PT-Magazin_4_2016_komplett

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© IK Elektronik GmbH Kommunikationstechnologien für das intelligente Stromnetz Wirtschaft PT-MAGAZIN 4/2016 48 Erneuerbare Energien und nachhaltige Strukturen sind die Zukunft der Stromerzeugung in Deutschland. Das Jahr 2015 stellte in dieser Hinsicht einen Meilenstein dar. Fast ein Drittel des Stromverbrauchs wurde aus regenerativen Quellen gedeckt – so viel wie nie zuvor. Für die Netzbetreiber entstehen dadurch große Herausforderungen. Im Zusammenhang mit dem Ausbau erneuerbarer Energien ist der Umgang mit der wetterabhängigen Stromerzeugung aus Wind und Sonne eine der größten Aufgaben der Netzbetreiber. Die intelligente, vernetzte Steuerung von Erzeugern und Verbrauchern – das Smart Grid – ermöglicht einen Ausgleich dieser Schwankungen. Zusätzlich zur Steuerung der Solar- oder Windkraftanlagen wird auch der Stromverbrauch dynamisch angepasst. Stromverbraucher, welche dazu vom Netzbetreiber gesteuert werden können, sind die klassischen Nachtspeicheröfen, Wärmepumpen, Kühlaggregate und viele andere mehr. Ein Kommunikationssystem für das Smart Grid muss daher gleichermaßen für beide Anforderungen geeignet sein. Einerseits für weit in der Fläche verteilte Erzeugungsanlagen, und andererseits für Verbraucher, welche über den Verteilerschrank im Keller von Gebäuden gesteuert werden. Generell ergeben sich an die Verbindungen folgende Anforderungen: • flächendeckende und sichere Erreichbarkeit • Zuverlässigkeit der Kommunikation • definierte Reaktionszeiten • höchste Sicherheit gegenüber Manipulation und Cyberattacken Grundsätzlich wird zwischen leitungsgebundener und drahtloser Kommunikation unterschieden. Die leitungsgebundene Kommunikation kann über eine TK-Leitung, wie beispielsweise DSL oder über die bereits vorhandenen Stromleitungen stattfinden. Werden die Daten über Stromleitungen übertragen, erfolgt dies entweder über die klassische Tonfrequenz-Rundsteuerung (TFR) oder die „Power-line Communication“ (PLC). Aufgrund ihrer Leitungsgebundenheit ist diese Form der Datenübertragung räumlich beschränkt und nicht für flächige Netzgebiete mit entfernten Windkraft- und Solaranlagen geeignet. Der leitungsgebundenen Kommunikation steht die drahtlose Kommunikation gegenüber. Die Signale der Systeme sind in der Fläche verfügbar und somit für die Anbindung urbaner sowie weit verteilter ländlicher Räume geeignet. Für die Erreichbarkeit des Verteilerschrankes im Keller von Gebäuden spielt die Gebäudedurchdringung der Funkfrequenz eine entscheidende Rolle. Generell gilt: Je höher die Frequenz, desto schlechter die Durchdringung. Ein weiteres Kriterium ist die Anfälligkeit gegenüber elektromagnetischen Störfeldern, welche von Solar-Wechselrichtern, LED- Beleuchtungen oder auch Windkraftanlagen erzeugt werden. Hier sind höhere Funkfrequenzen vorteilig. Technologie Mobilfunk Funkruf (e*Nergy) Langwelle (EFR) Funkfrequenz mehrere Bänder im Bereich von 700 MHz bis 3,5 GHz 460 MHz 129 kHz, 139 kHz Aufgrund der hohen Bedeutung der Anforderungen an eine Datenübertragung haben Stromnetzbetreiber und Mobilfunkanbieter Untersuchungen zur zuverlässigen Erreichbarkeit der Steuereinrichtungen durchgeführt. So hat z. B. Telefónica Deutschland im Jahr 2015 die landesweite Mobilfunk-Konnektivität in Gebäuden an über 1000 Messpunkten ermittelt [1]. Unter Verwendung einer Global-SIM mit Roaming über alle Netze ergab sich hierbei eine Erreichbarkeit von 74,1 Prozent. Das langwellenbasierte System war Gegenstand einer Untersuchung des Stromnetzbetreibers Bayernwerk [2]. Von über 2000 Steuereinrichtungen waren im Netzgebiet