Intelligente Messsysteme und Energiedatennetze Vernetzte Energiedatenverarbeitung: Welche Anforderungen sind jenseits des Gateways zu beachten?

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1 Intelligente Messsysteme und Energiedatennetze Vernetzte Energiedatenverarbeitung: Welche Anforderungen sind jenseits des Gateways zu beachten? Roland Vogt / Dr. Andreas Nonnengart 19. April 2016

2 Smart Meter Gateway Das Smart Meter Gateway trennt die Netze (HAN, WAN, LMN) kontrolliert jeden Zugriff schützt jeden Informationsfluss Quelle: BSI 2

3 Smart Meter Gateway Der Gateway Administrator verwaltet das Gateway(Zeit, Profile, Zertifikate) verwaltet die Berechtigungen für Externe Marktteilnehmer kann Messwerte empfangen und an Externe Marktteilnehmer weiterleiten (insb. für Pseudonymisierung) Quelle: Voltaris 3

4 Energiedatennetz Der Datenaustausch mit dem Smart Meter Gateway erfolgt im WAN immer geschützt (Ende-zu-Ende). Den Schutz der Kommunikation zwischen dem Gateway Administrator und Externen Marktteilnehmern gewährleistet ein Managementsystem für Informationssicherheit (ISMS). Quelle: Voltaris 4

5 Energiedatennetz Kommunikation zwischen Externen Marktteilnehmern Messdaten: Messstellenbetreiber Anbieter Energiedaten: Verteilnetzbetreiber Messstellenbetreiber Lieferant Kommunikation von Externen Marktteilnehmern mit Dritten Dezentrale Energiemarktplätze Hierarchische Vernetzung (lokal, regional,, global) Die Übertragung von Anforderungen an die Sicherheit auf die Prozesse der Marktkommunikation ist in Vorbereitung ( Vortrag von Frank Drees, BSI). Aber: Die Prozesse sind sehr vielfältig. Eine einheitliche technische Plattform ist nicht vorhanden. 5

6 Energiedatennetz Die Übertragung von Anforderungen an die Sicherheit auf die Prozesse der Marktkommunikation ist in Vorbereitung ( Vortrag von Frank Drees, BSI). Aber: Die Prozesse sind sehr vielfältig. Eine einheitliche technische Plattform ist nicht vorhanden. Rollenmodell Marktkommunikation Quelle: BDEW 6

7 Energiedatennetz Beispiel: Daten-Display Dienst (sog. Bundes-Display ) Kommunikation von Treuhänder (Externen Marktteilnehmer) mit Endkunde (Dritter) Keine Anforderungen für die Zugriffskontrolle und den Schutz des Datenaustauschs Technische Spezifikation für den Dienst in Erprobung ( Vortrag Dr. Jürgen Meister, OFFIS) Übertragbarkeit? Standardisierung? Quelle: Next Level Integration 7

8 Baukasten Energiewende Von Einzellösungen zum effizienten System der Zukunft

9 Wer wir sind: 50 erfahrene Partner aus einer der wirtschaftsstärksten Regionen Deutschlands zeigen Lösungen für die Energiewende auf Unser Schaufenster in Zahlen Skalierbarkeit für ganz Deutschland und darüber hinaus Partner aus Wirtschaft und Forschung 3 Bundesländer mit über 22,5 Mio. Bürgern Das Saarland mit ca. 1 Mio. Einwohnern als Bundesland im Strukturwandel 22 Partner der Energiewirtschaft Nordrhein- Westfalen mit über 17,5 Mio. Bürgern als industriestarkes Bundesland 35 Projektpartner Mischregion aus Wind, PV, sowie teilw. hohen EE-Überschüssen und hohen Lasten auf engem Raum Rheinland-Pfalz mit über 4 Mio. Bürgern als ländlich geprägtes Bundesland Aktuell ca. 33% der Jahreshöchstlast in Deutschland Assoz. Partner/ Unterauftragnehmer 15 assoziierte Partner 21 neue Demonstratoren 10 bestehende und tlw. bereits geförderte Hebelprojekte Vielfältige Lösungsansätze Hohe Last M G Mittlere Last Niedrige Last M G Ca. EUR90 Mio. Projektvolumen Ca. EUR 39,5 Mio. angefragte Förderung Blaupause für Regionen in Deutschland und darüber hinaus Ca. 28% des dt. Primärenergieverbrauchs in 2014 Ca. 13,7 GW EE (PV, Wind, Biomasse) in 2014 = 15% dt. Last Ca. 25,0 GW EE (PV, Wind, Biomasse) in 2030 Über 4,9Mio. Endkunden 8 Partner der Industrie Assoz. Partner 6 Partner der IKT-Branche 14 Partner aus Wissenschaft und Forschung Assoz. Partner

