Notwendige Weichenstellung für die Nutzung von Flexibilität in der Niederspannung

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1 Notwendige Weichenstellung für die Nutzung von Flexibilität in der Niederspannung FNN-Position zum Topthema 2 des BMWi-Barometers Digitalisierung der Energiewende Mit dem 2016 in Kraft getretenen Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende sind die Grundlagen gelegt, um das Potenzial der Digitalisierung zum Gelingen der Energiewende nutzbar zu machen. Der angestoßene Prozess der Modernisierung und Digitalisierung der Energieinfrastruktur soll durch das Barometer Digitalisierung Energiewende des BMWi begleitet und vorangetrieben werden. VDE FNN hat zum Topthema 2 Regulierung, Flexibilisierung und Sektorkopplung des Barometers folgende Schwerpunkte identifiziert. Ohne Koordinierung geht es nicht Gleiche Sicherheitsanforderungen für alle Zielgerichtete Netzzustandserfassung mit dem intelligenten Messsystem Leistungsmesskonzept grundsätzlich möglich Ein wichtiger Baustein für den Umbau des Energiesystems ist das intelligente Messsystem. Durch den Einsatz intelligenter Messsysteme soll eine einheitliche Infrastruktur geschaffen werden, damit Marktakteure jederzeit die aktuellen Leistungswerte der Anlagen ablesen und auf diese zugreifen können. Dabei sollen Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen so gesteuert werden, dass sie sowohl den Anforderungen an die Vermarktung als auch an die Netz- und Systemsicherheit entsprechen. Über das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE FNN) Das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE FNN) entwickelt die technischen Anforderungen an den Betrieb der Stromnetze vorausschauend weiter. Ziel ist der jederzeit sichere Systembetrieb bei steigender Aufnahme von Strom aus erneuerbaren Energien.

2 Ohne Koordinierung geht es nicht Über das intelligente Messsystem sollen künftig verschiedene Marktakteure auf Anlagen zugreifen und diese steuern können. Netzbetreiber setzen heute für die Steuerung netzbetrieblich relevanter Anlagen in höheren Spannungsebenen dafür bereits Fernwirktechniken ein. Für Anlagen an der Niederspannung finden v. a. Rundsteuertechniken Anwendung. Um das Potenzial der steuerbaren Flexibilität in der Niederspannung weiter zu erschließen, sollen diese unidirektionalen Anwendungen durch bidirektional nutzbare FNN- Steuerboxen ersetzt werden. Eine erste Version dieser FNN-Steuerbox [1], [2] ist beschrieben und auch die Integration der Funktionalität in verschiedene Anwendungen (z. B. Wärmeerzeuger) ist möglich. Das vorliegende FNN-Konzept [3] zur Steuerung beinhaltet bereits jetzt alle Voraussetzungen für eine vollständige digitale Erschließung künftiger Use Cases. Die von Marktakteuren gesteuerten Anlagen werden zunehmend durch Marktsignale (z. B. Handelspreise) synchronisiert. In den Verteilnetzen führt dies zu steigender Gleichzeitigkeit mit höheren Leistungsspitzen und ggf. zu Engpässen. Zur Vermeidung hat VDE FNN ein Konzept entwickelt, das eine koordinierte Steuerung ermöglicht [3]. Diese Koordinierungsfunktion bietet den diskriminierungsfreien Zugriff auf eine gemeinsame Steuerungsinfrastruktur unter Berücksichtigung der lokalen Netzsituation. Damit die Steuerungssysteme mehrerer Akteure effizient und sicher in den Netzbetrieb integriert werden könnnen, müssen jederzeit netzbetriebliche Anforderungen [4] erfüllt werden. Die Koordinierungsfunktion stellt sicher, dass nur berechtigte Marktakteure Anlagen ansteuern können und deren Schaltungen sich innerhalb der jeweiligen netzbetrieblichen Grenzen befinden [5]. Forderung Bei der wachsenden Anzahl steuerbarer Anlagen muss zu jeder Zeit klar und nachweisbar sein, wann wer steuert und welche Marktrolle bzw. welche Anwendungsfälle in welcher Situation Vorrang haben. Bei Netzengpässen müssen netzdienliche oder systemstützende Anwedungsfälle an erster Stelle stehen. Notwendig ist die Verankerung einer Koordinierungsfunktion für die gemeinsame Nutzung einer Steuerungsinfrastruktur über intelligente Messsysteme, entweder nach FNN-Konzept oder einer Lösung, die die gleichen Anforderungen erfüllt. Sollen neben der vom VDE FNN vorgeschlagenen Lösung parallele Konzepte im Markt eingesetzt werden, müssen, sobald darüber systemkritische Leistung gesteuert wird, dieselben Maßstäbe für Integrität, Verfügbarkeit und Vertraulichkeit gelten. Zusätzlich ist dann ein standardisierter Informationsaustausch zwischen den Akteuren notwendig, um die diskriminierungsfreie Koordination durch den Netzbetreiber zu ermöglichen. Gleiche Sicherheitsanforderungen für alle Die zunehmende Abhängigkeit kritischer Infrastrukturen von Informations- und Kommunikationstechnologien erfordert angemessene Mechanismen zum Schutz vor Bedrohungen. Im Wesentlichen müssen die Schutzziele Integrität, Verfügbarkeit und Vertraulichkeit [6] eingehalten werden. Für Netz- und Anlagenbetreiber (> 420 MW, BSI- Kritisverordnung) ist dies verpflichtend und durch ein Zertifikat (nach IT-Sicherheitskatalog) 2

