DKE_Roadmap_Smart_Grid_230410_Deutsch

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 1

DIE DEUTSCHE NORMUNGSROADMAP E-ENERGY / SMART GRID

Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE

In Zusammenarbeit mit

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 2

Herausgeber

Impressum

VDE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK

Konzeption & Realisierung:

ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK e.V.

Eisenhut Rütten GmbH Kommunikationsagentur,

als Träger der

Neu-Isenburg

DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik

Druck:

Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE

Offsetdruck Ockel GmbH, Kriftel

Stresemannallee 15 (VDE-Haus) 60596 Frankfurt am Main Telefon: +49 69 6308-0 Telefax: +49 69 6308-9863 E-Mail: [email protected] Internet: www.dke.de

2

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 3

Grußwort

torsicherheit gefördert wird. Wir erproben in sechs deutschen Modellregionen das Energiesystem der Zukunft.

Mit dem Kompetenzzentrum E-Energy der DKE, der Deutschen Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik, ist ein zentraler Ansprechpartner für alle Fragen der Standardisierung und Normung zu E-Energy in Deutsch-

Sehr geehrte Leserinnen und Leser

land aktiv. Für dieses Engagement danke ich der DKE sehr herzlich. Als deutsches Mitglied im Europäischen Komitee für Elektrotechnische Normung CENELEC und in der Internationalen Elektrotechnischen Kommission IEC fungiert die

Neue Technologien schaffen neue Möglichkei-

DKE darüber hinaus als wichtiges Bindeglied zur

ten. Gerade in der Energieversorgung stellen

europäischen und internationalen Normung und

sich gewaltige Herausforderungen. Hier kann

Standardisierung.

neue Technik helfen. So müssen zukünftig angesichts eines immer größeren Anteils von

Die vorliegende erste Version der deutschen

Strom aus volatilen erneuerbaren Energiequellen

Normungsroadmap E-Energy / Smart Grid, die

die Erzeugung und der Verbrauch von Elektrizi-

in enger Abstimmung mit der Begleitforschung

tät effektiv aufeinander abgestimmt werden.

und den Experten der E-Energy-Projekte ent-

Außerdem müssen wir die dezentrale Strom-

stand, enthält zahlreiche Empfehlungen. Es gilt

er zeugung wirksam in das Elektrizitätssystem

nun zu prüfen, inwieweit diese Ansätze umsetz-

integrieren. Schließlich soll sich der zurzeit

bar sind.

noch passive Stromverbraucher zukünftig als so genannter Prosumer aktiv am Energiewirt-

Ich wünsche der Roadmap viele Leser und

schaftssystem beteiligen.

Nutzer!

Für diese und andere energie- und umwelt-

Ihr

politischen Fragestellungen entwickeln wir Lösungen im Technologieprogramm E-Energy, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie in Kooperation mit dem Bundes-

Rainer Brüderle

ministerium für Umwelt, Naturschutz und Reak-

Bundesminister für Wirtschaft und Technologie

3

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 4

4

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 5

Vorwort

Informationssicherheit und des Schutzes der Privatsphäre, also Fragen, die in die Regulierung, in die Gesetzgebung und in die gesellschaftliche Akzeptanz hineinragen. Die Dezentralisierung der Energieerzeugung führt zu neuen Marktstrukturen, die erhebliche Investitionen in die Netze sowie in die Beschaffung der notwendigen Informationen für die optimale Steuerung des Gesamtsystems aus Erzeugern und Verbrauchern erfordern.

Sehr geehrte Damen und Herren

Zur Lösung des marktbezogenen Optimierungsproblems, der energetischen wie informatorischen Vernetzungsfragen und zur Sicherung der Investitionen sind Normen und Standards unerlässlich.

Atmosphären- und Klimaschutz sowie eine zu-

Die vorliegende Roadmap fasst zusammen, wel-

nehmende Verknappung der fossilen Energieträ-

che Normen und Standards dazu bereits existieren,

ger führen zur vermehrten Nutzung erneuerbarer

und gibt konkrete, mit Prioritäten versehene Emp-

Energien, die im Wesentlichen direkt oder wie bei

fehlungen für das Schließen von Lücken. Die DKE

Wind indirekt aus der aktuellen Sonneneinstrah-

nimmt sich der Umsetzung dieser Empfehlungen

lung gewonnen werden. Wegen ihrer immanenten

aktiv an und hat ein „Kompetenzzentrum E-Energy“

Volatilität (Tag-/Nacht-Zyklus, Wetter) werden wir

eingerichtet, das in Kooperation mit den vom Bun-

die stetige Verfügbarkeit elektrischer Energie

deswirtschaftsministerium geförderten E-Energy-

beim Verbraucher als fortwährendes überregio-

Projekten die Normungsarbeiten koordiniert.

nales und auch globales Optimierungsproblem begreifen müssen: Das aktuelle Angebot an er-

Ziel dieser Anstrengungen ist es, das in Deutsch-

neuerbarer Energie muss mit den aktuellen Ver-

land bereits vorhandene und jetzt erweiterte Wis-

brauchsanforderungen großräumig zusammen-

sen um die optimale Verfügbarkeit und Nutzung

geführt werden. Die Mittel zur Erreichung eines

nachhaltig erzeugter elektrischer Energie in die

solchen Optimums sind intelligent gesteuerte

europäische und internationale Normung so ein-

elektrische Netze und Energiespeicher sowie die

zubringen, dass ein überregionaler Markt ent-

aktive Beeinflussung des Verbrauchs, gestützt

steht, der für die Erzeuger und Verbraucher elek-

auf vielfältige Informationen über die aktuelle und

trischer Energie attraktive Konditionen sowie für

zu erwartende Erzeugungs- und Verbrauchssi-

die Hersteller und Betreiber der entsprechenden

tuation. Eine zumindest teilweise Substitution

Anlagen und Netze Investitionssicherheit bietet.

fossiler Energieträger im Verkehr durch elektri-

Die vorliegende Roadmap will, als lebendes Do-

sche Energie (Elektromobilität) wird die Freiheits-

kument, ein Ansporn sein, die führende Rolle der

grade der Optimierungsaufgabe erweitern.

deutschen Wissenschaft und Wirtschaft auf dem Gebiet der Energiesysteme unter neuen Umwelt-

Der Begriff vom „Internet der Energie“ weist zum

und Marktbedingungen zu halten und auszubauen.

einen darauf hin, dass die flexible Erzeugung, Verteilung, Speicherung und Nutzung der erneuerbaren Energien auf einer internetähnlichen Informationsstruktur basieren wird. Zum anderen er-

Dietmar Harting

erzeugt der Begriff Assoziationen zu Fragen der

Vorsitzender der DKE

5

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 6

1.

Executive Summary/Zusammenfassung

2.

Ausgangssituation für die deutsche Normungsroadmap zu E-Energy / Smart Grid

10

3.

Einleitung

11

3.1.

Gründe und Randbedingungen für die Erstellung einer Normungsroadmap

11

3.2.

Begriffe und Definitionen: Smart Grid

13

3.3.

Verschiedene Perspektiven des Themas Smart Grid / E-Energy und Entwicklung von Fokusthemen

17

3.3.1.

Verschiedene Perspektiven

17

3.3.2.

Fokusthemen

22

3.4.

Nutzen von Smart Grids und deren Normung

23

3.4.1.

Nutzen für den Staat und die Wirtschaft – allgemeine Darstellung

23

3.4.2.

Nutzen für den Energiekunden

24

3.4.3.

Nutzen für den Verteilnetzbetreiber

25

3.4.4.

Nutzen für den Übertragungsnetzbetreiber

25

3.4.5.

Nutzen für die deutschen Hersteller

26

3.4.6.

Nutzen für die Forschungslandschaft

26

4.

Aktivitäten zur Entwicklung von Standards und Normen im Bereich des Smart Grids

27

4.1.

Einleitung

27

4.2.

IEC Standardization „Smart Grid“ SG 3 – Preliminary Survey Draft

30

4.3.

Untersuchung des Normungsumfeldes des E-Energy-Förderprogramms

33

4.4.

CEN / CENELEC / ETSI Smart Meters Coordination Group zum EU-Mandat M/441

34

4.5.

Inhouse Automation – gemeinsamer Arbeitskreis von DKE und E-EnergyBegleitforschung

35

4.6.

Weitere relevante Roadmaps mit Aussagen und Einfluss auf Standards

36

4.6.1.

NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards

36

4.6.2.

UCAiug – Open Smart Grid-Subkomitee

37

4.6.3.

Identifikation zukünftiger Standardisierungsfelder 2009 – Basisuntersuchung des DIN Deutsches Institut für Normung e. V.

38

4.6.4.

„BDI initiativ“ – Internet der Energie

38

4.6.5.

FutuRed – Spanish Electrical Grid Platform

39

4.6.6.

Smart Grid-Roadmap Österreich

39

4.6.7.

Electricity Networks Strategy Group (UK) – A Smart Grid Routemap

39

4.6.8.

Japan’s Roadmap to International Standardization for Smart Grid and

4.6.9.

6

8

Collaborations with other Countries

40

CIGRE D2.24

40

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 7

Inhalt

4.6.10.

IEEE P2030

41

4.6.11.

Integrierte Technologie-Roadmap Automation 2020+ Energie

41

4.6.12.

Weitere Roadmaps

41

4.7.

Zusammenfassung

42

4.7.1.

Internationale Studien

42

4.7.2.

Nationale Studien

42

4.7.3.

Bereits identifizierte existierende Herausforderungen

43

4.7.4.

Kerngemeinsamkeiten – Aussagen zu Normen und Standards

44

4.7.5.

Ausbaustufen und Unwägbarkeiten

45

5.

Empfehlungen für eine Normungsroadmap – Phase 1

46

5.1.

Identifizierte Bereiche – Domänen und Querschnittsthemen

46

5.2.

Empfehlungen für eine deutsche Roadmap

46

5.2.1.

Allgemeine Empfehlungen

46

5.2.2.

Empfehlungen zu regulatorischen und legislativen Änderungen

50

5.2.3.

Empfehlungen zu Sicherheit und Datenschutz

51

5.2.4.

Empfehlungen zum Bereich Kommunikation

51

5.2.5.

Empfehlungen für den Bereich Architekturen und Netzleittechnik

52

5.2.6.

Empfehlungen für den Bereich „Verteilungsnetzautomatisierung“

53

5.2.7.

Empfehlungen zum Bereich Smart Metering

54

5.2.8.

Empfehlungen für den Bereich dezentrale Erzeuger und virtuelle Kraftwerke

55

5.2.9.

Empfehlungen zum Bereich Elektromobilität

56

5.2.10.

Empfehlungen für den Bereich Speicherung

56

5.2.11.

Empfehlungen für den Bereich Lastmanagement (Demand Response)

57

5.2.12.

Empfehlungen für den Bereich Gebäude- und Heimautomatisierung (Inhouse Automation)

58

6.

Ausblick auf die Weiterführung einer Normungsroadmap

59

6.1.

Umsetzung der Normungsroadmap – Phase 1

59

6.2.

Weitere Themen für Phase 2

61

7.

Gesamtliteratur der Studie

62

8.

Abkürzungsverzeichnis

64

9.

Strategiekreis Normungsroadmap in der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE

66

Anhang – Vergleich verschiedener Untersuchungen zur Smart Grid-Normung

68

7

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 8

1. Executive Summary/ Zusammenfassung

Die Versorgung der Kunden mit Energie und auch die Nutzung von Energie befinden sich im Umbruch. Ausgelöst durch politische Ziele wie die Begrenzung des Klimawandels und die Sicherung der Energieversorgung gelten die Steigerung der Energieeffizienz, der Ausbau dezentraler Energieerzeugung sowie die deutliche Steigerung von erneuerbaren Energien als grundlegende Lösungswege. Die Kombination von neuen Technologien der Energietechnik und IKT1 zur Lösung der kommenden Herausforderungen in der Energiewirtschaft wird als Smart Grid bezeichnet. Damit verbunden sind notwendige Weiterentwicklungen unseres Energiesystems auf kurze, mittlere und lange Sicht und nach übereinstimmender Einschätzung enorme Investitionen.

Um die gewünschten Ziele einer Neugestaltung des Energiesystems zu erreichen, müssen die entsprechenden Voraussetzungen, sowohl technische (Interoperabilität) als auch wirtschaftliche (Investitionssicherheit, Ausbau neuer Märkte), geschaffen werden. Beide Aspekte können über den Weg der Normung national, regional und international gewährleistet werden.

Die Normung auf dem Gebiet „Smart Grid“ ist allerdings durch einige Aspekte charakterisiert, die sie von der bisherigen Normung unterscheidet. Kennzeichnend für die Normungsaktivitäten sind dabei die Vielzahl der Akteure der regionalen und internationalen Aktivitäten, die enorme Geschwindigkeit und die wirtschaftlichen Auswirkungen der verschiedenen Normungsaktivitäten. „Smart Grid“-Normung ist nicht „business as usual“. Daher müssen folgende Aktivitäten im Vordergrund stehen: ❙ Politische Flankierung

Eine enge Verzahnung von Forschung und Entwicklung, Regulierung und gesetzlichen Rahmenbedingungen mit Normung ist notwendig.

1 IKT Informations- und Kommunikationstechnologie

8

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 9

Execute Summary/ Zusammenfassung ❙ Geschwindigkeit

❙ Beteiligung an der Normung

Nationale und regionale Normungskonzepte

Zur Umsetzung der Ziele ist eine verstärkte

konkurrieren

Eine

Mitarbeit auf nationaler und internationaler

schnelle Umsetzung der in Deutschland er-

Ebene notwendig. Deutsche Unternehmen

zielten Ergebnisse in der Normung ist daher

sollten sich deshalb verstärkt in die deutsche,

essenziell.

europäische und internationale Normung

derzeit

miteinander.

einbringen. ❙ Internationale Ausrichtung

Um deutsche Interessen, Technologien und

Aufbauend auf diesen Erfordernissen sind

Forschung (wie beispielsweise E-Energy) in

bereits eine Reihe von Maßnahmen ergriffen

die internationalen Aktivitäten einzubringen,

worden. Herausragend sind dabei die Etablie-

ist eine schnelle Verankerung in internationa-

rung eines Kompetenzzentrums E-Energy in

len Normen bei ISO und IEC wichtig.

der DKE und die Erarbeitung der vorliegenden Normungsroadmap. Diese Normungsroadmap

❙ Koordination und Fokussierung

befasst sich in Kapitel 3 mit Gründen zur

Smart Grid ist durch eine Vielzahl an Akteuren

Einführung eines Smart Grids und erläutert

und Fachgebieten geprägt. Daher ist eine

verschiedene Definitionen. In Kapitel 4 werden

gremienübergreifende Zusammenarbeit und

die heute schon vorhandenen wegweisenden

Koordinierung durch Einrichtung eines Len-

Normen und Standards sowie Studien zur Nor-

kungskreises sowie von Gruppen mit Fokus-

mungsarbeit im Bereich Smart Grid beschrie-

und Querschnittsthemen notwendig, um

ben. Schließlich werden in Kapitel 5 Empfeh-

Doppelarbeit zu vermeiden.

lungen für das weitere Vorgehen in den verschiedenen Themengebieten vorgeschlagen.