10 Unsere Motivation: Wir verstehen die Herausforderungen der Energiewende und die Notwendigkeit wirtschaftlicher und skalierbarer Konzepte Aktuelle Herausforderungen Unsere Motivation Kontinuierlicher Anstieg der Anzahl an Stunden mit Erzeugungsüberschuss aus EE in Deutschland Existenz einer Vielzahl spezifischer Einzellösungen Notwendigkeit einer systemischen, dezentralen und netzseitigen Integration von last- und speicherseitiger Flexibilität Politischer Diskurs zur Digitalisierung und dem Umgang mit Daten im Rahmen der Energiewende Erweiterung und Anwendung des durch die Vielzahl existierender (Förder-)projekte erworbenen Wissens Hebung der vielfältigen Potenziale innovativer IKT für die Energiewirtschaft Steigerung der Effizienz im Zusammenspiel unterschiedlicher Akteure auf der Markt- und Netzebene Unterstützung der Digitalisierung der deutschen Wirtschaft Stärkung des Wirtschaftsstandorts Deutschland Integration von netzseitigen, kunden- und marktbezogenen sowie systemischen Bedürfnissen Demonstration von massengeschäftstauglichen und auf Standardisierung ausgerichteten Musterlösungen für eine intelligente Energieversorgung Der Bedarf: Bedienungsanleitung zur intelligenten Integration zahlreicher Einzellösungen zur Gewährleistung der Systemstabilität für eine wirtschaftliche und effiziente Gestaltung der Energiewende 10

11 Unser Ziel: Werkzeuge und eine Bedienungsanleitung für eine zukunftsweisende, sichere sowie effiziente Energieversorgung für Deutschland und darüber hinaus IKT Multi-Mandanten-Kommunikationsplattform zur Überwindung der Protokollvielfalt LTE 450 MHz für kritische Infrastrukturen Sicheres Smart Meter-Management gemäß BSI-Schutzprofil System- und Datensicherung durch innovative Security-, Resilienceund Privacy-by-Design-Lösungen IKT Netz Netz Netzbetreiber intensivieren die Kommunikation mit den Markt- und Netzpartnern Bereitstellung allgemein verwendbarer Planungs- und Betriebsgrundsätze für neue Werkzeuge Demonstration intelligenter Messsysteme System Aktivierung von Flexibilitäten über Netzebenen und Regionen hinweg Demonstration des Zusammenwirkens von Markt- und Netzakteuren zur zukünftigen Systembilanzierung Vorschläge für die Weiterentwicklung von Regularien zum Strommarktdesign System Markt/ Kunde Gesellschaftliche Akzeptanz Markt/ Kunde Untersuchung von Akzeptanz und Partizipationsmöglichkeiten verschiedener Nutzergruppen Weiterentwicklung von VPP- Konzepten im Hinblick auf potenzielle System- und Netzdienlichkeit Bewertung aller Flexibilitätsoptionen auf Massengeschäftstauglichkeit 11

12 Unser Ansatz: Interaktion von Markt und Netz mit unabhängigen Datensystemen über Ebenen und Akteure hinweg Unterschiedliche Demonstratoren Netz- Demonstrator 1 Netz- Demonstrator 2 Netz- Demonstrator n Regional Energiewabe Lokal Energiezelle Deutschland ( klein ) Überregional Interaktion Kaskadiertes Datensystem Netz Verstärkte Nutzung kaskadierter Kommunikation durch lokale Aggregation Definition von Schnittstellen zur verstärkten Kommunikation der Akteure über Netzplattformen Markt- Demonstrator 1 Markt- Demonstrator 2 Markt- Demonstrator n Akteur 1 Akteur n Akteur 2 Unabhängiges Datensystem Marktakteur/ Kunde I.d.R. direkte Beziehung der Akteure und Kunden über Marktplattformen Marktakteure agieren mit entsprechend verdichteten Daten Abstimmung der Flexibilitätsabrufe mit Netzbetreibern Angebot von Flexibilitäten an Netz Effiziente Nutzung von Flexibilitäten im System, um Herausforderungen wie z.b. Erzeugungsüberschuss oder Netzengpässe auf der optimalen Ebene zu lösen 12

