Energie steuern – aber mit Standard
Dr. Peter HEUELL (EMH metering Gmb), Gyula HÁROMSZÉKI (Prolan Gruppe)


Das intelligente Messsystem soll zukünftig Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen steuern. Kommen dabei standardisierte Steuerboxen zum Einsatz, dann lassen sich eine Vielzahl verschiedener Anwendungsfälle und Dienstleistungen realisieren. Geräte, die Standards umsetzen, gewährleisten zudem eine besonders wirtschaftliche Nutzung.

Intelligente Messsysteme nehmen zukünftig eine Schlüsselrolle im intelligenten Stromnetz ein: Denn sie sollen Erzeugungsanlagen und Stromverbraucher steuern, um die Netze zu stabilisieren. So sieht es das Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende vor. Die hohe wirtschaftliche Bedeutung dieser Aufgabe hatte die Kosten-Nutzen-Analyse, die Ernst & Young im Auftrag des BMWi durchgeführt hat, bereits 2006 festgestellt: Der Einbau von Smart Metern rechnet sich dann, wenn eine „additive Steuerungsfunktion“ zum Einsatz komme. Der wirtschaftliche Nutzen wird u.a. dadurch bedingt, dass sich mit der Lösung nicht nur Solaranlagen, sondern auch Heizungen und Wärmepumpen steuern lassen. Dies schaffe die Grundlage für neue energieeffiziente Dienstleistungen rund um das tarifbasierte Lastmanagement, lautete die Einschätzung der Wirtschaftsprüfer.

Geräte stehen am Markt bereit

Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) hat das Steuern von EEG-Anlagen und Lasten zwar nicht in der Marktanalyse vom 31. Januar 2020 als Teil des verpflichtenden Rollouts aufgenommen. Der Grund sind Unstimmigkeiten im Erneuerbaren-Energien-Gesetz. Technisch möglich ist das Steuern von Erzeugern und Verbrauchern aber bereits jetzt. Das bestätigt auch das BSI: Die zertifizierten Smart Meter Gateways verfügen über einen „Controllable Local Systems“ (CLS)-Kanal. An diesen kann eine spezielle Steuerbox angebunden werden. Auch diese Geräte stehen bereits am Markt bereit.

Mit standardisierten Steuerboxen lassen sich verschiedene Use Cases umsetzen, die der FNN definiert hat. Das Schalten wird auf diese Weise für Netzbetreiber, Direktvermarkter, Energieversorger und andere Dienstleister nutzbar. Einige Anwendungsfälle sind:

  1. Netzdienliches Schalten von EEG-Anlagen. Wenn der Wind stark weht und die Sonne lange scheint, kann es sein, dass EEG-Anlagen mehr Strom produzieren, als verbraucht wird. Die Gefahr besteht, dass die Netze überlastet werden. Mit dem intelligenten Messsystem und einer Steuerbox können EEG- und KWK-Anlagen mit einer installierten Leistung von höchstens 100 kW den gesetzlichen Vorgaben gemäß gesteuert werden.
  2. Tarifbasiertes Schalten von Heizungen und Wärmepumpen. Nachtspeicheröfen nutzen den günstigeren Strom zum Niedrigpreistarif (NT). Während des Hochpreistarifs (HT) wird das Gerät abgeschaltet. Bisher wurde dazu die Rundsteuertechnik genutzt. Zukünftig soll diese Aufgabe das intelligente Messsystem mit der Steuerbox übernehmen. Das ist nicht nur sicherer – sondern auch effizienter, da die Zählerinfrastruktur bereits vorhanden ist. Auch Wärmepumpen lassen sich auf Basis eines speziellen Tarifs besonders effizient nutzen. Solche Tarife sind wichtige Vertriebsinstrumente für Energiedienstleister.
  3. Dynamisches tarifbasiertes Schalten. Ein Energieversorger kann mit seinen Kunden so genannte Sperrzeiten vereinbaren. Wenn die Stromnetze morgens oder abends durch einen besonders hohen Verbrauch belastet sind, darf er bei diesen Kunden Verbrauchsgeräte, wie z.B. Wärmepumpen, abschalten. Als Entschädigung erhält der Kunde die elektrische Energie in den übrigen Zeiten zu einem günstigeren Preis.

    Besonders groß ist der Effekt des dynamischen Schaltens bei gewerblichen Verbrauchsanlagen – etwa bei Kühlhäusern in Supermarktketten. Durch die Wärmekapazität der gekühlten oder gefrorenen Güter kann ein Kälteaggregat für einen gewissen Zeitraum außer Betrieb genommen werden, ohne dass die Temperatur des Gutes unmittelbar auf zu hohe Temperaturen ansteigt. Der zur Kühlung notwenige Strombedarf ist daher zeitlich flexibel und kann vorgezogen oder nachgeholt werden.