❙ Innovationsoffenheit

Um Innovationen zu fördern, soll Normung auf

Wir stehen in Deutschland vor einer enormen

Interoperabilität fokussieren und Festlegungen

Herausforderung, sehen aber auch vielfältige

hinsichtlich technischer Lösungen vermeiden.

Chancen in einer intelligenten Umgestaltung der heutigen Systeme. Die notwendigen Schritte

❙ Nutzung

und

Marketing

vorhandener

sind erkannt und beschrieben. Es ist jetzt an

Normen

uns allen, diese auch tatkräftig durch eigenes

Eine Vielzahl an notwendigen Normen existiert

Engagement in Gesellschaft und Politik sowie

bereits. Im Bereich der Energie-, Industrie-

Forschung, Wirtschaft und Normung umzuset-

und Gebäudeautomatisierung bestehen inter-

zen. Dazu benötigen wir national und internatio-

national anerkannte Normen. Diese müssen

nal tatkräftige Mitarbeit zur Erreichung unserer

entsprechend genutzt und bekannt gemacht

anspruchsvollen Ziele zum Wohle der Gesell-

werden. Informationen über diese Normungs-

schaft.

arbeiten und deren Status sind Bestandteil dieser Normungsroadmap.

Packen wir es an!

❙ Weiterentwicklung von Normen

Handlungsbedarf besteht im Wesentlichen in der Verknüpfung der etablierten Domänen. Dort muss der Schwerpunkt neuer Normungsvorhaben liegen.

9

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 10

2. Ausgangssituation für die deutsche Normungsroadmap zu E-Energy / Smart Grid Für das international in Fachkreisen intensiv

beitung von Regeln, Leitlinien und Merkmalen

diskutierte Smart Grid existieren verschiedene

für Tätigkeiten zur allgemeinen oder wieder-

Roadmaps und Frameworks, die zum Teil durch

kehrenden Anwendung durch eine anerkannte

nationale Gremien und Anspruchsgruppen,

Organisation verstanden. Unter Standardisie-

Industriekonsortien oder internationale Nor-

rung wird in der deutschen Normungsstrategie

mungs- und Standardisierungsgremien erstellt

der Erarbeitungsprozess von Spezifikationen

worden sind. Ihnen ist eines gemeinsam, näm-

bezeichnet. Dabei gibt es hier unterschiedliche

lich die Forderung, der gesteigerten Komplexität

Dokumente wie etwa die VDE-Anwendungsre-

und Technologiekonvergenz im Rahmen der

gel, PAS (Publicly Available Specifications), ITA

Veränderung des Stromnetzes hin zu einer Inte-

(Industry Technical Agreement) oder den TR

gration neuer Erzeugungs- und Speicherop-

(Technical Report).

tionen, aber auch der Einbindung der Kunden als aktiven Teil der Stromnetze durch eine stan-

Gefordert ist für diese Roadmap kein Kompilat

dardisierte IKT- und Automationstechnologie zu

der bisherigen Ansätze, auf die verwiesen wird,

begegnen.

sondern eine zielgerichtete strategische Aufstellung für deutsche Aktivitäten im Rahmen euro-

Kern der oftmals geforderten Kopplung der

päischer und weltweiter Entwicklungen. Dieses

neuen verteilten Systemkomponenten mit der

Dokument hat im Sinne einer integrierten deut-

existierenden Infrastruktur ist die technische und

schen Smart Grid-Roadmap Normungs- und

2

semantische Interoperabilität der Komponen-

Standardisierungsaspekte zu den Bereichen

ten verschiedener Hersteller unterschiedlicher

Netzleittechnik, Speicherung, dezentrale Erzeu-

Wirtschaftszweige. Diese kann nur durch Nor-

ger, Sicherheit, Automatisierungstechnik sowie

men und Standards erreicht werden.

Smart Meter und Heimautomatisierung im Fokus. Der vorliegende Entwurf einer nationalen Nor-

Ziel dieses Dokuments ist der Entwurf für eine

mungsroadmap beschreibt die Kernstandards

strategische und dennoch technisch orientierte

und -normen einer zukünftigen elektrischen

Roadmap, welche die Anforderungen an Nor-

Energieversorgung, benennt ihre Wichtigkeit

men und Standards für die deutsche Vision

und Einsatzgebiete und stellt Chancen, He-

des Smart Grids unter besonderer Berück-

rausforderungen und entsprechende Auswir-

sichtigung der BMWi- und BMU-Fördermaß-

kungen dar.

nahme E-Energy [BMWi] darstellt. Zudem bietet sie eine Übersicht über Normen und Standards

Das Konzept des Smart Grids wird über die E-

in diesem Umfeld, aktuelle Aktivitäten, notwen-

Energy-Projekte hinaus in vielen Fachkreisen

dige Handlungsfelder, internationale Koope-

und Forschungsprojekten behandelt. Aus die-

rationen und strategische Empfehlungen.

sem Grund wurde der Entwurf der Roadmap [DKENR] während eines Symposiums am 2.

10

Gemäß der deutschen Normungsstrategie

Februar 2010 und anschließend im Internet

[DIN 1, 2, 3] wird dabei unter Normung (engl. de

der Fachöffentlichkeit zur Kommentierung vor-

jure standard) die vollkonsensbasierte Erar-

gestellt. Die Möglichkeit zur Kommentierung

2 Unter semantischer Interoperabilität wird hier vor allem die inhaltlich-begriffliche Identität, d. h. identische Interpretation durch mehrere Parteien oder Systeme, der ausgetauschten Daten verstanden

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 11

Ausgangssituation/ Einleitung wurde von den Experten anschließend aktiv

schungsprojekten und der Arbeit in den

genutzt.

Normungsgremien – regelmäßig weiterentwickelt werden. Daher besteht auch nach der

Der Strategiekreis hat viele Anregungen für die

Veröffentlichung weiterhin die Möglichkeit, sich

jetzige Version 1.0 aufgegriffen bzw. aufgrund

mit Kommentaren und der Mitarbeit in der

der zum Teil sehr detaillierten Kommentare für

Normung an diesem Prozess zu beteiligen.

die weitere Detailarbeit in der nun anschließend erforderlichen Umsetzung empfohlen (siehe

Der Strategiekreis Normungsroadmap E-Energy /

auch Kapitel 6).

Smart Grid

Die Normungsroadmap soll auf Basis neuer Erkenntnisse – beispielsweise aus den For-

3. Einleitung 3.1. Gründe und Randbedingungen für die Erstellung einer Normungsroadmap

volatilen Erzeuger sollen Möglichkeiten zur Flexibilisierung der Last genutzt werden. Dazu notwendig sind ein entsprechend optimierter Netzbetrieb und Netzausbau sowie ein ver-

Eine effiziente, leistungsfähige und vor allem

stärkter Einsatz neuer Technologien wie der In-

zuverlässig

formations- und Kommunikationstechnologie

funktionierende

Energieversor-

gungsinfrastruktur ist die Basis für eine nach-

(IKT) oder moderner Leistungselektronik.

haltige, wachstumsorientierte Entwicklung der gesamten deutschen Wirtschaft, aber auch der

Sowohl auf europäischer Ebene als auch in den

Gesellschaft.

USA wurden entsprechende Visionen und Übergangsprozesse beschrieben. Als Kernaspekt

Um diese Infrastruktur auch unter dem Aspekt

zum Erreichen dieser Agenda wird das Smart

der Anforderungen eines klimatischen Wandels

Grid angesehen. Schon 2006 beschrieb die Eu-

nachhaltig betreiben zu können, werden natio-

ropean Technology Platform „Smart Grids“ mit

nal, aber auch international, verschiedene Ziele

ihrem wegweisenden Dokument „Vision and

definiert. In Europa wurden die 20/20/20-Ziele

Strategy for Europe’s Electricity Networks of the

im 3. Energiebinnenmarktpaket vereinbart, die

Future“ Herausforderungen und Lösungen für

einen weiteren Ausbau von erneuerbaren Ener-

zukünftige Elektrizitätsnetze [ETPEU]3.

gien und eine möglichst effiziente Nutzung der Energie anstreben. Dazu müssen künftig sowohl

Das „National Institute of Standards and Tech-

weitere Großanlagen auf Basis erneuerbarer

nology“ (NIST, USA) [EPRI] definiert das Smart

Energien als auch dezentrale Erzeugungsanla-

Grid als den Übergangsprozess von der jetzi-

gen, z. T. ebenfalls auf Basis erneuerbarer Ener-

gen Energieversorgung hin zu einer moder-

gien, in das bestehende System integriert

nisierten, besser geschützten, optimierten und

werden. Zur wirtschaftlichen Integration dieser

selbstheilenden Infrastruktur mit einer dedi-

3 Eckige Klammern verweisen auf das Literaturverzeichnis am Ende des Dokumentes

11

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 12

zierten bidirektionalen Kommunikation zwi-

zeugern, Verbrauchern und Speichermöglich-

schen den einzelnen am System beteiligten

keiten mittels eines optimierten Portfolios im

Komponenten. Im Smart Grid-Konzept werden

Spannungsfeld von Liberalisierung, geringerer

die existierenden elektrischen Netze und

Abhängigkeit von Importen, Verbrauchswachs-

Kommunikationstechnologien in der verteilten

tum, Einfluss auf die Umwelt, Netzausbau,

Infrastruktur zu einem neuen intelligenten Sys-

Netzkapazitäten und Wettbewerb am Markt

tem verbunden, in dem eine Vielzahl von Er-

agieren.

ba ale u E n nd e e r g rne i e n ue r ntr

Wi rts

er

ch

aft

erg

iek

era Lib En

rb gd

un

nz gre

Be

ua sq

os

lisi e ten r u n g

ze De z ien ffiz

be

we

iee erg

We tt

En litä

t

st ng

u rne dE un ien ale nerg E erb are

Fle

ntr

Elektromobilität

ze

Versorgungssicherheit

De

Wirtschaftswachstum

tz

rgu

us

La

ba

rso

us

er

tza

Ve

Ne

gd

es

w

Um

un

gd hu z sc ien elt ffiz mw iee r U erg sile En os r nf tio träge titu bs rgie Su Ene elt

ier

un

Gesellschaft

Energieautonomie

Speicher Vermeidung von Netzengpässen

Technik / Umsetzung

nz

ilis

gre g un nz el gre and Ein maw Kli

xib

Be

re

Politische Ziele

Energieeffizienz Dezentrale und Erneuerbare Energien Begrenzung des Netzausbaus

Abbildung 1: Motivation für ein Smart Grid auf Basis des Energiewirtschaftlichen Dreiecks – politische Ziele und technische Realisierung

12

Ein zentraler Aspekt einer Smart Grid-Strate-

Diese sorgen nicht nur für Interoperabilität in

gie bzw. -Roadmap sind neben der IKT, der

dem beschriebenen Technologieportfolio, son-

Leistungselektronik, den aktiven Verteilungsnet-

dern fördern neben politischer Unterstützung,

zen, der Schutztechnik, der Sicherheit im Sinne

Änderungen im Ordnungs- und im Regulie-

von Safety und Security und der Vorhersage-

rungsrahmen, neuen Technologien und der In-

und Optimierungstechnologien die Normung

vestitionssicherung entscheidend die interna-

und Standardisierung als Querschnittsthemen.

tionale Entwicklung hin zu einem Smart Grid.

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 13

Einleitung

3.2. Begriffe und Definitionen: Smart Grid

❙ Die Integration von immer mehr volatiler Er-

zeugung bei gleichzeitig steigendem Anteil an dezentralen Erzeugern, Speichern sowie

Für eine gemeinsame Basis einer Diskussion

eine Flexibilisierung des Verbrauchs.

des Normungsumfeldes von Smart Grids wird in diesem Abschnitt der Begriff Smart Grid definiert.

❙ Smart Grid ist ein ganzheitliches, intelligen-

tes Energieversorgungssystem, also nicht zu Die im Spiegelgremium DKE SMART.GRID

übersetzen mit „intelligentem Netz“. Es um-

4

fasst den Betrieb von aktiven Energievertei-

verwendete Definition soll hier als Basis dienen:

lungsnetzen und Energieübertragungsnetzen

[DKESG] zur IEC SMB/SG 3 „Smart Grid“

mit neuen IKT-basierten Technologien zur Der Begriff „Smart Grid“ (Intelligentes Energie-

Netzautomatisierung ebenso wie die Einbe-

versorgungssystem) umfasst die Vernetzung

ziehung von zentralen und dezentralen Ener-

und Steuerung von intelligenten Erzeugern,

gieerzeugungseinrichtungen und Speichern

Speichern, Verbrauchern und Netzbetriebsmit-

bis hin zu den Verbrauchern, um insgesamt

teln in Energieübertragungs- und -verteilungs-

eine bessere Vernetzung und Steuerung des

netzen mit Hilfe von Informations- und Kom-

Gesamtsystems zu erreichen.

munikationstechnik (IKT). Ziel ist auf Basis eines transparenten energie- und kosteneffizienten

❙ Ziel ist es, auch zukünftig unter veränderten

sowie sicheren und zuverlässigen Systembe-

Randbedingungen effizient nachhaltigen, wirt-

triebs die nachhaltige und umweltverträgliche

schaftlichen und sicheren Strom zu liefern.

Sicherstellung der Energieversorgung. ❙ Ein Smart Grid basiert auf einer vorhande-

Es existiert nicht genau ein Smart Grid, selbst nicht in einem Verbundnetz wie dem UCTE5

nen Infrastruktur. Es wird ein Übergangsprozess gesehen zu einem neuen Gesamtsys-

Netz . Die unterschiedlichen Erzeugungsstruk-

tem, das erweiterte Möglichkeiten einer ak-

turen in Europa, bedingt durch natürliche Res-

tiven und flexiblen Anpassung von Erzeugung,

sourcen, aber auch durch Regulierung, führen

Netzführung, Speicherung und Verbrauch an

zu unterschiedlichen Anforderungen an das

die sich ständig ändernden Anforderungen

Smart Grid in den einzelnen Ländern. Dazu

der Energiemärkte bietet.

kommen Verbraucherstrukturen, die z. B. durch Energiepreise, urbane Siedlungsdichte oder

❙ Das Smart Grid ermöglicht neue verteilte und

Nutzungsgewohnheiten unterschiedlich ausge-

dezentrale

prägt sind. Dies hat direkte Auswirkungen auf

Automatisierung im aktiven Verteilungsnetz.

