bezug zu „Smart
Grid“
und DKE/K 952 „Netzleittechnik“ mit den Aktivitäten der Smart Grid Coordination Group (SG-
Immer stärker erreicht das Thema „Smart Grid“
CG) und der Smart Metering Coordination
die etablierten Normungsgremien, teils über
Group (SM-CG). Es fungiert darüber hinaus auch
die Zusammenarbeit im Lenkungs­
kreis, teils
als neutraler Ansprechpartner für die Politik.
über die Spiegelung der internationalen Normungsaktivitäten. Eine Projektliste mit aktuellen
FNN Forum Netztechnik / Netzbetrieb
Projekten aus diesen Gremien steht im Anhang
Hier soll auch auf die Arbeiten des FNN im
zur Verfügung.
Zuge der Umsetzung von neuen Anforderun-
gen an die Netze hingewiesen werden. BeiDKE Kompetenzzentrum
Normung
rum „Normung E-Energy / Smart Grid“ mit seispielsweise wurde 2011 vor dem Hintergrund
E-Energy/Smart
E
Energy/Smart Grids
Insgesamt hat sich das DKE-Kompetenzzent-
Verbindung und Schnittstelle bei übergreifenden
Smart Grid Normungsthemen zu DKE-Normungsgremien:
Smart-Grid-Normungsthemen
DKE Normungsgremien:
CEN/CENELEC
g ,
Nationale Anfragen Anfragen,
Mandate
Normung
IEC
DKE-Kompetenzzentrum
p
Normung E-Energy/Smart Grid
Technische Gremien
der DKE
Koordinierung, Bestimmung
relevanter Normungsgremien
Anfragen bei übergreifenden
Themen,,
Normenerstellung
Abbildung 3: Rolle des DKE-Kompetenzzentrums „Normung E-Energy / Smart Grid“
(Quelle: DKE)
24
Rahmenbedingungen
der Netzintegration der Erneuerbaren Energie
basierte WAN-Schnittstel­le nach den Vorgaben
die VDE-Anwendungsregel VDE-AR-N 4105:
des Schutzprofils und der TR-03109 zu erarbei­
2011-08 „Er­zeu­gungsanlagen am Niederspan-
ten. Da aufgrund der Vorgaben des Gateway-
nungsnetz, Technische Mindestanforderungen
Schutzprofiles keine vollständige Übernahme
für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeu-
der M2M-Spezifikationen des European Tele-
gungsanlagen am Niederspannungsnetz" ver-
communications Standards Institute (ETSI)
öffentlicht.
möglich ist, speist der DKE/AK 461.0.143 seine
Erkenntnisse zurück in das ETSI TC M2M. Die
Weitere Arbeitsgruppen mit Bezug zu
„Smart Metering“
aus ETSI M2M Release 1 verwendbaren Kon-
Die Aktivitäten im DKE-Kompetenzzentrum
Schnittstelle berück­sichtigt. Der AK 461.0.143
zum Thema „Smart Metering“ werden immer
berücksichtigt zusammen mit dem AK 461.0.
mehr ergänzt durch die Arbeiten weite­rer Grup-
142 die Empfehlung der SM-CG (TR 50572),
pen, wie beispielsweise des DKE/AK 461.0.143
die Me­tering-Daten über COSEM-Klassen zu
sowie des Forums Netztechnik/Netzbetrieb im
modellieren.
zepte werden vom AK 461.0.143 für die WAN-
VDE (FNN):
VDE (FNN)21 – „MessSystem 2020“
DKE/AK 461.0.143 „Web Services Smart
Darüber hinaus koordiniert die DKE ihre Nor-
Meter Gateway“
mungsaktivitäten zum Thema Smart Metering
Der DKE/AK 461.0.143 wurde vom Bundesamt
mit dem Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE
für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI)
(FNN). In diesem Zusammenhang ist vor allem
beauftragt, Festlegungen für eine webservice-
das VDE-(FNN)-Projekt „MessSystem 2020"
Abbildung 4: Rahmenbedingungen zur Entwicklung neuer Messsysteme (Quelle: FNN)
21
Link zum MessSystem 2020: www.vde.com/de/fnn/arbeitsgebiete/messwesen/Seiten/messwesen.aspx/
25
von Bedeutung. Denn im Rahmen dieses Pro-
steller (Interchangeabili­ty) gegeben ist, soweit
jekts werden Lasten­hefte für zukünftige Mess-
dies technisch mög­
lich ist. Grundlage dafür
systeme (Smart Meter) erarbeitet und dabei
sollen definier­te Testfälle zur Implementierung
die Interessen von Anwendern und Herstellern
in Test­ma­schi­nen sein. Dementsprechend er-
für die Entwicklung der neuen Messsysteme
folgt pa­rallel zur Beschreibung der Anforderun-
gebündelt. Das Projekt ist Teil der Arbeiten des
gen auch eine Beschreibung zugehöriger Test-
VDE (FNN) zur Erarbeitung von Spezifikationen
fälle.
für ein zukünftiges „intelligentes Messsystem“.
Eine Hauptaufgabe des Kompetenzzentrums
Dieses wird auf einem Basiszähler mit Smart
ist die Vernetzung der unterschiedlichen Nor-
Meter Gateway basieren. Die ersten Arbeiten
mungsgremien auf nationaler und internationa-
sollen im Wesentlichen bis Ende 2012 abge-
ler Ebene. Die nachfolgende Tabelle gibt einen
schlossen sein und müssen nach erfolgter Ver-
Überblick der Tätigkeiten in den verschiede-
rechtlichung der technischen Vorgaben durch
nen Gremien. Weitere Einzelheiten finden sich
Bund und BSI angepasst und abgeschlossen
auf den folgenden Seiten und den angegebe-
werden. Angestrebt wird ein System zur Kon-
nen Quellen sowie inhaltlich auch in den Be-
formitätsprüfung, in dem spartenübergreifend
schreibungen der Kapitel 2 bis 5.
verschiedene Energiemesssysteme zusam-
Hinweis: Die folgenden Beschreibungen und
menarbeiten (Interoperability) und die Aus-
Näheres zu den Normungsgremien finden Sie
tauschbarkeit von Geräten verschiedener Her-
unter dem Internetlink der Fußnote 48).
Gremium
Was ist erreicht?
DKE/1911 Lenkungskreis
Roadmap 2.0 (dieses Dokument)
Monitoring der europäisch / internationalen Normungsaktivitäten, Abstimmungen zu BSI-Schutzprofil
Monitoring der europäischen /
internationalen Normungsaktivitäten, Koordinierung
DKE/1911.1 Netzintegra­tion,
Lastmanagement und de­zentrale Energieversorgung
Unterstützung der SG-CG bei der
Ana­lyse von Use Cases, Funktionale
Architektur, Konzept Reglerbild
Use Cases und Profilierung
DKE/1911.2 Inhouse
Automation
Use-Case-Methodik -> 1911.0.1
ini­tiiert, Use Cases zu Energiemana­
gement und Smart Home, hier Spiegelung und enge Abstimmung mit der
SG-CG/SP, neues Normenprojekt zu
Ener­gie­management initiiert (AK
716.0.1), Diskussion Tarifmodelle und
Energiemanagement -> 1911.0.1
initiiert
Tarifmodelle, Zusammenarbeit mit
AK 716.0.1, Verfolgung / eigene
Ausarbeitungen zum Flexibilitätskonzept der SG-CG
EN 50491-11/12
ITG/1911.3 Verteilnetzautomatisierung
Erarbeitung und Veröffentlichung von
Ableitung Normungsbedarf aus
zwei Positionspapieren, Mitarbeit in der den Positionspapieren
SG-CG/RA
DKE/1911.4 Koordinierung
Smart Metering
Spiegelung zur SM-CG (Mandat
M/441), Verfolgung der BSI-Aktivitäten
Tabelle: Übersicht Normungsaktivitäten
26
Derzeitige Aktivitäten
Was ist geplant?
Koordinierung gremienübergreifend zu Smart Metering in Ver­bin­dung mit gesetzlichen Vorgaben
Rahmenbedingungen
Gremium
Was ist erreicht?
DKE/1911.5 Netzintegration
Elektromobilität
Derzeitige Aktivitäten
Was ist geplant?
Positionspapier zu Systemdienst­
leistungen in Verbindung mit
Smart Charging, Monitoring
ISO/IEC 15118, Spiegelung der
europäischen AHG Smart
Charging
DKE/1911.10 Internationale
Normung SMART.GRID
Spiegelung verschiedener inter­natio­
naler Smart-Grid-Gremien, hierzu Stellungnahmen und Kommentierung, Aufgabe wurde in Fachgremien überführt
Gremium ruht
DKE/1911.11 Smart Grid
Informationssicherheit
Spiegelgremium des SG-CG/SGIS,
Unterstützung Normprojekt DIN SPEC
27009, Ergänzungen zu IEC 62351
Spiegelgremium des SG-CG/
SGIS und Umsetzung, SGIS-UseCases bis in die Liegenschaft,
internationaler Normenvorschlag
(ISO/IEC DTR 27019)
Zusammenarbeit mit DIN NIA und
AK 952.0.15
DKE/1911.0.1 Preis- und
Tarifmodelle
Erarbeitung standardisierter
Tarif- und Preismodelle
DKE/1911.0.2 Use Cases
Workshop Januar 2012 zu Use Cases,
Spiegelung der Metho­dikentwicklung
durch SG-CG/SP und IEC/TC 8 AHG 4
Weiterentwicklung Use-Case.
Methodik, Konzept Generic Use
Cases
DIN/NA 023-00-04-08 GAK
„Ergonomische Aspekte zu
E-Energy und Smart Grid“
(DIN/DKE)
Basis ist die Studie des DIN-Verbrau­
cherrates zur Ergonomie im Smart Grid
Vornorm DIN SPEC 33440
„In­ter­aktionsschnittstellen und
Produkte für Smart Grid und
Elektromobilität – Grundlegende
Aspekte und Prinzipien für ergonomische Gestaltung“, Smart
Grid / Elektromobilität Piktogram­
me, Smart-Grid-Wortschatz
DKE/K 261 Systemaspekte
der elektrischen Energiever­
sorgung
Zusammenarbeit mit TC 8, um die produktspezifischen Anforderungen der
VDE-AR-N 4105 in die zukünftige IECNorm zur Harmonisierung von Netzan­
schlussbedingungen zu ver­ankern.
siehe Projektliste und Link im
Anhang „Normungsprojekte“
DKE/K 461 Elektrizitätszähler
DKE/AK 461.0.143 Web
Services Smart Meter Gate­
way, DKE/AK 461.0.142
Datenstrukturen Smart Meter
Gateway
Festlegungen zur Nutzung von Web­
services getroffen und in Form eines
fortgeschriebenen Arbeitspapiers mit
dem BSI ab­gestimmt. Ausarbeitung
von Funktions-Use-Cases der IF_GW_
WAN-Schnittstelle gestartet (Berück­
sichtigung von SM-CG soweit möglich)
Festlegungen für eine webser­
vice-basierte WAN-Schnittstelle
für BSI Smart Meter Gateway
entsprechend BSI-Schutzprofil
(TR)
DKE/UK 543.1 Installations­
kleinverteiler und Zähler­
plätze
E DIN VDE 0603-5-100 (VDE 0603-5100):2012-05 Installationskleinverteiler
und Zählerplätze AC 400 V – Teil 5-100:
Anpassung der Zählerplatznormung
zur Integration der zukünftig geforder­
ten Messsysteme
Festlegungen für die Installation
des Smart Meter Gateway in die
Umgebung Zählerplatz (Neuanla­
gen und bestehende Anlagen)
UK 767.1 Niederfrequente
leitungsgeführte Störgrößen
EN 50160 (Spannungsqualität)
IEC/EN 61000-4-19 (Störfestigkeit
niederfrequente leitungsgeführte
Störgrößen, symmetrisch)
Tabelle: Übersicht Normungsaktivitäten (Fortsetzung)
27
Gremium
DKE/K 952 Netzleittechnik
Was ist erreicht?
Spiegelgremium zu IEC und CLC TC 57 siehe Projektliste und Link im
sowie Verfolgung der Aktivitäten in IEC Anhang „Normungsprojekte“
PC 118 gemeinsam mit DKE / AK 716.
Schwerpunkte der weiteren Arbeiten:
Datenkommunikation mit dem Schwer­
punkt Protokolle zur Sicherstellung der
Kompatibilität, Planung und Netzfüh­
rung, u.a.
–DIN EN 61850, Kommunikationsnetze
und -systeme für die Automatisierung
in der elektrischen Energieversorgung;
–DIN EN 61968 Integration von Anwen­dungen in Anlagen der Elektrizi­
tätsversorgung
sowie Erstellung erläuternder Unterla­
gen auf internationalem
FNN-MessSystem 2020
Beschreibung / Lastenhefte für
interoperable Messsysteme auf
Basis der technischen Vorgaben
BSI und des Bundes
IEC/TC 59/WG 15 Connection
of household appliances to
smart grids and appliances
interaction
Erstellung einer Sammlung von
gemeinsamen Begriffen, Konzep­
ten und Kriterien um das TC 59
und dessen Unterkommittees bei
der technischen Analyse der
Zusammenarbeit von Liegen­
schaften und Smart Grid zu zu
unterstützen.
Smart Grid Coordination
Group (SG-CG) von CEN,
CENELEC und ETSI
Bearbeitung des Normungsmandats
M/490, Veröffentlichung 2011 JWGBericht zu Smart Grids
Ende 2012, AbschlussberichtVerlängerung des Mandates:
Work-Pro­gramme und neue, inhaltliche Schwerpunkte (Flexibili­
tätskonzept, Speicher, Einbin­
dung DER, Profilierung und Tests,
Interoperabilität)
SG-CG/RA Working Group
Reference Architecture
Draft Reports, SGAM
Abschlussbericht
SG-CG/SP Working Group
Sustainable Processes
Draft Report, Use Cases Management
Repository (DKE, OFFIS, IBM), Samm­
lung von 450 Use Cases, Entwicklung,
Konzept und Beispiele zu Generic Use
Cases
Abschlussbericht, weitere Arbeit
an Generic Use Cases, Überga­
be an TC’s
SG-CG/SGIS Working Group
Smart Grid Information
Security
Draft Report, Analyse Normenwelt,
SGIS-Toolbox
Abschlussbericht
SG-CG/FSS Working Group
First Set of Standards
Priorisierung und Arbeitsprogramm
(Work Programme), Draft Report zu
Systemen, die auf Architektur und
Normen abgebildet werden
Abschlussbericht
Tabelle: Übersicht Normungsaktivitäten (Fortsetzung)
28
Derzeitige Aktivitäten
Was ist geplant?
Rahmenbedingungen
Gremium
Was ist erreicht?
Derzeitige Aktivitäten
Was ist geplant?
Smart Meter Coordination
Group von CEN, CENELEC
und ETSI
Bearbeitung des Normungsmandats
M/441, Use Cases, Weiterentwicklung
COSEM-Modell, CEN/CLC/ETSI/TR
50572 „Functional Reference Architecture for Communications in Smart
Metering Systems“
Abschlussbericht Ende 2012
Electro Mobility Coordination
Group
Bearbeitung des Normungsmandats
M/468
Analyse Normenwelt: Anschlussmöglichkeit, Ladevorgänge etc.
IEC/SMB SG3 Strategic
Group Smart Grids
Roadmap, Konzept Mapping Tool und
Use Cases,
Netzwerke zu TCs innerhalb IEC und
zu anderen Organisationen
Roadmap 2.0
IC/TC 8 AHG 4 Smart Grid
Requirements Subgroup
Method & Tools 11 Domain
Core Teams (DCT)
Normprojekt initiiert 8/1307/NP für
Sammlung von Use Cases und
Use-Case-Template-Workshops zu Use Entwicklung von Generic Use
Cases
Cases
Tabelle: Übersicht Normungsaktivitäten (Fortsetzung)
1.4 Europäische und interna­
tionale Normungsaktivitäten
1.4.1 Europäische Normungs­
aktivitäten
zeit­gleich einen Entwurf für einen technischen
Bericht vorgelegt. Wesentliches Ergebnis der
Arbeiten ist die Sammlung von Use Cases und
deren einheitliche Darstellung in einem entsprechenden Template. Die Use Cases wurden
M/490 – Smart Grid Coordination Group
zu Schwerpunktthemen gruppiert und soge-
(SG-CG)
nannte „Generic Uses Cases“ erstellt, die die
Als Reaktion auf das von der EU-Kommission
wichtigsten Ideen der einzelnen Anwendungs-
vergebene Mandat M/490 (Smart Grid) wurde
fälle zusammenfassen. Basierend auf den ge-
von den europäischen Normungsorganisatio-
nerischen Anwendungsfällen können jetzt Lü-
nen CEN, CENELEC und ETSI die Smart Grid
cken im Normenwerk gefunden und gezielte
Coordination Group (SG-CG) gegründet. Der
Normungsaktivitäten mit allen beteiligten Stake­
ambitionierte Zeitplan und der thematische
holdern gestartet werden. Der Technische Be-
Umfang des Mandats erfordern eine schlanke,
richt (Entwurf) der Smart Grid Information Se-
zielgerichtete Projektorganisation:
curity Group baut auf den beschriebenen Er-
Im Frühjahr 2012 erschien der Entwurf eines
gebnissen der anderen Arbeitsgruppen auf
Technischen Berichts der Smart Grid Coordi-
und nutzt sowohl das Fünf-Schichten-Modell
nation Group (SG-CG) zur „Reference Archi­
als auch die Use-Case-Systematik, um einer-
tec­ture for the Smart Grid“. Die Referenzarchi-
seits Anforderungen an die Informationssicher-
tektur benutzt ein Fünf-Schichten-Modell zur
heit abzuleiten und andererseits Regelungslü-
Darstellung der Interoperabilität von Prozessen
cken zu identifizieren.
und ist anwendbar sowohl auf bestehende
Die Smart Grid Coordination Group plant, die
Netze wie auch auf zukünftige Smart Grids. Die
Arbeiten an der Methodik bis Ende 2012 abzu-
Arbeitsgruppe „Sustainable Processes“ hat
schließen. Dann wird auch ein Bericht mit einer
29
Smart Grid
Coordination
Group
G
EC
Reference
Group
(former JWG)
Mandate Scope
EC Level
Steering
Committee
First Set of
Standards
Sustainable
Processes
Reference
Architecture
Smart Grid
Information
Security
New joint WGs
Existing WGs
Existing WGs
New joint WG
Existing WGs
TC Level
Abbildung 5: Struktur der Smart Grid Coordination Group (Quelle: SC-CG)
17. Sept. 2012 – 2
Liste von Normen vorliegen, die schon heute
Organisatorisch hat die Smart Metering Coor-
für die Umsetzung von Smart Grids in Europa
dination Group (SM-CG) die Zuständigkeit für
zur Verfügung stehen. Absehbar ist eine Ver-
die Normenbearbeitung und die Federführung
längerung des Mandats, um laufende Projekte
der Normungsprozesse an die koordinieren-
der erarbeiteten „Work-Programme“ abzu­schlie­
den technischen Komitees CEN/TC 294, CLC/
ßen sowie die entwickelten Methoden wei­
ter
TC 13, CLC/TC 205 und ETSI/TC M2M verge-
auszubauen, zu etablieren und an Schwer-
ben. Die detaillierten Ergebnisse wurden in
punktthemen auszuarbeiten.
dem technischen Bericht CEN/CLC/ETSI/TR
50572 „Functional Reference Architecture for
30
M/441 – Smart Metering Coordination
Communications in Smart Metering Systems“
Group (SM-CG)
zusammengestellt. Dieser Bericht setzt Smart
Im Rahmen des Normungsmandats M/441 (Smart
Metering in den Kontext von Smart Grid und
Metering) von 2009 hat die Europäische Kom-
beschreibt die funktionale Referenzarchitektur
mission die europäischen Normungsgremien
für die Kommunikation, um die erweiterten
CEN, CENELEC und ETSI beauftragt, europäi-
Smart-Metering-Funktionalitäten zu unterstüt-
sche Normen für Smart-Meter-Funktionalitäten
zen. Die bidirektionale Kommunikation für In-
und Kommunikationsschnittstellen für die Spar-
formationsaustausch,
ten Strom-, Gas-, Wärme- und Wasser zu entwi-
und Steuerfunktionen werden in gleicher Weise
ckeln. Das Ziel ist eine offene Architektur unter
berücksichtigt wie Anforderungen an die Inter-
Einbeziehung von Kommunikationsprotokollen,
operabilität. Besondere Aufmerksamkeit wird
die Interoperabilität ermöglichen. Die Koordi-
der Datensicherheit und dem Datenschutz ge-
nierung und die Umsetzung erfolgt durch die
widmet. Als einheitliche Objektschicht für Smart
Smart Metering Coordination Group. Derartige
Metering in Europa wurde das COSEM-Objekt-
Smart Meter sollen neben dem generellen Be-
modell und OBIS-Identifikation nach IEC 62056-
wusstsein für den aktuellen Verbrauch auch eine
6-2 und IEC 62056-6-1 vereinbart. Trotzdem
Flexibilisierung der Tarifmodelle ermöglichen.
sind für den Betrieb von Smart Metern und zur
Managementaufgaben
Rahmenbedingungen
Messdatenkommunikation national individuelle
na­
tionen und Arten von Ladestationen und
Verfahren zugelassen. Für alle verwendeten
Fahrzeugen ermöglichen. Das Laden selbst
Verfahren zur Erfassung und zum Transport
wird außerdem hinsichtlich verbesserter Anwen­
von Energiedaten sind sogenannte „Mapper“
derfreundlichkeit und Kosteneinsparungspo-
der individuellen Objektschicht auf das CO-
tentialen bewertet. Einer der Schwerpunkte des
SEM-Modell entstanden bzw. normativ beauf-
Man­dates ist selbstverständlich auch die Un-
tragt (z. B. IEC 61850 -> COSEM, ISO/IEC
tersuchung der Sicherheit als Basis für die Ein-
14908 -> COSEM u. a.).
führung und Akzeptanz des Ladens. Weitere
Zur Ermittlung der Systemanforderungen und
Details zu diesem Mandat sind in der Road-
des daraus resultierenden Normungsbedarfs
map Elektromobilität 2.0 zu finden (siehe Kapi-
wird wie beim Smart-Grid-Mandat M/490 die
tel 1.5.2).
Use-Case-Methodik angewendet. Die Use Cases beschreiben, wie die unterschiedlichen
ETSI M2M
Anwender, Komponenten und Marktrollen mit
Im Rahmen der Normungsmandate M/441 und
dem System in Wechselwirkung treten, um be-
M/490 hat die TC M2M des European Telecom-
stimmte Aufgaben zu erfüllen. Die Methodik ist
munications Standards Institute ETSI eine do-
im System Engineering weit verbreitet, um An-
mänenunabhängige M2M Kommunikationsar-
forderungen von Software- und Systemlösun-
chitektur (Functional Architecture) entwickelt
gen zu ermitteln.
und als Technical Specification veröffentlicht.
