Technische Umsetzung von Smart Metern

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Margarethe Gerber
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1 Technische Umsetzung von Smart etern Dr.-Ing. ike Heidrich, BA Sachsen, Bautzen Dr.-Ing. Erik Oswald, Fraunhofer ESK, ünchen 4. Bautzener Energieforum,

2 Inhalt» Einführung zu intelligenten esssystemen Smart etering» Kommunikationsfähigkeit als Kernherausforderung» Kommunikationstechnologien für intelligente esssysteme» Lösungsansätze und Ausblick Seite 2

3 Energiewende in Deutschland» Ausstattung von 80% der Letztverbraucher mit intelligenten esssystemen* (EU, 3. Binnenmarktrichtlinie für Strom und Gas, 2009/72/EG und 2009/73/EG)» Nationale Rollout-Strategie verankert als Ergebnis der KNA 2013/14 (Nutzenorientierung)» Kosten- und Nutzenverhältnis von VNB, SB und Letztverbraucher werden in einem schrittweisen Rollout berücksichtigt» Zusammenfassung durch Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende zur Ausstattung und zum Betrieb intelligenter esssysteme u.a. mit Gesetz zum essstellenbetrieb und Datenkommunikation in intelligenten Energienetzen Seite 3

4 Intelligente esssysteme Neue Geräte» Smart eter Gateway» Intelligenter Zähler» Steuerbox Neue Rollen» Smart eter Gateway Administrator» Externer arktteilnehmer Anwendungen» Smart etering» Einspeise- und Verbrauchsmanagement Quelle: VDE/FNN Seite 4

5 Startschuss 2017 Seite 5

6 Kommunikationsfähigkeit und Vernetzung als wesentliche Herausforderung Bisher» Automatisierung und Kommunikationstechnik in der ittel- und Hochspannung Neu» Kommunikation im Verteilnetz» Einbindung der intelligenten esssysteme beim Kunden Seite 6

7 Planung des Rollouts Datenaustausch und Datenaggregation» Tarifmodelle» Datenformate» ess- und Sendezyklen» Gleichzeitigkeit Anzahl der und Verteilung der Teilnehmer Normen und Vorschriften Technologieauswahl Seite 7

8 Technische Richtlinie BSI TR (BSI Schutzprofil) Seite 8

9 BSI TR : Vorgesehene Schnittstellen und Anwendungen WAN: Wide Area Network Seite 9 HAN: Home Area Network CLS: Controllable Local System LN: Local etering Network

10 BSI TR : Vorgesehene Schnittstellen und Anwendungen Einspeise- und Verbrauchssteuerung WAN: Wide Area Network Zählerdatenerfassung (Smart etering) Seite 10 HAN: Home Area Network CLS: Controllable Local System LN: Local etering Network

11 Auswahl der WAN-Übertragungstechnik Technologische Aspekte» Erreichbarkeit der esssysteme vor Ort» Leistungsanforderungen an die Technologie» Zukunftsfähigkeit» Nutzung vorhandener Infrastruktur Wirtschaftliche Aspekte» CAPEX, OPEX» Kooperationen» Rollout Strategie Seite 11

12 Protokoll Stack Smart etering Seite 12

13 Datenaufkommen Smart etering DLS/COSE/OBIS XL CS Restful COSE Web HTTP TLS TCP IP L1-3 Abschätzung eines exemplarischen Tarifanwendungsfalls Net data: one meter value, 32bit integer XL CS RESTful COSE Web /http uplink 4 byte 560 byte 460 byte 340 byte downlink TLS (full handshake) 4500 byte 5000 byte TCP/IP 1200 byte 1000 byte Total 7000 byte 6000 byte Total uplink + downlink byte Fazit: Übertragungstechnik sollte Datenraten über 1 bit/s erlauben BSI Seite 13

14 Protokoll Stack CLS Seite 14

15 Leitungsgebundene Kommunikation Powerline Technologien LV-Ebene NB PLC SGW Sub-Station BB PLC V-Ebene NB PLC: BB PLC: Narrow Band Powerline Communication Broad Band Powerline Communication Seite 15

16 Leitungsgebundene Kommunikation Powerline Technologien Vorteile» Infrastruktur in der Hoheit des Verteilnetzbetreibers» Stufenweiser Rollout möglich» Hohe Erreichbarkeit Nachteile» Eingeschränkte Leistungsfähigkeit der Technologie» BB-PLC: Reichweiten im Sub-Kilometer Bereich» NB-PLC: Übertragungsraten unter 1 bit/s» Shared edium: Teilnehmer an einem Strang müssen Ressourcen teilen» Investitionskosten (CAPEX) Seite 16

17 obilfunktechnologien SGW LTE Sub-Station LV-Ebene Base Station Internet V-Ebene Seite 17

18 obilfunk Vorteile» Hohe Leistungsfähigkeit und technologische Verfügbarkeit» Keine Eigeninvestition in Infrastruktur Nachteile» Infrastruktur nicht in der Hoheit des Verteilnetzbetreibers» Vertrag (SLA) mit obilfunkanbieter erforderlich» Relativ geringe Erreichbarkeit der Geräte (Deep Indoor Coverage)» Neue technologische Entwicklungen (4,5G: Narrow Band IOT) nicht für Smart etering nutzbar Seite 18

19 obilfunk 450Hz Technologie Technologie» Nutzung von Frequenzbändern im Bereich 450Hz» Technologie verfügbar in 3G (CDA450) und 4G (LTE450) Vorteile» Große Funkzellen möglich» Erreichbarkeit (Deep Indoor Coverage) deutlich besser» Leistungsfähigkeit für Smart etering ausreichend Nachteile» Kaum Netze in Deutschland -> Neuinvestitionen (hohe CAPEX)» Erreichbarkeit (Deep Indoor Coverage) deutlich besser» Zukunftsfähigkeit Überholung durch 5G obilfunk Seite 19

20 obilfunk 450Hz Alliander AG Utility Connect 450connect GmbH Quelle: Quelle: Seite 20

21 Zusammenfassung und Ausblick» Digitalisierung der Energiewende intelligente esssysteme» Kommunikationsfähigkeit als eine der Kernherausforderungen» Normative Rahmenbedingung: BSI TR (Schutzprofil)» Schwierige Technologieauswahl für die WAN-Kommunikation» Perspektiven: 450Hz Netze oder 5G-obilfunk Seite 21

22 ANHANG Seite 22

23 ANHANG Quelle: Fraunhofer ESK Quelle: BSI Seite 23

24 Technologien Quelle: T. Hillmann, Flexibilität bei Kommunikationsstandards für eine intelligente Energieversorgung, Fachartikel etz, 2013/S1 Bild: Überblick über die Smart Grid- Lösungen von Texas Instruments, Link: Seite 24

25 Feldversuch PLC ESK obilfunk LG Eth LG PC HE LG Eth LG LG LG LG V-Ebene BB-PLC HE LG Head-End Lastgenerator odem 5LG Eth HE NV Eth HE NV NB PLC NB PLC 5LG Quelle: Fraunhofer ESK Seite 25

Verbindungsaufbau nach BSI TR-03109-1 CLS 4 Protokoll zwischen ET und CLS ET: realisiert durch

26 Verbindungsaufbau nach BSI TR CLS 4 Protokoll zwischen ET und CLS ET: realisiert durch IT-Komponente (Smart Grid Hub) CLS: realisiert durch Schaltbox Quelle: Fraunhofer ESK Seite 26

27 Vergleich obilfunk Deep Indoor Coverage Quelle: TU Dortmund Seite 27

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