Netzführungstechnologien

zur

den Grundaspekt im Smart Grid, nämlich die koordinierte Balance zwischen Energieerzeu-

❙ Die Einbindung des Kunden in seiner Rolle

gung und -verbrauch und somit auch auf die zu

als Verbraucher und ggf. Erzeuger (Prosu-

standardisierende Smart Grid-Landschaft. Eine

mer)6 in einem Smart Building, Smart Home

Definition des Begriffs Smart Grid umfasst daher

oder mit einem Elektromobil mit intelligen-

Eigenschaften, die auf alle Smart Grids zutreffen

tem Lademanagement,

können. Zentrale Aspekte in bisherigen interna-

• der als aktiver Teilnehmer am Energiesys-

tionalen und deutschen Definitionen sind:

tem mittels Kommunikationstechnologien

4 IEC International Electrotechnical Commission Standardization Management Board (SMB) Strategic Group (SG) 3 5 UCTE – Union for the Coordination of the Transmission of Electricity, europäisches Verbundnetz. Seit Juli 2009 in die ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators) übergegangen 6 Unter dem Begriff des Prosumers wird eine Kombination aus Stromkonsument (engl. Consumer) und Stromproduzent (engl. Producer) verstanden, zumeist also ein Haushalt, der neben einem Verbrauch auch eine Einspeisung in das Netz etwa mit EEG-geförderten Anlagen vornimmt

13

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 14

bidirektional mit dem Versorger kommuni-

dustrieautomation. Mit den neuen Ansätzen er-

ziert (z. B. über Smart Meter-Technologien

fahren die bisherigen Ansätze eine Erweiterung

oder aktive Verteilungsnetze),

in Anzahl und Funktionalität bei Einbeziehung privater Haushalte und Gewerbe sowie auch im

• höher aufgelöste Informationen über seinen

Hinblick auf eine verstärkte Kommunikation zwi-

Verbrauch als bisher erhält,

schen Energieversorgung (Netzbetreiber, Liefe-

• auf Grundlage von externen Anreizen de-

rant, Messstellenbetreiber) und Kunde.

zentrale Entscheidungen im Sinne eines stabilen Gesamtenergiesystems trifft oder • sich teilweise auch durch externe Markt-

❙ Intelligente Nutzung von neuem Equipment

partner des Energiesystems direkt oder

wie etwa elektronischen Zählern, Energie-

indirekt steuern lässt,

management, Energiemanagement-Gateways, Consumerelektronik, Elektrofahrzeugen, ther-

• der aktiv umweltpolitische Ziele wie die

mischen Speichern (z. B. Kälteanlagen, Wär-

20/20/20-Ziele unterstützen möchte.

mepumpen und KWK-Anlagen mit WärmeDamit wird dieses vernetzte Energiemanage-

speichern) und eine interoperable Einbin-

ment ein weiterer Treiber für den Einsatz von

dung dieser Komponenten in das Netz.

Gebäudeautomatisierung – insbesondere bei Bestandsgebäuden. Energiemanagementsyste-

❙ Neue Produkte und Dienstleistungen auf dem

me sind bereits seit Jahren im Einsatz im eher

Marktplatz der Energie, insbesondere zur

professionellen Umfeld der Gebäude- oder In-

Steigerung der Energieeffizienz und zur Ener-

Smart Distribution und Transmission

Smart Generation

Kommunikation zwischen allen Systemkomponenten

Smart Consumption

Smart Storage

Interdisziplinäre Technologien: Datensammlung, -verarbeitung und -vernetzung

Marktplatz

Netzbetrieb

Abbildung 2: Wirkungsmatrix des Smart Grids

14

Smart Grid

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 15

Einleitung

gieeinsparung, aber auch zur Verbindung von

❙ Koordiniertes lokales Energiemanagement

Energiemanagement und Gebäudeautomati-

unter Integration von verteilter Erzeugung

on, werden durch das Smart Grid ermöglicht

erneuerbarer Energien und den existieren-

und schaffen eventuell ganz neue Markt-

den zentralen Großerzeugern.

chancen für Dienstleistungen und Produkte. ❙ Ausbau von kleinen, verteilten Erzeugern mit ❙ Fortgeschrittene, IKT-gestützte Management-

funktionen sollen einen effizienteren, flexible-

enger lokaler Anbindung an die Endverbraucher.

ren und emissionsärmeren Betrieb ermögli❙ Harmonisierte rechtliche Bedingungen, um

chen.

einen europäischen grenzüberschreitenden ❙ Die angesprochene dynamische Integration

Handel zu ermöglichen.

einer Vielzahl an dezentralen und erneuerbaren Energien und des notwendigen Last-

❙ Flexibles Demand Side Management und

managements in vielen Haushalten bedeutet

endkundengetriebene,

eine erhöhte Komplexität, die das Smart

dienste.

neue

Mehrwert-

Grid mit neuen IKT-basierten Lösungen zur Sicherstellung der Versorgung auf dem heu-

❙ Vielfältige Dienste zur Erhöhung der Energie-

effizienz.

tigen hohen Niveau erfordert.

Die European Technology Platform „Smart Grids“ [ETPEU] hat bereits im Jahr 2006 eine

❙ Flexibler, optimierter und strategischer Netz-

ausbau, -betrieb und -wartung.

strategische Vision basierend auf verschiedenen Treibern für einen Übergangsprozess zum

❙ Anwendungsbezogene Qualität, Zuverlässig-

Smart Grid hin definiert. Eine der Kernforde-

keit und Sicherheit der Versorgung für das

rungen der EU ist dabei die Etablierung von

digitale Zeitalter.

gemeinsamen

technischen

Standards

und

Protokollen, um einen offenen Zugang, Inter-

In dem Strategic Deployment Document der

operabilität und Herstellerunabhängigkeit der

ETP Smart Grids [ETPSDD] wird daher ein

verwendeten Smart Grid-Komponenten zu

Smart Grid definiert als:

erreichen. Das Smart Grid soll dabei vor allem der nachhaltigen Entwicklung dienen. Die EU

A Smart Grid is an electricity network that can

definiert als eines der Kernelemente dabei die

intelligently integrate the actions of all users

Bidirektionalität sowohl der Kommunikations-

connected to it – generators, consumers and

als auch der Energieflüsse. Unter Berücksichti-

those that do both – in order to efficiently deli-

gung zahlreicher Anspruchsgruppen wird der

ver sustainable, economic and secure electri-

Übergang vom existierenden Energiesystem

city supplies.

mit den großen Erzeugern, zentralisierter Kontrolle, begrenzten multinationalen Übergabe-

Die europäischen Regulatoren nutzen und un-

punkten, lokaler Optimierung und verschiede-

terstützen den Ansatz der ETP Smart Grids,

nen nationalen regulatorischen Bedingungen

betonen aber, dass die Weiterentwicklung Mit-

hin zu einem neuen System forciert. Die sieben

tel zum Zweck sein muss und Investitionen in

Kernaspekte des zukünftigen Energiesystems

smartere Netze einen Nutzwert und direkten

sind dabei:

Vorteil für alle Netznutzer ergeben müssen.

15

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 16

Abbildung 3: Smart Grid-Vision der Europäischen Union – Netzbetrieb7

ERGEG8 drängt die nationalen Regulatoren

Das Smart Grid ist damit im amerikanischen

dazu, klar zwischen den Kosten und Nutzen

Verständnis analog der Modernisierung des

für Netznutzer und nicht netznutzungsrele-

aktuellen Stromverteilungssystems hin zu ei-

vanten Kosten und Nutzen zu unterschei-

nem auf der Grundlage neuer IKT-Technologien

den [ERGEG].

gesamthaft gesteuerten System durch Verbindung vom Übertragungs- und Verteilungsnetz,

Das NIST in den USA fasst die Smart Grid-

von zentraler und verteilter Energieumwandlung,

Aspekte analog unter folgenden Kerncharakte-

Energiespeichern, von Industriekunden und

ristika zusammen [EPRI]:

Gebäudeautomationssystemen bis hin zu den energetischen Installationen der Endkunden

„The term ̦Smart Grid ̦ refers to a modernizati-

mit ihrer Sensorik, ihren Fahrzeugen und Gerä-

on of the electricity delivery system so it moni-

ten in den Haushalten.

tors, protects and automatically optimizes the operation of its interconnected elements –

Damit sollen informierte Kunden in die Lage

from the central and distributed generator

versetzt werden, neue Stromprodukte, -dienste

through the high-voltage transmission network

und -märkte zu nutzen. Um die benötigte,

and the distribution system, to industrial users

gleichbleibend hohe Stromqualität sicherzu-

and building automation systems, to energy

stellen, muss der Betrieb des Energiesystems

storage installations and to end-use consu-

unter Effizienzaspekten optimiert werden und

mers and their thermostats, electric vehicles,

robust gegenüber Störungen, Angriffen und

appliances and other household devices.“

Umwelteinflüssen sein.

7 Quelle: ETP Smart Grids [ETPEU]

16 8 ERGEG European Regulators’ Group for Electricity and Gas

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 17

Einleitung

Jede Smart Grid-Definition umfasst technische und ökonomische Anwendungsgebiete, so genannte Domänen, sowie organisatorische Elemente wie Systemteilnehmer (Akteure, Markt-

3.3. Verschiedene Perspektiven des Themas Smart Grid / E-Energy und Entwicklung von Fokusthemen

rollen). Innerhalb von Domänen wirken im Verantwortungsbereich von Marktrollen durch Akteure Anwendungsfälle (en.: Use Cases) auf

3.3.1. Verschiedene Perspektiven

Objekte ein. Für den Normungsbereich sind die theoretischen Definitionen und Beschrei-

Bei der Beschreibung von Lösungen oder

bungen der Beziehungen untereinander von

Ansätzen für ein Smart Grid – beispielsweise

Systemteilnehmern, semantischen Objektmo-

auch für die detailliertere Weiterentwicklung

dellen, Syntax der Schnittstellen von Anwen-

dieser Roadmap in bestimmten Teilbereichen –

dungsfällen sowie der Beziehungen zwischen

werden die folgenden, unterschiedlichen Per-

Objekten (Ontologien) – hier nur angedeutet

spektiven als hilfreich angesehen, um eine

und im folgenden Kapitel etwas weiter ausge-

umfassende und einheitliche Herangehenswei-

führt – von Bedeutung.

se in ersten Grundzügen zu entwickeln. Teilweise können diese wichtigen Themen hier nur

Die regulatorischen, organisatorischen sowie

angerissen werden: Zum einen ist eine tief-

auch ökonomischen Aspekte eines Marktes

greifende Beschreibung von Definitionen und

liegen nicht direkt im Einflussbereich der Nor-

Beziehungen zu komplex, zum anderen befin-

mung und Standardisierung. Hier können Nor-

den sich diese Arbeiten noch in der Entwick-

men und Standards aber kostensenkend wir-

lung. Hier wird auf die Internetseite des DKE-

ken und damit manche Geschäftsmodelle erst

Kompetenzzentrums E-Energy9 für weitere, je-

ermöglichen. Auf der anderen Seite erfolgt die

weils aktualisierte Detaillierungen verwiesen.

Anwendung von Normen und Standards im Rahmen des jeweils bestehenden Ordnungs-

❙ Rollen/Marktrollen

und Regulierungsrahmens. Diese Roadmap er-

Eine Zuordnung von Aktivitäten im Smart Grid

arbeitet deshalb ansatzweise auch Empfehlun-

erfolgt über Rollen. Sie stellen rechtsgeschäfts-

gen zu diesen politischen und regulatorischen

fähige, feingranulare Instanzen im Wertschöp-

Aspekten, da die Normung hiervon beeinflusst

fungsnetzwerk des E-Energy-Marktes dar.

wird und der Strategiekreis sowie die anschließende öffentliche Kommentierung entsprechen-

Rollen sind teilweise national oder regional

den Handlungsbedarf identifizierte. Die organi-

durch unterschiedliche regulatorische oder

satorischen und ökonomischen Aspekte liegen

gesetzliche

nicht im Fokus dieser Roadmap, beeinflussen

geprägt. Durch eine möglichst weitgehende

sich aber zusammen mit den technischen

Einteilung von theoretischen, granularen Rol-

Schwerpunkten wechselseitig. Die Normung

len kann versucht werden, Lösungen, Funk-

steht damit im direkten Spannungsfeld von

tionalitäten, Module oder Schnittstellenbe-

gesetzlichen Rahmenbedingungen, Marktanfor-

schreibungen, die auf ein Verständnis der

derungen, Erwartungen der Energieverbraucher/

verschiedenen Rollen aufbauen, weitestge-

Bestimmungen

definiert

und

Kunden sowie vor allem der technischen Ent-

hend so zu beschreiben, dass grundlegende

wicklung.

Ergebnisse auch auf internationaler oder europäischer Ebene übertragbar bleiben. Dies bedeutet, dass manche Marktrollen in

9 www.dke.de/KoEn

17

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 18

der Praxis zusammenfallen bzw. manche

Beispiele für derartige Bündelungen sind der

Marktteilnehmer mehrere Marktrollen aus-

Prosumer als Bündelung der Marktrollen Pro-

üben.

duzent und Energienutzer sowie der Energieversorger als Unternehmen mit einer voll-

Folgende Marktrollen bestehen oder wurden

integrierten Wertschöpfungskette von der

auf Grundlage bisheriger und mit der Ent-

Stromerzeugung, der Übertragung, der Ver-

wicklung von Smart Grid neu entstehender

teilung, dem Energiehandel, der Lieferung,

Verantwortlichkeiten identifiziert:

dem Messstellenbetrieb und der Messstellen-

• Produzent (Stromerzeuger oder Wärmeer-

dienstleistung sowie der Energiedienstleistung.

zeuger) • Energienutzer

(Anschlussnehmer,

An-

schlussnutzer)

❙ Akteur

Ein Akteur bezeichnet ein handelndes Ele-

• Übertragungsnetzbetreiber (TSO)

ment in einer Wirkungsdomäne, das einer

• Verteilungsnetzbetreiber (DSO)

Rolle zugeordnet ist – z. B. ein physikali-

• Energielieferant (im Sinne von Multi-Utility zu

sches Gerät, ein logisches Gerät, eine natür-

verstehen; Strom, Wärme, Gas, Wasser)

liche oder eine juristische Person.