Derzeit arbeitet die SM-CG an einem Ab-
Die Technical Specifications basieren auf den
schlussbericht, der bis Ende 2012 publiziert
Use Cases der SM-CG und SG-CG und wer-
werden soll. Dieser Bericht wird den erreichten
den in deren Reports referenziert. Im Februar
Arbeitsstand und die entwickelten Normen do-
2012 wurden die Spezifikationen des „M2M
kumentieren und die noch zu erledigenden
Release 1“ veröffentlicht. Die Functional Archi­
Aufgaben beschreiben.
tecture verfolgt das Ziel, die Kommunikationsdienst- und Managementschnittstellen (APIs)
M/468 – Electro Mobility Coordination
unabhängig von der Anwendungsdomäne und
Group (eM-CG)
der Technologie (Typ des Access-Networks) zu
Im Rahmen des Normungsmandats M/468
spezifizieren. Um die Skalierbarkeit auf eine
(Elekt­
romobilität) beschäftigt sich die Electro
große Anzahl vernetzter Geräte und die Inter­
Mobility Coordination Group (EM-CG) mit Nor-
operabilität durch Versionierung über einen lan­
men für das Laden von elektrisch angetriebe-
gen Zeitraum zu gewährleisten, wurde von ETSI
nen Fahrzeugen. Dabei werden, ähnlich wie
ein auf Ressourcen basierender API-Stil mit
bei anderen Mandaten, die vorhandenen Nor-
Webservice-Protokollen verwendet (RESTful).
men auf Anwendbarkeit und Lücken unter-
Dadurch sind ein Wettbewerb bei den Kommu-
sucht. Betrachtet werden die Bereiche Logistik,
nikationsdienstleistungen und eine Entkopp-
Infrastruktur, Flexibilität, Interoperabilität, An­
lung der IKT-Infrastruktur von der Energienetz-
schluss­möglichkeiten und Sicherheit. Das The-
infrastruktur möglich. Die Investitions- und Be-
ma Flexibilität umfasst zum Beispiel mehrere
triebskosten der Gateways, Head-End-Syste-
neue Lademodi neben den bisher üblichen Me­
me und Public Key Infrastructure (PKI) lassen
thoden, wie das Laden ausgebauter Batterien.
sich auf mehrere Anwendungen verteilen.
Die Anschlussmöglichkeiten sollen alle Kom­bi­
31
1.4.2 Internationale Normungs­
aktivitäten
und Basis für zukünftige IEC-Normen sein kön-
IEC International Electrotechnical
Grid-Projektgruppen weltweit, wie beispiels-
Commission
weise dem National Institute of Standards and
Auf IEC-Ebene wird derzeit ebenfalls an einer
Technology (NIST), zusammen.
aktualisierten Version der Smart Grid Roadmap
gearbeitet. Gegenüber der Version 1.0, die mehr
den Charakter einer Bestandsaufnahme der
bestehenden Normen im Smart-Grid-Umfeld
hatte, soll die Version 2.0 auch einen Ausblick
auf zukünftige Normen geben. Dazu werden
zum einen die Normen, die innerhalb der
nächs­ten fünf Jahre freigegeben werden sollen, mit in die Roadmap aufgenommen. Zum
anderen wird es auch einen Abschnitt geben,
der zukünftige Technologiefelder beschreibt,
die die IEC als ihren Zuständigkeitsbereich bezüglich Normung und Standardisierung erachten.
Auch IEC/TC 8 AHG 422 „Smart Grid Requirements“ arbeitet an Use Cases für die Normungsarbeit (siehe NWIP 8/1307/NP). Vom
Einsatz dieser standardisierten Dokumente erwartet man sich einen besseren Informationsaustausch zwischen den technischen Experten­
gruppen und eine bessere Abstimmung an
den Zuständigkeitsgrenzen. Darüber hinaus
geht man davon aus, dass mithilfe von Use Cases auch der Bedarf an neuen Normen schneller erkannt und inhaltlich parallele Normungsvorschläge vermieden werden können.
IEC/SMB23 SG3 „Smart Grid“ beschäftigt sich
mit der Entwicklung eines Rahmens, der Grund­
­strukturen, Protokolle und Normen zur Modellierung beinhaltet. Dabei leistet diese strategische Gruppe auch Unterstützung für die Implementierung von Ideen und Technologien,
die sich im Umfeld des Smart Grid entwickeln
nen. SG3 arbeitet dabei eng mit anderen Smart-
In der Vergangenheit gab es an der Schnittstelle zwischen intelligentem Netz und intelligentem Energiemanagement beim Endkunden
weltweit eine Reihe von überlappenden Vorschlägen. Um diese Überlappungen aufzulösen und konkrete Normungs- und Standardisierungsanforderungen an die technischen
Expertengruppen zu geben, wurde temporär
das Project Committee (PC) 118 Smart Grid ins
Leben gerufen.
Nationale Normungsaktivitäten anderer
Länder
Im Juni 2012 hat die Smart Grid Coordination
Group ein internationales Plenary abgehalten,
an dem Teilnehmer aus Brasilien, China, Korea,
Japan und den USA sowie Vertreter internationaler Organisationen wie IEC, ITU-T, ISGAN
und UNIDO teilgenommen haben. Das Ziel waren der Informationsaustausch und die Diskussion eines koordinierten Vorgehens.
USA
Die vom National Institute of Standards and
Technology (NIST) geleiteten Aktivitäten in den
USA haben neben der Veröffentlichung der
„NIST Framework and Roadmap for Smart Grid
Interoperability Standards“ Version 1.0 (Januar
2010) und Version 2.0 (Februar 2012) auch
eine Organisation (Smart Grid Interoperability
Panel – SGIP) ins Leben gerufen. SGIP mit seinen entsprechenden Untergruppen versammelt momentan etwa 800 Firmen und Organisationen. Die Hauptaufgabe der Organisation
ist derzeit die Bearbeitung des sogenannten
22
TC Technical Committee, AHG Ad-hoc Group, NP New Project
= Vorschlag für ein neues Normprojekt
23
SMB Standardization Management Board, SG Strategic Group
32
Priority Action Plans (PAP) und des Catalog of
Standards (CoS). Von den im NIST Framework
Rahmenbedingungen
benannten etwa 100 Normen sind mit dem
tigen Normungsgruppe. Ziel der neuen Grup-
Stand Juni 2012 bereits 28 verifiziert und weite-
pe ist es, neben der Tätigkeit als Spiegelgrup-
re 15 zur Entscheidung anstehend. Die Organi-
pe zur IEC/SMB SG3 „Smart Grid“ auch einen
sation SGIP weist viele Ähnlichkeiten zur euro-
Bericht über die japanischen Aktivitäten bis
päischen SG-CG auf. So gibt es neben Ar-
März 2013 zu erstellen. Grundlage werden
beitsgruppen zu Architektur, Use Cases und
nach wie vor die 26 Focus Groups sein. Bei der
Security auch den entsprechenden Arbeitsplan
Ausgestaltung kommen die in der europäi-
durch die PAPs (Priority Action Plans). Sowohl
schen Gruppe erarbeiteten Methoden (z. B.
NIST als auch SGIP haben im Jahr 2011 eine
SGAM) zum Tragen. Insgesamt gibt es bereits
Absichtserklärung zur Zusammenarbeit mit der
seit 2010 eine enge Verzahnung der europäi-
SG-CG unterzeichnet, die die Felder der ge-
schen mit den japanischen Aktivitäten. Dies
meinsamen Arbeit näher festlegen. Die ent-
spie­gelt sich auch in den jährlichen Treffen der
sprechende Zusammenarbeit auf Expertene-
entsprechenden Vertreter anlässlich der JISC-
bene, z. B. mit der SG-CG, ist gut etabliert.
CEN/CENELEC-Veranstaltungen wider.
IEEE hat die Spezifikation P2030 zu Schnittstellen im Smart Grid vorgelegt.
Korea
In Korea liegt seit 2010 ebenfalls eine Nor-
China
mungsroadmap und seit März 2012 ein Inter­
In China werden die Smart-Grid-Aktivitäten
operability Framework vor. Die Aktivitäten wer-
stark durch State Grid Corporation of China
den von der Korean Agency for Technology
(SGCC) beeinflusst. SGCC hat ein Smart-Grid-
and Standards (KATS) gesteuert. Derzeit unter-
Normungssystem mit acht Domänen aufge-
sucht man unter drei Top-Level-Domänen (Smart
stellt. Diese acht Domänen sind Planning, Ge-
Service, Smart Power Generation und Smart
neration, Transmission, Transformation, Distri­
Consumer) die entsprechenden Normungsfel-
bu­
tion, Consumption sowie Dispatching und
der. Die Aktivitäten orientieren sich stark an
Information & Communication. Jede dieser Do­
dem US/NIST-Modell. Bis Ende 2014 soll die
­mänen ist wiederum in Felder und die entspre-
zweite Version des Frameworks und Ende 2016
chenden Normen und Normungsaktivitäten
die dritte Version, die sich auf Test und Konfor-
unterteilt. Die identifizierten 92 Normenreihen
mität konzentriert, vorliegen.
sollen bis 2015 komplett erstellt oder überarbeitet sein.
Weitere
Neben den oben genannten Aktivitäten stehen
Japan
noch weitere internationale Initiativen zu Smart
In Japan wurden im Laufe des Jahres 2010 ins-
Grid in den Startlöchern. Beispielsweise wur-
gesamt 26 Focus Areas identifiziert, in denen
den auch in Brasilien sowie in Indien eine Smart
Normungsaktivitäten stattfinden sollen. Dazu
Grid Standardization Group etabliert, sodass in
wurde im Japanese Industrial Standards Com-
Zukunft mit einer noch größeren Anzahl von na-
mittee (JISC) im Mai 2012 das sogenannte
tionalen Normungsinitiativen gerechnet werden
„Subcommittee on Smart Grid International
kann. Die IEC-Aktivitäten zur Zusammenfüh-
Standardization“ gegründet. Dieses unterhält
rung dieser vielfältigen Initiativen im Smart- Grid-
wiederum eine enge Verbindung zur Japanese
Bereich erfahren hierdurch eine zu­neh­men­­de
Smart Community Alliance (JSCA) und der dor-
Bedeutung und Anerkennung.
33
1.5 Weitere nationale
Normungs­roadmaps mit
Bezug zu Smart Grid
tionen für AAL-Systeme und -Komponenten
In komplexen Systemen und im Zusammen-
produktegesetzes (MPG), zu diskutieren. Darü-
spiel der verschiedensten Normen können
ber hinaus sind die relevanten heterogenen
auch die besten Experten den Überblick verlie-
Nutzeranforderungen und allgemeine Anforde-
ren. Einen Überblick liefern nicht nur diese
rungen an Assistenzsysteme in unterschiedli-
Road­map, sondern auch folgende weitere Nor­
chen Bereichen des AAL zu klären.
mungs­roadmaps mit Bezug zum Thema Smart
Die aktuelle Normungsroadmap AAL dient vor
Grid, deren eigentliches Ziel es ist, die Darstel-
allem der Koordinierung und Integration ver-
lung eines aktuellen Überblicks sowie eine ers-
schiedener Aktivitäten im AAL-Umfeld sowie
te Ermittlung von Empfehlungen für die struktu-
unterschiedlicher Domänen. Sie unterstützt
rierte, weitere Bearbeitung aufzuzeigen. Auf-
Hersteller und Entwickler beim Entwurf von
bauend auf dieser und den unten genannten
Produkten und fördert sowohl das übergreifen-
Road­maps, deren Interdependenzen sowie dem
de Verständnis als auch die Interoperabilität
Forschungsschwerpunkt der EU-Kommission
und Kompatibilität von AAL-Komponenten un-
deutet sich bereits heute an, dass die Themen
terschiedlicher Parteien. Zusätzlich soll mit der
unter dem Stichwort „Smart Cities“ weiter ver-
Roadmap die Entwicklung von Integrationspro-
netzt und partiell zusammengeführt werden.
filen für prototypische Anwendungsszenarien
1.5.1 Normungsroadmap AAL –
Ambient Assisted Living24
gen, wie etwa rechtliche Anforderungen der
Datenschutzgesetzgebung und des Medizin-
vorangetrieben werden. Die AAL-Roadmap
folgt damit ähnlichen Prinzipien, wie sie auch
bei Smart Grid im Fokus stehen: Interoperabili-
Gemäß der DKE sind Normen und Spezifikatio-
tät von Lösungen wird über Profilierung, getrie-
nen, die eine kostengünstige, herstellerüber-
ben aus einem Anwendungsfall, erreicht.
greifende Interoperabilität von Systemkompo-
Die Zusammenarbeit von unterschiedlichsten
nenten erst ermöglichen, Voraussetzung für
AAL-Systemen und -Komponenten wird vom
die breite Anwendung intelligenter Assistenz-
Arbeitskreis STD_1811.0.12 ausgearbeitet und
systeme. Ambient-Assist­ed-Living-System­mo­
in einer neuen Roadmap zum Thema Interope-
delle werden bislang vor allem bei technisch
rabilität zusammengefasst. Die für das erste
und organisatorisch relativ einfachen Produk-
Quartal 2013 geplante Ausgabe wird ebenfalls
ten eingesetzt. Ebenso kommt derzeit auch im
Use Cases verwenden.
produktiven Umfeld nur eine geringe Anzahl
Verbindung zu Smart Grid: Über Nutzung ge-
von Systemen und Plattformen unterschiedli-
meinsamer Infrastrukturen in einem Smart Ho­
cher Hersteller zum Einsatz. Zukünftig werden
me, Nutzung vergleichbarer Herangehenswei-
die Anwendungen unter den Anforderungen der
se, gleicher Methoden und Normen wird eine
Kosteneffizienz aber deutlich komplexer und
Verbindung von Smart Metering, Energiema-
konvergenter ausfallen. Entsprechend wich­tig
nagement-Gateway, Smart Home mit AAL ge-
ist es daher, relevante Normen und Spezifika­
sehen.
24
Dt. Normungsroadmap AAL, Link: http://www.dke.de/de/std/
AAL/Seiten/AAL-NR.aspx
34
weiter zu entwickeln sowie Rahmenbedingun-
Rahmenbedingungen
1.5.2 Deutsche Normungsroadmap
Elektromobilität 2.025
tern von elektrischen Anlagen mit Ladestation
wird derzeit noch an einer Norm gearbeitet.
Dahingegen beurteilen Experten die Betriebs-
Mittlerweile gibt es die zweite Version der deut-
sicherheit als noch nicht für den realen Einsatz
schen Normungsroadmap Elektromobilität. Hier
ausreichend und fordern eine regelmäßige
wurden Erweiterungen zu der im Jahr 2010 vor-
fachkundige Prüfung der Anlage, ohne dabei
gestellten Version 1 vorgenommen und in ein-
jedoch konkrete Vorgaben zu machen.
zelnen Punkten tiefergehende Angaben ge-
Insgesamt zielen alle Normungsvorhaben auf
macht. Eine weitere Fortschreibung (Version 3)
einen Zeitraum der nächsten fünf bis zehn
befindet sich in Arbeit. Die Publikation ist frü-
Jahre ab, in dem die Empfehlungen umgesetzt
hestens für das zweite Halbjahr 2013 zu erwar-
werden sollen. Darüber hinaus werden neue
ten. In dieser Version sollen nun Empfehlungen
Normen erforderlich sein, sobald ein breiterer
für Normen für alle Fahrzeugklassen geschaf-
Einsatz von Elektrofahrzeugen erreicht ist. Die-
fen werden.
se beinhalten dann Vorgaben zur Wiederver-
Neu in der Version 2 der Roadmap ist die Be-
wendbarkeit von Batterien, zur Netzrückspei-
rücksichtigung von Leistungs- und Verbrauchs-
sung, zur Kommunikation zwischen Fahrzeu-
merkmalen, wobei insbesondere der Eigenver-
gen, zum einheitlichen Spannungspegel (ab-
brauch der Ladesäule berücksichtigt wird.
hängig von den Erfahrungen aus der Markt­­-
Wei­tere relevante Punkte sind die elektrische
einführung von Elektrofahrzeugen) und zum in-
Sicherheit, die bereits durch verschiedene
duktiven Laden während der Fahrt.
Normen aus dem Bereich der Elektroinstallatio-
Verbindung zu Smart Grid: Ein „intelligentes“
nen abgedeckt wird, sowie die elektromagneti-
Laden (Smart Charging) wird als wesentliches
sche Verträglichkeit (EMV), für die in den Nor-
Element für das Flexibilitätskonzept (DR, DSM26)
men DIN EN 61000-6-2 und DIN EN 61000-6-3
im Smart Grid angesehen, unabhängig ob das
Anforderungen an die Ladepunkte definiert
Laden privat oder öffentlich erfolgt (siehe auch
werden. Das Thema EMV kann hier nur ange-
Anwendungsfälle im Kapitel 5, in der Normungs­
rissen werden: Die EMV in den Ladepunkten
roadmap Elektromobilität, in den Use Cases
wird von IEC/TC 69 bzw. DKE/K 353 ausgear-
der SG-CG / Report Working Group Sustainab-
beitet (IEC/EN 61851-1). Der GAK 767.13/14.18
le Processes).
untersucht die EMV-Festlegungen für Elektrofahrzeuge selbst. Das IEC/SC 77A bzw. UK
767.1 analysiert die Begrenzung der Netzrückwirkungen. CLC/TC 8X bzw. UK 767.1 sind aktiv hinsichtlich der Festlegungen auf dem Gebiet der Spannungsqualität der öffentlichen
Elektrizitätsversorgungsnetze. Die bauliche und
funktionale Sicherheit sowie Blitz- und Überspannungsschutz werden als ausreichend genormt angesehen. Für das Errichten und Erwei-
25
Deutsche Normungsroadmap Elektromobilität, Link: http://www.
dke.de/de/std/e-mobility_neu/Seiten/E-Mo­bility.aspx/
26
DR Demand Response, DSM Demand Site Management
35
2. Systematischer Normungsprozess und
Anwendungsfälle (Use Cases)
36
Beim Smart Grid handelt es sich um ein kom-
ungeahnte Verbreitung erfahren. Bereits zu Be-
plexes System, das neben den verschiedenen
ginn der Arbeiten am Mandat M/490 wurde die
Domänen der elektrischen Energieversorgung,
Use-Case-Methodik der europäischen Working
von der Erzeugung über die Verteilung bis zum
Group Sustainable Processes in IEC TC 8 zur
Verbraucher, auch Service- und Systemdienst-
Weiterentwicklung der IEC PAS 62559 „Intelli­
leistungen umfasst und mit angrenzenden Be-
Grid methodology for developing require­ments
reichen wie Haus-, Gebäude- und Industrieau-
for energy systems“ genutzt. Diese PAS be-
tomatisierung und Elektromobilität interagiert.
schrieb bereits die Aufgabe von Use Cases als
Dies führt zu einer Vielzahl von Funktionen, Ak-
Werkzeug und gab praktische Hinweise zur
teuren und Komponenten, die zusammenspie-
Anwendung. Dabei basiert die IEC PAS 62559
len müssen, um ein effizientes und sicher funk-
auf der vom Electric Power Research Institute
tionierendes System zu gewährleisten. Inter­
entwickelten Methodik. Auch die anderen Ar-
operabilität muss dabei nicht nur im Bereich
beitsgruppen der Smart Grid Coordination
der Energieerzeugungs- und Energievertei­
Group wie auch IEC / TC 8 verwenden oder in-
lungs­­prozesse gewährleistet werden, sondern
tegrieren die Use-Case-Methodik mit dem Ziel,
auch bei den Geschäftsprozessen und der
gremienübergreifend und gemeinsam neue
Marktkom­
munikation der beteiligten Akteure.
Anforderungen zu definieren.
Dies spiegelt sich auch in der Smart-Grid-Nor-
Eine Hauptkomponente des System-Enginee-
mung mit den verschiedenen direkt oder indi-
ring-Ansatzes ist die Modellierung des Gesamt­
rekt involvier­ten Normungs- und Standardisie-
systems auf Basis einer funktionalen Architek-
rungsorganisationen und technischen Komi-
tur, d. h. der Beschreibung des Systems anhand
tees wider. Es ist daher eine strukturierte und
von einzelnen Funktionen, die miteinander inter­
koordinierte Vor­
gehensweise notwendig, um
agieren. Die Definition der funktiona­len Archi-
die zeitgerechte Erstellung der erforderlichen
tektur erfolgt auf Basis der Use Cases, die von
und qualitativ hochwertigen Smart-Grid-Nor-
dem System realisiert bzw. unterstützt werden.
men zu ermöglichen. Daher kommen in der
Use Cases bilden auch die Basis zur Festle-
Smart-Grid-Normung Methoden des System
gung der Anforderungen (Requirements) an
Engineerings zum Einsatz, wie sie auch in Ent-
das System. Des Weiteren müssen die Akteure
wicklungsprozessen für komplexe Systeme
bestimmt werden, die für die verschiedenen
verwendet werden.
Funktionen des Systems zuständig sind, um
Schon in der ersten Version dieser Roadmap
diese entsprechend zu definieren und zuzu-
wurde die Use-Case-Methodik angesprochen.
ordnen. Funktionale Architektur, Use Cases,
Auch wenn Technical Committees (TC) bereits
Akteure und Requirements bilden die Grundla-
früher intern Use Cases für ihre Arbeiten nutz-
ge für die Standardisierung von Funktionalität
ten, hat in der Zwischenzeit diese Arbeitsweise
und Schnittstellen.
auf nationaler und internationaler Ebene eine
Bei komplexen Systemen wird für die funktiona­
Systematischer
Normungsprozess
le Modellierung ein vereinfachter Modellansatz
Architecture Council [GWAC2008]27 definier­ten
benötigt, der die Hauptfunktionen eines Sys-
Interoperabilitätskategorien ist Interoperabilität
tems und deren Interaktion lösungs- und tech-
daher im SGAM explizit berücksich­tigt. Die In-
nologieneutral beschreibt. Im Rahmen der eu-
teroperabilitätskategorien definieren Interope-
ropäischen Smart-Grid-Normung wurde bei der
rabilitätsanforderungen auf den verschiedenen
Smart Grid Coordination Group zusätzlich das
Systemebenen. Im SGAM sind die Kategorien
Smart Grid Architecture Model (SGAM) defi-
in fünf Interoperabilitätsebenen (Layer) grup-
niert. SGAM verwendet einen mehrdimensio-
piert:
nalen Ansatz, um unterschiedliche Aspekte ei-
Geschäft (Business): Repräsentiert geschäftli-
nes Smart Grids zu berücksichtigen.
che und betriebliche Gesichtspunkte wie
Die Dimensionen repräsentieren Interoperabili-
Geschäftsmodelle, Produkt- und Ser­
vice­
tät, Domänen des Energiesystems und hierar-
portfolios, Geschäftsprozesse und Markt-
chische Automatisierungszonen (Abbildung 6).
strukturen unter Berücksichtigung von poli-
Interoperabilität ist eine der wichtigsten Vor-
tischen, regula­torischen und ökonomischen
aussetzungen für die breite Einführung von
Vorgaben und Anforderungen.
