Smart Meter Rollout Netzdienliche Schaltungen über das intelligente Messsystem Dr. Kai Daniel Neue Technologien/Projekte Mülheim an der Ruhr, 2. Geschäftsführer-Austausch 25.11.2015
Die Steuerungsfähigkeit intelligenter Messsysteme wird vom Gesetzgeber verlangt Relevante Auszüge aus dem Entwurf des Messstellenbetriebsgesetzes des BMWi 1 Aktueller Stand des Diskussion: Der Gesetzesentwurf zur Digitalisierung der Energiewende ist in der Abstimmung. Die netzdienliche Steuerung hat nach aktuellem Stand über das Smart Meter Gateway zu erfolgen. Hieraus ergibt sich eine regulatorische Verpflichtung zum Einsatz von Steuerboxen in einer Vielzahl von Anwendungsfällen (Nachtspeicher, PV-Anlagen) 1 Stand: Oktober 2015 Steuerbox bei Erzeugungsanlagen > Pflicht zum Einbau betrifft Alt- wie Neuanlagen > ab 2017 EE- und KWK-Erzeugungsanlagen mit einer installierten Leistung über 7 kw > ab 2020... alle Messstellen mit einer installierten Leistung über 100 Kilowatt Steuerbox bei Verbrauchern > Unterhalb von 6.000 kwh Jahresstromverbrauch ist ein im nur dann zwingend, wenn an einem (netzdienlichen) Flexibilitätsmechanismus, wie dem nach 14a EnWG, teilgenommen wird. SEITE 2
OT/IT-Konvergenz am Beispiel Steuerbox Gateway Administrator Smart Meter Last/Einspeiser, z.b. WEA Messstellenbetreiber Lieferant Externer Verteilnetzbetreiber Externer Marktteilnehmer (EMT) Wide Area network (WAN) Smart Meter Gateway (SMGw) Steuerbox (intelligenter Agent) Steuerbox als ein Beitrag zum BDEW-Ampelkonzept Pflichteinbaufall, d.h. Einbau voraussichtlich verpflichtend 21c (Einbau von Messsystemen) gem. 14a EnWG (Steuerung unterbrechbarer Verbraucher in NS) Marktrollenübergreifende Funktionen der Steuerbox Einspeise- / Lastmanagement für den Netzbetreiber und Lieferanten *) Schwellwertüberwachungen, Kontrollierter Versorgungswiederaufbau Umsetzung von Tarifschaltungen und Steuerbefehlen für Energielieferanten *) die rote Phase ist für die Systemsicherheit von großer Bedeutung SEITE 3
Etwa 50% der imsys-einbaufälle erfordern eine Steuerbox Use Case Heizungssteuerung Dynamische Tarifierung Straßenbeleuchtung Netzsteuerung Virtuelles Kraftwerk Details Beispiel Nachtspeicher, Wärmepumpen, Elektromobile Variable Tarife EFR-Steuerung 1) TFR-Steuerung 2) PV-Anlagen, Winderzeugung PV-Anlagen, Winderzeugung Anlagen 1,4 Mio. - 9,1 Mio. 1,3 Mio. 1,3 Mio. Spannungsebene Niederspannung Niederspannung Mittelspannung Hochspannung Niederspannung (Niederspannung) Mittelspannung Hochspannung Niederspannung Mittelspannung Hochspannung Leistung 14 GW - ~900 MW (Annahme: 100W/Leuchte) 17 GW (nur NS) 17 GW (nur NS) Energie 10-15 TWh - 4 TWh 77 TWh 77 TWh EnWG 14a EnWG 14a BSI TR03109 Rechtsgrundlagen Verkehrssicherungspflicht EnWG 21c EnWG 13 EEG 12 EnWG 21c EnWG 13 EEG 12 Datenkategorie: 1) Europäische Funk-Rundsteuerung 2) Tonfrequenz-Rundsteuerung SEITE 4
Systemdienstleistungen werden zukünftig auch durch die Steuerbox am imsys erbracht Blindleistungsmanagement dezentraler Erzeugung Blindleistung zur Spannungshaltung im Verteilnetz Blindleistungslieferung an das Transportnetz Spannungshaltung Einspeise- und Lastmanager Aggregator von Regelleistung z. B. Power to Heat Frequenzstützung Aktive Leistungsregelung dezentraler Anlagen Systemoptimierer Erzeugungs- und Speichermanagement Engpassmanagement Betriebsführung System- Aggregator für den TSO in wieder- der Systemverantwortung aufbau Definierte Lasten und Erzeugung an Verknüpfungspunkten Ggf. Zwischenversorgung im Inselbetrieb SEITE 5