• Bilanzkreisverantwortlicher ❙ Domänen

• Bilanzkreiskoordinator • Energiehändler

Mit Wirkungsdomänen werden Systemberei-

• Energiebörse (EEX)

che mit definierten Grenzen definiert, in de-

• Messstellenbetreiber (MSB), Messdienst-

nen die Aktivitäten von Anwendungsfällen

leister (MDL) • Energiemarktplatzbetreiber

ablaufen und eine grobe Einteilung des ge(Sammlung/

Verhandlung von Angeboten wie beispiels-

samthaften

Energiesystems

anhand

des

physikalischen Stromflusses bzw. der infor-

weise Energielieferungen, Systemdienst-

mationstechnischen

leistungen wie Regelenergie durch Last-

nommen werden kann – wie beispielsweise

management oder Speicher sowie Bereit-

in der NIST- oder der IEC-Roadmap ausge-

stellung von Blindleistung)

führt. In den genannten Quellen werden hier

Verbindungen

vorge-

• Weitere Energiedienstleister (wie beispiels-

die Bereiche zentrale Erzeugung, Übertra-

weise Energieberater, Contracting-Unter-

gung, Verteilung, Kunde, Märkte, Betrieb

nehmen)

und Service genannt. Es kann zur sinnvollen

• Kommunikationsnetzbetreiber

Bündelung von Use Cases aber angebracht sein, diese Einteilung des Gesamtsystems

Diese direkt an den Prozessen beteiligten

weiter zu untergliedern, z. B.:

Marktrollen sind gedanklich zu ergänzen mit

• die Erzeugung als Domäne in die zentrale

weiteren Stakeholdern wie beispielsweise

Erzeugung in Großkraftwerken und der

den Herstellern von Smart Grid-fähigen Ge-

verteilten Erzeugung in Kundenobjekten

räten.

(z. B. Photovoltaik oder BHKW) • die Domäne „Kunde“ in die Unterdomänen

❙ Bündelrolle

Haushaltskunde, Gewerbekunde, Industrie-

Hiermit werden rechtsgeschäftsfähige Instanzen mit Bündelung von granularen Marktrollen

im

Wertschöpfungsnetzwerk

E-Energy-Marktes definiert.

18

des

kunde • die Domäne „Markt“ beispielsweise realisiert im elektronischen Regionalmarkt mit virtuellem Bilanzkreis/virtuellem Kraftwerk,

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 19

Einleitung

dem Energiegroßhandel oder dem Regelenergiehandel

❙ Semantik, Syntax von Dienste-Schnittstellen,

semantische Objektmodelle, Beziehungen von Objekten (Ontologien).

❙ Anwendungsfall (en.: Use Case)/Funktionen/

Die Anwendungsfälle als Bausteine in Pro-

Schnittstellen

zessen kommunizieren über Schnittstellen

Ein Anwendungsfall ist eine Struktur zur

und benötigen eine einheitliche Semantik

Bündelung von Aktivitäten auf unterer Glie-

von Objekten, die Definition der Beziehun-

derungsebene. Damit sollen Anwendungsfäl-

gen zwischen Objekten (Ontologien) sowie

le detaillierte Funktionsbeschreibungen un-

eine definierte Syntax, um den Informations-

abhängig vom Geschäftsmodell oder der

fluss

Systemarchitektur innerhalb einer Domäne

Kommunikationsmodelle und Marktrollen si-

darstellen. Die Beschreibung von Anwen-

cherstellen zu können. Gerade in diesem

dungsfällen mit Objektmodellen und Service-

Feld wird eine wichtige Aufgabe der Nor-

Schnittstellen wird als Grundlage für die

mung gesehen.

über

verschiedenste

Schnittstellen,

Normung im Smart Grid angesehen, da die Anwendungsfälle über verschiedene Akteure

❙ High-Level-Funktionen

hinweg zu gestalten sind. Um Anwendungs-

Bündelung von Anwendungsfällen mit ver-

fälle zu definieren, ist immer das betrach-

schiedenen Akteuren, um sinnvoll komplexe

tete System mit seinen Systemgrenzen fest-

Business Cases rollen- und systemübergrei-

zulegen, wobei für die Anwendungsfälle die

fend zu beschreiben und die Vielzahl von

Außensicht eingenommen und der innere

denkbaren, detaillierten Anwendungsfällen

Ablauf der Aktivitäten nicht detailliert wird.

zu systematisieren.

Beispiel: das An- und Abschalten einer Er-

Beispiel: Energiemessung/Abrechnung oder

zeugungsanlage oder eines verbrauchenden

Lastmanagement mittels anreizorientierter

Gerätes

Informationen.

❙ Aktivität im Anwendungsfall

❙ Prozesse und Produkte

Eine Aktivität im Anwendungsfall ist eine Tätig-

Anwendungsfälle (en.: Use Cases) werden

keit innerhalb einer Wirkungsdomäne im Ener-

von Marktrollen zu Prozessen aufgereiht und

giemarkt mit Definition einer Eingabe über ei-

mit Produkten verbunden. Produkte definie-

nen Sender als logischen Knoten sowie Ausga-

ren eine Leistung eines Anbieters gegenüber

be über einen Empfänger als logischen Knoten.

einem Nachfragenden. Um Produkte auf einem elektronischen Marktplatz der Energie

Beispiel: Anwendungsfall „Blindleistungsbe-

in einer Maschine-zu-Maschine-Kommunika-

reitstellung“, Aktivität „Information an Wind-

tion anbieten zu können, sind ebenso Ser-

energieanlage“, Sender „Bilanzkreiskoordi-

vice-Schnittstellen und ein Datenmodell für

nator“,

Produkte zu definieren.

Empfänger

„Windenergieanlage“,

Akteure „Bilanzkreiskoordinator“ und „Energieerzeuger und Systemdienstleistungsbe-

Beispiel: Stromlieferung in Verbindung mit

reitsteller Windenergieanlage“.

einem bestimmten, evtl. dynamischen Tarif; Maschine-zu-Maschine-Kommunikation kann

Die Aktivitäten einer Rolle werden in Anwen-

in diesem Fall bedeuten: die Information des

dungsfällen gebündelt.

IT-Systems des Stromlieferanten über einen

19

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 20

neuen Tarif an das Energiemanagementsys-

Marktteilnehmer

tem im Haushalt, das mit dieser Information

möglicher Lieferantenwechsel (siehe Ab-

automatisch das hausinterne Lastmanage-

bildung 4).

vor

dem

Hintergrund

ment optimiert, d. h. Geräte zu- oder abschaltet.

Für die handelnden Marktteilnehmer müssen sich neue praktikable Geschäftsmodelle er-

❙ Business Case

geben. Neue Funktionen, Technologien oder

Business Cases als wirtschaftliche Leistungen

Herausforderungen allein reichen nicht, wenn

oder Anwendungsmodelle entstehen durch die

Marktteilnehmer für ihre Investitionen keinen

Verbindung von Prozessen mit ihren Bestand-

positiven wirtschaftlichen Erfolg erwarten kön-

teilen Anwendungsfälle sowie den Produkten

nen. Auch der Endkunde als Marktteilnehmer

bei einer Rolle oder Bündelrolle. Zum Bei-

muss informiert werden und die neuen Funk-

spiel kann ein Business Case Netzlastma-

tionen als für sich positiv wahrnehmen.

nagement mit den Rollen Verteilungsnetz❙ Automation

betreiber und Messdienstleister als Bündelrolle in Verbindung mit der Rolle Speicher-

Während Geschäftsprozesse oft statisch ent-

anbieter und Anbieter von Systemdienst-

lang einer linearen Kette mit Verzweigungen

leistungen als Bündelrolle Prosumer definiert

abgebildet werden können und damit stati-

werden. Business Cases unterliegen der

sche Schnittstellenbeschreibungen ausrei-

Marktfreiheit und sind damit nicht zu stan-

chend sind, sind komplexe Automatisie-

dardisieren. Normungsrelevant ist aber die

rungsprozesse mit Rückkopplungsschleifen

Interaktion der Bausteine in Form von An-

dynamisch. Wenn zusätzlich zur Reduktion

wendungsfällen oder generischen Produkt-

von Komplexität statt rein zentraler Füh-

modellen zur Definition von Angeboten der

rungstechnologien auch dezentrale und ver-

z. B. Verteilungsnetzbetreiber

Marktrolle Marktrolle

z. B. MDL

Marktrolle

Bündelrolle

Use Case 1 Use Case 2 Use Case n

Einbindung weiterer Akteure Prozess

z. B. Bündelrolle „Prosumer“ als Speicherund Systemdienstleistungsanbieter

Business Cases / Produkt Netzlastmanagement

Abbildung 4: Erläuterung und Beispiele der Begriffe Business Case, Akteur, Marktrolle und Anwendungsfall (Use Case)

20

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 21

Einleitung

teilte Automatisierungstechnologien einge-

Die generische Referenzarchitektur für das

setzt werden, erfordert die Interoperabilität

Smart Grid sollte dabei Grundlage für

in einer heterogenen Systemumgebung ver-

Nachhaltigkeit, Flexibilität, Effizienz und

schiedenster Anbieter die Normung von Zu-

Wirtschaftlichkeit sein, aber auch beson-

stands- und Funktionsbeschreibungen. Dies

deren Anforderungen wie Robustheit und

betrifft insbesondere die Domänen Vertei-

Resilienz10 der künftigen Energieversorgung

lungsnetz und Gebäude.

genügen.

❙ Querschnittsthemen

❙ Interessengruppen/Stakeholder

In allen Domänen sind wiederkehrende, nor-

Neben den Marktrollen sind vielfältige, weite-

mungsrelevante Querschnittsthemen festzu-

re Interessengruppen im Umfeld von Smart

stellen, die nicht einem bestimmten Teilge-

Grid aktiv, die ebenfalls einen Beitrag zur

biet zuzuordnen sind, sondern sich durch

Umsetzung von Smart Grids leisten können

alle Bereiche eines zukünftigen Smart Grids

bzw. auch auf die Gestaltung und Umset-

ziehen: so beispielsweise die Architekturdefi-

zung Einfluss nehmen: Verbände, Hoch-

nition, Sicherheitsthemen, Festlegung einer

schulen und Forschungsinstitute, Verbrau-

gemeinsamen Terminologie oder einer ein-

cher- oder Naturschutzorganisationen, aber

heitlichen Semantik für die Datenübertragung

auch die Politik durch die Setzung der

über mehrere Schnittstellen und Wertschöp-

gesetzlichen Rahmenbedingungen, Behör-

fungsstufen hinweg.

den wie die Bundesnetzagentur durch regulatorische Vorgaben etc.

• Datenschutz (Privacy) Beispiel: Datenschutz bei Energiezählerdaten (Smart Meter) • Informationssicherheit (Security)

❙ Herausforderungen, Motivation, Hemmnisse

In der Regel werden neue Lösungen über neue Herausforderungen wie Klimawandel,

Beispiel: Schutz der Informationen vor

neuem Energiemix oder die notwendige

Hackerangriffen oder Verfälschungen

Modernisierung der Netze motiviert. Allge-

• Sicherheit von Produkten und Systemen

mein wird in der Folge der vermehrte Einsatz

(Safety)

von erneuerbaren Energien oder die Verbes-

Beispiel: Sicherheit von Produkten mit

serung der Energieeffizienz als politisches

neuen Smart Grid-fähigen Funktionen

Ziel vorgegeben. Auf diese Punkte wird in

• Versorgungssicherheit (Critical Infrastruc-

der Einleitung und in Kapitel 3.4 kurz einge-

ture)

gangen. Darüber hinaus werden sie in vielen

Erhaltung der Versorgungssicherheit und

Literaturquellen ausführlich beschrieben.

damit insbesondere die Aufrechterhaltung der unverzichtbaren Kernfunktionen der Energieversorgung auch in Krisenlagen • IKT-Architektur

❙ Normen und Standards

Vorhandene, zu entwickelnde oder zu modifizierende Normen und Standards müssen in

Während eine IKT-Architektur sich am

den Entwicklungen berücksichtigt werden.

Markt entwickelt und schnellen Verände-

Der Nutzen von Normen für die einzelnen

rungen unterworfen ist, sollten die Me-

Marktteilnehmer wird in Kapitel 3.4 be-

thodik zur Architekturdefinition und die

handelt.

Entwicklung einer generischen Referenzarchitektur vorangetrieben werden.

10 Lat. resilire: „zurückspringen, abprallen“, deutsch etwa Widerstandsfähigkeit – beschreibt die Toleranz eines Systems gegenüber Störungen

21

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 22

3.3.2. Fokusthemen

❙ Smart Meter

Digitale Energieverbrauchszähler mit standarFür die kommende Umsetzung in Deutschland

disierten Kommunikationsschnittstellen für

wurden aus der Diskussion über die verschie-

Fern- und Nahkommunikation sowie Objekt-

denen Perspektiven folgende Fokusthemen für

modellen für neue Gerätetypen (siehe hierzu

eine priorisierte Behandlung in der Normung

auch Inhouse Automation).

und Standardisierung ermittelt. Es ist geplant und bereits teilweise umgesetzt, dass Fokus-

❙ Dezentrale Erzeugung und Lastmanagement

gruppen diese Themen für die Normung auf-

Anschlussbedingungen und kommunikations-

greifen und damit eine Verbindung zwischen

technische Einbindung von dezentralen Er-

der allgemeinen Diskussion zu Smart Grid und

zeugern wie Wind, Photovoltaik oder KWK-

den detaillierten Arbeiten in Normungsgremien

Anlagen und Lasten, zu denen auch Speicher

herstellen – d. h., die Fokusgruppen werden

oder Elektroautos gezählt werden, Erzeu-

zu den folgenden Themen Gremien und Stake-

gungsmanagement/Lastmanagement: z. B.

holder zusammenführen (siehe auch Kapitel

über Preissignale/dynamische Tarife.

6 – Ausblick auf die Weiterführung einer Nor❙ Inhouse Automation

mungsroadmap).

Energiemanagement im Gebäude oder in ❙ Informationssicherheit und Datenschutz als

der Industrie unter Berücksichtigung des

Querschnittsthema (s. o.)

Lastmanagements von Geräten, lokaler Er-

Einheitliche Empfehlungen zu IT-Sicherheit

zeugung oder Speicherung.

und Datenschutz, Bewertungsverfahren für Sicherheitslösungen in unterschiedlichen Be-

Gebäudeinterne Kommunikation zu ver-

reichen und mit wechselnden Bedrohungs-

schiedenen Geräten, Systemen, intelligenten

szenarien.