Smart Grids und wird durch die Normung si-
Funktion: Repräsentiert Funktionen und Diens-
chergestellt. Basierend auf den vom GridWise
te unabhängig von ihrer spezifischen Imple-
Geschäftsziele
politische/regulatorische Rahmenbedingungen
Geschäft
Funktion
Use Case
Unterfunktionen
Interoperabilitätsebenen
Information
Datenmodel
Kommunikation
Protokoll
Datenmodel
Unternehmen
Komponenten
Zentrale
Erzeugung
Markt
Protokoll
Betrieb
Station
Übertragung
Verteilung
Feld
DER
Prozess
Kunden
Abbildung 6: Smart Grid Architecture Model (SGAM) (Quelle: Smart Grid Coordination Group)
27
[GWAC2008] GridWise Architecture Council; GridWise Interoperability Context-Setting Framework; March 2008; http://www.gridwiseac.org/
37
mentierung. Auf dieser Ebene werden die
Feld: Prozessüberwachung und Prozesskont-
Use Cases, Akteure und Requirements defi-
rolle (z. B. Sensoren, Aktoren, Schutzrelais)
niert.
Information: Stellt den Informationsaustausch
zwischen den Funktionen, Akteuren und Kom­
und Prozesskontrollfunk­tionen, Daten­kon­
zen­tration.
­ponenten dar. Bietet semantische Interope-
Betrieb: Systemüberwachung und -kontrolle in-
rabilität auf der Ebene der Datenmodelle
nerhalb einer Domäne (z. B. Erzeugungs-,
und -objekte.
Übertragungs-
Kommunikation: Definiert Protokolle und Kom-
und
Verteilungsmanage-
ment)
munikationsmechanismen für den interope-
Unternehmen: Kommerzielle und organisatori-
rablen Datenaustausch zwischen Kompo-
sche Geschäftsprozesse, Dienste und Un-
nenten.
ternehmensinfrastruktur (z. B. Abrechnungs­
Komponenten: Zeigt die physikalische Verteilung der Systemkomponenten. Dies beinhal­
tet Aktoren, Sensoren, Energiesystemkom­po­
­nenten, Kommunikationsnetzinfrastruktur so­-
systeme, Anlagenverwaltung, Kundenverwaltung, Beschaffung)
Markt: Marktprozesse und Marktinteraktionen
(z. B. Energiehandel)
wie Steuerungs- und Kontrollkomponenten.
Das verwendete Modell SGAM trägt zum ge-
Die fünf Domänen stellen eine physikalische
meinsamen Verständnis aller Beteiligten bei
Gruppierung der kompletten Energieversor-
und erlaubt die Untersuchung der Wechselwir-
gungskette des zukünftigen Energienetzes dar.
kungen zwischen den Systemkomponenten.
Zentrale Erzeugung: Erzeugung von elektri-
Die Beschreibung der Wechselwirkungen des
scher Energie in großem Maßstab, etwa
Systems erfolgt über sogenannte Use Cases.
durch die Nutzung fossiler Rohstoffe, Kern-
Ein Use Case beschreibt eine Funktion des
und Wasserkraft, Off-Shore-Windparks und
Systems mit allen beteiligten Akteuren. Um
großer Solarkraftwerke. Zentrale Erzeuger
also ein System vollständig zu beschreiben,
sind normalerweise direkt an ein Übertra-
muss sichergestellt sein, dass alle relevanten
gungsnetz angeschlossen.
Use Cases betrachtet werden. Bei einem kom-
Übertragung: Organisation und Infrastruktur für
plexen System kann dies zu einer sehr großen
den Energietransport über lange Distanzen.
Anzahl von Use Cases führen, die sich teilwei-
Verteilung: Organisation und Infrastruktur für
se nur in Details unterscheiden. Daher ist ein
die Energieverteilung an die Kunden.
DER: Verteilte kleinere elektrische Energieer-
systematischer Prozess zum Sammeln, Verwalten, Analysieren und Harmonisieren der Use
zeuger (inklusive Speicher), typischerweise
Cases notwendig.
im Bereich von 3 kW bis 10 000 kW, die vom
Use Cases werden von den unterschiedlichs-
Verteilnetzbetreiber direkt kontrolliert wer-
ten Akteuren und Interessensgruppen, wie For-
den können.
schungsprojekten, nationalen Normungskomi-
Kunden: Industrielle, kommerzielle und private
38
Station: Aggregation von Prozessüberwachungs-
tees, Industrieverbänden, Herstellern und An-
Energieverbraucher und -erzeuger.
wendern eingebracht. Dabei werden auch le-
Die hierarchischen Zonen gliedern sich in:
gislative und regulatorische Vor­gaben be­ach-
Prozess: Primärkomponenten eines Energie-
tet. Im Fall von Smart Grids bilden zum Beispiel
netzes (z. B. Transformator, Generator, Kabel,
die von der Smart Grid Task Force der Europä-
Lasten, Schalter)
ischen Kommission definierten Funktionalitäten
Systematischer
Normungsprozess
von Smart Grids und Smart Meters [SGTF_
28
EG1]
Die Use Cases werden hinsichtlich ihrer Quali-
eine Grundlage für die Sammlung und
tät geprüft. Ähnliche Use Cases werden zu ge-
Evaluierung. Die Use Cases werden auf Basis
nerischen Use Cases zusammengefasst. Da-
eines Use-Case-Templates beschrieben, das
bei handelt es sich um einen iterativen Prozess,
die Sichtweisen der Experten aus den ver-
der schlussendlich zu validierten generischen
schiedenen
(IT-Experten,
Use Cases führt. Generische Use Cases sind
Sys­temingenieure, Domain-Experten) berück-
dadurch gekennzeichnet, dass sie ein generel-
sichtigt. Die IEC lieferte hier eine Vorlage spe-
les Konzept beschreiben, eine breite Akzep-
Systembereichen
29
ziell für den Energiesektor [IEC62559] . Zur
tanz finden und keine projektspezifische Reali-
einfachen Verwaltung und Bearbeitung werden
sierung darstellen. Diese dienen dann zusam-
die Use Cases in einem Use Case Manage-
men mit dem SGAM als Basis für die Analyse
ment Repository (UCMR) elektronisch gespei-
der notwendigen Normen und Spezifikationen.
chert. Das UCMR enthält des Weiteren eine
Das Use-Case-Konzept verbindet die funktio-
Liste von Akteuren und Anforderungen (Requi-
nale Beschreibung mit Akteuren, die interagie-
rements). Wie in Abbildung 7 dargestellt, un-
ren (Datenaustausch, Kommunikation). Der
terstützt das Repository die verschiedensten
Begriff des Akteurs ist bewusst weit gefasst
Formate zum Export von Use Cases einschließ-
und beinhaltet Marktrollen (z. B. Verteilnetzbe-
lich der Software-Engineering-Sprache UML
treiber, Kunde, Energielieferant – teilweise
zur direkten Weiterverwendung in entsprechen­
sind/werden Marktrollen auch gesetzlich defi-
den Software-Tools.
niert) und Systemakteure, die funktionalen Sys-
Use Case Management
Repository
Website
User Workspaace
Actors, Use Cases,
Technical Requirements
User Workspacce
User Workspace
User Workspaace
Web 2.0 User Interface
Word/
PDF
UMLModel
Abbildung 7: Use Case Management Repository (UCMR) (Quelle: OFFIS / DKE)
29
28
IEC/PAS 62559; IntelliGrid Methodology for Developing Requirements for Energy Systems; January 2008
[SGTF_EG1] EU Commission Task Force for Smart Grid; Func­tio­nalities of Smart Grids and Smart Meters; Link: http://ec.europa. eu/energy/gas_electricity/smartgrids/doc/expert_group1.pdf/
39
temen (z. B. Netzleitsystem, SCADA, Daten-
Mit den beschriebenen Teilaspekten Modell,
bank) oder konkreten Komponenten einer Ar-
Use Cases, Akteure, Sicherheit und Daten-
chitektur entsprechen können. Gerade in der
schutz stehen nun alle Bestandteile zur Verfü-
Normung auf internationaler Ebene werden
gung, um eine systematische Untersuchung
Akteure eher generisch anhand ihrer Aufgabe
und gegebenenfalls Erweiterung der Smart-
oder Funktionen definiert. Im nationalen legis-
Grid-Normungslandschaft durchzuführen. Die-
lativen Umfeld können diese generischen Ak-
ses Zusammenspiel ist in Abbildung 8 sche-
teure dann konkreten Marktrollen zugewiesen
matisch dargestellt.
werden (z. B. ist die Aufgabe eines Messdienst-
Das Prozessbild zeigt, wie mithilfe der obigen
leisters in den Mitgliedsstaaten der EU ver-
Teilaspekte schrittweise die Anforderungen an
schiedenen Marktrollen zugewiesen), oder ge-
Smart-Grid-Normen festgelegt und damit exis-
nerische Akteure werden in konkreten Projek-
tierende Normen bzw. Lücken im Normungs-
ten Komponenten zugewiesen (z. B. Kommuni-
system identifiziert werden. Zum Füllen der Lü-
kationskanal -> DSL-Verbindung + Router oder
cken müssen neue Normen erstellt bzw. exis-
Power Line / PLC über Konzentrator etc.).
tierende Normen erweitert werden. Dies führt
Eine Sonderrolle für die Implementierung der
zu neuen Normungsaktivitäten mit verantwortli-
zukünftigen Smart Grids spielen IT-Sicherheit
chen Gremien/technischen Komitees, Arbeits-
und Datenschutz. Sie müssen daher in der
plänen und den erwarteten Resultaten. Der fi-
Normung und im Normungsprozess von An-
nale Schritt ist dann die Erstellung der Normen.
fang an berücksichtigt werden. Dazu werden
Im nächsten Kapitel wird ausgeführt, dass bei-
für die generischen Use Cases die erforderli-
spielsweise auf nationaler Ebene eine Profilie-
chen Sicherheitsstufen (Security Level SL) und
rung von Normung erfolgen kann. Hier werden
Datenschutzklassen (Data Protection Class
allgemein formulierte Normen an bestimmte
DPC) festgelegt. Diese bestimmen wiederum
Randbedingungen wie die nationale Gesetz-
die sicherheitstechnischen Anforderungen, die
gebung angepasst oder für eine durchgehen-
in Normen festgelegt sind.
de Interoperabilität auf festgelegte Alternativen
2. Schritt
Smart-Grid-Normen
Mapping der generischen Use Cases auf SGAM
Sicherheits- und Datenschutzbewertung
existierende Normen
Lücken
generische
Use
Cases
Use Cases
Akteure
Use Cases
Management Repository
SGAM
SL & DPC
3. Schritt
4 Schritt
4.
S h itt
Existierende Normen und
Lücken identifizieren
5 Schritt
5.
S h itt
Normungsprojekte
definieren
Anforderungen an
Normen festlegen
g
Lücke
1. Schritt
Normungsprojekte
(verantwortliche Gremien
Arbeitspläne
erwartete Resultate)
Identifizierung generischer
Use Cases
Priorisie
erung
Abbildung 8: Nachhaltiger Prozess zur Normung im Smart Grid (Quelle: SG-CG)
40
existierende, revidierte und
neue Normen
6. Schritt
Erstellen der
Normen
Systematischer
Normungsprozess
reduziert und bei Bedarf mit spezifischen Fest-
mung, der Smart Grid Coordination Group,
legungen ergänzt.
wurde dieser Prozess mit tatkräftiger Unterstüt-
Es ist davon auszugehen, dass eine Vielzahl
zung der DKE und der deutschen Industrie im-
von Smart-Grid-Normungsprojekten notwendig
plementiert, und er spiegelt sich auch in den
ist. Da diese nicht alle gleichzeitig bearbeitet
entsprechenden nationalen Aktivitäten der DKE
werden können, ist eine kontinuierliche Priori-
wider. Für die Use-Case-Sammlung wurde von
sierung durchzuführen. Dabei sind die zeitliche
der DKE das Use Case Management Reposito-
Relevanz der Use Cases, die erwartete Markt-
ry entwickelt und der Smart Grid Coordination
entwicklung, die technologische Entwicklung,
Group zur Verfügung gestellt.
aber auch die vorhandenen Normungsressourcen zu berücksichtigen. Über die Zeit werden
Zusammenfassung
auch neue Marktmodelle mit neuen Akteuren
Wichtig ist, nochmals zu betonen, dass man
entstehen und neue Use Cases definiert wer-
mit diesem systematischen Prozess die Mög-
den. Diese werden in den Normungsprozess
lichkeit schafft, bei komplexen Fragestellungen
eingespeist und können wiederum zu neuen
die Normungsaktivitäten an den grundlegen-
Normungsprojekten führen. Mit dieser syste-
den Funktionalitäten auszurichten und damit
matischen und iterativen Vorgehensweise wer-
den technischen Komitees ein gemeinsames
den die notwendigen Smart-Grid-Normen qua-
Ziel vorzugeben. Damit ist die vorgestellte Sys-
litativ hochwertig und innerhalb des erforderli-
tematik nicht nur für die Smart-Grid-Normung
chen Zeitrahmens erstellt. Der Prozess erlaubt,
von Interesse, sondern kann auch auf viele an-
die Lücken im Normungssystem aufzuspüren
dere, innovative, komplexe Themen mit starker
und die Normungsaktivitäten an den notwendi-
Vernetzung innerhalb der Normungswelt über-
gen Funktionalitäten zielführend auszurichten.
tragen werden.
Innerhalb der europäischen Smart-Grid-Nor-
41
3. Profilierung
Grundlage für die erfolgreiche Entwicklung
schreibungsweise mit
• eines intelligenten Energiesystems mit ver-
• vereinbarten Begriffen (z. B. für Domänen,
bundener zentraler und dezentraler Erzeu-
Akteure, Funktionen, Komponenten, Daten-
gung, höheren Anforderungen an die Ener-
modelle, Kommunikation, Sicherheit sowie
gieeffizienz des Gesamtsystems, bidirektio-
Energieflüsse)
nalen Energieflüssen, hoher Volatilität der
(Ontologien) als Grundlage für formalisierte
Erneuerbaren Energien, Herausforderungen
System-, Funktions- und Ablaufbeschrei-
von der Netzführung bis in den Niederspan-
bungen30
nungsbereich sowie der Einbindung des
und
Begriffsbeziehungen
• einer Referenzarchitektur auf Grundlage von
Endkunden
Begriffen zwecks gemeinsamem Verständ-
ist
nis der Abbildung von Funktionen auf Do-
• die notwendige starke Flexibilisierung ent-
mänen, Komponenten, Akteure usw.
lang der energiewirtschaftlichen Wertschöp­
• einer vereinbarten Beschreibungsform von
fungskette mit Verbrauchs- und Erzeugungs­
Use Cases, die von Akteuren genutzt wer-
steuerung, Energiespeicherung, Systemfüh­
den, in Domänen auf bestimmten Kompo-
rung im Spartenverbund sowie Import-/
nenten wirken sowie miteinander sicher
Exportmechanismen zwischen Kunden­
ob­
kommunizieren
jekten, Regionen und übergeordneten Ver-
• ergonomischen Anforderungen in der Inter-
bundnetzen.
aktion von Mensch und Systemkomponenten zur Einwirkung auf Funktionen
3.1 Use Cases und Prozesse
• Zuordnung von Anforderungen zur Gewähr-
Es wurde bereits der Prozess zur Normung im
• Nutzung von Softwarewerkzeugen zur for-
Smart Grid auf Grundlage einer einheitlichen
malisierten Erfassung, Speicherung, Visua-
Use-Case-Spezifikation beschrieben. Mit die-
lisierung und Nutzung von Anwendungsfäl-
sem Prozess werden Lücken in den Normen
len
leistung von Informationssicherheit
identifiziert und neue Normungsprojekte auf-
Der Prozess zur Use-Case-Spezifikation auf
gelegt, um neue oder erweiterte Normen zu
Grundlage einer einheitlichen Methodik ver­
erstellen.
deut­licht nachfolgende Abbildung.
Die durch Uses Cases beschriebenen Maschi-
Der eigentliche Normungsprozess auf Grund-
ne-zu-Maschine-Interaktionen im Umfeld vielfäl­
lage der Use Case-Methodik endet, wie in Ab-
tiger Markt- und Netzakteure im liberalisierten
bildung 9 gezeigt, mit der neu erstellten oder
und entflochtenen Energiemarkt sowie unter-
angepassten Norm.
schiedlicher Regularien verschiedener Staaten
eines europäischen Verbundsystems erfordern
eine Use-Case-Methodik als vereinbarte Be-
42
30
siehe hierzu auch die Arbeiten im DKE/AK 111.0.5 „Begriffe zu
Smart Grids“ und das dort entstandene Online-Glossar https://
teamwork.dke.de/specials/7/Wiki-Seiten/Homepage.aspx/
Profilierung
Smart-Grid-Normen
2. Schritt
Mapping der generischen Use Cases auf SGAM
Sicherheits- und Datenschutzbewertung
existierende Normen
Lücken
generische
Use
Cases
Use Cases
Akteure
Use Cases
Management Repository
SL & DPC
SGAM
3. Schritt
Anforderungen an
Normen festlegen
4
4. Schritt
Existierende Norm
men und
Lücken identifizierren
1. Schritt
Identifizierung generischer Use
Cases
7. Schritt
Profilierung
existierende,, revidierte und
neue Normen
5. Schritt
5
Normungsprojekte
definieren
6. Schritt
Erstellen der
Normen
8. Schritt
Interoperabilitäts/Funktionstest
Lücke
Normungsprojekte
(verantwortliche Gremien
Arbeitspläne
erwartete Resultate)
Priorisie
erung
Abbildung 9: Nachhaltiger Prozess zur Normung im Smart Grid (Quelle: DKE)
In der Anwendung der Normen kann insbeson-
Im nachfolgenden Kapitel wird ein Verfahren
dere auf nationaler Ebene eine weitere Profilie-
zur Profilierung vorgeschlagen.
rung der Normen notwendig sein. Hier werden
allgemein formulierte Normen an bestimmte
Randbedingungen wie die nationale Gesetzge­
bung angepasst. In erster Linie können aber
3.2 Prozesse und Profilierung
von Normen
Normen für definierte Anwendungsfälle für eine
Mit der weiteren Detaillierung von Use Cases
durchgehende Interoperabilität auf eine fest-
und deren Einordnung in Prozesse sind Priori-
gelegte Umsetzung eingegrenzt werden.
sierungen vorzunehmen, um die Grundlage für
Auf Grundlage eines Normenprofils in Verbin-
vordringliche Funktionalitäten beim Umbau des
dung mit einer Gruppe von Anwendungsfällen
Energiesystems zu schaffen. Hier gilt es, die
(Cluster) kann jeweils zugehörig ein Testver-
Unterschiede sowie die Neuerungen zwischen
fahren definiert werden, mit dem beispielswei-
der sogenannten „heutigen Welt“ mit stati-
se bestimmte Geräte oder Anlagen, welche In­
schen Einspeiseprozessen und minimaler Ver-
teroperabilität hinsichtlich eines Anwendungs­
braucherkommunikation sowie der „zukünfti-
clusters versprechen, auf Konformität bezüg-
gen Welt“ energiewirtschaftlicher Prozesse mit
lich des zugehörigen Normenprofils geprüft
Marktintegration der Erneuerbaren Energien
werden können. Verschiedene, innerhalb eines
und Verbraucherintegration sowie Markt-/Netz­
Anwendungsclusters genutzte Geräte und An-
interak­tionen herauszufiltern, um dann im Rah-
lagen garantieren durch die konforme und ge-
men dieser Differenzen Prioritäten für die wei-
testete Implementierung des Normenprofils die
tere Be­arbeitung zu setzen.
Interoperabilität innerhalb des Anwendungs-
Weiterhin gilt es einerseits, generische Use
clusters (z. B. Einbindung einer KWK-Anlage in
Cases nur soweit zu spezifizieren, dass allge­
ein virtuelles Kraftwerk mit dem Anwendungs-
mein­gültige Normungsanforderungen im euro-
cluster „Energiemengen- und Flexibilitätenbe-
päischen und weltweiten Kontext herausgear-
reitstellung“).
beitet werden können, aber andererseits in der
43
folgenden Prozessspezifikation durch eine Ver-
rechnungen. Auf Grundlage von Use Cases im
tiefung in granulare Use Cases nationale Be-
Rahmen der Entflechtung von Markt und Netz
sonderheiten berücksichtigt werden können,
wurden 2005 die entsprechenden Pro­zesse für
auf deren Grundlage dann die Profilierung von
die genannten Funktionen definiert. Auf Grund-
Normen an den Schnittstellen der Aktivitäten
lage dieser Prozesse wiederum wurden im
31
von Use Cases erfolgt .
nächsten Schritt die EDIFACT-Spezifikation32
Die Spezifikation von generischen Use Cases
profiliert und entsprechende Nachrichtentypen
hin zu granularen Use Cases ist in Arbeit. Der
definiert. Diese Nachrichten­typen hat dann die
Spezifikations- und Normungsprozess wurde
Bundesnetzagentur beispielsweise als UTILMD-
oben ausführlich beschrieben. Deshalb soll
und MSCONS-Nachrichtentypen für Lieferan-
nachfolgend auf die Prozessdefinition und die
tenwechsel sowie Messdaten- und Fahrplan-
Profilierung eingegangen werden. Zielstellung
austausch verpflichtend eingeführt. Aktuell ist
ist die Vereinbarung einer definierten Markt-
eine weitere Anwendung in Arbeit, da es sich
kommunikation, Markt-/Netzkommunikation so-
als notwendig erwiesen hat, auch entspre-
wie Endkundenkommunikation, wobei hier na-
chende Nachrichtentypen für Einspeiser fest-
türlich freiwillige Marktvereinbarungen ebenso
zulegen. Auf Grundlage analoger Use Cases
zielführend sind wie eventuell notwendige
zu der im Jahre 2005 erfolgten Marktkommuni-
energiewirtschaftliche Verpflichtungen für die
kation werden grundlegende Prozesse für Ein-
Kommunikation bei wichtigen Prozessen der
speiser zur Iden­tifikation einer Anlage, zum Lie-
„zukünftigen Welt“.
ferbeginn und -ende sowie zu verschiedenen
Vorgeschlagen wird eine Vorgehensweise mit
Prozessen für Stammdaten und Abrechnung
einer Methodik zur Nutzung von Use Cases,
beschrieben.
der Ableitung von fachlichen Prozessen und
Man kann davon ausgehen, dass diese Pro-
Datenobjekten (z. B. zukünftige maßgebliche
zesse funktionieren, solange wir uns in der bis-
Berechnungsfaktoren) sowie der folgenden De­
herigen Betrachtungsweise mit einmaliger Auf-
finition der technischen Marktkommunikation.
nahme des Belieferungsvertrags für einen län-
In heutigen energiewirtschaftlichen Prozessen
geren Zeitraum bis zur Kündigung befinden,
werden insbesondere Normen und Spezifika­
und mit einfachen statischen und mengenba-
tionen bei der Markt-/Netzkommunikation im
sierten Tarifen in monatlichen oder jährlichen
Rah­men der Lieferantenwechsel von Endkun-
Abständen abzurechnen ist. Hier funktioniert
den sowie notwendiger Messdaten- und Stamm­
die Anwendung der textbasierten Mailnachrich­
datenaustausche genutzt. Dies betrifft auch
­
ten mit EDIFACT-Dateien. Allerdings sind neue
die Übertragung von Messdaten im Rahmen
Anforderungen einer zukünftigen Maschine-zu-
der Bilanzierung sowie von Netznutzungsab-
Maschine-Kommunikation bis hin zum Endkunden unter Berücksichtigung einer politisch ge-
31
44
In diesem Zusammenhang verweist der BDEW auf den Einsatz
neuer Techniken zur Prozessmodellierung, die seit 2009 nach
UMM 2/ UML (nach UN/CEFACT-Spezifikation) angewandt werden. Auch hier wurde der Nut­zen einer standardisierten, syntaxneutralen Prozessmodellierung mit Use-Case-, Sequenz-,
Aktivitäts- und Klassendiagrammen in der Möglichkeit einer
vielseitigen Transformation in verschiedene Kommunikationsnormen gesehen. Zur Modellierung wird das europäisch har­monisierte Rollenmodell ebIX/ENTSO.E/efet referenziert, das
ebenfalls bei IEC im CIM-Datenmodell und in die Reports der
SG-CG aufgenommen wurde.
wollten Marktintegration zu überprüfen. Die
Qualitätssicherung der automatisiert übertragenen Daten ist hierbei sicherzustellen.