  4. Schalten von Ladestationen für E-Mobility. Die stark wachsende Anzahl der privaten Ladesäulen für die Elektroautos stellen Netzbetreiber vor große Herausforderungen. Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge mit einer Bemessungsgrenze über 12 kVA müssen daher die Möglichkeit zur Steuerung beziehungsweise Regelung aufweisen. So wurde es vom FNN festgeschrieben (Anwendungsregel VDE-AR-N 4100). Ladesäulen müssen zudem ab dem Jahr 2021 mit einem Smart Meter Gateway ausgestatten werden. So schreibt es das Messstellenbetriebsgesetz vor. Autos können zukünftig also mit Hilfe der neuen Smart Meter-Infrastruktur phasenweise aufgeladen werden, so dass der vorhandene Strom optimal genutzt wird.

Technische Voraussetzungen

Die Steuerbox leitet die Steuer- und Schaltbefehle an die entsprechenden Anlagen weiter. Das Smart Meter Gateway dient dabei als Proxy-Server, der die Schaltbefehle von einem externen Marktteilnehmern (EMT) an die Schaltbox überträgt. Voraussetzung für das Schalten von Verbrauchsgeräten ist, dass das Kommunikations-Protokoll des Smart Meter Gateways von den Geräten verstanden wird. Mit dem EEBus-Standard ist dies möglich. EEBus ist das standardisierte Protokoll für Smart Home-Geräte, wenn es um die Energie-Kommunikation geht. Die KEO GmbH entwickelt auf Basis des EEBus-Standards derzeit eine sichere Anbindung von E-Autos und Wärmepumpen an das Smart Meter Gateway.

Auch ein Management-System ist erforderlich, das die Schalt- und Steuerfunktionen, die von den Marktteilnehmern erwünscht sind, regelt. Ein solches CLS-Management-System gibt beispielsweise Fahrpläne für das tarifbasierte Schalten weiter. Auch ein spontanes, dynamisches Schalten der Marktteilnehmer ist mit Hilfe des Systems möglich.

Standardisierte Geräte

Damit eine Steuerbox mit verschiedenen CLS-Management-Systemen kommunizieren kann, ist es notwendig, dass sie dem FNN-Standard entsprechend entwickelt wurde und das Protokoll IEC 61850 unterstützt. Eine solche FNN-konforme Steuerbox ist das Gerät der Firma Prolan. Es ist mit allen Geräten und CLS-Managementsystemen kombinierbar, die diesen Standard unterstützen. Eine solche „Interoperabilität“ erleichtert den Aufbau, das Management und die Koordinierung von netzdienlichen Steuerungen in der Praxis erheblich. Wichtig ist auch die Bauform der Steuerbox: Wurde das Gerät für die Montage in der Hutschiene konzipiert, lässt sie sich einfach per „plug & play“ im Messsystem installieren.

Obwohl das Steuern noch nicht Teil des Pflicht-Rollouts ist, sollten Messstellenbetreiber die Schaltinfrastruktur jetzt gemeinsam mit der Messinfrastruktur aufbauen. Sie gewinnen dadurch eine einheitliche Infrastruktur und müssen nicht verschiedene Systeme parallel bedienen. Sie laufen zudem nicht Gefahr, nach dem rechtlichen „Go“ für die Schaltfunktion ein zweites Mal in dasselbe Areal fahren zu müssen. Und sie können ab sofort den Nutzen ausschöpfen, der durch das Schalten von Verbrauchs- und Erzeugungsanlagen entsteht. (6.906 Zeichen)

Über die EMH GmbH & Co. KG

Die EMH metering GmbH & Co. KG gehört zu den weltweit führenden Anbietern digitaler Systeme für die Erfassung, Übertragung, Speicherung und Verteilung von Energie-Messdaten. Mit intelligenten und aufeinander abgestimmten Messsystemen ermöglicht die EMH metering Energieunternehmen die Digitalisierung ihrer Energiesysteme und das Erschließen neuer Geschäftsmodelle. Das Angebot umfasst Präzisionszähler im Höchstspannungs- und Übertragungsnetz, Spezialzähler für Verteilnetze der Mittel- und Niederspannung, elektronische Haushaltszähler, Hutschienenzähler für Industrieanwendungen sowie die dazugehörigen Kommunikationssysteme und Gateways. Für den in Deutschland anstehenden Smart Meter-Rollout bietet die EMH metering die erforderlichen und den gesetzlichen Vorgaben entsprechenden Produkte und Komponenten. Die EMH metering wurde 1991 gegründet und hat ihren Firmensitz in Gallin, in der Nähe von Hamburg. Über 250 Mitarbeiter sind an insgesamt zwei Standorten tätig. www.emh-metering.com

Über die Prolan AG

Die Prolan AG aus Ungarn entwickelt seit 30 Jahren Software- und Hardware-Lösungen für die Industrie. Das Unternehmen gilt mit seinen 230 Mitarbeitern als Experte für sicherheitskritische Bereiche in der Bahntechnik und im Energiemanagement. Als etablierter Lieferant von Runsteuerungsgeräte auf dem detuschen Markt verfolgt Prolan das Thema Steruerbox von Anfang an. Prolan ist Mitglied bei VDE und FNN. Entwickler des Unternehmens arbeiten aktiv mit daran, die Erfahrungen und Ansprüchen von Netzbetreibern und Herstellern zu synthetisieren. Es ist das Ziel von Prolan die optimale Lösung sowohl wirtschaftlich als auch technisch anzubieten. www.prolan.hu