13 Unser Weg: Systemisch flexibles Zusammenspiel der Demonstratoren zur Optimierung einer sicheren und kundenorientierten Energiewende Kunde Land Optimierte Netznutzung Stadt System- Cockpit NS MS Demonstrator Demonstrator Demonstrator Demonstrator Demonstrator HS Demonstrator Demonstrator HöS Funktionen des System-Cockpits System-Cockpit als Werkzeug ermöglicht systemische Sicht im Projekt auf zukünftige Versorgungsaufgaben in Deutschland Echtzeitsimulation von Flexibilitätsbedarfen und deren physischen Abruf Optimierte Nutzung von unterschiedlichen Flexibilitäten durch Zusammenspiel von Markt und Netz Identifikation und Verprobung zukünftiger Marktprodukte und -prozesse Demonstration des Zusammenwirkens unterschiedlicher Akteure über koordinierte und gesicherte Kommunikation Funktionalitäten können Netzführung revolutionieren 13

14 Unser Schaufenster: Bedienungsanleitung für die Energiewende Verwertungsaktivitäten und Breitenwirkung von Designetz Sicherstellung des Schaufenstercharakters Verwertung der Projektergebnisse Straße der Energie Demonstratoren werden erlebbar gemacht Beschilderung der Demonstratoren entlang der Straße der Energie (online Anbindung) Zugang zu den Demonstratoren Show Rooms Virtuelle Schaufensteroberfläche mit verschiedenen Galerien Veranstaltungen Veranstaltungen mit umfassender politischer Beteiligung Regionale und überregionale Konferenzen Organisation von Konferenzen und Workshops mit Beiräten Tage der offenen Tür für die Demonstratoren i i i i i i Unsere Verwertungsperspektiven Standardisierung/ Normierung Öffentlichkeitsarbeit Wirtschaftliche Verwertung Schnittstelle zum Endkunden aus neuen Flexibilitätsoptionen Besseres Verständnis von Verbraucherbedürfnissen Neue Marktprodukte für Flexibilitäten Auf die Energiebranche abgestimmte IKT-Lösungen Datenerhebung, -management Verwertung Weiterbetrieb der Anlagen Wissenschaftliche und politische Beiräte Praxistest von innovativen Technologien in einem Gesamtsystem Erstellung neuer Netzführungskonzepte Optimale Netzinvestitionen Steigerung der Effizienz und bessere Auslastung der Netze Deutschland klein Übertragung auf andere Regionen Mischregion aus PV und Wind sowie nahen Lastzentren mit starker Vorbildfunktion für viele andere Regionen Lösungen für zielgerichtetes Zusammenspiel von Markt und Netz (systemischer Ansatz) Vielzahl unterschiedlicher Lösungen in den Demonstratoren und Vorprojekten Entwicklung und Erprobung zukünftiger Marktmodelle in unterschiedlichsten Bereichen (offene Plattform) Branchenübergreifende Anwendung dank starkem Bündnis von Energie und IKT-Branche (End-)kundenorientierung: Aktivierung privaten Kapitals, Flexibilisierung Blaupause für Regionen in Deutschland und darüber hinaus dank hoher Skalier- und Übertragbarkeit 14

15 Unser Versprechen: Eine effiziente, integrative und zielgerichtete Umsetzung dank durchdachter und erprobter Organisation Vorsitz Politischer Beirat Lenkungskreis Regionale und strategische Steuerung des Projekts Beirat Wirtschaft u. Wissenschaft Arbeitspaketleiter-Kreis Operative Abstimmung zu (Gesamt-)Projektinhalten und Schnittstellen Arbeitspakete und Demonstratoren 1 Grundlagen und Handlungsempfehlungen (Rahmen) Schaufenster 8 Region A: Region B: Region C: Demonstration Demonstration Demonstration in NRW in RP in SL 9 Assoziierte Partner Nutzergestützte Bewertung (Nutzersicht) Baukasten Energiewende 2 3 Flexibilisierung von Erzeugung und Verbrauch (Demoflex) Netzbetrieb und Systemdienstleistungen (Netz) Projektmanagement und Öffentlichkeitsarbeit (Koordination) IKT Systemintegration 6 7 IKT-Baukasten und integrierte Daten- und Diensteplattform (IBIDAT) Kommunikationsinfrastruktur (Kommunikation) 4 5 System-Cockpit Technologisch-ökonomische Modellierung und Nutzenbewertung (Nutzenbewertung) 15