3 nachzuweisen. Heute werden von Marktakteuren jedoch vielfach Systeme eingesetzt, die nicht dem notwendigen Sicherheitsniveau entsprechen. Ohne verpflichtende Regelung werden Anwendungsfälle z. B. im Bereich der Elektromobilität und neuer kundeneigener Systeme (z. B. Speicher, BHWK, Wärmepumpen), die nicht das notwendige Sicherheitsniveau einhalten, zunehmen. Durch die Bündelung vieler kleiner Anlagen entstehen virtuelle Einheiten, die systemkritische Größen erreichen können. Virtuell gebündelte steuerbare Leistung kann bei bewusster oder unbewusster Fehlsteuerung (z. B. Abschaltung) verheerende en auf den sicheren Betrieb haben oder sogar den Systembetrieb gefährden. Die zunehmende Nutzung alternativer Technologien, z. B. auf Basis Internet, erhöht die Angriffsfläche und Unsicherheiten. Gleichzeitig werden über parallele Techniken die in der Kosten-Nutzen-Analyse [7] avisierten Synergieeffekte konterkariert. Forderung Alle relevanten Use Cases müssen einheitliche Sicherheits- und Verfügbarkeitsanforderungen erfüllen. In Verbindung mit einem den Anforderungen entsprechenden Kommunikationsnetz bietet das intelligente Messsystem die notwendingen Voraussetzungen. Parallel oder alternativ betriebene Technologien müssen mindestens gleichwertige Anforderungen erfülllen. Systeme, die den Anforderungen nicht genügen, müssen in einer angemessenen Übergangszeit ersetzt werden. Zielgerichtete Netzzustandserfassung mit dem intelligenten Messsystem Netzzustandsdaten sind Spannung, Strom und Phasenwinkel sowie daraus errechenbare und herleitbare Werte. Sie können im Niederspannungsnetz über verschiedene Verfahren erfasst und kommuniziert werden (Fernwirktechnik, IoT-Aktoren und Sensorennetze, intelligentes Messsystem, etc.). Für die Beobachtbarkeit des Niederspannungsnetzes ist es ausreichend, die Daten aus ausgewählten Anschlusspunkten zu erfassen und/oder das Netzabbild über geeignete Prognoseverfahren zu vervollständigen. Darüber hinaus können zusätzliche Sensoren an weiteren relevanten Stellen im Netz platziert werden (z. B. Ortsnetzstation, Kabelverteilerschrank). Die Sensoren, die Erfassungssysteme und die Kommunikationsnetze für die Netzzustandsdaten unterscheiden sich hinsichtlich Verfügbarkeit, Qualität, Kosten und Sicherheitsniveau deutlich. Das intelligente Messsystem kann einen wichtigen Beitrag zur Beobachtbarkeit des Niederspannungsnetzes leisten und neue Netzbetriebskonzepte ermöglichen. 3