Die bisherigen Forschungsergebnisse, z. B. aus
32
EDIFACT Electronic Data Interchange For Administra­tion,
Commerce and Transport (United Nations), erarbeitet von
CEFACT Centre for Trade Facilitation and Electronic Business
Profilierung
den E-Energy-Projekten und die weltweiten
rieren ist, aber die Marktintegration durch Lie-
Entwicklungstendenzen, lassen vermuten, dass
feranten, virtuelle Kraftwerksbetreiber oder di-
die Anwendung der bisherigen EDIFACT-Nach­
rekt über Händler und Aggregatoren erfolgen
richten auf die beschriebenen Prozesse unter
kann und bei dynamischen Erzeugungsprei-
den Bedingungen einer Marktintegration der
sen auch ein täglicher Wechsel des Marktpart-
EE-Anlagen mit dann zunehmend dynami-
ners auf der Grundlage von Fahrplan- und
schen Tarifen, mit Fahrplan- und Preisverhand-
Preisverhandlungsprozessen bei der Vermark-
lungsprozessen und häufigeren Wechselpro-
tung der Energiemengen möglich ist. Ebenso
zessen überdacht werden müssen.
sollte die weitere Vermarktung von Flexibilitä-
 Insofern wird eine Trennung von Prozess-
ten (z. B. Gelb-Interaktion zwischen Markt und
beschreibung und Prozessfestlegung (siehe
Netz nach BDEW-Ampelmodell), aber auch
Business- und Function-Layer des SGAM-
über Marktpartner im Sinne eines Redispat-
33
Modells ) sowie deren Anwendung bei der
chings für besondere Markt- und Netzsituatio-
Profilierung von Informationsmodellen (In-
nen zum Ausgleich von Volatilitäten möglich
formationslayer / SGAM) und Kommunika­
sein.
tionsnormen (Kommunikationslayer / SGAM)
Insofern gilt hier auch die Aufgabenstellung,
vorgeschlagen.
die Prozesse umfänglicher zu beschreiben,
Hierbei könnten gewisse systemrelevante Pro-
da­rauf basierend die Informationsmodell- und
zesse im Sinne der gesellschaftlichen Anforde-
Kommunikationsnormen für bestimmte Use
rung zur Transformation des Energiesystems
Cases oder Use Case Cluster festzulegen und
verpflichtend vorgeschrieben werden. Aller-
zu profilieren.
dings sollte die Entwicklung zukünftiger, inno-
Derzeit wird die Kommunikation in der „zukünf-
vativer Prozesse weiter ermöglicht werden. Die
tigen Welt“ europäisch im Rahmen der EU-
technische Umsetzung hin zu einer Kommuni-
Man­date M/441 (Smart Metering), M/490 (Smart
kationsnorm sollte aber entsprechend des
Grid) und M/468 (Elektromobilität) beschrie-
SGAM-Ansatzes mit verschiedenen Layern
ben. Hier ist von einer gesicherten Kommuni-
austauschbar sein. Insofern könnte beispiels-
kation über das Internetprotokoll unter Anwen-
weise EDIFACT als Informationsmodell eine
dung moderner Webtechnologien wie XML
kürzere Lebensdauer haben als die darüberlie­
und Webservices auszugehen. Werden diese
gende Prozessbeschreibung (FunctionsLayer /
Festlegungen national getroffen, sind hierbei
Use Cases).
die Sicherungsmechanismen bei der kommu-
Perspektivisch gilt daher das Ziel, dass die
nikativen Vernetzung einer kritischen Infrastruk­
„zukünftige Welt“ energiewirtschaftlicher und
tur zu berücksichtigen. So werden erste Schrit-
dynamischer Prozesse dadurch beschrieben
te mit der Definition der Sicherungs- und Kom-
werden kann, dass beispielsweise die Einspei-
munikationsmechanismen auch im Rahmen
sung mit festen Einspeisesätzen zunehmend
des BSI Smart-Meter-Gateways gegangen, wo
durch eine Einspeisung auf Grundlage der
ebenso XML und Webservices sowie umfängli-
Marktintegration ersetzt wird. Dies bedeutet,
che Sicherungsmechanismen eingesetzt wer-
dass eine Anlage zwar weiterhin nur einmal im
den.
Netz zum Zwecke der Identifikation zu regist-
 Zu empfehlen ist also, die aktuellen Arbei-
33
ten zur Marktkommunikation bei der stati-
siehe Kapitel 2, auf Basis der Arbeiten auf europäischer Ebene
der SG-CG
schen Einspeisung für die „heutige Welt“
45
unter Trennung von Prozessen sowie Infor-
Cases abzuleiten, um mit dieser Basis Normen
mationsmodell- und Kommunikationsnor-
für die benötigten Informationsmodelle und die
men einerseits zu Ende zu führen, aber an-
Kommunikation zu profilieren.
dererseits unverzüglich die Arbeit an der
 Um die Verbindung von aktuell drängen-
Markt-/Netz-/Endkundenkommunikation für
den Themen der „heutigen Welt“ sowie den
die „zukünftige Welt“ auf Grundlage priori-
zukünftig relevant werdenden Themen der
34
sierter Use Cases aufzunehmen .
„neuen Welt“ zu schaffen, werden folgende
Zur Trennung der fachlichen Prozessdefinitio-
Arbeitsschritte vorgeschlagen:
nen sowie der technischen Marktkommunika­
a) fachliche Prozessdefinitionen und Festle-
tion kann deshalb wie nachfolgend beschrie-
gungen für initiale Prozesse der „heutigen
ben vorgegangen werden.
Welt“ zur Anlagenregistrierung, -identifizie-
Grundlage für die neuen Prozessdefinitionen
rung, Kündigung, Stammdatenabfrage und
sind Use Cases, die jeweils eine Funktionalität
-änderung sowie Abrechnung ausprägen35
in ihrem Kontext im Anwendungscluster in Ver-
b) zur fachlichen Prozessdefinition getrennte
bindung mit verschiedenen energiewirtschaftli-
Festlegung der Informationsmodell- und
chen Akteuren abbilden. Diese Use Cases
Kom­munikationsnormen für profilierte Da-
können von verschiedenen Fachkreisen einge-
tentypen sowie definierte Schnittstellen-
bracht werden, müssen dann aber zur Sicher-
nachrichten zur kurzfristigen Ermöglichung
stellung der allgemeinen Akzeptanz harmoni-
einer Marktkommunikation für Einspeisung
siert werden. So wurden beispielsweise An­wen­
mit fixen Einspeiseentgelten
dungsfälle in E-Energy, dann erweitert im DKE-
Dann können die folgenden Schritte entspre-
Kompetenzzentrum Normung E-Energy / Smart
chend des im Kapitel 2 vorgestellten Prozes-
Grid sowie letztendlich in der Smart Grid Coor-
ses bearbeitet werden:
dination Group und der Smart Metering Coor-
c) Schritt 1 entsprechend Abb. 9: Erweiterung
dination Group (Mandate M/490 und M/441)
der fachlichen Prozessdefinitionen und der
auf europäischer Ebene gesammelt und zu
Sicherheitsdefinitionen auf die „zukünftige
den generischen Use Cases verdichtet.
Welt“ unter Nutzung der Use-Case-Be­
Dies zeigt, dass insbesondere Anwendungs-
schrei­bungen, beispielsweise zur Markt-
fälle für die Netzautomatisierung, Marktintegra-
und Netz­
integration der EE-Anlagen und
tion, das Demand Side Management mit varia-
Elektromobile, zu dynamischen Tarifen für
blen Tarifen, Smart Metering sowie die Integra-
Endkunden und zur täglichen Verhandlung
tion der Elektromobilität vorliegen. Auf aggregie­
von Preisen und Fahrplänen in Energiemen-
render Ebene werden Anwendungsfälle aktuell
gen- und Fle­xibilitätsprodukten als Grund­
auch auf der BMWi-Plattform Zukunftsfähige
lage der zukünftigen Markt-/Netz-/End­kun­
Netze im Arbeitskreis „Intelligente Netze und
den­kommuni­kation. Diese Use Cases die-
Zähler“ gesammelt. Im nächsten Schritt sind
nen als Grund­
lage für den weiteren Nor-
aus Anwendungsfällen fachliche Prozessdefini­
mungsprozess.
tionen als Ablauf von Einzelaktivitäten aus Use
d) Schritt 2: Mappen auf die Referenzarchitektur (Schritte 2 und 3), Festlegung der grund-
34
Redispatching – Änderungen eines vereinbarten Fahr­plans,
traditionell verwendet in der Kraftwerkseinsatzplanung
46
35
ist bereits in Vorbereitung, siehe BDEW-Vorschläge
Profilierung
legenden Normen für die Informationsmo-
--> Technologien zur Nachrichtenpräsen­
delle (Informationslayer) und Kommunika­
tation (Webservices und XML-Notations-
tion / Protokolle (Kommunikationslayer)
verfahren)
e) Schritte 4 bis 6: Definition von Weiterent-
--> aus den profilierten Datentypen ab-
wicklungsbedarf in der Normung und Bear-
geleiteten Nachrichten für die Prozess-
beitung
schnittstellen zwischen verschiedenen
f) Schritt 7: Profilierung auf der Basis von
Akteuren unter Berücksichtigung von
Schritt 1 und 2
Profilen aus Sicherheitsnormen zur Ge-
a. Festlegung von erweiterten Datenmo-
währleistung der Informationssicherheit
36
dellen
zu den entsprechenden Anwen-
dungsclustern:
--> z. B. Datenbeschreibungen an der
beim Nachrichtentransport (unter Einbezug des BSI zur Erlangung von Ende-zuEnde-Prozesssicherheit).
Anwendungsschnittstelle von aus Nor-
Ggf. sind diese Festlegungen politisch
men abgeleiteten profilierten Datentypen
durch verbindliche Festlegung von fach-
für das jeweilige Anwendungscluster für
lichen Prozessdefinitionen sowie von
Tarife, Fahrpläne, Anlagen usw. (z. B. in
technischer Marktkommunikation mit un-
CIM sowie IEC 61850)
terschiedlichen Haltbarkeiten durch die
b. Definition der technischen Marktkommunikation in technischen Gremien der Nor­
Bundesnetzagentur zu flankieren.
g) Prüfung der Interoperabilität
mung (DKE) unter Beteiligung der ener-
giewirtschaftlichen Gremien. Dabei soll
Mit dieser Vorgehensweise der Trennung in
Profilierung der anzuwendenden Kom-
verschiedene Layer und Prozessschritte kann
munikations- und Sicherheitsnormen auf
es gelingen, dass aktuell notwendige Festle-
das jeweilige Anwendungscluster mit zu­
gungen für die „heutige Welt“ sinnvoll für die
geordneten Use Cases, Informationsmo-
Systemtransformation in eine (jeweils neue)
delle und Prozessen erfolgen:
„zukünftige Welt“ genutzt werden können.
--> Kommunikationsstacks auf Basis des
Internetprotokolls
36
Festlegung der Datenmodellierung: beispielsweise der maßgeblichen Berechnungsfaktoren von heutigen sta­tischen Tarifen
hin zu dynamischen Preismodellen mit Stromkennzeichnungsmöglichkeiten oder der Kennzeichnung von Herkunft und Art
der gelieferten Energie
47
4. SGIS – Smart-Grid-Informationssicherheit
4.1 SGIS – Einleitung
gen an die Informationssicherheit und deren
Die Notwendigkeit, Datenschutz und Datensi-
höheren Aufwand, als bisher im Energiesektor
cherheit (Informationssicherheit) im Smart Grid
erforderlich.
zu berücksichtigen, hat sich in Deutschland
Die Normen und Elemente der später vorge-
mit den E-Energy-Projekten entwickelt und
stellten SGIS-Toolbox stellen eine gute Grund-
konnte über die deutsche Beteiligung auch in
lage für die angepasste Informationssicherheit
den Berichten der Mandate M/468 und M/490
von Smart Grid Services dar, jedoch ist eine
der Europäischen Kommission eingebracht
Weiterentwicklung der Normen zur Erreichung
wer­den. Im Rahmen dieser Mandate hat die
und Erhaltung einer Ende-zu-Ende-Informati-
Bedeutung der Smart-Grid-Informationssicher-
onssicherheit ein kontinuierlicher Prozess.
Implementierungen bedeuten einen deutlich
heit (SGIS) deutlich zugenommen. Wesentliche
Inhalte dieses Kapitels gehen deshalb auf die
Arbeit im Arbeitskreis SGIS zum Mandat M/490
zurück.
48
4.2 SGIS – Grundlegende
Anforderungen
Die grundsätzliche Vorgehensweise zielt dar-
Prinzipiell sind auch im Kontext von Smart Grid
auf ab, bei der Umsetzung von funktionalen
die grundlegenden Schutzziele der Informa­
und kommerziellen Use Cases in Normen die
tionssicherheit zu beachten:
Informationssicherheit von Beginn an zu be-
•Vertraulichkeit
rücksichtigen. Dadurch soll ein Normungsrah-
•Integrität
men entstehen, der sicherstellt, dass die Infor-
•Verfügbarkeit
mationssicherheit bei allen Smart-Grid-Funktio-
Die oben genannten Schutzziele sind nicht pri-
nen und -Anwendungen durch technische und
orisiert und stellen bewusst eine Aufzählung
organisatorische Sicherheitsmaßnahmen auf
dar.
dem jeweils erforderlichen Schutzniveau über
Im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Zweck-
den gesamten Prozess, z. B. auf den Kommu-
mäßigkeit der anzuwendenden Informationssi-
nikationswegen oder den Systemkomponen-
cherheitseinrichtungen sind diese Ziele aller-
ten, geschützt werden.
dings für jeden einzelnen Anwendungsfall spe-
Es ist von großer Wichtigkeit, dass die Informa-
zifisch zu bewerten und zu gewichten. So wer-
tionssicherheit in den unterschiedlichen An-
den zum Beispiel beim Einsatz von intelligenten
wendungsgebieten des Smart Grids interope-
Zählern der „Vertraulichkeit“ und dem Schutz
rabel gestaltet und die Anforderungen in jeder
persönlicher Daten eine deutlich größere Be-
Phase der Lebenszeit der Systeme dem Stand
deutung zukommen als für die Steuerungs-
der Technik angepasst werden.
oder Automatisierungssysteme im Smart Grid,
Die Innovationszyklen in der Informationstech-
dort stehen die Integrität und die Verfügbarkeit
nik und damit einhergehend die Anforderun-
der Informationen im Vordergrund. Das heißt,
SGIS – Smart-GridInformationssicherheit
entsprechend dem tatsächlichen Sicherheits-
taillierte Verbesserungen der existierenden Norm
bedarf eines Anwendungsfalls müssen auch
IEC 62351 vorgeschlagen und über eine Liai-
adä­
qua­
te Sicherheitsmechanismen auf dem
son der TC 57 WG 15 zur Verfügung gestellt.
entsprechenden Schutzniveau implementiert
Die Vorschläge resultieren aus der technischen
und geltende Normen bzw. Profile angewendet
Weiterentwicklung der bisher genutzten Sicher­
werden.
heitsalgorithmen und -protokolle sowie aus
neuen Anwendungsfällen.
4.3SGIS-Normungslandschaft
Abbildung 11 veranschaulicht die Smart-Grid-
Auf Basis der relevanten Normen und Doku-
Weiterhin wurde festgestellt, dass relevante
mente (z. B. ISO/IEC 27001, ISO/IEC 27002,
Nor­men unterschiedliche Zielsetzungen haben.
DIN EN 62351, NERC/CIP, NISTIR-7628 sowie
Aus diesem Grund wurden die Normen in drei
Berichten der EU-Taskforce zu Datenschutz
Typen unterteilt.
und Datensicherheit im Smart Grid und der
1. Anforderungsnormen (technologieneutral)
Joint Working Group der europäischen Nor-
2.Implementierungsoptionen (abhängig von
mungsorganisationen) konnten vier Quadran-
Fokussierung in der SGIS-Normungslandschaft.
Technologie, Domäne, …)
ten definiert werden, in denen eine Lückenana-
3. Interoperabilitätsprofile (spezifische Festle-
lyse zum SGIS-Normungsbedarf durch­geführt
gung / Einschränkung von Implementie­rungs­
wurde. Diese vier Quadranten sind in Abbil-
­optionen)
dung 10 dargestellt.
Durch die Analyse wurden Lücken und Verbes-
In Abbildung 12 ist die Gesamtbetrachtung
serungsbereiche identifiziert und an die ent-
auch in Bezug auf die weitere Normungsroad-
sprechenden Normungsgremien (national, wie
map für alle vier Quadranten dargestellt. Der Fo-
international) adressiert. Konkret wurden de-
kus richtet sich dabei auf die folgenden Jahre.
Technische Detaillierung für alle Domänen, Zonen und Ebenen des „SGAM“
Q1
Relevanz für
Organisationen
Q4
Organisatorische
Anforderungen
im Smart Grid Betrieb
für alle Akteure und Standorte
Q2
Technische Anforderungen
für Produkte und Dienste
Alle
All SGIS-SL
SGIS SL & SG-DPC
SG DPC
Überwachung (intern und extern)
Administration,, Berichtswesen
Erkennung/Reaktion auf
SGIS-Vorfälle
„Incident Response“
Produkte und Dienste
müssen organisatorische und
operationale SGIS
Anforderungen unterstützen
Relevanz für
Produkte und Dienste
Q3
Ende-zu-Ende-Komplettheit für
alle Stufen der Informationsicherheitniveaus SGIS-SL,
Informationsschutzklassen SG-DPC
SG DPC
sowie Zugriffsmanagment für Akteure und Rollen
Abbildung 10: SGIS – Vier Quadranten mit Normungsbedarf (Quelle: Smart Grid Coordination
Group SG-CG/SGIS)
49
Heute
Ende 2012
Weiterentwicklung der IEC 62351
Publikation und Anwendung DIN Spec 27009
Design Details
Design Details
IEC 62351
(not a standard) JWG
EG2
1
(not a standard)
ISO/IEC 27001
Operations
Relevance
Details for
For Products
Operations
Governance
& Policy Aspects
ISO/IEC 27002
C
Completeness
l t
WG SGIS supports intl.
standards activity based
on Sector specific version
DIN Spec 27009
Products
Energiesysteme
e g esyste e spe
spezifisch
sc ((heute)
eute)
Technical
A
Aspects
t
NISTIR-7628 (not a standard)
NERC/CIP (not a standard)
Operations
NERC/CIIP (not a standard)
NISTIR-7628 (not a standard)
Details for
IEC 62351
Technical
Aspects
Relevance
For Products
Governance
& Policy Aspects
ISO/IEC 27002 Sector Specific
ISO/IEC 27001 Sector Specific
Operations
p
Products
Completeness
Informationssysteme
o at o ssyste e spe
spezifisch
sc
Smart Grid spezifisch
Abbildung 11: SGIS – Heutige Normungslandschaft (Quelle: SG-CG/SGIS)
UC /
Dienste
Ziel Sicherstellung
SGIS-SL 1-5
Ende zu Ende
Akteure & Informationsmodelle & Zweckbindung
Risiko Einfluss & Wahrscheinlichkeit
Eb
Ebene
B
Business
i
– Org
O Anforderungen
A f d
Q2,
Q2 Q3
Q3, Q4
Ebene Fukction
– SGISSGIS-SL , Process
Ebene Information
– SGSG-DPC – SGISSGIS-SL
Ebene Kommunikation – SGSG-DPC – SGISSGIS-SL
Ebene Komponenten – SGSG-DPC – SGISSGIS-SL
50
Typ
pe 3 Normen –
Abbildung 12: SGIS – Status und Fokus in der SGIS-Normung (Quelle: SG-CG/SGIS)
Pro
ofile für Interoperaabilität
Begrrenzung der Optionen zuur
Erreichung von Interoperabilität
Typ
pe 2 Normen –
Imp
plementierungsop
ptionen –
Impleementirung Domänen & Technologiespezifisch
– Vieele Optionen
Typ
pe 1 Standards –
Elektrizitä
Elektrizitäts
Domainen
ohne
Liegenschaft
SGISSGIS-SL /SG/SG-DPC
in T1,T2,T3 Normen
SGIS in der Markt Kommunication
Q4 Standards (Governance)
End2End
Customer Site internal Domain/Zones
Koherenz mit Smart Meter,
Smart Charging,
Smart Property/Smart Cities
Multi Utility (Gas,Thermisch)
SGIIS-SL Anforderun
ng
IEC 62351
DIN Spec 27009 (ISO/IEC DTR 27019)
DIN Spec 27009 (ISO/IEC DTR 27019)
ISO/IEC 27001
„Highh level“ - Technologieneeutral
– viele Optionen
Q1 T2/3
Q2 T1
Q3 T1
Q4 T1
SGIS-SL
SGISSG-DPC
SG-
SGAM Domä
Domänen & Zonen
Leitlinien
SGIS – Smart-GridInformationssicherheit
4.4 SGIS-Schlüsselelemente
wahrscheinlichkeit. Daher ist eine anwendungs­
4.4.1 Smart-Grid-Architekturmodell
(SGAM)
den Schutzbedarf und das Schutzniveau zu
Informationssicherheit ist Teil des Smart-GridArchitekturmodells (ausführliche Beschreibung
siehe Kapitel 2). Die grundlegenden Aufgaben
sind im gesamten Smart Grid als technische
und organisatorische Anforderungen zu betrachten. Das SGAM bietet als universelles Modell eine konsistente Möglichkeit, die Informa­
tionssicherheit den Anwendungsfällen zuzu­ord­
nen.