Endgeräten wie Smart Appliances oder Heizungsanlagen.

❙ Kommunikation

Datenmodelle

und

Semantik/Syntax

von

❙ Verteilungsnetz-Automatisierung

Dienste-Schnittstellen, semantische Objekt-

Automation im Verteilungsnetz, insbesondere

modelle, Beziehungen von Objekten (Onto-

durch Ausweitung der Netzführung auf den

logien).

Niederspannungsbereich durch verteilte und dezentrale Netzführungstechnologien.

Entwicklung eines einheitlichen semantischen Modells zur Beschreibung von Objek-

Diese Fokusthemen decken sich mit der Ein-

ten, den Objektbeziehungen sowie der Syn-

schätzung, dass in diesen Bereichen in Deutsch-

tax für die Schnittstellen von Anwendungs-

land sehr gute Voraussetzungen und eine hohe

fällen in Prozessen über die verschiedenen

Expertise vorliegen; sei es aufgrund des bereits

Wertschöpfungsstufen und Schnittstellen so-

hohen Anteils an Wind- und Sonnenenergie

wie zwischen verschiedenen Marktrollen. Hier

und des politischen Willens zum weiteren Aus-

werden beispielsweise Ergänzungen zu den

bau der erneuerbaren Energien, der damit wei-

als notwendig erachtet. Die-

terhin als nachhaltiger Treiber für die E-Energy-

se Arbeiten gelten als Basis für die Entwick-

Ideen angesehen werden kann, als auch auf-

lung neuer Marktmodelle für ein Erzeu-

grund der geförderten E-Energy-Projekte selber

gungs- und Lastmanagement.

sowie weiterer Projekte zur Elektromobilität.

CIM-Modellen

22

11

11 CIM Common Information Model (siehe Kapitel 4)

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 23

Einleitung

Als Themen, die in weiteren Schritten zu bear-

So werden mit koordinierter Zu- und Ab-

beiten sind, wird beispielsweise das Übertra-

schaltung von Erzeugern und Verbrau-

gungsnetz gesehen.

chern mehr Anlagen in das Netz integriert und

durch

Konzepte

„Virtuelle Kraftwerk“

3.4. Nutzen von Smart Grids und deren Normung

14

wie

etwa

das

die Integration der

„Erneuerbaren“ unterstützt. Ziel ist es dabei, auch im Verbund mit lokalen Speichereinheiten lokale Optimierungen und

Verschiedene Stakeholder profitieren unter-

Lastverschiebungen zu unterstützen. Zu

schiedlich von Smart Grids sowie der Nor-

beachten ist hierbei nicht nur die Wirkleis-

mung und Standardisierung in diesem Bereich.

tungseinspeisung, sondern auch der Bei-

Der folgende Abschnitt wird generelle Vorteile

trag zur Blindleistungserzeugung.

für verschiedene Anspruchsgruppen beschreiben und in Relation zum Aspekt der Normung und Standardisierung stellen. In der Literatur werden sowohl die Vorteile von Smart Grids

12

13

❙ Energieeffizienz

• Smart Grids/Smart Metering setzen Anreize für Energieeffizienz

wie auch der Normung beschrieben. In der fol-

• Vermeidung/Reduzierung von Regelener-

genden Beschreibung sollen diese Argumente

gie – direkte Nutzung von erneuerbarer

nicht wiederholt werden, sondern nur auf be-

Energie durch Lastmanagement

sondere Aspekte zwischen diesen beiden Feldern hingewiesen werden.

Wirtschaftspolitische Vorteile ❙ Nachhaltige und wirtschaftliche Sicherstel-

lung der Energieversorgung

3.4.1. Nutzen für den Staat und die Wirtschaft – allgemeine Darstellung

• Erhöhung der Energieautonomie bzw. Diversifikation der Primärenergiequellen und Substituierung von fossilen Energieträgern durch intelligente Nutzung von Wind- und

Mit einem Smart Grid, einem intelligenten Energieversorgungssystem, werden vielfältige

Sonnenenergie • Beitrag zur Netzstabilität

Vorteile verbunden, die hier mit folgender, nicht abschließender Liste von Beispielen angerissen werden sollen:

❙ Sicherung bzw. Steigerung der Kompeten-

zen nationaler Hersteller • Die deutsche Industrie profitiert durch

Umweltpolitische Vorteile

ihren starken IKT-Background, aber vor

❙ Voraussetzung für den Klimaschutz und die

allem durch Ingenieurdisziplinen wie Ma-

20/20/20 Agenda durch:

schinenbau, Anlagenbau oder Automati-

• Integration erneuerbarer und dezentraler

sierung von den weltweit geforderten neu-

Energieerzeugung

en Technologien.

• Zukünftig Integration weiterer erneuerbarer

• Zusätzlich ist der deutsche Mittelstand

Energieerzeuger in die bestehenden Sys-

stark im Bereich der erneuerbaren Ener-

teme nur durch Smart Grids möglich

gien und Spezialtechnologien engagiert.

12 Siehe z. B. [BDI, BMWi2, 3, ETPEU] wie auch Kapitel 3.1 und 3.2 13 Siehe deutsche Normungsstrategie [DIN 1, 2, 3] und Literaturquellen zum Verhältnis von Normung und Innovation [Fußnote 32, CENELEC2] 14 Als „virtuelle Kraftwerke“ werden im Rahmen von Smart Grid mit Schwerpunkt auf den Verteilungsnetzen die Zusammenfassung (Clusterung) von kleineren Kraftwerkseinheiten, besonders solche mit erneuerbarer Energie und auf Mittel-/Niederspannungsseite einspeisend, zu steuerbaren größeren Einheiten bezeichnet

23

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 24

Normungspolitische Vorteile

zen. Das Vertrauen der Nutzer in eine neue,

❙ Erleichterung des Exports und Sicherung

komplexe Technologie wird erhöht. Time-to-

von Märkten bei weitgehender Standardisie-

Market der neuen Lösungen wird somit

rung der Komponenten eines Smart Grids

reduziert.

Deutsche Experten sind in vielen Bereichen international bereits stark engagiert, z. B. in

❙ Unterstützung bei der sicheren Anwendung

der internationalen Arbeitsgruppe zur Norm

von neuen Smart Grid-fähigen Geräten und

15

IEC 61850-7-420 . Damit können auch In-

Systemen durch Normen.

teressen der deutschen Hersteller von dezentralen Erzeugern in die Diskussion eingebracht werden.

❙ Normung und Interoperabilitätsstandard er-

möglichen Marktkommunikation Die weitere Liberalisierung der bestehenden

❙ Geringere Implementierungskosten – An-

Energiemärkte und das Entstehen neuer

schlusskosten und der Engineeringaufwand

Formen der Energiemärkte und Dienstleis-

beim Anschluss von dezentralen Anlagen

tungen für das Smart Grid benötigen Stan-

oder Lastmanagementsystemen – bei der

dards.

nationalen Umsetzung des Smart Grids aufgrund von Interoperabilitätsstandards.

❙ Normen und Standards ermöglichen die

Wiederverwendung von softwaretechnischen ❙ Unterstützung bei der Wissenssicherung von

Lösungen.

Ergebnissen staatlich geförderter Forschungsprojekte (wie den E-Energy-Projekten des

Diese allgemeinen Effekte werden im Folgen-

BMWi und BMU) durch die Mitarbeit der

den weiter detailliert.

Stakeholder im DKE-Kompetenzzentrum EEnergy und den entsprechenden Gremien der DKE und des DIN.

3.4.2. Nutzen für den Energiekunden

❙ Ein direkter staatsentlastender Effekt, da

Normen und Standards bei der Festlegung

Nutzen des Smart Grids

von gesetzlichen und regulatorischen Rah-

Haushalts- wie auch Industrie- und Gewerbe-

menbedingungen herangezogen werden.

kunden werden Energie nicht mehr als so genannte Commodity mit einer jährlichen oder

❙ Komplexität

monatlichen Zahlung wahrnehmen, sondern auf

Durch Normen wird die Komplexität, die im

Basis von neuen Märkten, Energiedienstleis-

Zuge der Technikkonvergenz der Disziplinen

tungen und -produkten aktiv ihren Energiever-

IKT, Automatisierung, Elektrotechnik, Automo-

brauch beeinflussen und optimieren – beispiels-

bilbau und Energieversorgung sich zwangs-

weise durch Demand Side Management, De-

läufig erhöht, handhabbar.

mand Response Management oder neue Tarifmodelle. Lastverschiebungspotenziale können

❙ Marktdurchdringung von Innovationen

Innovationen, die sich durch Smart Grid-

verkauft werden und der bisher passive Verbraucher wird zum aktiven Teilnehmer.

Entwicklungen ergeben, sind durch Normen

24

und insbesondere durch normgerechte Inter-

Smart Meter-Systeme sollen den Verbrauch zeit-

operabilität leichter am Markt durchzuset-

aufgelöst darstellen und für die verursachten

15 DIN EN 61850-7-420:2009-10 „Kommunikationsnetze und -systeme für die Automatisierung in der elektrischen Energieversorgung – Teil 7-420: Grundlegende Kommunikationsstruktur – Logische Knoten für die dezentrale Energieversorgung“ (IEC 61850-7-420:2009); Englische Fassung EN 61850-7-420:2009

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 25

Einleitung

Emissionen sensibilisieren – Energieeffizienz wird

ausbau vermeiden [BMWi3]16. Ferner ermög-

somit für die Kunden fühlbar und umsetzbar.

licht das Smart Grid, die dezentralen Erzeuger

Die Nutzung entsprechender Tarife kann ein

im Sinne einer lokalen Optimierung zu koppeln

Anreiz zur Änderung des Verbrauchsverhaltens

und Konzepte wie Elektromobilität im Ortsnetz

sein und ggf. zu einer Kostenersparnis für den

besser auszuregeln. Mit einem vermehrten

Kunden führen.

Einsatz von Aktorik und Messeinrichtungen im Verteilungsnetz können Engpässe, Netzüber-

Nutzen von Normen und Standards

last oder Spannungsbandverletzungen erkannt

Vorausssetzung sind Standards für Heimauto-

und behandelt sowie die Integration von Elek-

matisierung, Smart Meter-Systeme und die ent-

tromobilität und dezentraler Erzeugung weiter

sprechenden Schnittstellen. Gerade im Bereich

optimiert werden.

der zukünftigen Elektromobilität werden Standards benötigt, die die Fahrzeuge eines Haus-

Nutzen von Normen und Standards

halts sinnvoll in das Smart Grid integrieren.

Normen und Standards für die Kommunikation

Bezogen auf die Anschlusskosten für ein intel-

der Messeinrichtungen im Netz und die einheit-

ligentes Lademanagement könnten diese die

liche Modellierung von Messwerten und Steu-

Kosten für den Kunden senken. Ein weiterer

erbefehlen für dezentrale Erzeuger tragen dazu

relevanter Punkt für die Haushaltskunden ist

bei, dass auch Verteilnetzbetreiber zeitnah Infor-

die Sicherheit ihrer personenbezogenen Daten

mationen über Lasten, Erzeugungskapazitäten

(Privacy). Durch Normen können hier Verfahren

und damit über die Netzbelastung erhalten.

definiert werden, die sowohl die Sicherheit überprüfbar und transparent machen als auch das

3.4.4. Nutzen für den Übertragungsnetzbetreiber

Vertrauen des Kunden (Kundenakzeptanz) in ein Smart Grid stärken. Des Weiteren ist vor dem Hintergrund der tiefgreifenden Änderungen auch über die Weiterentwicklung der Normen

Nutzen des Smart Grids

im Bereich des Verbraucherschutzes zu disku-

Übertragungsnetzbetreibern

tieren, beispielsweise im Hinblick auf Netz-

Smart Grid die Beteiligung dezentraler Energie-

und Versorgungsqualität.

erzeuger und virtueller Kraftwerke an Sys-

ermöglicht

das

temdienstleistungen wie etwa der Regelenergiebereitstellung.

3.4.3. Nutzen für den Verteilnetzbetreiber

FACTS

17

Durch

Komponenten

wie

wird eine Lastflusssteuerung- und

-kontrolle ermöglicht.

Nutzen des Smart Grids

Nutzen von Normen und Standards

Die Weiterentwicklung des Verteilungsnetzes

Standards wie etwa die IEC 61970: „Common

ist ein integraler Teil des Smart Grids. Bei zu-

Information Model“ sorgen dafür, dass sich

nehmender dezentraler Einspeisung – gerade

zwischen den UCTE-Übertragungsnetzbetrei-

auch auf dieser Netzebene – können Verteil-

bern (TSO Transmission System Operator)

netzbetreiber eine optimierte Netzplanung un-

etwa Topologiedaten austauschen lassen, was

ter Berücksichtigung der durch das Smart Grid

zu einem gemeinsamen semantischen Modell,

erst ermittelbaren Reserven durchführen und

einer verbesserten Lastflussrechnung und Be-

somit ggf. einen ansonsten notwendigen Netz-

triebssicherheit führt.

16 „Bytes statt Bagger“, im Beitrag der österreichischen Delegation auf dem E-Energy-Jahreskongress 2009, http://www.e-energie.info/ documents/Huebner_Austria_261109.pdf 17 FACTS Flexible Alternating Current Transmission System

25

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 26

3.4.5. Nutzen für die deutschen Hersteller

Nutzen von Normen und Standards Die in den Forschungsprojekten entwickelten und häufig öffentlich geförderten Lösungen soll-

Nutzen des Smart Grids

ten frühzeitig in die Normung und Standardisie-

Durch die Förderung der deutschen Industrie

rung eingehen, um die erforschten Ergebnisse

im Bereich Smart Grids werden nicht nur Wis-

auch im gesellschaftspolitischen Sinne nachhal-

sen und Expertise aufgebaut, sondern auch

tig zu sichern und in die Praxis zu überführen.

internationale

Marktpotenziale

erschlossen

und letztlich hoch qualifizierte Arbeitsplätze gesichert.

Nutzen von Normen und Standards Die eigene Mitarbeit an Normen und Standards für das Smart Grid sichert den beteiligten Unternehmen einen internationalen wirtschaftlichen Erfolg und Technikvorsprung. Da die Netze erneuert und ausgebaut werden müssen, stellen Länder wie China oder Indien aktuell ihre Infrastruktur auf neue, offene IECNormen wie etwa CIM (IEC 61970/6196818) oder IEC 6185019 um.