lediglich 34 Prozent erreichbar. Im Stadtgebiet Berlin hat der Netzbetreiber Stromnetz Berlin die Konnektivität über das Funkrufnetz geprüft [3]. An über 1000 Messpunkten in Gebäuden ergab sich eine Erreichbarkeit von 98 Prozent. Gerade bei der drahtlosen Kommunikation stellt sich die Frage nach der Sicherheit gegenüber Manipulation und Cyberattacken – kann doch jeder die Übertragungen abhören oder eigene, gefälschte Aussendungen generieren. Ein gut ausgebautes Smart Grid stellt somit auch ein Angriffsziel für Hacker dar. Die Folgen eines Cyberangriffs auf die Stromnetze haben die Bewohner der Ukraine im Januar 2016 zu spüren bekommen [4]. Daher stellt das Bun- © IK Elektronik GmbH

desamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) auch sehr hohe Anforderungen an die Sicherung der Kommunikation. Die Kommunikationstechnologien Mobilfunk und Funkruf (e*Nergy) erfüllen diese starken Sicherheitsmerkmale. Das langwellenbasierte System wurde dagegen mit den unterschiedlichsten Angriffsszenarien kompromittiert [5] – das Ergebnis fehlender Datensicherheit. Eine weitere und ebenso wichtige Anforderung an die Kommunikation in einem Smart Grid stellen die Reaktionszeiten, die Zeit von Befehlsgabe bis zur Ausführung der Schalthandlung, dar. Um kurzfristige Lastschwankungen im Stromnetz ausgleichen zu können, müssen diese Zeiten in einem definierten Rahmen liegen. Sowohl das Funkrufnetz als auch das langwellenbasierte System bieten definierte Reaktionszeiten, da diese Netze frei von unvorhersehbaren Benutzeraktivitäten sind, wie sie im Mobilfunknetz zwangsweise vorkommen. Typische Beispiele für eine Überlastung der Mobilfunknetze sind Großveranstaltungen, Naturkatastrophen oder die Silvester-Nacht. Die drahtlose bietet gegenüber der leitungsgebundenen Kommunikation viele Vorteile. Allerdings gibt es bei der Zuverlässigkeit, der Datensicherheit und Reaktionszeit erhebliche Unterschiede. So eignet sich das Mobilfunknetz gut zur Verbrauchsdatenerfassung, jedoch nur eingeschränkt für Steuerungsaufgaben. Die derzeit beste Alternative für den Aufbau eines zuverlässigen Smart Grid stellt das Funkrufsystem e*Nergy dar. ó Info: [1] Sven Koltermann, Telefónica Germany: Kommunikationslösungen für den Energiemarkt. Metering Days 2015. [2] Marc Behnke, E.DIS AG: Technische Konzepte für das Einspeisemanagement und die Direktvermarktung. 23. Fachgespräch der Clearingstelle EEG, Berlin 2016 [3] Thomas Röstel, Carsten Hofmann: ETG 2015 Fachbericht, e*Nergy – Innovatives Rundsteuersystem auf Basis von Funkrufnetztechnik [4] Piotr Heller, FAZ: Die Hackerdämmerung, 11.01.2016 [5] Dr. Christoph Ruland, Matthias Schneider: Sicherheit in der Rundsteuertechnik. Universität Siegen, 2013 Wirtschaft PT-MAGAZIN 4/2016 49 StromPager Die funkbasierte digitale Steuerung des Stromnetzes Zentrales Ziel der Energiewende ist die Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien. Der damit verbundene und rasante Ausbau von Windkraftund Solaranlagen macht die Stromerzeugung zunehmend wetter- und tageszeitabhängig. Nur durch ein gezieltes Zu- und Abschalten der Stromerzeuger als auch -verbraucher kann das Stromnetz stabil gehalten werden. StromPager bietet eine neue und leistungsfähige Technologie zur Steuerung von dezentralen Stromerzeugern und Stromverbrauchern. Die Übertragung der Schaltbefehle erfolgt einfach per Funk – mit höchster Sicherheit und Zuverlässigkeit. Infos: IK Elektronik GmbH Friedrichsgrüner Str. 11–13 08262 Muldenhammer Tel. +49 (0)37465 4092-150 Fax +49 (0)37465 4092-100 service@strompager.com www.ik-elektronik.com www.strompager.com IK Strompager Anzeige 196x138 v2.indd 1 25.05.16 09:33