Informationssicherheit ist, wie oben angemerkt,
ein integraler Bestandteil des SGAM. Sie hat
Auswirkungen auf alle Schichten, Domänen
und Zonen und muss somit pro SGAM-Zelle
explizit berücksichtigt werden. Dies wird in den
nachfolgenden Abschnitten am Beispiel der Sicherheitsniveaus und der SGIS-Toolbox be-
bezogene Bedrohungsanalyse notwendig, um
ermitteln.
Hierzu ein Beispiel: Das deutsche Energiesystem ist mit dem europäischen Energiesystem
verbunden. Deshalb ist es sinnvoll, das höchste Informationssicherheitsniveau für Risikoeinflüsse zu definieren, die den Ausfall der europäischen Versorgung gefährden. Das euro­pä­i­
sche Verbundsystem wird aber auch durch
solche SGIS-Ereignisse beeinflusst werden,
welche die nationalen Energiesysteme be­ein­
flussen. In den Risikoeinflussanalysen (Risk
Im­
pact Analysis) wurde für den Energiefluss
deshalb die höchste Risikoeinflussstufe für
Energieflüsse >10 GWh angesetzt. Da dies
auch für seltene Ereignisse vermieden werden
muss (niedrige Eintrittswahrscheinlichkeit), ist
auch hier das höchste Informationssicherheits-
schrieben.
niveau notwendig. Weitere Bewertungskriterien
4.4.2 Sicherheitsniveaus
scheinlichkeit und die daraus resultierende
für Risikoeinflüsse, das Abschätzen der Wahr-
Um den Schutzbedarf quantifizieren zu kön-
Analyse der notwendigen Stufe des Informati-
nen, wurde ein fünfstufiges Sicherheitsniveau
onssicherheitsniveaus sind im Bericht der Ar-
eingeführt. Die Zuordnung eines Anwendungs-
beitsgruppe SG-CG/SGIS beschrieben.
falls zu einem Sicherheitsniveau ist abhängig
Zu den drei höchsten Stufen (da diese relevant
von den Auswirkungen, die ein Sicherheitsvor-
für die kritischen Infrastrukturen des Energiein-
fall auf das System hat, und von der Eintritts-
formationssystems sind) sind bereits erste
SGIS-SL
Informationssicherheitsniveau Stufe
5
höchste Kritikalität
Systeme, deren Unterbrechung zu einen Verlust von Energie­
flüssen von über 10 GW führen
4
kritisch
Systeme, deren Unterbrechung zu einen Verlust von Energie­
flüssen von mehr als 1 GW bis zu 10 GW führen
3
hoch
Systeme, deren Unterbrechung zu einen Verlust von Energie­
flüssen von mehr als 100 MW bis zu 1 GW führen
2
mittel
Systeme, deren Unterbrechung zu einen Verlust von Energie­
flüssen von mehr als 1 MW bis zu 100 MW führen
1
niedrig
Systeme, deren Unterbrechung zu einen Verlust von Energie­
flüssen von unter 1 MW führen
Beispiele für Stabilitätsszenarien des Energiesystems
Abbildung 13: Beispiele SGIS-Security Level (Quelle: SG-CG/SGIS)
51
Aussagen in der IEC 62351 (Teil 10) zu finden.
ligen SGIS Security Level (SGIS-SL) sicherstel-
Die Geschäftsebene (Business Layer, SGIS-B)
len.
beinhaltet organisatorische Anforderungen so-
Die Komponentenebene (Component Layer,
wie Anforderungen an die Systemkomponen-
SGIS-C) beinhaltet alle technischen Anforde-
ten, Überwachungs-, Analyse- und Berichts-
rungen für alle Komponenten des Smart-Grid-
pflichten. Diese werden auf dieser Ebene mit
Informationssystems und deren erforderliche
den Berechtigungsinformationen (Credentials)
Stufe des SGIS-SL. Auf der Systemkomponen-
von Akteuren (technische und natürliche) sowie
tenebene werden die Zugriffsberechtigungen
mit ihren Rollen und deren Zugriffsberechti-
für Akteure und Rollen umgesetzt. Deshalb sind
gungsinformationen verknüpft.
auf dieser Ebene die Authorisierungs- und Zu-
Die Funktionsebene (SGIS-F) beinhaltet funk­
griffsmechanismen sowie die Ver- und Ent-
tionelle oder kommerzielle Anwendungen, die
schlüsselungsmechanismen enthalten.
die tatsächlichen Zugriffsrechte organisieren.
Das folgende Beispiel zeigt, dass es dieses
Die Informationsebene (SGIS-I) definiert die In-
universale Modell erlaubt, für spezifische Use
formationsmodelle mit den Informationsschutz-
Cases die SGIS-Normen in eine SGIS-Betrach-
klassen (Data Protection Classes, DPC).
tungsweise einzuordnen. Diese Betrachtungs-
Über die Kommunikationsebene (Communica-
weise ist Bestandteil der SGIS-Toolbox.
tion Layer, SGIS-I) werden die Informationen
aus den Datenmodellen gesendet oder empfan­
gen. Diese Ebene beinhaltet alle technischen
4.5 Die SGIS-Toolbox
Anforderungen für alle Stufen der Informations-
Die SGIS-Toolbox stellt Leitlinien für die notwen­
sicherheitsniveaus, die zur Interaktion zwischen
digen Schutzniveaus (SGIS-SL) in Abhängig-
den Systemen versandt werden und den jewei-
keit von Domänen und Zonen und spezifisch
C
Function
Business
Information
Market
Communication
Server
CMS
Enterprise
DMS
Q2 DIN Spec 27009
Q3 DIN S
Spec 27009
Q4 TBD
Transm ./ Distrib
Management
.
Gateway
PKI Server
(CA,Revocation
, …)
/
Operation
HMI
HES
Engineering
System
Data
Concentrator
Station
Revocation
Information
RTU
DER Controller
G
HV
Generation
MV
Field
Component
Communication
HAN Controller
H
Process
LV
Transmission Distribution
DER
Customer
example of IEC 62351–8 RBAC
Abbildung 14: Beispiel SGIS-Normen – Abbildung in den SGAM – SGIS Layers
(Quelle: SG-CG/SGIS)
52
SGIS – Smart-GridInformationssicherheit
Abbildung 15: Anwendung der SGIS-Toolbox (Quelle: SG-CG/SGIS)
für die beiden definierten Datenschutzklassifikationen (Schutzklasse für Personenbezug) SGDPC1 und andere Schutzklassen (SG-DPC2)
4.6 Zusammenfassung der
SGIS-Ergebnisse
bereit. Darüber hinaus ist auch eine Vorge-
Die grundlegenden Anforderungen an die In-
hensweise möglich, um das Schutzniveau und
formationssicherheit (Vertraulichkeit, Integrität
die anzuwendenden Normen und Spezifikatio-
und Verfügbarkeit) sind in den unterschiedli-
nen für einen bestimmten Anwendungsfall zu
chen Use Cases domänen- und zonenüber-
bestimmen. Diese Systematik liefert eine de-
greifend von unterschiedlicher Wichtigkeit.
taillierte und szenarienreiche Analyse der Risi-
Während bei kritischen Infrastrukturen die Ver-
koeinflüsse, sodass Betrachtungen in Bezug
fügbarkeit höchste Priorität hat, ist bei privaten
auf die SGIS-Layer im SGAM angestellt und
Verbrauchern vor allem Vertraulichkeit in Be-
Annahmen zu deren Eintrittswahrscheinlichkei-
zug auf persönliche Daten wichtig. Andere
ten SGIS-SLs abgeschätzt werden können. An-
grundlegende Anforderungen wie Authentizi-
schließend können dann die anzuwendenden
tät, Zurechenbarkeit, Nicht-Abstreitbarkeit und
Normen der Anforderungs-, Implementierungs-
Zuverlässigkeit müssen bei der Entstehung,
und Interoperabilitätsprofile ausgewählt wer-
Verarbeitung, Speicherung, dem Versand oder
den können. Abbildung 15 zeigt die Methodik
der Löschung entsprechenden Schutzklassen
der Anwendung der SGIS-Toolbox.
(SG-DPC) zugeordnet werden. Diese sind
auch bei sektorspezifischer Betrachtung anzuwenden. Das Smart Grid ist ein System von
verbundenen und miteinander interagierenden
Systemen. Die SGIS-Betrachtungen beziehen
53
sich ausschließlich auf Risikoeinflüsse, die auf-
autorisiert sein. Entsprechende Leitlinien und
grund nicht ausreichender Informationssicher-
Empfehlungen für die Implementierung wurden
heit entstehen.
erarbeitet. Die Normungslandschaft illustriert
Schlüsselelemente sind neben dem Smart Grid
die Normungsbereiche (vier Quadranten), in
Architecture Model (SGAM) und den darin ent-
denen SGIS als Anforderungs-, Implementie-
haltenen SGIS-Ebenen, die fünf Stufen des In-
rungs- und Interoperabilitätsnormen vorhan-
formationssicherheitsniveaus SGIS-SL (Securi-
den sein müssen. Es ist festzustellen, dass
ty Levels) und die beiden Informationsschutzklas­
heute SGIS-relevante Normen verfügbar sind.
sifikationen SG-DPC (Smart Grid Data Protec-
Unabhängig davon gibt es Bedarf, diese wei-
tion Classes).
terzuentwickeln.
Die Informationen im Smart Grid müssen ent-
Um den Akteuren im Smart Grid eine pragmati-
sprechend der Informationsschutzklassifika­
sche Vorgehensweise zu ermöglichen, wurde
tion (Schutzklassen für Personenbezug = SG-
eine SGIS-Toolbox bereitgestellt, die es ermög­
DPC1 und andere Schutzklassen = SG-DPC2)
licht, einfach die Informationssicherheitsnor-
und der dafür notwendigen Stufe des Schutzni-
men für bestimmte Use Cases zu identifizieren
veaus zu jedem Zeitpunkt geschützt sein. Alle
und anzuwenden oder Lücken in den normati-
Akteure (technische oder natürliche) müssen
ven Bereichen aufzudecken.
für Zugriffe auf dem entsprechenden Niveau
54

5.
Anwendungsfälle / Use Cases im
Smart Grid
Nach den eher theoretischen Ausführungen in
artig dargestellt. Ein Cluster kann einem Sys-
den vorherigen Kapiteln werden nun exempla-
tem entsprechen und in einer Referenzarchi-
risch einige Anwendungsbeispiele kurz und im
tektur (SGAM) dargestellt werden, die dann
Überblick vorgestellt. Für weitere Details wird
auch die Beschreibung der Aktoren und der
auf die Beschreibungen in der Online-Daten-
Beziehungen im Use Case erleichtert. Als Bei-
bank für Use Cases (Use Case Management
spiel für ein solches System dient das im Fol-
37
Repository, UCMR ) verwiesen.
genden beschriebene Flexibilitätskonzept, Abbildung 15, oder ein Smart-Metering-System
5.1 Beispiel-Anwendungsfälle
der Working Group
Sustainable Processes
(siehe Report der Smart Metering Coordination
Die Arbeit an Anwendungsfällen im Smart Grid
Folgende Cluster hat die SG-CG/SP schwer-
findet derzeit in vielen Normungs- und Stan-
punktmäßig bearbeitet:
dardisierungsgremien statt. Beispielhaft wer-
• Flexibilitätskonzept (Flexibility Concept)
den im Folgenden sogenannte Generic Use
Group zum Mandat M/441).
Use Case Cluster
Mit Flexibilitäten werden Möglichkeiten der
Cases (GUC) der Working Group Sustainable
Anpassung von elektrischen Verbrauchern
Processes der SG-CG (SG-CG/SP) vorgestellt,
oder Erzeugern bezeichnet – teilweise auch
die im Rahmen der Arbeiten am Normungs-
als Demand Response oder Demand Side
mandat M/490 erstellt wurden. Diese generi-
Management bekannt. Flexibilitäten wie
schen Anwendungsfälle basieren auf einer
Leistungsänderungen, Energieverbrauchs-
Sammlung von mehr als 450 Anwendungsfäl-
verschiebung oder Blindleistungsbereitstel-
len, an der sich europaweit viele Stakeholder
lung dienen der Netzführung und/oder der
beteiligten.
Optimierung auf den Energiemärkten.
Die Working Group Sustainable Processes hat
Grundsätzlich wurde hierbei unterschieden
sich bei ihrer Arbeit nicht nur auf die Sammlung
zwischen der Bereitstellung von Flexibilitä-
und Auswertung der Anwendungsfälle oder
ten (Providing Flexibilities) und der Nutzung
Use Cases beschränkt, sondern auch eine
von Flexibilitäten durch Netz oder Markt
Systematik entwickelt: Als eine Möglichkeit, die
(Using Flexibilities). Für den ersten Bereich
Vielzahl der Use Cases zu gruppieren, hat man
wurden eine allgemeine funktionelle Refe-
das Clustering entwickelt.
renzarchitektur, eine konzeptionelle Be­schrei­
Eine Gruppe von Use Cases (Cluster) wird in
bung und erste, auch detaillierte Use Cases
einer konzeptionellen Beschreibung über­blick­
erstellt. Für den Bereich der Nutzung von
Flexibilitäten dient die konzeptionelle Be-
37
UCMR Use Case Management Repository, Read-Only-Zugang
zum UCMR: https://usecases.dke.de/sandbox/,
Zugang: LookatMe, Passwort: LookatMe
schreibung zur weiteren Diskussion und als
Grundlage für die Beschreibung weiterer
55
Data Model
MDM
Market
Protocol
Enterprise
Operation
Station
Generation
Transmission
Distribution
Field
Process
DER
Domains
Zones
Customer
Premise
NNAP
Smart Metering
gateway (SMG)
Energy
management
gateway (EMG)
Smart Meter
functionality
CEM
Simple
ext.cons.
display
Smart
Device*
* e.g. HBES device, smart appliances, storage,
generator, domestic charger for EV, complex display
Generation
Transm.
Distribution
arket
Ma
Station
HES
Opera
ation Enterprise
Protocol
Actor A
DER
Smart Grid Connection
Point
Field
Subfunctions
Data Model
Actor B
Proces
ss
Outline of Usecase
Market
communication
Energy Management
M
/
Providing
g Flexibility (M490)
M441 arc
chitecture
Smart Grid Architecture
Model (SGAM)
Customer Premise
Abbildung 16: Funktionale Referenzarchitektur des Flexibilitätskonzeptes (Quelle: SG-CG/SP)
Use Cases. Das aus Deutschland vom
• Intelligentes Laden Elektromobilität (Smart
BDEW eingebrachte Ampelkonzept wurde
hier aufgegriffen und für die Anwendung mit
Basierend auf eingereichten Use Cases und
Use Cases übernommen. Während der ers-
Erfahrungen niederländischer Forschungs-
te Bereich „Providing Flexibilities“ – auch
projekte wurde auch für diesen Bereich ein
mit Blick auf die vielen bereitgestellten Use
Konzept erarbeitet, dass High Level Use Ca­
Cases – als recht homogen betrachtet wer-
­ses zum Laden und zur Lade­infrastruktur
den kann, erscheint die Ausarbeitung im
umfasst.
zweiten Bereich aufgrund der größeren Kom­
• Netzmanagement
plexität noch in der Entwicklung. Die EU-
Vielfach wurden auch Use Cases für das
Kommission hat diesen Punkt auch in ihrer
Netzmanagement genannt, die in folgenden
Task Force Smart Grids aufgegriffen, um die
High Level Use Cases zusammengefasst
regulatorischen Rahmenbedingungen für
wurden: Automatische Fehlererkennung und
neue Smart Markets zu untersuchen. Die
-Fehlerfreischaltung nicht betroffener Ge-
gesetzlichen Rahmenbedingungen, die der­
biete FLIR Fault Location, Isolation, Resto-
­zeit noch im Fluss sind, haben einen star-
ration), Spannungshaltung (VVO Var Volt
ken Einfluss auf die Beschreibung von An-
Optimization), Last- und Erzeugungsprog-
wendungsfällen für die Nor­
mung. Umge-
nosen, Microgrid (Inselnetze), Netzüberwa-
kehrt haben die bisherigen Diskussionen
chung im Verteilungsnetz (Monitoring), in-
und Arbeiten auch die Untersuchungen
telligenter Lastabwurf (Emergency Signals)
aufseiten der EU TF beeinflusst.
56
Charging)
Anwendungsfälle
Entsprechend der weiterentwickelten Systematik werden derzeit auch weitere GUC in den
anderen Arbeitsgruppen der Smart Grid Coor-
5.2Beispiel-Anwendungsfälle
Flexibilität
dination Group erarbeitet. Insbesondere wer-
Die folgenden High Level Use Cases wurden in
den im Bericht der Arbeitsgruppe „First Set“ of
der Arbeitsgruppe basierend auf den in der
Standards (FSS), die Verbindung von Syste-
Sammlung von Stakeholdern bereitgestellten
men, Use Cases, Architekturen und Normen
Use Cases für den Bereich Bereitstellung von
zusammenfassend herausgearbeitet und an
Flexibilität / Providing flexibility erarbeitet:
vielen, bereits heute existierenden Systemen,
1. Informationsaustausch zu Verbrauch, Preis
die als Grundlage für Smart Grids gelten, dar-
oder Umweltinformationen zur Berücksichti-
gestellt.
gung durch den Kunden oder ein lokales Ener-
Weitere Informationen können den in Kürze38
giemanagementsystem (Receiving consump­
offiziell erscheinenden Berichten der Smart Grid
tion, price or environmental information for
Coordination Group entnommen werden, die
further action by consumer or a local energy
unter intensiver deutscher Mitarbeit entstanden
management system)
sind.
Dieser auch als Demand Response bezeich-
Use Cases Management Repository
der DKE
nete Use Case geht im Wesentlichen davon
aus, dass der Kunde selber (manuell) oder
sein Energiemanagementsystem (automatisch)
Alle Use Cases sind bzw. werden in einer von
auf Informationen vom Netz oder Markt re-
der DKE initiierten und von OFFIS prototypisch
agiert. Es werden also nur Informationen be-
realisierten Datenbankanwendung hinterlegt37.
reitgestellt und nicht direkt von außen Geräte
Neben der Verwaltung und Pflege der Use Ca-
gesteuert, sodass nur statistische Reaktionen
ses ist ein wesentliches Ziel dieser Online-An-
auf eine Information oder ein Warnsignal er-
wendung, dass die Beschreibung von Use Ca-
wartet werden können. Ggf. kann aufgrund ei-
ses gemeinsam von verschiedenen Experten,
ner Rückmeldung eines Energiemanagement-
innerhalb von Gremien oder auch gremien-
systems über seine Handlungsoptionen die
übergreifend, erfolgen kann. Die Datenbank
Wirkgröße eines aus dem Netz gesandten An-
dient somit auch als Kommunikationsplattform
reizes vorherbestimmt werden (siehe unten „In-
zwischen verschiedenen Gremien und Bran-
formationen von smarten Geräten“).
chen. Diese ersten Ansätze wurden von den
Vier detaillierte Use Cases bauen auf diesem
Normungsexperten positiv aufgenommen. Ba-
High Level Use Case auf:
sierend auf dem DKE-Online-Tool wird derzeit
• Information über Verbrauch / Erzeugung
eine Implementierung innerhalb von IEC ge-
• Preis- / Umweltinformation
prüft.
•Warnsignale
Warnsignale können zum einen vom Energiemanagementsystem an die Geräte gesandt
werden, falls vertraglich vereinbarte Bezugshöchstmengen (Leistung oder Energie) überschritten werden. Zum anderen können über
38
Entwürfe der Berichte standen betroffenen DKE- und DIN-Gre­
mien zur Kommentierung zur Verfügung. Die Berichte werden
offiziell Anfang 2013 veröffentlicht.
den Informationskanal auch Warnsignale des
Netzbetreibers zur Sicherung der Netzstabilität
57
gesandt werden (z. B. die Aufforderung, Leis-
Folgende Use Cases detaillieren diesen High
tung zu reduzieren). Die Reaktion auf dieses
Level Use Case:
Signal bleibt in diesem Use Case allerdings
• Steuerung von Verbrauch, Erzeugung oder/
dem Kunden, den angeschlossenen Geräten
oder dem Energiemanagementsystem über-
und Speicherung
Von extern wird die Anforderung zur Reduk-
lassen.
tion oder Erhöhung von Verbrauch oder Ein-
• Informationen von smarten Gerät
speisung gesandt. Das Energiemanage­
Bei entsprechender vertraglicher Bezie-
ment­system übersetzt diese Anforderung in
hung erhält eine externe Marktrolle Informa-
Steuersignale an die angeschlossenen Ge-
tionen zu Erzeugung und Verbrauch.
räte. Hierbei werden zwei Szenarien unterschieden:
2. Direkte Last- / Erzeugungssteuerung
1. Das Gerät (z. B. Waschmaschine, Kühl-
Dieser High Level Use Case beschreibt die
schrank,
Wärmepumpe)
ent­schei­det
Möglichkeit, von außen Vorgaben zu Verbrauch
selbst, ob die Ausführung derzeit mög-
und Einspeisung vorzugeben. Entsprechend
lich ist.
gesetzlicher Vorgaben oder vertraglicher Be-
2. Das Gerät befolgt die Steuersignale oh­
ziehungen können Geräte (z. B. Erzeugungs-
ne eigene Entscheidungsmöglichkeit (di­
anlagen wie PV) von außen bzw. über das
rek­te Steuerung).
Energiemanagementsystem durch eine oder
•Notfall
mehrere externe Marktrollen gesteuert werden
Während zuvor eine allgemeine Anforde-
(z. B. vom Energielieferant, Aggregator oder
rung erfolgt, kann die Dringlichkeit mit dem
Netzbetreiber). Im Vergleich zum vorherigen
Notfallsignal unterstrichen werden. Das
Use Case liegt die Entscheidung nicht beim
Ener­
giemanagementsystem kann entspre-
Kunden, sondern bei der externen Marktrolle.
chend angeschlossene Geräte direkt schal-
Erfolgt das Signal über ein Energiemanage-
ten oder informieren.
mentsystem, kann dieses die angeschlosse-
• Energiemanagementsystem steuert smarte
nen Geräte entsprechend steuern, um einer ex­
Geräte
ternen Anforderung nachzukommen. Beispiels­
Dieser Use Case ist Basis für einige der oben
weise kann die Anforderung gesendet werden,
aufgeführten Use Cases.
dass die Netzeinspeisung zu reduzieren ist. In
diesem Fall könnte das Energiemanagement-
3. Flexibilitätsangebote (Flexibility Offerings)
system statt einer Abschaltung der PV-Anlage
Basierend auf Forschungsprojekten39 wurde
auch die Speicherung in einer lokalen Batterie,
ein weiterer High Level Use Case berücksich-
im Elektroauto oder auch einen erhöhten Ei-
tigt, der von einer Verhandlung zwischen Teil-
genverbrauch durch vorgezogene Einschal-
nehmern an einem Flexibilitätsmarkt ausgeht.
tung von Geräten initiieren. Genutzt wird dieser
In Echtzeit können Anfragen und Angebote
Use Case beispielsweise von Netzbetreibern
ausgetauscht werden, um zum Beispiel Pro­
zur Netzstabilisierung oder von Aggregatoren,
gno­seabweichungen durch Erneuerbare Ener-
um den Energiehandel und -einkauf zu opti-
gie (PV, Wind) auszugleichen. Im Use Case
mieren (Teilnahme an Energie- / Regelenergie-
werden der Verlauf der Verhandlungen, die An-
märkten).