3.4.6. Nutzen für die Forschungslandschaft Nutzen des Smart Grids Programme wie etwa das E-Energy-Programm des BMWi und des BMU und viele weitere Forschungsprojekte setzen direkt auf eine zielgerichtete Förderung von großen Pilotprojekten und fördern die Technikkonvergenz und die IKT-Branche im Besonderen. Durch gezielte Förderung werden Plattformen geschaffen, die es Forschern ermöglichen, sich besser auszutauschen, und eine Vernetzung ermöglicht, die auch auf europäischer Ebene zu weiteren Kooperationen führen kann. Ziel für deutsche Forscher muss es sein, mit Unterstützung von Industrie und Regierung das Thema Smart Grids praxisrelevant zu bearbeiten.

18 IEC 61970 – Energy Management System Application Program Interface (EMS-API); IEC 61968 Integration von Anwendungen in Anlagen der Elektrizitätsversorgung

26

19 IEC 61850 – Communication Networks and Systems for Power Utility Automation

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 27

Entwicklung von Standards und Normen 4. Aktivitäten zur Entwicklung von Standards und Normen im Bereich des Smart Grids 4.1. Einleitung

sind. Im Bereich der DKE als wichtige nationale Normungsorganisation in der IEC (Internatio-

Im Folgenden werden die relevanten Stan-

nal Electrotechnical Commission) sind dabei

dards und Normen benannt, die auf Basis

vor allem, aber nicht nur, die IEC-Standards

bisheriger Roadmaps durch die Gemeinschaft

als relevant zu identifizieren. Abbildung 5 stellt

der Hersteller, Anwender und Forscher welt-

die Abhängigkeiten und den organisatorischen

weit im Bereich Smart Grid identifiziert worden

Aufbau der relevanten Organisationen dar.

IEC Council

Netzbetreiber / Lieferanten Hersteller

SMB

Technical Committees z. B. TC 57

WG 13 WG 14 WG 19

Beratungshäuser Wissenschaft Behörden (GO) Andere Organisationen (NGO)

Internationale Normung

Europäische Normung

Netzbetreiber / Lieferanten Hersteller Beratungshäuser AK 15 Technisches Komitee z. B. DKE 952

AK 10 AK 1

Nationale Normung

Wissenschaft Behörden (GO) Andere Organisationen (NGO)

Abbildung 5: Abhängigkeiten zwischen den Standardisierungsorganisationen im Bereich der Elektrotechnik

27

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 28

Nor-

menfelder wie digitale Energieverbrauchszäh-

mungsorganisationen, die in den Netzwerken

ler oder Elektrofahrzeuge, sowie neue Verbin-

der Smart Grid-Technologien miteinander in-

dungen vorgeschlagen.

Selbstverständlich

existieren

weitere

teragieren müssen. Hier sind auf nationaler Ebene insbesondere das DIN, auf europäi-

Der folgende Abschnitt zeigt die IEC-Architek-

scher Ebene CEN und ETSI sowie auf interna-

tur für das Smart Grid der Zukunft. Diese Ar-

tionaler Ebene ISO, ISO/IEC JTC1 und ITU-T

chitektur wird in verschiedenen nationalen und

zu nennen. Kooperationen mit weiteren Orga-

internationalen Studien zum Thema Smart

nisationen sind bereits formal größtenteils ver-

Grid-Standardisierung diskutiert und als Kern

einbart. Im Rahmen dieser Roadmap werden

einer zukünftigen Automations- und Netzleit-

dazu noch weitere neue Abhängigkeiten doku-

technik von weltweiten Smart Grid-Implemen-

mentiert, speziell mit dem Fokus auf neue The-

tierungen angesehen.

Utility Customers

End-to-end Security Standards and Recommendations (62351 1-6)

Network, System and Data Management (62351-7)

Energy Market Participants

Utility Service Provider

Other Businesses

Application To Application (A2A) and Business To Business (B2B) Communication

Inter-System / Application Profiles (CIM XML, CIM RDF) CIM Extensions

Technology mappings

61970 Component Interface Specification (CIS) / 61968 SIDMS

SCADA Apps

EMS Apps

DMS Apps

Application Interfaces

Bridges to other Domains

61970 / 61968 Common Information Model (CIM)

Engineering & Maintenance Apps

Market Operation Apps

External IT Apps

Equipment And System Interfaces Specific Object Mappings

Data Acquisition and Control Front-End / Gateway / Proxy Server / Mapping Services / Role-based Access Control TC13 WG14 Meter Standards

60870-5 101 & 104

61334 DLMS

61850-7-3, 7-4 Object Models 61850-7-2 ACSI 61850-8-1 Mapping to MMS

Existing Object Models 61850-6 Engineering

System Engineering

TC13 WG14 Revenue Meters

60870-6-503 App Services 60870-6-703 Protocols

Mapping to Web Services

Communication Industry Standard Protocol Stacks (ISO/TCP/IP /Ethernet)

Telecontrol Communications Media and Services

Field Devices

60870-6-802 Object Models

Field Object Models Specific Communication Service Mappings Protocol Profiles

WAN Communications Media and Services 60870-5 RTUs or Substation Systems

61850 Substation Devices

61850 Devices beyond the Substation

IEDs, Relays, Meters, Switchgear, CTs, VTs

Field Devices and Systems using Web Services DERs, Meters

60870-6 TASE.2 Other Control Centers

External Systems (Symmetric Client / Server protocols)

Abbildung 6: Die IEC TR 62357 Seamless Integration Reference Architecture (SIA)

28

Abbildung 6 dokumentiert dabei die einzelnen

talen Zähler, oftmals auch als „Smart Meter“

Schichten der IEC TR 62357 Seamless Inte-

bezeichnet. Der Rest der betrachteten Archi-

gration Reference Architecture [IEC 62357].

tektur ist dabei meist intern innerhalb des je-

Sie basiert auf etablierten Standards von IEC/

weiligen Marktteilnehmers (e. g. Netzbetreiber

TC 57 und IEC/TC 13 und stellt diese in Relati-

oder Lieferant) organisiert und umgesetzt. Die

on zueinander. Dabei existieren zwei Schnitt-

Standards der IEC SIA (Seamless Integration

stellen zu externen Systemen und Domänen,

Architecture) können daher grob den Bereichen

vor allem im Bereich der Marktkommunikation

„Integration von Anwendungen und Geschäfts-

(die zumeist national reguliert ist) und der digi-

partnern“, „Integration von Energieanlagen“ und

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 29

Entwicklung von Standards und Normen „Sicherheit und Datenmanagement“ zugeord-

sowie die Stationsautomatisierung, Kommuni-

net werden (siehe Abbildung 6).

kation mit dezentralen Erzeugern (IEC 618507-4XX) und eine Kopplung an den digitalen

Die IEC SIA definiert die zugrunde liegenden Da-

Zähler im Fokus der Architektur. Dabei wird da-

tenmodelle eines Smart Grids (IEC 61970- und

rauf geachtet, nicht Anwendungen und Funk-

IEC 61968-Familie: Common Information Mo-

tionen zu eng zu standardisieren, damit noch

del CIM). Für das CIM werden Schnittstellen zu

herstellerspezifische Ausprägungen und Um-

der primären und sekundären IT für Energie-

setzungen möglich sind, die Raum für Wettbe-

management- (EMS) und Verteilungsnetzma-

werb und Innovationen lassen. Insgesamt sind

nagementsysteme (DMS) bereitgestellt. Im Kern

damit bereits Standards für einige der Kern-

sind dabei in den aktuellen Arbeiten zur SIA

aspekte des Smart Grids definiert, die direkt

auch bereits Bereiche wie Marktkommunikation

eingesetzt werden können bzw. vor allem als

und dezentrale Erzeuger berücksichtigt, weiter-

Ausgangsbasis für weitere Arbeiten im Sinne

hin werden Schnittstellen zwischen Systemen,

eines Kristallisationspunktes für die Standardi-

Kommunikationsarchitekturen (Serviceorientierte

sierung im Bereich Smart Grid dienen können.

Architekturen; SOA), Prozessen und Datenfor-

Abbildung 7 zeigt das komplexe System – in-

maten standardisiert. Als Querschnittsfunktio-

klusive der Abhängigkeiten untereinander – der

nen für das Smart Grid definiert die IEC in der

unterschiedlichen Standardisierungs- und Nor-

Standardfamilie IEC 62351 den Kernbereich der

mungsorganisationen auf, welche durch ihre

Softwaresicherheit (en.: Security). Weiterhin

jeweiligen Schwerpunkte von Bedeutung für

sind Kommunikationsprotokolle (IEC 60870)

das Smart Grid sind.

User Groups MultiSpeak TC 57

Coordination WG 19

WG 9 Distribution Feeders

... CIM/61850 WG 15 WG 14 DMS

WG 18

WG 7 Control Centers WG 10 Substations

WG 13 EMS

CCAPI Project

WG 17

WG 16

UCA 2 Project

Abbildung 7: Das IEC/TC 57 im Kontext anderer Gremien und Organisationen

29

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 30

Die folgenden Abschnitte stellen drei Studien

gung und Verteilung, wettbewerbsfähige Markt-

im Bereich der Normung und Standardisierung

preise, Sicherheit der Versorgung sowie die al-

für das Smart Grid vor, die sich jeweils um die

ternde Infrastruktur. Betrachtete Themenge-

für die DKE relevante IEC/TC 57 Seamless

biete der Roadmap sind:

Integration Architecture herum aufbauen und

❙ HVDC/FACTS

Empfehlungen geben, die von zahlreichen Ex-

❙ Blackout-Vorsorge/EMS

perten international und national erarbeitet

❙ Verteilungsnetzmanagement, Verteilungsnetz-

automatisierung, intelligente Stationsauto-

wurden.

matisierung ❙ dezentrale Erzeuger und Speicher

4.2. IEC Standardization „Smart Grid“ SG 3 – Preliminary Survey Draft

❙ AMI, Demand Response Management, Last-

management ❙ Heim- und Gebäudeautomatisierung ❙ Speicherung, Elektromobilität

Die IEC hat im SMB, dem Standardization Ma-

❙ Zustandsüberwachung

nagement Board, die Einsetzung einer Strategischen Gruppe „Smart Grids“ (Strategy Group

Neben der Einteilung ihrer Standards in Kern-

3) beschlossen, die dem SMB im Februar 2010

standards für das Smart Grid und solche mit

eine erste Roadmap für ihre eigenen Stan-

weniger Relevanz beschreibt die IEC auch all-

dards sowie 11 High-Level Recommendations

gemeine Anforderungen an eine Smart Grid-

vorgelegt hat. Zum aktuellen Zeitpunkt (April

Referenzarchitektur. Diese werden im folgen-

2010) befindet sich die Roadmap noch in der

den Abschnitt kurz dargestellt.

Endabstimmung. Diese Arbeiten und Empfehlungen sind für eine durch die DKE getriebene,

Smart Grids können in unterschiedlichen Aus-

nationale Normungsroadmap besonders rele-

prägungen vorkommen und bauen auf die

vant. Kern des Smart Grids in der IEC-Road-

existierende Infrastruktur auf. Die IEC strebt

map ist dabei sowohl eine verbesserte Über-

an, existierende, ausgereifte Kommunikations-

wachung als auch die Kontrolle über alle im

mechanismen weiter international zu standar-

Netz befindlichen Bestandteile. Dies erfordert

disieren und Schnittstellen und Anforderungen

jedoch nach Meinung der IEC ein höheres Ni-

zu definieren, ohne jedoch Anwendungen und

veau bezüglich syntaktischer20 und semanti-

Geschäftsprozesse zu standardisieren, da diese

scher21 Interoperabilität für sämtliche beteilig-

zu stark national geprägt sind – hier kann ggf.

ten Komponenten und Lösungen. Anforderun-

eine nationale Roadmap ergänzende Emp-

gen für diesen Übergang zu einen Smart Grid

fehlungen bzw. der jeweilige nationale Ord-

ergeben sich dabei auch aus der Integration

nungsrahmen ergänzende Vorgaben entwi-

von Bestandssystemen und eine durch Nor-

ckeln. Die IEC hat bereits zahlreiche geeignete

men und Standards ermöglichte verbesserte

Standards entwickelt. Ihr Ziel ist daher auch,

Investitionssicherheit. Existierende Kernstan-

diese weiter zu verbreiten und auf sie aufmerk-

dards der IEC dienen als Basis für weitere, zu

sam zu machen. Besonders im Fokus ist dabei

entwickelnde Smart Grid-Standards.

die bereits vorgestellte IEC 62357 Seamless Integration Architecture. Da technische An-

Als Haupttreiber sieht die IEC den steigenden

schlussbedingungen nationalem Recht unter-

Energiebedarf, die weitere Verbreitung von de-

liegen, wird die IEC diese nicht standardisieren,

zentralen Erzeugern, Nachhaltigkeit der Erzeu-

sondern nur generelle Empfehlungen geben.

20 Technische Austauschbarkeit

30

21 Technische und interpretatorische Austauschbarkeit

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 31

Entwicklung von Standards und Normen Im Bereich Marktkommunikation strebt die IEC

te die IEC die bisherigen Arbeiten von EPRI

an, die vorhandenen proprietären Modelle lang-

und NIST berücksichtigen und sucht eine enge

fristig zu harmonisieren, und arbeitet beispiels-

Zusammenarbeit, um die von der NIST-Road-

weise mit UN/CEFACT bzw. UN/EDIFACT zu-

map identifizierten Schwächen in der Normung

sammen. Diese Zusammenarbeit soll zu einer

durch zukünftige Standards zu beheben.