16 Unser Fazit: Wir sind bestens gerüstet, Designetz zum Erfolg zu führen und so einen Beitrag zu leisten, die Energiewende zu meistern 1 Wir gehen alle Herausforderungen der Energiewende entlang der gesamten Wertschöpfungskette konsequent an 2 Designetz als Mischregion umfasst nicht nur PV und Wind, sondern auch Lasten und liefert somit eine echte Blaupause für Deutschland 3 Wir setzen auf die Konvergenz von Energiewirtschaft und IKT 4 Neben der Förderung der Systemdienlichkeit wollen wir (in eigenen Arbeitspaketen) Geschäftsmodelle entwickeln und den Verbraucherschutz stärken 5 Wir haben langjährige Erfahrung in der Durchführung komplexer (Förder-)projekte. Daraus resultiert eine große Hebelwirkung und ein professionelles Projektmanagement 16

17 Beitrag DFKI für DESIGNETZ (mit Partnern): IKT-Baukasten und -Plattform Sichere Daten- und Diensteplattform Security und Privacy by Design Zertifizierbarkeit(Common Criteria EAL 4) Technologische Basis (Erprobte Konzepte) Secure Universal Control Hub (SUCH) sichere Koordination von Diensten auf Plattformebene KIARA sicherer Informationsaustausch in verteilten Systemen lokale versus globale Eigenschaften

18 SUCH Übersicht Middleware zwischen Bedienelementen und Zielgeräten Universal Remote Console(URC) ISO/IEC Allgemeiner: Zusammenwirken von Diensten

19 SUCH Sicherheit Kanalkontrolle Dienste Sichere Kommunikation Socket (URC) Einkapselung Monitor Kontrolle der Aktionen Sichere Datenhaltung

20 SUCH Sicherheit Politikgesteuerte (*) Kontrolle von Aktionen (Dienstaufrufen) auf Grundlage des URC Standards Politikgesteuerter Zugriff auf Daten Kontrolle über Teilnehmer an Sessions Kontrolle der Kommunikation nach außen Entwickelt für Zertifizierbarkeit nach Common Criteria EAL 4 (*) Sicherheitspolitiken legen durch Regelnfest, was erlaubt ist und was nicht.

21 KIARA Übersicht Ursprünglich entwickelt als Teil der FIWARE Plattform Middleware für benutzerfreundliche effiziente und sichere Kommunikation parametrisierbare Kommunikationsmechanismen Adaption von Schnittstellenbeschreibungen Security-by-Design

22 KIARA Sicherheitsmodell Anwendung Anwendung Sicherheitsannotationen Datenaustausch KIARA G A KIARA A Austausch und Vergleich von lokalen Anforderungen und Garantien G sicherer Kanal

23 KIARA Sicherheitsmodell Lokale Politiken Kann kritischen Steuerungscode (*) nicht verändern. A+ P(Ap) G Globale Eigenschaften (*) Steuerungscode als Annotation

24 KIARA Kompositionalität Behandeln von zusammengesetzten Artefakten (nur) auf Grundlage von Eigenschaften der Teile. keine neuerliche Betrachtung der Teile mehr als Modularität Entwicklung, Beschreibung, Analyse, Evaluation Schnittstellen Definition, Vollständigkeit Denken in Anforderungen und Garantien Beitrag von Komponenten kann abhängen vom Kontext

25 Zusammenfassung Problem: Beherrschung komplexer, heterogener, verteilter und Änderungen unterworfener Szenarios im Kontext von vernetzter Energiedatenverarbeitung Zwei Lösungen für eine sichere Daten- und Diensteplattform (im Kontext von DESIGNETZ) SUCH: Interaktion von Diensten KIARA: Informationsfluss zwischen Komponenten Allgemein notwendig: Kompositionale Vorgehensweise

26 Intelligente Messsysteme und Energiedatennetze Vernetzte Energiedatenverarbeitung: Welche Anforderungen sind jenseits des Gateways zu beachten? Roland Vogt / Dr. Andreas Nonnengart Vielen Dank für Ihr Interesse