Architektur-Entwurf (1/3) Schaltakteur: Es kann nur einen geben zu einem Zeitpunkt! Unterschiedliche Akteure Vertrieb z.b. Virtuelles Kraftwerk Parallele Installationen erschweren die konsistente Schaltung 1 Kundenanlage Steuerungssystem vom Direktvermarkter Netzbetreiber z.b. Netzleitstelle 2 Funkrundsteuerung / Fernwirktechnik Messstellenbetreiber z.b. Energiedatenmanagementsystem 3 Zukunft: Smart Meter Gateway & Steuerbox Kunde z.b. Smart Home 4 Smart Home Controller SEITE 6
Architektur-Entwurf (2/3) Schaltakteur: Es kann nur einen geben zu einem Zeitpunkt! Unterschiedliche Akteure Vertrieb z.b. Virtuelles Kraftwerk! Zugriffskonflikte Kundenanlage Zähler Netzbetreiber z.b. Netzleitstelle z.b. Einspeisemanagement Smart Meter Gateway Messstellenbetreiber z.b. Energiedatenmanagementsystem Steuerbox Kunde z.b. Smart Home Synchronisierter und konsistenter Zugriff ist notwendig Gerät/ Anlage SEITE 7
Architektur-Entwurf (3/3) Schaltakteur: Es kann nur einen geben zu einem Zeitpunkt! Unterschiedliche Akteure Sicherer Zugriff Kundenanlage Vertrieb z.b. Virtuelles Kraftwerk SMGw Admin Zähler Netzbetreiber z.b. Netzleitstelle Messstellenbetreiber z.b. Energiedatenmanagementsystem u.a. Verbindungsaufbau; Zertifikatsprüfung etc. Koordinator 1,2,3,4 CLS-Management-System Smart Meter Gateway Steuerbox 3 Kunde z.b. Smart Home Trusted Third Party als Vermittler CLS-Prozesstechnik 5 (Nachtspeicher, PV- Anlage ) 1 Aufgabe, die funktional zu beschreiben ist und einer Rolle zuzuordnen ist 2 nicht in KNA und POG enthalten. 4 Verbindungsaufbau gem. BSI-Vorgaben nach TR03109, z.b. HKSxxx 3 Priorisierungsregelwerk durch den grundzuständigen Anschluss-NB hinterlegt 5 In Kunden-Verantwortung nach TAR SEITE 8
Das 1000x1000 Problem: Beitrag zu einem Ampelkonzept Transformation und Weiterentwicklung 2 Technischer Prozess 1 Ampelmodell (Quelle: BDEW) 3 Interoperabilität IEC 61850 Modell SEITE 9
Erweiterung des intelligenten Messsystems WAN Prv Home Network Externer Marktteilnehmer n Externer Marktteilnehmer 2 SMGW Administrator Externer Marktteilnehmer 1 CLS Management 2 LMN HAN Letztverbraucher 1 n Zähler 1 Zähler 2 CLS 1..n Steuerbox 1 Smart Meter Gateway Zähler n Servicetechniker Steuerbox 1..n Sicherheitsmodul 1, 2 Ergänzungen/Erweiterungen zur BSI-Architektur gem. TR03109 SEITE 10
System of Systems Architektur (Entwurf) Schnittstellen und Zusammenwirken der Systeme in Zukunft Einheitliche Schnittstelle (Enterprise Application Bus) VPP-System Stationsleittechnik CLS- Management- System Kunden (Lieferanten / Vertriebe) Gateway & Steuerbox Direkte Prozessanbindung Netzführungssystem Weitbereichsregelung Digitale / El. Schnittstelle Direkte Prozessanbindung 1) etc EEG-Anlage / EnWG 14a Anlage 1) Abhängig von Ausgestaltung der TR03109 bzw. Vorgaben des BSI
Erhöhte TK-Anforderungen durch Steuerungsanwendungen Szenario / Anforderung Einheit Smart Grid (Steuern) Steuerungs-anwendungen haben erhöhte TK Anforderungen 2x täglich Schaltprogramm übertragen = Verdreifachung des Datenvolumens NB darf (ausschließlich) vom gmsb Erbringung der TK-Leistung fordern (angem. Entgelt) 1 Bidirektionalität ja / nein ja 2 IT-Sicherheit, z.b. Authentifzierung Ende-zu-Ende gering/hoc h 3 IPv4-Abwärtskompatibilität ja / nein ja 4 IPv6 ja / nein ja 5 Max. Übertragungsverzögerung (für sicherheitskritisches Updates) parallel für alle SMGw 6 hoch h 24 