39
58
z. B. E-Energy-Projekte, EU-F&E-Projekt MIRABEL
Anwendungsfälle
nahme eines Angebots sowie die Aktivierung
folgt. In beiden Fällen muss der jeweilige SGIS-
und Abrechnung beschrieben.
SL sichergestellt werden, der für lokalen Zugriff
und Fernzugriff verschieden sein kann. Die
5.3 Beispiele Generischer
SGIS-Anwendungsfälle
momentan beschriebenen SGIS Generic Use
Im Anhang 5 zum SGIS-Bericht der Smart Grid
Zugriffe auf solche Systemkomponenten und
Coordination Group sind generische SGIS Use
dem Management von SGIS-Vorfällen.
Cases beschrieben. Auch normative Aktivitäten
Über den oben gezeigten Überblick hinaus
hierzu haben begonnen (siehe IEC 62351-9),
wurden durch die deutschen Aktivitäten im Be-
die als Committee Draft (CD) verfügbar sind.
reich Security weitere Use Cases in die euro-
Deshalb wird an dieser Stelle nur eine Über-
päischen Arbeiten eingebracht. Hier nur sei
sicht der Use Cases vorgestellt.
der Use Case „Pre-Communication SGIS Ca-
Der Betrieb oder die Administration von Sys-
pability Check“ erwähnt. Dieser Use Case soll
temkomponenten des Smart Grids – gleich in
zukünftig die Möglichkeit bieten, die End2End-
welcher Domäne/Zone sich diese befinden –
Implementierung von Stufen der Informations-
werden für die Administration eine höhere Stu-
sicherheitsniveaus auf dem jeweiligen Stand
fe des anzuwendenden Informationssicherheits­
der Technik sicherzustellen, bevor eine schüt-
niveaus erfordern, unabhängig davon, ob dies
zenswerte Information an andere Akteure im
lokal / physikalisch am tatsächlichen Ort der
Smart-Grid-Informationssystem versandt wird.
Systemkomponente oder durch Fernzugriff er-
Dies kann allerdings entlang der Kommunika­
Cases befassen sich mit dem Management
der Berechtigungsnachweise (Credentials) für
Generic SGIS use cases
SGIS.01.
SGIS.02.
Manage SGISSGIS-SL (1(1-5) credentials
SGIS.01.01
Provide key pair to SG information system component
SGIS.01.02
Provide trust achor to SG Info sys comp
SGIS.01.03
Provide customer public key to SG Info sys comp
SGIS.01.04
Provide Sys comp public key to client
SGIS.01.05
Revoke key/certificate at client and Info sys comp
SGIS.01.06
Perform Key agreement between client and Info sys comp
SGIS.01.07
Transport symetric key to SG Info sys comp
SGIS.01.08
Set security policy at SG Info sys comp & client
SGIS
SGIS.01…
01…
SGIS.01
……
Manage SGISSGIS-SL (1(1-5) incidents
SGIS.02.01
Monitor and Analyse SGISSGIS-SL and recognize incidents
SGIS.02.02
Provide incident responses (immediate, mid term, long term)
SGIS.02.03
Report incidents internal and external to organization
SGIS.02…
SGIS.02…
……
Abbildung 17: Generic SGIS Use Cases (Quelle: SG-CG/SGIS)
59
tionsstrecken nur geschehen, wenn die Informa­
einer Kommunikation zu einer Leitstelle not-
tionsmodelle entsprechend den Informations­
wendig. Aus heutiger Sicht sind E-Fahrzeuge
schutzklassifikationen SG-DPC1 und SG-DPC2
daher weniger geeignet, am Sekundärregel-
gekennzeichnet sind (ähnlich wie bei Ge­fahr­
leistungsmarkt teilzunehmen. Minutenreserve
guttransporten).
benötigt ebenfalls eine Leitstellenanbindung,
Informationssicherheit spielt auch in den funk­
hat aber eine weniger zeitkritische Anforde-
tionellen / kommerziellen Use Cases eine Rolle.
rung an die Kommunikation. Es wäre denkbar,
So kann der Use Case „Implement Energy
das frequenzstützende Laden mit in die An-
Supply Contract for Customer in Smart Proper-
schlussbedingungen für Elektrofahrzeuge auf-
ty Sub-Cell“ nicht ohne die Verknüpfung zu den
zunehmen.
obigen SGIS Generic Use Cases ausgeführt
werden.
Tarifoptimiertes Laden
Der Energielieferant muss in diesem Falle dem
5.4Beispiel-Anwendungsfälle
– Netzintegration Elektromobilität
Fahrzeug Tarifinformationen zur Verfügung
Die folgenden Use Cases zeigen beispielhaft
Ladestrategie ermitteln. Dabei hat er auch die
die Verbindung von Smart Grid und Elektromobilität auf. Sie stehen inhaltlich in enger Verbindung mit den zuvor aufgeführten Flexibilitäts-
präferenz (voraussichtliche Abfahrt) kann ein
Optimierungsalgorithmus die kostenminimale
zulässige Ladeleistung am Netzanschluss zu
berücksichtigen. Zur Umsetzung wäre eine
einseitige Kommunikation zur Übermittlung des
Use-Cases40.
variablen Tarifs notwendig. Beim Tarifwechsel
Frequenzstützendes Laden
Änderung des Leistungsflusses erfolgen darf,
ist zu berücksichtigen, dass keine sprunghafte
Die Ladeleistung eines E-Fahrzeugs kann an-
um die Frequenzhaltung nicht zu gefährden
hand der Netzfrequenz gesteuert werden. So-
und eine lokale Netzbetriebsmittelüberlastung
mit stellt der Ladevorgang auch eine der Pri-
zu vermeiden.
märregelleistung ähnliche Dienstleistung be-
Mit variablen Preisen können grundsätzlich
reit. Diese Systemdienstleistung gleicht dem
zwei Ziele verfolgt werden. Zum einen kann der
Selbstregeleffekt, der sofort verfügbar ist und
Energielieferant seinen Tarif an den Börsen-
automatisch den Bezug bei steigender Fre-
preisen orientieren und einen Teil des Gewinns
quenz erhöht und umgekehrt. Eine Kommuni-
durch günstigere Energiebeschaffung an den
kation ist in diesem Fall nicht erforderlich, es ist
Kunden weitergeben. Zum anderen könnten
lediglich eine lokale Frequenzmessung und
Netzbetreiber über Strompreise Anreize zur
eine daraus abgeleitete Sollvorgabe der Lade-
gleichmäßigeren Nutzung vorhandener Kapa-
leistung erforderlich. Eine ggf. vorhandene
zitäten setzen, wodurch ein Kostenvorteil beim
Rückspeisemöglichkeit verdoppelt das Poten-
Netzausbau entstünde, der teilweise als Kom-
tial. Um Sekundärregelleistung anzubieten, ist
pensation an die Endkunden weitergegeben
ein erweiterter technischer Aufwand in Form
werden könnte.
40
60
stellen. Auf Basis dieser Daten und der Nutzer-
Siehe auch Normungsroadmap Elektromobilität sowie Bericht
der SG-CG/SP
Anwendungsfälle
5.5 Von der Vision zur Realisierung – Anwendungsfälle
Spannung, …) für alle Marktteilnehmer und
Use Cases sollen vor allem auch dazu dienen,
Das Ampelkonzept kann in Bezug auf Use Ca-
zukünftige Entwicklungen und Visionen in kon-
ses zum einen konzeptuell dazu dienen, Use
kreten Funktionen und Anforderungen zu be-
Cases einzuordnen und die Beziehungen von
schreiben. Die folgende Beschreibung eines
Use Cases zueinander besser zu verstehen,
neuen Clusters (Gruppe von Use Cases) mit
da mittels des „Ampelkonzepts“ die sehr kom­
zu­gehörigen Use Cases verdeutlicht dies.
plexen und vielfältigen Wechselwirkungen und
letztendlich für alle Netznutzer, insbesondere
den Verbrauchern, sicherzustellen.
5.5.1 Das Zusammenwirken von Markt
und Netz – „Ampelkonzept“ als
Konzept und Use Case
Abhängigkeiten zwischen allen Marktteilnehmern, also den Netznutzern und den systemverantwortlichen Netzbetreibern, mit einem ein­fachen und leicht verständlichen Grundsche­ma
Innerhalb des Bundesverbands der Deutschen
dargestellt werden.
Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW), der
Durch die Abstufung innerhalb des „Ampelkon­
alle gesetzlich definierten Marktrollen reprä­
zepts“ werden die für die Systemsicherheit ver-
sentiert, wird mittels des sogenannten „Ampel-
antwortlichen Netzbetreiber und die Marktteil-
konzepts“ das Zusammenwirken aller markt­­re­
nehmer / Netznutzer über den aktuellen und
levanten Rollen (z. B. Vertriebe, Händler, erneu­
den prognostizierten Netzzustand informiert
erbare und konventionelle Erzeuger, Spei­cher­
oder diese Information geeignet zur Verfügung
betreiber etc.) und der gesetzlich re­gulier­ten
gestellt. Diese Information nutzen die Marktteil-
Rollen
Messstellenbetreiber
nehmer, um ihre Geschäftsmodelle optimal ab-
etc.) beschrieben. Ziel des Ampelkonzepts ist
zuwickeln bzw. um neue Produkte („Use Ca-
es einerseits soviel Markt (Verbrauch und Ein-
ses“) im Rahmen eines Smart Grids anzubie-
speisung) wie möglich und auf der anderen
ten. Mit dieser Funktion ist damit zum anderen
Seite jederzeit die Systemsicherheit (Fre­quenz,
das Ampelkonzept selber ein Use Case.
(Netzbetreiber,
Zeitliche Handlungsfelder in der Interaktion von Netz & Markt
Netzbereich
Betriebsmittelauslastung
Flexibilität
BHKW
Frequenz
E-Mobility
Spannung
Sonne
Speicher
Wind
Konventionelle KW
Konventioneller Verbrauch
Marktbereich
0s
Prognose und Marktreaktion möglich
t
Systemverfügbarkeit
hat oberste
Prämisse
(verantwortlich:
NB)
Abbildung
18: Ampelkonzept
– Use Case
und Konzept
für die Einordnung
von Use Cases
Die Ampel
informiert Marktteilnehmer
über verfügbare Netzkapazitäten
(Quelle:
SWM Infrastruktur
GmbH)
Preissignale als Anreize sind in zeitlich unkritischen Phasen möglich
Sicher verfügbare
g
Flexibilitäten beim Zusammenwirken von Markt und Netz sind erforderlich
61
BDEW Bundesverband der
Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Richard Tretter
12.10.2012
Seite 3
In der „grünen“ Ampelphase sind oder werden
bauverpflichtungen erfordern ein für jede Ext-
keine kritischen systemischen Netzzustände
remsituation maximal ausgelegtes Netz, also
durch die verantwortlichen Netzbetreiber fest-
volkswirtschaftliche Investitionen, die über die
gestellt oder prognostiziert. Alle berechtigten
Netzentgelte letztendlich alle Netznutzer tra-
Marktteilnehmer werden oder können sich über
gen müssen.
diesen Netzzustand informieren werden. (Über
In einem Smart Grid ist es nun das Ziel, das
die Informationskanäle bzw. -plattformen gibt
Netz mit soviel Intelligenz auszustatten, dass
es derzeit noch keine Überlegungen.) Alle
ein volkswirtschaftlich unnötiger Netzausbau
Marktprodukte können ohne Einschränkungen
vermieden wird bzw. neue Produkte (Netznut-
angeboten und nachgefragt. Der Netzbetrei-
zungen) für den Markt wirtschaftlich sinnvoll
ber beobachtet das Netz, ohne lenkend einzu-
werden und so das volkswirtschaftliche System­
greifen.
optimum erreicht wird. Hierin liegen die Stär-
In der „roten“ Ampelphase sind oder werden
ken eines Smart Grids. Diese Systematik und
systemische Grenzwertverletzungen durch den
das Zusammenwirken des Marktes und des
verantwortlichen Netzbetreiber ermittelt oder
Netzes wird im Ampelkonzept des BDEW mit
sicher prognostiziert. Zum Erhalt der Systemsi-
der „gelben Phase“ beschrieben.
cherheit greift der verantwortliche Netzbetrei-
In der „gelben Phase“, dem „eigentlichen“
ber durch Vorgaben oder unmittelbare Anwei-
Smart Grid, sind grundsätzlich zwei Mechanis-
sungen / Steuerungen auf geeignete Marktteil-
men aus Sicht der systemverantwortlichen
nehmer (gesetzlich oder vertraglich) oder auf
Netzbetreiber notwendig.
eigene Betriebsmittel zu, um mit der gezielten
• Bei ausreichender Reaktionszeit signalisiert
Wirkung die Systemstabilität zu erhalten oder
der verantwortliche Netzbetreiber die lang-
systemgefährdende Netzzustände zu vermeiden.
bis mittelfristig prognostizierten Netz­zu­stän­
Diese beiden, bisher beschriebenen Netzzu-
de und informiert die Marktteilnehmer über
stände sind bereits heute entwickelt und durch
diese. Die Markteilnehmer setzen diese In-
das EnWG und die in Deutschland gesetzlich
formation in geeignete Preissignale oder in
vorgeschriebene Netzausbauverpflichtungen
preisbasierte Angebote um. Auf Basis der
in der Regel sichergestellt. Das heißt: Ist der
zukünftig vorliegenden Erfahrungswerte und
Netzzustand in der „roten Phase“ gefährdet,
der neuen geplanten und prognostizierten
greift der systemverantwortliche Netzbetreiber
Netznutzung können die Prognosen für das
bereits heute unmittelbar in den Markt ein. Be-
Netz durch den verantwortlichen Netzbe-
stehende Mechanismen sind beispielsweise di­
treiber erneut angepasst werden. Bei wei-
rekte Anweisungen auf geeignete Erzeugungs-
terhin bestehenden Abweichun­
gen in der
einheiten (z. B. Regelenergie), der Last­abwurf
„gelben Phase“ und genügend Vorlaufzeit
und des Weiteren das Einspeisemanagement
kann dieses Verfahren wiederholt werden.
bei EEG-Anlagen. Die „grüne Phase“ wird
• Bei fehlender Vorlaufzeit greift der system-
durch die gesetzliche Netzausbauverpflich-
verantwortliche Netzbetreiber zurück auf
tung bereits sichergestellt. Der Netzbetreiber
vertraglich zugesicherte Angebote, Erzeu-
ist verpflichtet, das Netz für die maximalen
gungseinheiten (z. B. Regelenergie), Lasten
theo­
retischen Einspeisekapazitäten sowie für
(z. B. DSM, z. B. E-Fahrzeuge), Speicher-
die maximale Verbrauchsspitze auszulegen.
einheiten etc. und steuert diese unmittelbar
Der Markt kann jederzeit uneingeschränkt sei-
entsprechend den Vertragsbedingungen an.
ne bisherigen Produkte anbieten. Diese Aus62
1 Zeile einbringen
Anwendungsfälle
Ziel der Aktivitäten durch den systemverant-
menetze sowie das Versorgungsnetz für Kraft-
wortlichen Netzbetreiber ist es, die Systemsi-
stoffe verschmelzen mithilfe intelligenter Infor-
cherheit jederzeit für den Markt und der Netz-
mations- und Kommunikationstechnolo­gien (IKT)
nutzer zu erhalten. Die Marktteilnehmer können
zu einer ressourcenschonenden, fle­xib­len und
in der „gelben Phase“ einen neuen „Fleximarkt“
sicheren Versorgungsinfrastruktur, die den
entwickeln und somit ihren Beitrag zum Smart
Anforderungen der Energiewende Rech­
nung
Grid leisten.
trägt.
Die detaillierten Netzgrenzwerte und Stellgrö-
Solche Hybridnetze sind nur durch den Einsatz
ßen, insbesondere zur „gelben Phase“, sind
innovativer IKT beherrschbar. Es bedarf einer
noch zu entwickeln.
vielfältig vernetzten und flexiblen Informations-,
Um eine schnelle und möglichst automatisierte
Kommunikations- und Leittechnikinfrastruktur
Funktionalität zu schaffen, wird es erforderlich
über die gesamte Wertschöpfungskette hin-
sein, dieses „Ampelkonzept“ mit den verein-
weg. Zudem müssen adäquate Schnittstellen
barten Netzregeln sowie einem globalen und
und Prozesse zwischen den bisher parallel
lokalen Regelmechanismus auszustatten. Ziel
existierenden Versorgungsinfrastrukturen ge-
soll ein möglichst automatisiertes „Ampelkon-
schaffen werden. Die Prozesskopplung Power-
zept“ sein, das regionale Regelparameter
2Gas in Kombination mit der Gasverstromung
(Spannung, Netzbelastung) und globale Re-
stellt eine zentrale Technologiekomponente
gelparameter (Frequenz) beinhaltet. Hierbei ist
dar, ebenso wie hybride Verbraucher mit varia-
neben der detaillierten Konzeptentwicklung,
blem Energieträger.
die vom BDEW initiiert wurde, eine gemeinsame
In einem solchen Hybridnetz werden Hunderte
Entwicklung als Forschungsprojekt mit Wirt­
von Millionen IT-Anwendungen kommunikativ
schaft, Regulierung und Normung erforderlich.
vernetzt sein und automatisiert mit- und aufein-
Das Ampelkonzept wurde auch auf europäi-
ander reagieren. Hier sind Verfahren notwen-
scher Ebene in der Smart Grid Coordination
dig, die ein Plug & Play oder Plug & Automate
Group erfolgreich vorgestellt und in den Be-
realisieren. Diese erfordern die Weiterentwick-
richt der Arbeitsgruppe Sustainable Processes
lung vorhandener Normen und die Definition
aufgenommen.
geeigneter Profile und Werkzeuge zu deren
5.5.2 Übertragungsnetz / Hybridnetz
Nutzung. Neben den Projekten zur Weiterentwicklung von Normen müssen daher Vorhaben
Mit der Energiewende sind ehrgeizige Ziele zum
realisiert werden, die die Umsetzung der Er-
Ausbau der erneuerbaren Energien verbunden.
kenntnisse aus Industrie und Wissenschaft in
Um diese Ziele zu erreichen, genügt es nicht,
die internationale Normung im Fokus haben.
konventionelle Kraftwerke durch erneuerbare
Die aktive Teilnahme an der internationalen
Erzeuger zu ersetzen und die Energie aus er-
Normung durch innovative Vorschläge ist hier
neuerbaren Quellen kostengünstiger zu machen.
insbesondere für die exportorientierte deut­sche
Vielmehr führt der Umstieg auf erneuerbare
Industrie von Interesse.
Energiequellen zu gravierenden Herausforde-
Wandlung und Speicherung von Energie im
rungen hinsichtlich der Stabilität des Energie-
Gasnetz in elektrischen Energieüberver­sor­
systems.
gungssitua­tio­nen (Power2Gas)
Eine Antwort auf diese Herausforderungen stel­
Der Anwendungsfall Power2Gas beschreibt die
len Hybridnetze dar: Strom-, Gas- und Fern­wär­
Speicherung und den Transport regenera­tiver
63
(primär elektrisch erzeugter) Energie in Form
bilanz des vorgestellten Power2Gas-Verfah-
von Wasserstoff oder Methan. In regenera­
tiv
rens.
geprägten elektrischen Energieversorgungssys­
temen gewinnen Möglichkeiten zum Ausgleich
Domänenübergreifende Lastverschiebung
der dargebotsabhängigen intermittieren­
den
bivalenter industrieller Verbraucher
Leistungsangebote an Bedeutung. Zur Kom­
Dieser Use Case steht in Zusammenhang mit
pensation dieser Schwankungen sind neben
dem vorherigen Use Case „Wandlung und
Maßnahmen des Erzeugungs- und Lastmana­
Speicherung von Energie im Gasnetz in elektri-
gements sowie des Netzausbaus vor allem
schen Energieüberversorgungssituationen (Po­
neue Möglichkeiten zur Mittel- und Langzeit-
wer­2Gas)“. Der Anwendungsfall beschreibt die
speicherung von größeren Energiemengen er-
Kopplung von Strom- und Gasnetz über biva-
forderlich. So lassen sich erneuerbare Res-
lente industrielle Verbraucher (z. B. thermische
sourcen trotz der auftretenden Fluktuationen
Schmelzprozesse), die ihren primären Pro­zess
über die Zeit optimal nutzen und fossile Kraft-
mit unterschiedlichen Energieträgern betrei-
werkserzeugung funktional substituieren.
ben können (hier: Strom und Gas). Auf diese
Zunächst wird in Schwachlastzeiten unter Ein-
Weise kann in elektrischen Energieüber­ver­sor­
satz von regenerativ erzeugter elektrischer
gungs­si­tuationen (Schwachlast) primär Strom
Ener­gie durch Elektrolyse Wasserstoff erzeugt,
und gleich­zeitig weniger Gas umgesetzt wer-
wofür gegenwärtig industrielle Elektrolyseure
den bzw. in Unterversorgungssituationen der
unterschiedlicher Leistungsklassen existieren.