Vereinheitlichung im Bereich Smart Grids führen und die nahtlose Integration der Märkte in die

Die als Kernstandards identifizierten IEC/TC

technische Infrastruktur fördern. Zudem möch-

57-Standards sind dabei:

Tabelle 1: Kernstandards des IEC/TC 57 Kernstandards IEC 62357

Thema IEC 62357 Reference Architecture – SOA Energy Management Systems, Distribution Management Systems

IEC 61970/61968

CIM (Common Information Model) EMS Energy Management, Distribution Management DMS, DA, SA, DER, AMI, DR22, E-Storage

IEC 61850

Substation Automation, EMS, DMS, DA, SA, DER, AMI

IEC 62351

Sicherheit

Ferner gibt es in der Bewertung der IEC-Road-

„High“. Folgende Klassen haben dabei noch

map noch die Klassen „Low“, „Medium“ und

die Relevanz „High“:

Tabelle 2: Standards mit der Relevanz „High“ Standards mit der Relevanz „High“

Thema

IEC 60870-5

Telecontrol, EMS, DMS, DA, SA

IEC 60870-6

TASE.2 Inter Control Center Communication EMS, DMS

IEC TR 61334

DLMS, Distribution Line Message Service

IEC 61400-25

Wind Power Communication EMS, DMS, DER

IEC 61850-7-410

Hydro Energy Communication EMS, DMS, DA, SA, DER

IEC 61850-7-420

Distributed Energy Communication DMS, DA, SA, DER, EMS

IEC 61851

EV-Communication Smart Home, E-Mobility

IEC 62051-54/58-59

Metering Standards DMS, DER, AMI, DR, Smart Home, E-Storage, E-Mobility

IEC 62056

COSEM DMS, DER, AMI, DR, Smart Home, E-Storage, E-Mobility

Insgesamt wurden mehr als 100 IEC-Stan-

gebiete und sechs generelle Themenblöcke

dards durch die SMB SG 3 identifiziert, be-

wurden durch die SG 3 betrachtet. Dabei wur-

schrieben und priorisiert. Zwölf Anwendungs-

den 44 Empfehlungen für ein Smart Grid unter

22 Erläuterung der Abkürzungen siehe Kapitel 8

31

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 32

dem Aspekt Standardisierung ausgesprochen.

dung der Normen sollen schneller in die vor-

Die IEC nimmt, wie sie sagt, die Herausforde-

handenen Normen integriert werden.

rung an, die technische Infrastruktur für das

❙ SG 3 DECISION 4: Across the IEC Smart

Smart Grid der Zukunft zu standardisieren, und

Grid Framework, the Application Domain

möchte als so genannter „One-Stop Shop“ für

TCs must use the methods delivered by the

die Standards der Zukunft fungieren23. Enge

„horizontal“ TCs included in the Framework

Kooperationen mit den nationalen Gremien

Es sollen horizontale Normen/Normfamilien

und ihren Experten (z. B. NIST und ihrem Prio-

wie beispielsweise IEC 61850 und CIM defi-

rity Action Plan) sind dabei im Fokus des Inte-

niert werden, die von allen TCs innerhalb

resses.

der IEC für die Nutzung von Smart Grid angewandt werden.

Im Rahmen der öffentlichen Kommentierung

❙ SG 3 DECISION 5: The Application Domain

wurde die besondere Bedeutung der SG 3-

TCs must develop their own Data Models

Roadmap unterstrichen und insbesondere auf

and Test Cases

weitergehenden Empfehlungen in Bezug auf die

Basierend auf diesen horizontalen Normen

Verteilungsnetz-Automatisierung hingewiesen:

sollten Datenmodelle und Testszenarien in

Blackout Prevention, Outage Analysis, Smart

den jeweiligen anwendungsbezogenen TCs

Substation Automation Process Bus mit Zeit-

entwickelt werden.

synchronisation, Schutztechnik.

❙ SG 3 DECISION 6: Accelerate the harmoni-

zation of IEC 61850 and CIM Von den elf dem SMB vorgelegten High-Level

Siehe auch die Empfehlung SG-ANLT-2 in

Recommendations wurden vom SMB Anfang

Kapitel 5.2.5.

Februar neun Empfehlungen angenommen und auch seitens der DKE im Wesentlichen

Cases

unterstützt:

TC8 als System-TC für die elektrische Ener-

❙ SG 3 DECISION 0: To put in place a formal

gieversorgung soll in Zusammenarbeit mit

liaison between NIST SGIP and SMB SG3

den anwendungsbezogenen/poduktbezoge-

❙ SG 3 DECISION 1: TCs will provide practical

guidelines to increase current usability of

nen TCs Use Cases entwickeln. ❙ SG 3 DECISION 8: Establish a new TC or SC

standards

on „connecting the consumer applications“

Die Anwendung der IEC-Normen soll durch

(Entscheidung vertagt)

zusätzliche Maßnahmen erleichtert werden. ❙ SG 3 DECISION 2: Fast-track new standards

❙ SG 3 DECISION 9: Add a Smart Grid certifi-

cation process to the IEC System family

to close the gaps

SMB übergibt diese Empfehlung an das IEC

Die Übernahme vorhandener Standards an-

Conformity Assessment Board (CAB).

derer Organisationen in ein IEC-Framework

❙ SG 3

DECISION

10:

Add

operational

soll aus zeitlichen Gründen Vorrang vor der

management of the IEC Smart Grid Frame-

Entwicklung eigener Standards erhalten und

work

beispielsweise mit Nutzung der Publicly

Empfehlung zur Umsetzung der vorgelegten

Available Specifications (PAS) beschleunigt

High-Level Recommendations und der IEC-

werden.

Roadmap.

❙ SG 3 DECISION 3: Set up a Feedback pro-

cess for continuous improvement Die Erfahrungen aus Nutzung und Anwen-

23 http://www.iec.ch/zone/smartgrid/

32

❙ SG 3 DECISION 7: Deliver generic Use

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 33

Entwicklung von Standards und Normen 4.3. Untersuchung des Normungsumfeldes des E-Energy-Förderprogramms

nationale

und

internationale

Marktkommu-

nikation und Heimautomatisierung. Für den Bereich Elektromobilität gibt die Studie keine Auskunft. Das Programm „IKT für Elektromo-

Die Untersuchung des Normungsumfeldes der

bilität“ des BMWi wurde nach Beginn der

E-Energy-Projekte wurde im Oktober 2008

Studie erst aufgelegt und wird vermutlich

durch das BMWi beauftragt und zwischen

eigene Untersuchungen hierzu starten. Die

Oktober 2008 und Januar 2009 durchgeführt

Handlungsempfehlungen der Studie sind auch

[BMWi]. Auf Basis einer Expertenumfrage in

auf andere Smart Grid-Projekte übertragbar,

den

Erfahrungen

da der öffentliche Gesamtbericht nicht die in-

des erstellenden Studienkonsortiums sowie

dividuellen Empfehlungen für die einzelnen

einer Literaturrecherche wurden Normen und

Projekte umfasst [ETG, BMWi]. Die folgende

Standards identifiziert und ausführlich darge-

Tabelle gibt dabei eine Übersicht über die aus-

stellt. Betrachtet wurden dabei die Themenge-

gesprochenen Empfehlungen für Smart Grid-

biete Softwarearchitekturstandards, Entwick-

Normen und -Standards aus dem IEC SIA-

lungsmodelle, Leittechnik, Automationstechno-

Umfeld und bildet die Basis für die Entwick-

logien, dezentrale Erzeuger, digitale Zähler,

lung dieser Roadmap:

E-Energy-Projekten,

den

Tabelle 3: Empfohlene Standards Empfohlene Standards IEC 62357

Schwerpunkt IEC 62357 Reference Architecture – Serviceorientierte Architektur, EMS, DMS, Metering, Security

IEC 61970/61968

CIM (Common Information Model), Domänenontologie, Schnittstellen, Austauschdatenformate, Profile, Prozessblueprints

IEC 61850

Stationsautomatisierung, dezentrale Erzeuger, Windparks, Hydrokraftwerke, E-Mobilität

EDIXML

Marktkommunikation mit langsamem Übergang von EDIFACT zu modernen, CIM-fähigen Technologien

IEC 60870

Etablierte Kommunikation

IEC 62351

Sicherheit

IEC 61334

DLMS

IEC 61499

SPS und Automatisierung, Profile für die IEC 61850 (Planung)

Digitaler Zähler/

Hier wird auf wettbewerbliche Lösungen bzw. auf das Mandat M/441

Homegateway

der EU verwiesen

IEC 62325

Marktkommunikation unter der Nutzung von CIM

IEC 61851

Electric vehicle conductive charging system (ergänzt während der Kommentierungsphase)

Neben den IEC-Standards wurde vor allem auf

Bereich der Marktkommunikation ausgespro-

die Technikkonvergenz zwischen IKT und der

chen, jedoch auf die regulatorische Dimension

Automatisierungstechnologie eingegangen, im

und die starken nationalen Ausprägungen von

Bereich der mit der IEC eng verbundenen Stan-

EDIFACT hingewiesen.

dards wurde eine Empfehlung von CIM für den

33

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 34

Aufgrund der Vielzahl an Standards zur kabel-

täten und Kommunikationsschnittstellen zur Nut-

gebundenen und drahtlosen Heimautomati-

zung in Europa [CENELEC], [ETPSDD] für die

sierung wurden in der zitierten Untersuchung

Sparten Strom-, Gas-, Wärme- und Wasserwirt-

keine dedizierten Empfehlungen ausgespro-

schaft an die Organisationen CEN, CENELEC

chen, da die E-Energy-Projekte hier unter-

und ETSI erteilt. Die Ergebnisse des Mandats

schiedliche Infrastrukturen mitbringen. Durch

M/441 sind Normen, Standards oder technische

das Mandat M/441 der EU-Kommission an

Dokumente. Standards sollen dabei freiwillige

CEN, CENELEC und ETSI wird hier gegebe-

technische Spezifikationen und allgemeine tech-

nenfalls eine Konsolidierung stattfinden und ei-

nische Regeln für Produkte oder Systeme am

ne Integration des Multi-Utility-Ansatzes mög-

Markt sein. Ziele sind die Sicherstellung von

lich (siehe nächstes Kapitel).

Interoperabilität, der Schutz des Kunden und die Systemzuverlässigkeit. Dabei werden vor allem sechs Aspekte der Smart Meter betrach-

4.4. CEN/CENELEC/ETSI Smart Meters Coordination Group zum EU-Mandat M/441

tet und die dort vorherrschenden Standards

Die Europäische Union hat ein Mandat für die

❙ Zwei-Wege-Kommunikation zwischen dem

Standardisierung von Smart Meter-Funktionali-

Zähler und einem Marktteilnehmer (Abrechner)

und Normen untersucht: ❙ Auslesen von Messwerten und deren Über-

mittlung,

Elektrizitätszähler (eigenversorgt) Nicht-Elektrizitätszähler (batteriebetrieben)

CENELEC TC 13

Lokale Anzeige und Heimautomatisierung

CENELEC TC205

CEN TC294 Smart Meter (M2M) Gateway

M2M in privaten Netzen

„Smart Meter“-Feld

ETSI M/441 Standardisierung

Technische Anwendungsfälle (EDM, Smart Grid, DSM ...)

Zentrales Kommunikationssystem

andere betroffene Gebiete

WAN in öffentlichen Netzen

Kommerzielle Anwendungsfälle (Abrechnung, Tarifierung, Prepayment ...)

Abbildung 8: Referenzarchitektur der SM-CG und der Mitarbeit der relevanten europäischen Normungsorganisationen

34

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 35

Entwicklung von Standards und Normen ❙ Unterstützung von verschiedenen Tarifmo-

dellen und Zahlungssystemen durch den Zähler ❙ Zählerfernabschaltung und Versorgungsstart/

4.5. Inhouse Automation – gemeinsamer Arbeitskreis von DKE und E-Energy-Begleitforschung

-beendigung ❙ Kommunikation mit Geräten im Haushalt

Werden dezentrales Last- und Erzeugungsma-

❙ Unterstützung eines Displays bzw. einer

nagement, die Nutzung dezentraler Energie-

Schnittstelle im Haushalt zur Anzeige der

speicherkapazitäten in Gebäuden und Gewer-

Zählerdaten in Echtzeit

beobjekten sowie das Angebot von Energieeffizienzservices als wesentliche Herausforde-

Es müssen durch die Zähler nicht immer alle

rungen des Smart Grids realisiert, ist eine

Funktionalitäten unterstützt werden; dies ist

Kommunikation im Energieversorgungssystem

länderspezifisch lösbar. Innerhalb der „Smart

bis zu den Geräten in Gebäuden und Gewer-

Meters Coordination Group“ (SM-CG) werden

beobjekten erforderlich. Grundsätzlich werden

dabei existierende Standards und Normen be-

zwei Ansätze unterschieden:

züglich dieser sechs Funktionalitäten klassifi-

❙ Direkte Steuerung von Geräten durch Markt-

ziert und Verantwortlichkeiten an einzelne Nor-

rollen im Energiesystem (z. B. Kühlhaus

mungsgremien abgegeben.

gleicht Windspitzen aus) Diese Art der Steuerung ist eher bei größe-

In der Diskussion des Entwurfs dieser Roadmap wurde auch angeregt, dass die Eigen-

ren Anlagen im industriellen oder gewerblichen Umfeld zu erwarten.

schaften eines Zählers über die heute disku-

❙ Indirekte, anreizbasierte Steuerung zur dezen-

tierten Festlegungen hinweg auf erweiterte

tralen autonomen Entscheidung (Beispiel: va-

„Smart Grid-Tauglichkeit“, z. B. für Verteilnetz-

riable Preismodelle, CO2-freier Strom, Verein-

betreiber, auch unter Berücksichtigung etwai-

barung eines Fahrplanes)

ger regulatorischer Rahmenbedingungen un-

Insbesondere die indirekte Steuerung durch

tersucht werden sollten.

einen Anreiz wie einem dynamischen Preissignal von außen wird eher bei Haushalten

Ergänzend sei an dieser Stelle auf die Aktivitä-

oder Kleingewerbe gesehen. Untersucht wird

ten der EU-Kommission mit Bezug auf Smart

zurzeit, wie ein optimales Preissignal, das zu-

Grid hingewiesen. In einer Task Force mit

sätzlich Netzaspekte enthält, aussehen könnte

drei unterlagerten Arbeitsgruppen werden die

oder ob eine direkte Ansteuerung möglich ist

notwendigen Maßnahmen zur Realisierung

(durch wen nach welchen Kriterien).

von Smart Grid in Europa untersucht. Auch wenn zurzeit die Aufgaben insbesondere im

Hierbei wird ein Energiemanagement-System

Umfeld der regulatorischen und gesetzlichen

ein zentrales Element sein, das entsprechend

Rahmenbedingungen zu liegen scheinen, wird

den Wünschen der Kunden auf die Anreize von

sich die Arbeit auf Normung und Standardi-

außen reagiert und Informationen an Geräte

sierung auswirken.

und Erzeugungsanlagen im Haus weiterleitet.

Die Realisierung des Energiemanagements kann auf verschiedene Weisen erfolgen: ❙ Es ist schon eine Heimautomatisierung im

Gebäude vorhanden. Diese wird um die

35

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 36

Energiemanagementfunktionalitäten

erwei-

4.6. Weitere relevante Roadmaps mit Aussagen und Einfluss auf Standards

tert. ❙ Es wird ein separates Energiemanagement-

System installiert. Diese Variante findet sich zzt. vor allem in den Smart Grid- und E-Energy-Forschungsprojekten.