4 Forderung Um das Potenzial vorhandener und künftiger Flexibilität zu heben und eine effiziente Ausnutzung der Netzinfrastruktur zu erreichen, muss die Beobachtbarkeit in der Niederspannung verbessert werden. Dabei stehen vor allem Netzbereiche im Fokus, in denen Einspeisung und Verbrauch sehr volatil oder in denen Netzengpässe zu erwarten sind. Ein flächendeckender Ansatz ist sowohl aus funktionaler als auch aus wirtschaftlicher Sicht nicht sinnvoll. Der Netzbetreiber benötigt insbesondere Informationen über die Belastung kritischer Betriebsmittel und über Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen (v. a. aktuelle Leistungsund Anschlussdaten). Damit die Zuverlässigkeit der Stromversorgung bei Anwendung des intelligenten Messsystems gleich bleibt, müssen aufgrund der Vielzahl der Steuerungsvorgänge in den Niederspannungsnetzen die hierfür erforderlichen Mechanismen und Technologien eine hohe Robustheit aufweisen. Auf eine Pseudonymisierung durch den Gateway-Administrator muss verzichtet werden. Leistungsmesskonzept grundsätzlich möglich Im BMWi-Barometer [8] wurde eine netzentgeltbezogene Behandlung von Flexibilität von einem arbeitsbezogenen Preis auf Basis von Leistungswerten diskutiert. Eine zeitbezogene Leistungsbegrenzung ist ein neuer Anwendungsfall und aus technischer Sicht grundsätzlich möglich. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass die Einhaltung von vereinbarten Leistungsbegrenzungen kontrollier- und sanktionierbar ist. Dazu ist eine Abspeicherung der maximalen aufgetretenen Leistungsüberschreitung im 15 Minuten Intervall ausreichend. Eine dauerhafte Speicherung der hochauflösenden Zeitreihen ist hingegen nicht erforderlich. Damit können Abrechnungen erstellt und eventuelle Vertragsverletzungen festgestellt werden. Vorschlag Die technischen Anforderungen an eine Leistungsbegrenzung am Netzanschlusspunkt sind für Erzeugungsanlagen in der VDE-Anwendungsregel Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz ([9], Abschnitt 5.5.2) beschrieben. Das Verfahren muss für die Leistungsbegrenzung der steuerbaren Kundenanlagen (d. h. für Einspeisung und Bezug) angewendet werden. Bei einer Umstellung auf leistungsbezogene Grenzwerte muss an geeigneter Stelle im intelligenten Messsystem eine entpsrechende Leistungsüberschreitung abrechnungsfähig festgestellt werden. 4

5 Literaturhinweise [1] VDE FNN: FNN-Info Steuerung mit dem intelligenten Messsystem: Schrittweise Weiterentwicklung, April [2] VDE FNN: FNN-Hinweis Lastenheft Steuerbox Funktionale und konstruktive Merkmale Version 1.0, 23. Februar [3] VDE FNN: FNN-Konzept zum koordinierten Steuerzugriff in der Niederspannung über das intelligente Messsystem, April [4] VDE FNN: FNN-Hinweis Netzbetriebliche Anforderungen an die Steuerung von Kundenanlagen im Verteilnetz, September [5] VDE FNN: FNN-Hinweis KOF Koordinierungsfunktion auf Betriebsebene, Stand Juli [6] VDE FNN: FNN-Studie Sicherer Systembetrieb mit IKT im Verteilungsnetz, Juli [7] Ernst & Young GmbH: Kosten-Nutzen-Analyse für einen flächendeckenden Einsatz intelligenter Zähler, 30. Juli [8] BMWi: Ergebnisse Expertenworkshop Topthema 2 des Beirates Digitalisierung der Energiewende, 29. Mai [9] VDE FNN: VDE-Anwendungsregel VDE-AR-N 4105 Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz Technische Mindestanforderungen für den Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, Stand Mai VDE e. V. Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE FNN) Bismarckstraße Berlin Tel fnn@vde.com September