Stromverbrauch reduziert und gleichzeitig mehr
Als Nebenprodukt entsteht Sauerstoff (der eben­
Gas umgesetzt werden. Diese domänen- /
falls wirtschaftlich genutzt werden kann, aber
energieträgerübergreifende Lastverschie­bung
außerhalb dieses Use Cases zu betrachten ist).
im Hybridnetz ist dabei deutlich effizienter als
Der Wasserstoff kann entweder gespeichert
ein stofflicher Wandlungsprozess über Was­ser­
und zu windschwachen Zeiten in BHKWs ver-
stoff­synthese, Methanisierung und anschließen-
stromt oder als Zusatzgas in das Erdgasnetz
de Rückverstromung (siehe UC Power2Gas).
eingespeist werden. Alternativ kann Wasser-
64
stoff gemeinsam mit CO2 zu Methan (Erdgas)
Domänenübergreifende Lastverschiebung
umgewandelt werden. Bei diesem katalytischen
bivalenter Verdichterstationen (Gasnetz­
Prozess wird außer Wasser als Nebenprodukt
infrastrukurelement)
auch Prozesswärme frei, die abgeführt werden
Dieser Use Case steht in Zusammenhang mit
muss und ebenfalls gespeichert oder in ent-
dem Use Case „Domänenübergreifende Last-
sprechende Infrastrukturen eingespeist wer-
verschiebung bivalenter industrieller Verbrau-
den kann (wiederum außerhalb des aktuellen
cher“ und stellt einen Spezialfall der domänen- / Use Cases).
energieträgerübergreifenden Last­ver­schie­bung
Dezentral erzeugter, regenerativer Strom wird
dar. Die Gasnetzinfrastruktur leitet das Erdgas
auf diese Weise sowohl in Form von Wasser-
von den Erdgasfeldern nach Aufbereitung über
stoff als auch von Methan in einen CO2-neutra-
Pipelines zu den Verbrauchern. Eingespeist
len Energieträger hoher Energiedichte umge-
wird es mit hohem Druck. Bedingt durch Strö-
wandelt. Sowohl die Nutzung der prozess-che-
mungsverluste reduziert sich der Druck in der
mischen Nebenprodukte als auch der Prozess-
Pipeline, weshalb es notwendig ist, in Verdicht-
wärme verbessert die energetische Gesamt­
-
erstationen das Erdgas regelmäßig neu auf Be-
Anwendungsfälle
triebsdruck zu verdichten. Eine Verdichtersta­
nen der Stromverbrauch reduziert und gleich-
tion (auch Kompressorstation) ist also eine An-
zeitig mehr Gas umgesetzt werden. Diese do­-
lage in einer Erdgasleitung (ein Gasnetz­
be­
mänen- / energieträgerübergreifende Lastver-
triebs­mittel / -infrastrukturelement), bei der ein
schiebung im Hybridnetz ist dabei deutlich ef-
Kompressor das Erdgas wieder komprimiert,
fizienter als ein stofflicher Wandlungsprozess
um Druckverluste auszugleichen.
über Wasserstoff­synthese, Methanisierung und
Während Kompressoren in Verdichterstationen
anschließen­de Rückverstromung (s. UC Pow-
bislang über Gasturbinen realisiert werden, lie-
er2Gas).
ßen sich elektrifizierte Gasverdichterstationen,
So kann mit der räumlichen Verlagerung der
die sowohl mit Elektromotoren als auch mit
Antriebsgasnutzung von den Verdichterstatio-
Gasantrieben ausgerüstet sind, direkt mit Strom­
nen in Kraftwerke auch eine zeitliche Verlage-
überschüssen aus erneuerbaren Energieum-
rung verbunden werden. Diese zeitliche Verla-
wandlungsanlagen betreiben.
gerung hat den gleichen Stromspeichereffekt
Auf diese Weise kann in elektrischen Energie-
wie die Methanisierung von überschüssigem
überversorgungssituationen (Schwachlast) pri-
Strom, weshalb elektrische Verdichterantriebe
mär Strom und gleichzeitig weniger Gas umge-
zu den Power2Gas-Technologien zu zählen
setzt werden bzw. in Unterversorgungssituatio-
sind.
65
6. Ausblick
„Prognosen sind schwierig, besonders wenn sie die Zukunft betreffen.“42
Viele Konzepte, die in den letzten Jahren mit
dungsfällen Profilierungen für die Anwendung
der ersten Version der Normungsroadmap
in Deutschland erfolgen. Als erste Beispiele
bzw. in den Folgeaktivitäten in Deutschland er-
die­
nen hier die Arbeiten des BSI, VDE|FNN
arbeitet wurden, sind erfolgreich auf europäi-
und der DKE zum Smart Meter Gateway oder
scher und internationaler Ebene eingebracht
die Anbindung von dezentralen Energieerzeu-
worden. Umgekehrt bereichern die Arbeiten
gungsanlagen.
und Ideen auf internationaler Ebene die natio-
Als Blaupause für diese Entwicklung dienen
nalen Ansätze. Nicht zuletzt unterstreicht auch
die Arbeiten auf europäischer Ebene mit den in
die Vielzahl der internationalen Normungsiniti-
Kürze erscheinenden Berichten der Smart Grid
ativen die Bedeutung der Mitarbeit auf interna-
Coordination Group sowie der Smart Metering
tionaler Ebene. So ist zu erwarten, dass die
Coordination Group. Grundlegend und gremien­
Bearbeitung – wie in vielen anderen Bereichen
übergreifend wurden Architekturen und Kon-
der Normung – zunehmend in diesem transna-
zepte erarbeitet sowie neue Projekte gemein-
tionalen Umfeld stattfinden wird. Angesichts
sam festgelegt. Diese neuen Prozesse und
der vielen nationalen und teilweise sich über-
grundlegenden Analysen werden für die natio-
schneidenden internationalen Arbeiten ist ins-
nale wie auch für die internationale Normungs-
besondere die Konzentration auf eine internati-
arbeit von großer Bedeutung sein. Die Analyse,
onale Normung, vorzugsweise in Fortführung
die beispielsweise im Bericht der Arbeitsgrup-
der Smart-Grid-Aktivitäten in der IEC, von es-
pe „First Set of Standards“ ausgeführt wird,
senzieller Bedeutung.
verschafft einen Überblick über die Anwen-
Dies bedeutet allerdings mitnichten, dass da-
dung von bestehenden Normen, Architekturen
mit die nationalen Arbeiten einzustellen wären,
und Systemen im Smart Grid. Die neu entwi-
sondern dass sich der Fokus der nationalen
ckelten Prozesse und Methoden, die ausführ-
Arbeiten in zwei Richtungen entwickeln wird.
lich in diesen Dokument beschrieben wurden,
Zum einen wird die Mitarbeit auf internationaler
beinhalten das Potential, die Normungsarbeit
Ebene durch Kommentierung von Vorschlägen
weit über die Anwendung im Smart Grid hinaus
und durch Einbringen von Ideen aus Deutsch-
zu revolutionieren. Vor allem die Verwendung
land wie bisher realisiert. Zum anderen zeigt
von Use Cases erleichtert den Zugang ins Nor-
die vorliegende Normungsroadmap auf, dass
menwerk für alle Beteiligten und gewährleistet
im nationalen Kontext eine konkretere Bearbei-
eine kohärente Normungsarbeit.
tung entsprechend nationaler Rahmenbedin-
All das bedeutet aber auch, dass ein wesentli-
gungen ansteht. So ist zu erwarten, dass auf
cher Punkt der zukünftigen Arbeiten die Um-
Basis von internationalen Normen und Anwen-
setzung der neuen Prozesse und Methoden
sein wird. Zudem müssen Normungsorganisa-
42
66
zugeschrieben Karl Valentin, Mark Twain, Winston Churchill u. a.
(Quelle: Wikipedia)
tionen und Gremien von deren Vorteilen überzeugt werden. Denn erst wenn die Verfahren,
Ausblick
die im Rahmen der Arbeiten am Smart-Grid-
Mit der Erarbeitung von Grundlagen und der
Normungsmandat eher exemplarisch von einer
Analyse der Ist-Situation deutet sich eine wei-
kleinen Gruppe von Experten durchgeführt
tere Entwicklung bereits an. In der näheren Zu-
wurden, von der Fachwelt auf Dauer als sinn-
kunft werden die grundlegenden Überlegun-
voll akzeptiert und dann auch gelebt werden,
gen zunehmend durch konkrete Normungsar-
ist das Ziel erreicht. Das bisherige Feedback
beit abgelöst werden. Die Arbeiten auf europä-
auf nationaler, europäischer und internationaler
ischer wie auch internationaler Ebene haben
Ebene stimmt optimistisch, aber die Initiatoren
bereits eine ganze Reihe an Normungsprojek-
sind weiterhin auf eine breite Unterstützung an-
ten angestoßen. Werden diese kongruent in die
gewiesen. Beispielsweise sollte die Beschrei-
entwickelte Methodik eingebunden, ist eine
bung von Use Cases nicht nur in einem kleinen
grundlegende Voraussetzung erfüllt, um die
Kreis von Experten erfolgen, sondern durch
Komplexität eines Smart Grids zu beherrschen.
die Mitarbeit der Experten in den technischen
In diesem Fall wird die Normungsroadmap zu-
Gremien untermauert werden. Sei es, dass be-
künftig abgelöst durch eine Aktualisierung der
stehende Use Cases kommentiert, ergänzt
Übersicht mit den Elementen Use Cases, Refe-
oder detailliert werden, sei es, dass neue An-
renzarchitektur und -Systeme (Abbildungen im
forderungen oder Funktionen direkt durch Use
SGAM) und den hiermit verknüpften Normen-
Cases, unter Einbindung weiterer Experten aus
listen, basierend auf einem internationalen
anderen Bereichen, dokumentiert werden. Das
Kon­sens.
hierzu verwendete Online-Tool ist weiterzuentwickeln.
67
Anhang
Smart-Grid-Forschung und
Best Practice
1. „20. Jahrhundert“: Das Energieversorgungs­
system basiert auf zentraler, nicht fluktuierender Erzeugung, die den Lastfolgebetrieb
Im Folgenden werden einige Studien und For-
wie im 20. Jahrhundert erlaubt. Es gibt nur
schungsprojekte mit Bezug zur DKE und der
sehr wenige neue IKT-basierte Dienstleis-
Normung beispielhaft aufgeführt. Natürlich kann
tungen am Markt. In der Regel wird nicht
und soll diese Auflistung keine umfassende
auf variable Tarife gesetzt. Die Gesetzge-
Darstellung aller Forschungsaktivitäten im Smart
bung hat diesen Weg konsequent umge-
Grid darstellen – hierzu wird auf die einschlägi-
setzt und den Wettbewerb gestärkt.
43
gen Informationen verwiesen .
acatech (Future Energy Grid44)
2. „Komplexitätsfalle“: Obwohl ein starker gesellschaftlicher und politischer Wille zur
Energiewende besteht, konnte dieser nicht
Die FEG-Studie der Deutschen Akademie für
operativ in ein einheitliches Gesetzeswerk
Technikwissenschaften (acatech) beschreibt,
umgesetzt werden. Die maßgeblichen Ak-
welcher Migrationspfad in das „Future Energy
teure konnten sich nicht auf ein einheitliches
Grid“ (FEG) bis zum Jahr 2030 zu beschreiten
Vorgehen und einheitliche Normen einigen.
ist. Dazu wurde ermittelt, auf welche möglichen
Dies führt auch zu Problemen beim Ausbau
Zukunftsszenarien sich dieser Migrationspfad
der elektrischen Infrastruktur. Das Angebot
beziehen muss. Um diese Szenarien zu erstel-
neuer Energiedienstleistungen ist auf weni-
len, wurden die maßgeblichen Schlüsselfakto-
ge grundlegende Funktionen beschränkt.
ren ermittelt, nämlich der Ausbau der elektri-
Die Uneinheitlichkeit der Entwicklungen
schen Infrastruktur, die Verfügbarkeit einer sys-
schlägt sich in hohen Kosten für das Ener-
temweiten IKT-Infrastruktur, die Flexibilisierung
gieversorgungssystem nieder.
des Verbrauchs, ein Energiemix, neue Services
3. „Nachhaltig/Wirtschaftlich“: Der Umbau des
und Produkte, Endverbraucherkosten, Normung
Energiesystems ist bis 2030 erfolgreich ver-
und Standardisierung sowie politische Rahmen­
laufen. Smart Grids haben dazu einen wich-
bedingungen.
tigen Beitrag geleistet. Durch eine Abstim-
Diese acht Schlüsselfaktoren werden in einem
mung zwischen Energiepolitik, Gesellschaft,
weiteren Schritt in unterschiedlichen Ausprä-
Energieversorgern und Technologieanbie-
gungen miteinander kombiniert und zu drei
tern konnte der Umbau nach einem langfris-
konsistenten Szenarien für das Jahr 2030 ver-
tigen Plan gelingen. Die Versorgung mit
bunden:
elektrischer Energie basiert überwiegend
auf regenerativen Energiequellen. Die systemweite IKT-Infrastruktur bildet gemeinsam
43
siehe beispielsweise die Untersuchung des Joint Research
Centers (JRC) der EU-Kommission http://ses.jrc.ec.europa.eu/
43
Link: http://www.acatech.de/?id=1389/
68
mit den bedarfsgerecht ausgebauten Übertragungs- und Verteilnetzen das Rückgrat
Anhang
für den effizienten Betrieb der Energiever-
3. In der Fusionsphase (2021 bis 2030) ver-
sorgung sowie die Plattform für eine Viel-
schmelzen die geschlossene Systemebene
zahl neuer Services, die als Treiber für neu-
mit der vernetzten Systemebene als auch
artige Geschäftsmodelle dienen. Der Wett-
das elektrotechnische System mit dem IKT-
bewerb auf dem Energiemarkt hat zugenom-
System. Die nun hohe gegenseitige Abhän-
men.
gigkeit zwischen geschlossener und ver-
Im nächsten Schritt ist die Frage zu beantwor-
netzter Systemwelt verlangt vor allem nach
ten, welcher Technologiefortschritt für das je-
einem hohen Entwicklungsstand bei den
weilige Szenario notwendig ist. Die mögliche
Querschnittstechnologien und der IKT-Kon-
Entwicklung jedes Technologiefeldes lässt sich
nektivität. Der Sicherheit kommt eine große
auf bis zu fünf Entwicklungsschritte bis zum
Bedeutung zu.
Jahr 2030 unterteilen. Für jedes der Szenarien
wird dargestellt, bis zu welchem Grad sich ein
Europäisches Projekt Web2Energy
Technologiefeld entwickeln muss, damit das in
Das Projekt Web2Energy45 wird im Zeitraum
dem jeweiligen Szenario beschriebene Ge-
2010 bis 2012 im Rahmen der Ausschreibung
samtsystem realisiert werden kann. Eine große
„Energy 2009.7.3.5. – Neue IKT-Lösungen für
Herausforderung ist die wechselseitige logi-
Smarte Verteilung von elektrischer Energie“ von
sche Abhängigkeit der Technologien in ihrer
der Europäischen Kommission gefördert. Am
Entwicklung. Um einen Migrationspfad zu er-
Projekt nehmen 12 Partner aus Deutschland,
mitteln, wurden daher alle Abhängigkeiten zwi-
den Niederlanden, Österreich, der Schweiz,
schen den Entwicklungsschritten ermittelt. So
Polen und Russland teil. Im Rahmen des Pro-
entsteht pro Szenario eine Gesamtübersicht,
jekts wurden die kommunikations- und informa­
die aufgrund der ermittelten Abhängigkeiten
tionstechnischen Voraussetzungen für folgen-
eine zeitliche Abfolge der notwendigen Ent-
de Aufgaben neu entwickelt und im realen
wicklungen erlaubt.
Netz­betrieb des 20-kV-Netzes der HSE AG in
Das Szenario „Nachhaltig/Wirtschaftlich“ ent-
Darmstadt praxiserprobt:
spricht am ehesten den Zielen der Energie-
• Netzautomatisierung und Fernwirken zur
wende und wurde daher besonders analysiert.
Zustandsüberwachung,
Regelung
und
Es stellte sich heraus, dass die Entwicklung bis
Steuerung im Verteilungsnetz – Ertüchti-
2030 in drei Phasen erfolgt:
gung von neun Ortsnetzstationen und An-
1. In der Konzeptionsphase (2012 bis 2015),
bindung an das Kommunikationsnetz,
insbesondere in der geschlossenen Sys-
• Smarte Aggregation von verteilten Erzeu-
temebene, werden die Weichen für die wei-
gern, Speichern und steuerbaren Lasten
tere Entwicklung gestellt.
zum Virtuellen Kraftwerk (VKW) mit Einbin-
2. Die Integrationsphase (2016 bis 2020) ist
dung von 15 Erzeugeranlagen (Anlagen mit
dadurch gekennzeichnet, dass die Syste-
Kraftwärmekopplung (KWK), Wind, PV, Was­
me der geschlossenen Ebene zunehmend
serkraft), 12 Batteriespeichern und 10 MW
Zugriffsmöglichkeiten auf die Komponenten
steuerbaren Lasten zur Optimierung von
der vernetzten Systemebene erlangen. Die
Marktaktivitäten und zur Sicherung der Netz­
zügige Entwicklung der IKT-Infrastruktur­
verträglichkeit der Anschlussnehmer,
ebene ist dazu ein wichtiger „Trigger“.
45
Link: www.web2energy.com/
69
Abbildung 19: Funktionen und Datenaustausch (Quelle: Web2Energy)
• Smart Metering und Einbindung des Konsu-
gesetzt. Erstmals wird für die Kommunikation
menten in den Strommarkt mittels variabler
die zukunftsweisende Norm IEC 61850 sowie
Tarife in sechs Wohngebieten mit 200 Pilot-
für das Datenmanagement in der Leitstelle das
kunden.
einheitliche Datenformat CIM (Common Infor-
Abbildung 19 gibt einen Überblick über die
mation Model) nach IEC 61968/70 im Vertei-
Funktionen und zeigt den zu ihrer Umsetzung
lungsnetz in Kombination angewendet.
erforderlichen Datenverkehr zwischen den ein-
Abbildung 20 zeigt das Kommunikationssys-
gebundenen Anlagen (Server) und der Leitstel­
tem in seiner praktischen Realisierung mit den
le (Client) auf.
neu entwickelten Komponenten. Erzeugeranla-
Im Projekt werden konsequent die Empfehlun-
gen und Ortsnetzstationen werden mit Kleinfern-
gen der „Deutschen Normungsroadmap“ um-
wirkgeräten und digitalen Zählern ausgestattet.
Abbildung 20: Kommunikationssystem Web2Energy (Quelle: Web2Energy)
70
Anhang
Abbildung 21: Struktur der Leitwarte und Links nach außen (Quelle: Web2Energy)
Im Fernwirkgerät erfolgt die Konvertierung des
ITG-Fokusgruppe „Energieinformations­
Zählerprotokolls DLMS nach IEC 61850. Die Bat­-
netze und -systeme“
terien verfügen über eine eigene IEC-61850-
Seit November 2009 existiert die Fokusgruppe
Schnittstelle. Die Daten der Haushaltskunden
„Energieinformationsnetze und -systeme“ der
werden vom Zählerdatensystem des Vertriebes
Informationstechnischen Gesellschaft (ITG) als
stündlich per Funk erfasst und mittels IEC-
interdisziplinäre Expertenplattform zur Klärung
61850-Filetransfer an die W2E-Leitstelle über-
relevanter Fragestellungen im Themenfeld Smart
tragen. Auf diese Weise werden zwei Möglich-
Grid. Von ihr werden Handlungsempfehlungen
keiten der Integration von Zählern in die Kom-
aus IKT-Sicht zur Förderung der Normung und
munikationswelt von IEC 61850 angewendet.
Standardisierung erarbeitet und über die Gre-
In der Leitstelle werden alle drei genannten
mien der DKE auf EU-Ebene eingebracht. Zu
Funktionen mittels einer auf dem CIM-Klassen-
diesem Zweck haben sich innerhalb der Fokus-
modell basierenden Datenbank verwaltet so-
gruppe mehrere themenspezifische Arbeits­
wie über den interaktiven Bildschirmarbeits-
gruppen gebildet, die ihre Ergebnisse zusam-
platz überwacht und gesteuert.
men in Positionspapieren veröffentlichen.
Die Haushaltkunden werden über Webservices
Das erste Positionspapier der Fokusgruppe mit
zu den Tarifen, ihrem Verbrauch und den Kos-
dem Titel „Energieinformationsnetze und -sys-
ten informiert. Ein wichtiges Glied in der Kette
teme – Bestandsaufnahme und Entwicklungs-
Prozess–Datenerfassung–Kommunikation–Da-
tendenzen“ wurde im Dezember 2010 unter
tenmanagement bildet die Umsetzung der Da-
Mitwirkung von 14 Experten aus Industrie und
tenmodelle von IEC 61850 und IEC 61968/70.
Forschung veröffentlicht. Das vordergründige
Im Projekt wurden der Erweiterungsbedarf bei-
Ziel dieses Positionspapiers bestand darin, ein
der Normen für die Verteilnetzanwendung mit
gemeinsames Verständnis für die Themen im
12 neuen Klassen und Attributen für die CIM-
Zusammenhang mit Smart Grid zu schaffen
Strukturen, 26 logischen Knoten und Daten so-
und damit die branchenübergreifende Zusam-
wie ein verbessertes Fahrplanmanagement für
menarbeit zu fördern. Darüber hinaus sollte die
IEC 61850 herausgearbeitet.
Arbeitsgrundlage für weitere Aktivitäten, insbe-
71
sondere im Bereich der Verteilungsnetzautoma­
en zusammen, die zu teilweise erstaunlichen
tisierung und der Geschäftsmodelle, ge­schaf­fen
Erkenntnissen führen. So wird nicht nur der ge-
werden.
nerelle Speicherungsbedarf dargestellt, son-
Das zweite Positionspapier der Fokusgruppe
dern dieser auch gezielt in Zusammenhang mit
wurde im Oktober 2012 veröffentlicht und be-
dem Anteil der Erneuerbaren Energien (EE)
steht aus zwei Teilen. In Teil A „Verteilnetzauto-
und klassischen Kraftwerken beschrieben. Die
matisierung“ beschreiben 17 Experten die
Studie spricht dabei die nötige Auslegung eben­
Grundzüge der intelligenten Energieversor-
so an wie den sich verändernden Speicherbe-
gung der Zukunft aus technologischer Sicht.
darf bei einem EE-Anteil von über 40 %. Die Be-
Hierbei steht die Verteilungsnetzautomatisie-
trachtung der Stromkosten rundet die Studie ab.
rung im Vordergrund, welche als entscheiden-
Die ETG-Studie „Demand Site Integration“ um-
de Voraussetzung für die erfolgreiche Umset-
reißt den möglichen Beitrag der Stromnutzer
zung der Energiewende betrachtet wird. In Teil B
und die nötige Flexibilität, um erneuerbare
„Künftige Geschäftsmodelle für Verteilnetzbe-
Energie zu integrieren. In der Studie wurden
treiber im Smart Grid der Zukunft“ adressieren
theoretische und technische Lastverschie­
18 Experten die wirtschaftlichen und kaufmän-
bungs­
potentiale für die Bereiche Haushalte,
nischen Aspekte der zukünftigen Energiever-
Gewerbe/Handel/Dienstleistungen sowie In-
sorgung. Es werden mögliche Geschäftsmo-
dustrie ermittelt. Die Studie zeigt, welche Chan-
delle für Verteilnetzbetreiber beschrieben und
cen ein entsprechendes Lastmanagement in
die dafür erforderlichen regulatorischen Rah-
Deutschland bietet, um verfügbare Kapazitä-
menbedingungen aufgezeigt. Beide Posi­tions­
ten zu verschieben, Schwankungen zu mini-
papiere geben konkrete Handlungsempfehlun-
mieren, Lastspitzen zu reduzieren, die Be-
gen an Politik, Wirtschaft und Normungsgre­
triebsmittelausnutzung zu optimieren und da-
mien.
mit einen wichtigen Beitrag für die Energiewende zu leisten.