Monitoring Anlage / Fernwartung; Statusinformationen zum Modem ja / nein ja 7 Technologielebensdauer Jahre 16 8 Max. Antwortzeit Systemreaktion (Ende-zu-Ende Prozess) min 5 9 Max. Antwortzeit TK Ende zu RTT Ende Layer 7 s 1 10 Verkehrsklassen und QoS, priorisierter Netzzugang ja / nein ja 11 Min. Verfügbarkeit (zeitlich) % 97 12 Max. Wiederherstellungszeit pro Zugangspunkt/Basisstation h 12 13 Max. Wiederherstellungszeit Core Netz h 4 14 Gleichzeitiges Schalten für große Gruppen 10.000 Anlagen/3Min ja / nein 15 Min. Datenrate pro Gerät @ cell edge kbit/s 24 16 Schwarzstartfähigkeit für das TK-System ja/nein ja 17 Battery Back-up: welche Zeiten werden benötigt? h 12 18 Einflussnahme bei der Planung, Realisierung & Betrieb des TK- Netzes 19 Monitoring TK-System durch Netzbetreiber / Messstellenbetreiber/ Lieferant ja / nein ja / nein ja ja ja SEITE 12
Erreichte Ziele und Ergebnisse (09/2015) Use Case Beschreibung Kritische Anwendungsfälle (MS / HS), z.b. EEG- Steuerung Unterbrechbare Lasten, z.b. Nachtspeicher Einspeisemanagement für Netz und Markt 100% Anforderungen an Funktion, Bauart, System und Architektur definiert Priorisierung / Klassifikation für NS, MS, HS entsprechend der Rollout-Anforderungen 100% Lastenheft (Teil 1) Anforderungskatalog FNN- Abstimmung Spezifikation entlang der bestehenden regulatorischen Vorgaben (z.t. Workarounds) Architektur: CLS-Management (in Arbeit) Protokoll: IEC61850 für Steuerung (in Arbeit) BMWi/BSI diverse Termine FNN PG Kommunikations-/Steuerungsschnittstellen DKE HAN/CLS-Task Force Validierung mit Herstellern zur Umsetzung (Prototypen) 85%? 30.11.2015 13
Erste proprietäre Geräte sind am Markt verfügbar. Sichere Integration in den Netzbetrieb erfordert Kompatibilität Plug & Play? eine FNN konforme und kompatible RWE- Lösung befindet sich in der Entwicklung! SEITE 14
Smart Control als Produktbeispiel für die ganzheitliche Unterstützung unserer Partner Bronze Silber Gold Platin Steuerbox - Hardware Erwerb der Steuerbox: - RWE branded - White label X X X X Control Ready - Ersatz TFR/EFR - Lieferung & Montage - Inbetriebnahme X X X IT - Hosting Lizenz und Mandat zur Nutzung einer Software für CLS- Management X X Full Service - CLS & SMGw Management - Betrieb, Updates, Entstörung - Netzmanagement as a service X SEITE 15
Zusammenfassung Kernbotschaften zur Steuerbox bzw. Steuerungsanwendungen 1 Neue Funktionen durch Konvergenz Systeme aus den Bereichen Smart Grid, Smart Metering und Smart Home wachsen zunehmend zusammen. Die Grenzen sind sauber durch geeignete und standardisierte Schnittstellen darzustellen und organisatorisch abzugrenzen. 2 3 Notwendige Koexistenz von OT und IT Den Bereich OT/IT gibt es nach dem BNetzA Sikat nicht. Hierzu ist eine klare Trennung von OT und IT notwendig, um die Sicherheit und Stabilität der elektrischen Versorgungsnetze sicherzustellen, Unser Beitrag für künftige Steuerungssysteme A) Die Migration von Funkrundsteuerung und Rundsteuerung wird mit dem Smart Meter Rollout starten B) RWE entwickelt eigene Steuerungs-Lösung in House C) Piloten sind in Vorbereitung (zusammen mit SMR-Projekt) D) Geschäftsmodelle sind vielversprechend SEITE 16
Foto: REUTERS Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! SEITE 17
Smart Meter Rollout Netzdienliche Schaltungen über das intelligente Messsystem Fragen Dr. Kai Daniel Neue Technologien/Projekte Mülheim an der Ruhr, 2. Geschäftsführer-Austausch 25.11.2015