ETG-Studien46
VDE-Projekte
Die Energietechnische Gesellschaft im VDE
Das Förderprogramm „IKT für Elektromobilität II
(ETG) hat in Zusammenhang mit dem Thema
– Smart Car – Smart Grid – Smart Traffic“ des
Smart Grid eine Reihe von Studien veröffent-
Bundesministeriums für Wirtschaft und Tech-
licht. Schwerpunkte sind hier die Darstellung
nologie (BMWi) mit einem Gesamtvolumen von
der Ziele und Herausforderungen auf dem Weg
rund 77 Millionen Euro umfasst insgesamt zwölf
zu einem flexiblen, intelligenten Netz. Kenn-
Projekte, die sich der Entwicklung von Innova-
zeichnend für die Studien sind nicht nur die in-
tionen in den Hochtechnologiefeldern „Smart
formativen Darstellungen der technischen Hin-
Car“ (intelligentes Fahrzeug mit neuer IKT-Sys-
tergründe und Perspektiven, sondern auch die
temarchitektur), „Smart Grid“ (intelligente Ein-
Methoden und Werkzeuge, die dabei verwen-
bindung von Elektrofahrzeugen in das Energie-
det wurden.
versorgungssystem) und „Smart Traffic“ (intelli-
Beispiele:
gente Verkehrsinfrastruktur zur Erhöhung von
Die VDE/ETG Studie „Energiespeicher für die
Effizienz, Reichweite und Sicherheit) widmen.
Energiewende“ stellt unterschiedliche Szenari-
Etwa 100 namhafte Unternehmen der Energie-,
46
Automobil- und IKT-Branche sind in das Pro-
Link zu ETG Studien: https://www.vde.com/de/fg/ETG/Pbl/
Seiten/default_0.aspx
72
gramm eingebunden.
Anhang
Begleitet wird das Förderprogramm vom VDE
Das Forschungskonsortium identifiziert die An-
Verband der Elektrotechnik Elektronik Informa-
forderungen eines Smart-Grid-IKT-Systems, ent­
tionstechnik und vom Deutschen Dialog Institut
wickelt Referenz-Architekturen (u. a. als Beitrag
in Frankfurt am Main. Beide Partner unterstüt-
zu einer übergreifenden Future Internet Kern-
zen die Projekte bei der Identifizierung und
plattform) und trägt damit zur Entwicklung ei-
Überwindung von Innovationshürden, der pro-
ner industrieübergreifenden Normung und Stan­
jektübergreifenden Zusammenarbeit mit ande-
dardisierung bei. Darüber hinaus soll eine brei-
ren Partnern und dem Technologiemarketing.
te Akzeptanz von smarten Energielösungen in
So unterstützen sie den Austausch durch die
Europa und darüber hinaus sichergestellt wer-
Einrichtung von Fachgruppen zu den Quer-
den. Ein Smart Grid soll eine stabile und er-
schnittsthemen Anwendungsszenarien und In-
schwingliche Energieversorgung garantieren.
novationsumfeld, Regulierung sowie Interope-
Ein nachhaltig ausgerichtetes, modernes Strom­
rabilität, Normung und Standardisierung. An-
netz mit vielen unabhängigen und weitverteil-
gebote wie die branchenübergreifende Online-
ten erneuerbaren Energieerzeugern kann das
plattform „Elektromobilität im Dialog“ (https://
nur leisten, wenn alle Teilnehmer optimal koor-
www.dialog-elektromobilitaet.de) und Dialog-
diniert werden. Möglich ist das nur, wenn es
veranstaltungen mit Experten und Entscheidern
geeignete Kommunikationsnetze gibt, die zuver­
der Elektromobilität bündeln die deutschen Ak-
lässig, sicher und kostengünstig sind und
tivitäten an der Schnittstelle von Smart Car,
gleichzeitig so flexibel, dass für alle regional
Smart Grid und Smart Traffic. Das schafft nicht
unterschiedlichen
nur Sichtbarkeit und Akzeptanz für die Projekt-
Kom­munikationslösungen bereitstehen – auch
ergebnisse, sondern auch ein gemeinsames
wenn sich die Energienetze weiterentwickeln.
Verständnis über Maßnahmen, mit denen die
So sind beispielsweise Echtzeitanforderungen
Innovationsfähigkeit Deutschlands in diesem
notwendig, um Nieder- und Mittelspannungs-
Innovationsfeld weiter gestärkt werden kann.
verteilnetze, die ein essenzieller Teil der Smart
Energienetze
geeignete
Grids bilden, zu kontrollieren. Aus diesem
FINSENY47 – Future Internet For Smart
Grund wurden in FINSENY verschiedene Sze-
Energy
narien im Smart Grid untersucht, die auch
Als Beispiel für die Vielzahl europäischer For-
Feldtests (sogenannte „Trials") für Phase 2 des
schungsprojekte zu Smart Grid sei hier FINSE-
FI-PPP-Programms vorbereiten und erste An-
NY mit seiner starken Einbeziehung von Nor-
wendungen unter Laborbedingungen testen.
men genannt. 35 der führenden Energie- und
Das Konsortium mit seinen Arbeitsgruppen hat
IKT-Unternehmen, Forschungszentren und Uni­-
dabei nicht nur das Zusammenspiel von IKT
versitäten aus Belgien, Dänemark, Deutschland,
und Energieversorgung untersucht, sondern
Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Ita-
aktiv am Mandat M/490 mitgearbeitet. Dabei ist
lien, Polen, Spanien, Schweden und der Schweiz
FINSENY in drei von vier SGCG-Arbeitsgrup-
haben das FINSENY-Konsortium gebildet. Die-
pen involviert und hat seine Ergebnisse aktiv in
ses ist Teil der Initiative Future Internet Public
die SG-CG eingebracht. Weitere Details zu
Private Partnership (FI-PPP) und wird durch die
FINSENY sind in einem White Paper zusam-
Europäische Union gefördert.
mengefasst, das unter http://www.fi-ppp-finseny.eu/finseny-white-paper/ abrufbar ist.
47
Link zu FINSENY: http://www.fi-ppp-finseny.eu/
73
Normungsprojekte
– auf Basis der Empfehlungen etablierten –
Eine kurze Übersicht über die Normungspro-
Lenkungskreis „Normung E-Energy / Smart Grids“
jekte im Bereich Zähler, Systemaspekte der
bewertet, priorisiert, bearbeitet und aktuali-
elektrischen Energieversorgung und Netzleit-
siert50.
technik zeigt nicht nur die laufenden Arbeiten
Die aus Gründen einer besseren Aktualisie-
auf, sondern spiegelt gleichzeitig auch die Ent-
rung im Internet einsehbare Liste der damali-
wicklungsbereiche im Smart Grid wider. Dabei
gen Empfehlungen zeigt beispielsweise den
wurden aus Platzgründen nur die laufenden
Status der Bearbeitung oder veränderte Rah-
nationalen Normungsvorhaben dargestellt, die
menbedingungen auf.
aber die Tendenzen der internationalen Nor-
Insgesamt lässt sich auch in aktuellen Arbeiten
mungsaktivitäten wiedergeben. Auf der Zähler-
zur Normung feststellen, dass Hauptthemen
seite bilden u. a. die Datenkommunikation DLMS/
größtenteils unverändert geblieben sind: Nach
COSEM und die sichere Datenübertragung die
wie vor sind Resilienz oder Widerstandsfähig-
Hauptschwerpunkte. Die Netzleittechnik be-
keit als Kernfunktion, Informationssicherheit
schreibt ebenfalls die Datenkommunikation mit
und Datenschutz unter den Top-Themen. Eben-
dem Schwerpunkt Protokolle zur Sicherstellung
so liegt ein wichtiger Fokus auf der gremien-
der Kompatibilität, Planung und Netzführung.
übergreifenden Zusammenarbeit, dem Networ­
Die Systemaspekte der elektrischen Energie-
king, das sicher nicht nur in der Normung eine
versorgung beschäftigen sich mit den Schnitt-
große Rolle spielt. Hier wird deutlich, wie wich-
stellen zu den weitverteilten erneuerbaren Ener­
tig das Zusammenspiel von nationaler, europä-
gien und ihrer sinnvollen Einbindung.
ischer und internationaler Normung ist und
stellt
bleibt. Nach wie vor werden die ersten Nor-
den Stand September 2012 dar. Die aktuellsten
mungskonzepte oft in nationalen Gremien ent-
Normvorhaben sind für die DKE-Spiegelgremi-
wickelt – nicht nur in Deutschland, sondern
en im Internet unter den einzelnen Fachberei-
weltweit mit großem Engagement –, während
chen, unter dem jeweiligen Sachgebiet und
die Etablierung der Normen auf internationaler
dann im Abschnitt „Laufende Normvorhaben
Ebene erfolgt. Auch die Bedeutung neuer
48
Die im Internet einsehbare Übersicht
49
und Norm-Entwürfe“ einzusehen .
Marktprozesse im Smart Grid bleibt aktuell –
nicht nur in der Normung. Hierzu gehören die
Empfehlungen der deutschen
Normungsroadmap E-Energy /
Smart Grid 1.0
Bereiche Preis- und Tarifgestaltung, Marktrol-
In der ersten Version der deutschen Normungs-
auch, dass dieses Thema aus Sicht der Nor-
roadmap E-Energy / Smart Grid aus den Jahren
mung so hoch eingestuft wird. Hieran ist gut zu
2009/2010 waren viele Empfehlungen durch
erkennen, dass die Märkte Rahmenbedingun-
die Experten, die die Roadmap verfassten, aus­
gen brauchen, die nur in Zusammenarbeit zwi-
gesprochen worden. Ein großer Teil der Empfeh­
schen Normung, Politik und Regulierungsbe-
lungen wurde im Kompetenzzentrum und im
hörden national oder europäisch erstellt werden
48
Übersicht Normungsprojekte: http://www.dke.de/Normungsprojekte/
49
Gremien – Übersicht: http://www.dke.de/de/Wirueberuns/Die
DKE-Struktur/Organisationsstruktur/Seiten/Organisationsstruktur.aspx/
74
len und Anreizsignale, die als Basis für das
Marktdesign gesehen werden. Interessant ist
können.
50
Link Empfehlungen der Roadmap 2.0: http://www.dke.de/
Empfehlungen1_0/
Abkürzungsverzeichnis
AAL
Ambient Assisted Living
ACER Agency for the Cooperation of Energy Regulators
ACSI
Abstract Communication Service Interface (abstrakte Kommunikationsdienste)
AMI Advanced Metering Infrastructure
ANSI
American National Standards Institute
ASHRAE
American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers
BACnet
Building Automation and Control Networks
BDEW
Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V.
BMU
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
BMWi Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
BNetzABundesnetzagentur
BSI
Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik
CD
Committee Draft
CEN
Comité Européen de Normalisation
CENELEC
Comité Européen de Normalisation Électrotechnique
CIM
Common Information Model
CoS
Catalog of Standards
COSEM
Companion Specification for Energy Metering
DIN
Deutsches Institut für Normung e. V.
DKE
Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE
DLMS
Device Language Message Specification
DPC
Data Protection Class
DR
Demand Response
EE
Erneuerbare Energien
EEBUS
E-Energy Bus
EEGErneuerbare-Energien-Gesetz
EG
Expert Groups
EM-CG
eMobility Coordination Group
EMS Energy Management System51
EMSEnergiemanagementsystem
EMV
Elektromagnetische Verträglichkeit
ENTSO-E European Network of Transmission System Operators for Electricity
51
EMS oder Energy Management System wird in unterschiedlichem Kontexten verwendet. Hier ist das Energiemanagement als Automatisie­
rungssystem/-funktion gemeint. Als EMS wird von IEC / TC 57 in der Netzleittechnik eine Funktion für Verteilnetze verwendet (IEC 61970).
Abwandlungen finden sich als HEMS (Home-EMS, ISO/IEC/JTC1) oder als BEMS (Building-EMS) oder CEMS (Customer-EMS, SG-CG/SP).
DIN/NAGUS verwendet den Begriff Energiemanagementsystem (EnMS) in der DIN EN 50001 eher im Sinne eine Managementsystems;
EMS bedeutet hier Environmental Management System.
75
ENTSO-E
European Network of Transmission System Operators for Electricity
ENTSO-G European Network of Transmission System Operators for Gas
ENWGEnergiewirtschaftsgesetz
ESHG
Elektrische Systemtechnik für Heim und Gebäude
ETG
Energietechnische Gesellschaft
ETSI
European Telecommunications Standards Institute
EU
Europäische Union
FEG
Future Energy Grid
FINSENY
Future INternet for Smart ENergY
FI-PPP
Future Internet Public Private Partnership
FLIR
Fault Location, isolation, restoration
FMBF Forderungen maßgeblicher Berechnungsfaktoren
FNN
Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE
FSS
First set of standards
GPKE
Geschäftsprozesse zur Kundenbelieferung mit Elektrizität
GAK Gemeinschaftsarbeitskreis
GUC
Generic Use Cases
HBES
Home and Building Electronic Systems
IEC
International Electrotechnical Commission
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
IKT
Informations- und Kommunikationstechnologie
ISGAN International Smart Grid Action Network
ISO
International Organization for Standardization
ITInformationstechnik
ITG
Informationstechnische Gesellschaft
ITU-T Telecommunication Standardization Sector
JISC
Japanese Industrial Standards Committee
JSCA
Japanese Smart Community Alliance
KATS
Korean Agency for Technology and Standards
KNX Feldbus zur Gebäudeautomation
KWKKräftewärmekopplung
LON
Local Operating Network
MMS
Manufacturing Message Specification
Moma
Modellstadt Mannheim
MPGMedizinproduktegesetz
76
NERC
North American Electric Reliability Corporation
NIST
National Institute for Standards and Technology
NWIP
New Work Item Proposal
OGEMA
Open Gateway Energy Management Alliance
OSGi
Open Services Gateway initiative
PAP
Priority Action Plan
PAP
Priority Action Plans
Abkürzungsverzeichnis
PAS
Publicly Availabe Specifications
PC
Project Committee
PKI
Public Key Infrastructure
PLC
Power Line Carrier
PTB
Physikalisch-Technischen Bundesanstalt
PV-AnlagenPhotovoltaikanlagen
RegModHarz Regenerative Modellregion Harz
SCADA
Supervisory Control and Data Acquisition
SG
Strategic Group/Smart Grid
SGAM Smart Grid Architecture Model
SGCGSmart Grid Coordination Group
SG-DPC Smart Grid Data Protection Class
SGIS Smart Grid Information Security
SGIS-RIL Smart Grid Impact level – Stufen von Risikoeinflüssen
SGIS-SL SGIS-Security Level
SL
Security Level
SMB
Standardization Management Board
SM-CG
Smart Meter Coordination Group
SP
Sustainable Processes
TC
Technical Committee
TR
Technical Report
UCMR
Use Case Management Repository
UKUnterkomitee
UML
Unified Modeling Language
USA
United States of America
VDA
Verband der Automobilindustrie
VDE
Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik e. V.
VKW
Virtuelles Kraftwerk
VVO
Var Volt Optimization
WAN
Wide Area Network
WG
Working Group
ZVEI
ZVEI Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V.
77
Autoren
Dr. Rolf Apel, Siemens
Dr. Jörg Benze, T-Systems Multimedia Solutions GmbH
Josef Baumeister, Bosch and Siemens Home Appliances Group
Dr. Kolja Eger, Siemens AG
Steffen Fries, Siemens AG
Andreas Harner, DKE
Klaus Hemberger, Bundesnetzagentur
Hoffmann Ralf, Görlitz AG
Gunnar Kaestle, TU Clausthal, IEE
Dr. Martin Kahmann, Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Peter Kellendonk, Kellendonk GmbH
Heike Kerber, FNN
Andreas Kießling, MVV Energie
Sebastian Kosslers, DKE
Prof. Sebastian Lehnhoff, OFFIS
Alfred Malina, IBM
Dr. Werner Mohr, Nokia Siemens Networks Management International GmbH
Thomas Müller, VDMA
Andrea Nattrodt (DKE)
Thomas Niemand, RWE
Alexander Probst, Universität Stuttgart, IEH
Dr. Andreas Schindler, incowia GmbH
Dr. Bernd Schulz, ITRON
Dr. Ralph Sporer, Siemens
Michael Staubermann, Webolution
Johannes Stein, DKE
Prof. Dr. Hartwig Steusloff, IOSB Fraunhofer-Institut
Andrè Suhr, Siemens AG
Richard Tretter, SWM Infrastruktur GmbH
Lorenzo Uhl, DKE
Dr. Mathias Uslar, OFFIS
Technische Redaktion: TEMA Technologie Marketing AG
Der Lenkungskreis DKE/STD_1911 „Normung E-Energy / Smart Grids“ hat die Erstellung dieser
Roadmap veranlasst und hierzu ein Redaktionsteam eingesetzt. Die Roadmap wurde durch den LK
freigegeben. Der LK dankt allen Autoren und Mitwirkenden.
78
Termine und Internet-Links
24. Januar 2013
Vorstellung der Mandate M/441, M/468 und M/490,
Brüssel, EU-Kommission
17. und 18. Januar 2013 E-Energy-Abschusskonferenz, Berlin
23. und 24. September 2013 Word Smart Grid Forum, Berlin,
Veranstalter: VDE, IEC und State Grid (SGCC)
Aktualisierungen finden Sie im Internet
http://www.dke.de/de/std/KompetenzzentrumE-Energy/Seiten/default.aspx/
Internetlinks zur Normung
Normungsprojekten von DKE/K 952 Netzleittechnik, DKE/K 461
Elektrizitätszähler, DKE/K 261 Systemaspekte der elektrischen
Energieversorgung
http://www.dke.de/Normungsprojekte
Empfehlungen aus der Normungsroadmap 1.0
http://www.dke.de/Empfehlungen1_0
Gremien – Übersicht
http://www.dke.de/de/Wirueberuns/DieDKE-Struktur/Organisationsstruktur/Seiten/
Organisationsstruktur.aspx
Links und Downloads zum Thema Normung E-Energy/Smart Grids
http://www.dke.de/de/std/KompetenzzentrumE-Energy/Seiten/Links.aspx
79
Vergleich verschiedener Untersuchungen zur Smart-Grid-Normung
80
CIGRE / D2.24
Microsoft / SERA
BDI – Internet der Energie
BMWi / E-Energy
SMB SG 3 / IEC
Standard oder Norm
NIST / IOP / Roadmap
DKE Normungsroadmap
Smart Grid 1.0
SIA
Future Energy Grid
NIST 2.0 High = Add (ok)
IT-Architekturentwicklung
Empfehlungen
SGAM, Sustainable Pro­cesses and FSS M/490
ElectriNet
Ansätze
Beschreibung
Standard oder Norm
Beschreibung
AMI-SEC System Security
Requirements
Advanced metering infrastructure (AMI) and SG end-to-end security
ANSI C12 Suit : (C12.1, C12-18,
C12-19/MC1219, C12-20,
C12-21/IEEE P1702/MC1221,
C12.23, C12.24)
Revenue Meter Information Model
BACnet ANSI ASH­RAE
135-2008/ISO 16484-5
Building automation
Digitaler Zähler/Homegateway
Hier wird auf wettbewerbliche Lösungen bzw. auf das Mandat M/441 der EU
verwiesen
DNP3
Substation and feeder device automation
EDIXML
Marktkommunikation mit langsamem Übergang von EDIFACT zu modernen,
CIM-fähigen Technologien
IEC 60870
Etablierte Kommunikation
IEC 60870-5
Telecontrol, EMS, DMS, DA, SA
IEC 60870-6 / TASE.2
„Inter-control center communications TASE.2 Inter Control Center Communication EMS, DMS“
IEC 61334
DLMS
IEC 61400-25
„Wind Power Communication EMS, DMS, DER“
IEC 61499
SPS und Automatisierung, Profile für die IEC 61850
IEC 61850 Suite
Stationsautomatisierung (Substation automation and protection), Dezentrale
Erzeuger, Windparks, Hydro­kraftwerke, E-Mobilität
IEC 61850-7-410
„Hydro Energy Communication EMS, DMS, DA, SA, DER“
IEC 61850-7-420
„Distributed Energy Communication DMS, DA, SA, DER, EMS“
IEC 61851
„EV-Communication Smart Home, e-Mobility“
IEC 61968
Distribution Management, System Interfaces for Distribution Management
Systems, DCIM (CIM for Distribution)
IEC 61968/61970
Application level energy management system interfaces, CIM (Common In­formation Model), Domänenontologie, Schnittstellen, Austauschdatenformate,
Profile, Prozessblueprints, CIM (Common Information Model) EMS, DMS, DA,
SA, DER, AMI, DR, E-Storage
IEC 61970
Energy Management, Application level energy management system inter­faces, Core CIM
IEC 62051-54/58-59
„Metering Standards – DMS, DER, AMI, DR, Smart Home, E-Storage,
E-Mo­bility“
IEC 62056
„COSEM – DMS, DER, AMI, DR, Smart Home, E-Storage, E-Mobility“
IEC 62325
Marktkommunikation unter der Nutzung von CIM
IEC 62351
Sicherheit, Information security for power system control operations, Sicherheitsprofile
IEC 62357
IEC 62357 Reference Architecture – Service-orientierte Architektur, EMS,
DMS, Metering, Security, Energy Management Systems, Distribution management Systems
IEC 62443 (ISA 99)
Vorgehensmodell zur Herstellung von IT-Sicherheit für die industrielle Automatisiserung und Kontrollsysteme
IEC 62541
OPC UA (Automations-Architektur)
IEC PAS 62559
Requirements development method covers all applications
IEEE 1547
Physical and electrical inter­connections between utility and distributed
generation (DG)
IEEE 1686-2007
Security for intelligent elec­tronic devices (IEDs)
IEEE C37.118-2005
This standard defines phasor measurement unit (PMU) performance specifications and communications for synchrophasor data
ISO / IEC 14543
KNX, BUS
MultiSpeak
A specification for application software integration within the utility operations
domain; a candidate for use in an Enterprise Service Bus
NERC CIP 002-009
Cyber security standards for the bulk power system
NIST Special Publication (SP)
800-53, NIST SP 800-82
Cyber security standards and guidelines for federal information systems,
including those for the bulk power system
Open Automated Demand
Response (Open ADR)
Price responsive and direct load control
OpenHAN
Home Area Network device communication, measurement, and control
The Open Group Architecture
Framework (TOGAF)
TOGAF is a framework – a detailed method and a set of supporting tools –
for developing an enterprise architecture
ZigBee/HomePlug Smart Energy
Profile
Home Area Network (HAN) Device Communications and Information Model
Z-wave
A wireless mesh networking protocol for home area networks
Data management
Security
Integration
of devices and plants
Integration
of applications
Wertschöpfungsbereich
Integration of
business partners
Anwendung
Messung
Verteilung
Speicherung
Übertragung
domains
Vertrieb
Energiehandel
Gewinnung
Customer Premise
DER
Distribution
Transmission
Bulk Generation
SGAM
Kriterien
TC 57 Reference Architecture
81
82