4.6.1. NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards

❙ Die Energiemanagementfunktionen werden

in zukünftige Geräte in unterschiedlicher

Ermächtigt durch den Energy Independence

Ausprägung integriert.

and Security Act (EISA) aus dem Jahr 2007

❙ Ein Gateway vermittelt nur Informationen

hat in den USA das Department of Commerce

zwischen den Marktakteuren (z. B. Lieferan-

die Hauptverantwortung für die koordinierte

ten, Netzbetreiber) und den einzelnen Gerä-

Entwicklung eines Rahmenwerks zum Errei-

ten und Anlagen in den Gebäuden, die eine

chen von Interoperabilität von Smart Grid-Sys-

dezentrale Intelligenz besitzen und z. B. auf

temen und -Geräten unter der besonderen Be-

Preissignale autark reagieren.

rücksichtigung von Protokoll- und Datenmodellstandards für das Informationsmanagement an

Alternativ

sprechen

Komfortgründe

und

NIST25 übertragen [EPRI]. Diverse Betriebsmit-

auch die Möglichkeit, komplexere Regelal-

tel wie etwa Smart Meter für das US-amerika-

gorithmen realisieren zu können, für ein ge-

nische Smart Grid werden bereits in Feldtests

bäudezentrales Energiemanagement (Bei-

evaluiert. Auch NIST betont, dass ohne Stan-

spiel: Energiemanagement-Gateway, reali-

dards große Investitionen in ein Smart Grid

siert als Laufzeitumgebung, ergänzt um ei-

nicht nachhaltig sind.

ne Kommunikation mit den Endgeräten). Das Energiemanagement-System kommuni-

NIST hat daher einen Phasenplan aufgestellt,

ziert im Gebäude mit Sensorik- und Aktorik-

der eine Identifikation der benötigten Standards

Komponenten sowie der Smart Metering-

für das Smart Grid beschleunigen soll. Das

Infrastruktur und besitzt ein Bedien-Interface

Dokument [EPRI] ist das Ergebnis der ersten

zu den Gebäudenutzern. Letztlich werden in

Phase bei der Erstellung des Frameworks. Es

der Regel Grundfunktionalitäten aus Grün-

beschreibt ein abstraktes Referenzmodell des

den der Produkthaftung autark in den Gerä-

zukünftigen Smart Grids und identifiziert dabei

te verbleiben (z. B. Kühlschrank schaltet bei

nahezu 80 wesentliche Standards und Normen,

einer maximalen Temperatur wieder zu).

die direkt dem Smart Grid dienen oder für die Entwicklung auf einer Metaebene relevant sind.

Im Rahmen der öffentlichen Diskussion des

Weiterhin werden 14 Schlüsselgebiete und

Entwurfs der Normungsroadmap wird auf die

Lücken identifiziert, in denen neue oder über-

Aktivitäten von CENELEC TC 205 und CEN TC

arbeitete Standards benötigt werden, be-

247 WG 4 hingewiesen:

sonders im Bereich der Sicherheit. Das NIST

❙ DIN EN ISO 16484 Teil 5 und 6 (BACnet)

stellt

❙ DIN EN 50090 und DIN EN 13321 (KNX)

Zeitplänen auf und koordiniert die Standardi-

Aktionspläne

mit

aggressiven

❙ DIN EN 14908 (LON)

sierungsorganisationen

sowie auf

ihre Pläne unterstützen, um die Lücken zum

❙ CiA24 437 für Photovoltaik-Anlagen, basierend

Erreichen einer Smart Grid-Interoperabilität

auf EN 50325-4

24 CAN in Automation (CiA)

36

ferner

25 NIST National Institute for Standards and Technology

soweit,

dass

diese

zeitnah zu schließen. Tabelle 4 gibt eine Über-

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 37

Entwicklung von Standards und Normen sicht über die initial identifizierten 16 Stan-

dings entsprechen nicht alle aufgeführten

dards, welche Konsens unter den Experten-

Standards dem deutschen Anspruch an eine

gruppen der drei großen Treffen sind; aller-

Norm.

Tabelle 4: Übersicht über die 16 vorgeschlagenen Kernstandards der NIST-Interoperabilitäts-Roadmap Bezeichnung

Themengebiet

AMI-SEC System

Advanced metering infrastructure (AMI) and SG end-to-end security

Security Requirements ANSI C12.19/MC1219

Revenue metering information model

BACnet ANSI ASHRAE

Building automation

135-2008/ISO 16484-5 DNP3

Substation and feeder device automation

IEC 60870-6/TASE.2

Inter-control center communications

IEC 61850

Substation automation and protection

IEC 61968/61970

Application level energy management system interfaces

IEC 62351 Parts 1-8

Information security for power system control operations

IEEE C37.118

Phasor measurement unit (PMU) communications

IEEE 1547

Physical and electrical interconnections between utility and distributed

IEEE 1686-2007

Security for intelligent electronic devices (IEDs)

generation (DG)

NERC CIP 002-009

Cyber security standards for the bulk power system

NIST Special Publica-

Cyber security standards and guidelines for federal information systems,

tion (SP) 800-53,

including those for the bulk power system

NIST SP 800-82 Open Automated

Price responsive and direct load control

Demand Response (Open ADR) OpenHAN

Home Area Network device communication, measurement, and control

ZigBee/HomePlug

Home Area Network (HAN) Device Communications and Information Model

Smart Energy Profile

4.6.2. UCAiug – Open Smart Grid-Subkomitee

liefern. Da beide Standards als Kernstandards eines zukünftigen Smart Grids gelten, wurde innerhalb der UCAiug eine Untergruppe, die

Im Bereich der beiden Standardfamilien IEC

Open Smart Grid-Gruppe, kurz OpenSG, ge-

61850 und IEC 61970 hat sich mit der „Utility

gründet. Sie sieht technische Smart Grid-Stan-

Communications

International

dards als kritischen Faktor für Interoperabilität,

Users Group“ (UCAiug) eine Anwendervereini-

mehr Wettbewerb und vereinfachte Implemen-

gung dieser beiden Standardfamilien etabliert,

tierung an. Ziel ist es, die neuen Smart Grid-

deren Mitglieder durch ihre Erfahrungen auch

Standards in die Märkte zu tragen, um die-

wichtigen Input für die internationale Normung

se für neue Energieeffizienzanwendungen und

Architecture

37

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 38

-produkte zu nutzen, sowie zur Absicherung

für fast alle identifizierten Themen hervor. Für

der Investitionen in Infrastruktur, Projekte und

E-Energy wird die Standardisierung für die wirt-

Produkte. Kern der Arbeiten sind dabei Profile

schaftliche und technologische Entwicklung mit

für Standards, eine Förderung der Verbreitung

hoher Wichtigkeit, für den Umweltschutz und

bei Anwendungen, eine verbesserte Koopera-

die Sicherheit mit mittlerer bis hoher Wichtigkeit

tion zwischen Herstellern und Standardisie-

eingestuft. Die zeitliche Priorität der Standardi-

rungsorganisationen, Entwicklung von Zähler-

sierungsarbeit wird hauptsächlich in den kom-

systemen und Nachvollziehbarkeit von Imple-

menden fünf Jahren eingeordnet. Die Poten-

mentierungen durch Interoperabilitätstests.

ziale für Normung und Standardisierung werden in der Lösung spezieller technischer Probleme, der Verbesserung der Kooperation mit

4.6.3. Identifikation zukünftiger Standardisierungsfelder 2009 – Basisuntersuchung des DIN Deutsches Institut für Normung e.V.

Forschern und Entwicklern und als Basis für zukünftige Forschung und Entwicklung gesehen.

Als erforderliche Standardisierungstypen wurden von den Experten Kompatibilitätsstandards,

Im Rahmen der Initiative „Förderung der Inno-

Terminologie- und Klassifikationsstandards und

vation und Marktfähigkeit durch Normung und

Qualitäts- und Sicherheitsstandards hervorge-

Standardisierung – Innovation mit Normen und

hoben. Die Standardisierungsaktivitäten wer-

Standards (INS)“

26

wurden in der INS-Basisun-

tersuchung „Identifikation zukünftiger Standar-

den hauptsächlich auf nationaler und europäischer Ebene empfohlen.

disierungsfelder 2009“ künftige Herausforderungen für die Normung und Standardisierung

Die Normungsroadmap adressiert die wesentli-

ermittelt [DININS]. Gefördert wird das INS-Pro-

chen in der Basisuntersuchung identifizierten

jekt durch das BMWi.

Anforderungen. Hinsichtlich der 63 identifizierten Einzelthemen aus den Bereichen Dezen-

Die Basisuntersuchung kombiniert die statisti-

tralisierung der Energieerzeugung, Systemma-

sche Analyse verschiedener Indikatoren mit

nagement, Energietransportnetze, Energiespei-

einer Online-Delphi-Befragung und ermöglicht

cher und -wandler, Energiemesseinrichtungen

Aussagen darüber, in welchen Bereichen ver-

auf Erzeugerebene und auf Endverbraucher-

stärkter Standardisierungs- und Normungsbe-

ebene

darf künftig erwartet werden kann. Im Jahr 2009

kann bei Bedarf noch ein Abgleich nach der

waren, neben dem Bereich Optische Techno-

offiziellen Veröffentlichung im 20. April 2010

logien, auch E-Mobility und E-Energy Kern-

erfolgen.

sowie

alternative

Energieerzeugung

themen der Untersuchung. In der Befragung wurden Schwerpunktthemen für E-Energy und E-Mobility identifiziert und die Relevanz der Standardisierung, die erforderlichen Arten von

4.6.4. „BDI initiativ“ – Internet der Energie

Standards und Normen, die Ebene der Aktivitäten und die zeitliche Priorität für die Standar-

Die durch den BDI im Dezember 2008 fertig-

disierung bewertet.

gestellte und im Februar 2009 [BDI] veröffentlichte Studie „Internet der Energie – IKT für die

Die Untersuchungsergebnisse heben eine mitt-

Energiemärkte der Zukunft“ beschäftigt sich

lere bis hohe Wichtigkeit der Standardisierung

zusätzlich zu den drei Aspekten Energieknapp-

26 www.ins.din.de

38

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 39

Entwicklung von Standards und Normen heit, regulatorisches Umfeld und technische

FutuRed-Roadmap fordert daher die Standar-

Entwicklung bei steigenden Energiepreisen mit

disierung von Kommunikationsprotokollen, An-

dem deutschen Elektrizitätssystem und des-

schlussbedingungen für neue Erzeuger an das

sen Durchdringung mit IKT-Technologien. Ne-

Netz, Sicherheitsgrenzen für das Netz sowie

ben inhaltlichen Roadmaps, die sich mit Tech-

Prozesse, um das Smart Grid Realität werden

nologien und Szenarien befassen, gibt die

zu lassen.

Roadmap auch Empfehlungen für den Bereich der Standardisierung und Normung. Der BDI spricht dabei vor allem vier Empfehlungen aus: die Forderung nach einer verbesserten Harmo-

4.6.6. Smart Grid-Roadmap Österreich

nisierung und Integration bestehender Standards und (Kommunikations-)Protokolle, der

Die zur „Smart Grid Week 2009“ in Salzburg

Ausweitung der Standardisierungsbemühun-

erstmals vorgestellte österreichische Smart

gen auf Gas, Wasser und Wärme, der koordi-

Grid-Roadmap [SGA] trifft für den Bereich der

nierten Förderung von Interoperabilität sowie

Standardisierung keinerlei explizite Aussagen,

der Entwicklung von offenen Kommunikations-

definiert aber Technologiefelder, in denen der

standards für neue Technologien. Als Domänen

technische Fortschritt für ein Smart Grid der Zu-

wurden dezentrale Energieerzeugung, Übertra-

kunft unabdingbar ist. Als wichtig werden vor

gungs- und Verteilungsnetz, Energiemengen-

allem verallgemeinerte Informationsmodelle im

messung und Endverbrauch identifiziert. Die-

Bereich SCADA, Bandbreite zur Kommunikation

sen Themen wurden jeweils Standards für An-

mit dem digitalen Zähler, Regulierung der Fre-

wendungsebene, Anwendungs- und Transport-

quenzbänder für PLC, Integration von Elektro-

ebene sowie Transport- und Kommunikations-

mobilität, Integration existierender Infrastruktu-

medienebene als Querschnitt zugeordnet.

ren sowie eine allgemeine Interoperabilität angesehen.

4.6.5. FutuRed – Spanish Electrical Grid Platform Das Strategic Vision Document der spanischen

4.6.7. Electricity Networks Strategy Group (UK) – A Smart Grid Routemap

Smart Grid-Plattform FutuRed [SGES] spricht zahlreiche nationale Empfehlungen zu den Be-

In Großbritannien wurde durch die ENSG, die

reichen Regulierung, politisch-legislative Unter-

Electricity Networks Strategy Group, ebenfalls

stützung und allgemeiner technischer Fort-

eine so genannte „Smart Grid Routemap“ in

schritt aus. Ferner werden auch Empfehlungen

Form einer PowerPoint-Präsentation erarbeitet.

zum Bereich Standardisierung gegeben, ohne

Untersucht wird, inwieweit in Großbritannien

jedoch explizit bestimmte etablierte Standards

Smart Grid helfen kann, die durch die dortige

und Normen zu benennen. Auch hier werden

Regierung beschlossenen Ziele zu Kohlendi-

Standards als Basis für das Erreichen von

oxid-Emissionen und Kostensenkungen für End-

Interoperabilität in dem komplexen System

kunden zu unterstützen.27 Im Rahmen der Stra-

Smart Grid angesehen. Ohne eine vereinfachte

tegiegruppen sollen sämtliche relevanten An-

Integration der verschiedenen Systeme wür-

spruchsgruppen im Bereich der Stromnetze zu-

den Barrieren entstehen, die die technische

sammengebracht werden. Die Gruppe wird

Umsetzbarkeit von Smart Grids gefährden. Die

dabei sowohl vom Energieministerium DECC28

27 http://www.ensg.gov.uk/ 28 Department of Energy and Climate Change

39

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 40

als auch dem Regulator Ofgem29 geleitet und

mit anderen Standardisierungsorganisationen

unterstützt. Als Zeithorizont für Demonstrations-

und Ländern vorsieht. Ausgehend von einem

projekte des Smart Grids wird dabei der Zeit-

allgemeinen Bild des zukünftigen Smart Grids

raum 2010 – 2015 gesehen. Unter drei großen

wurden sieben Hauptgeschäftsfelder identifi-

Zielen, nämlich der Kohlendioxidreduktion, der

ziert (Wide Area Awareness in Transmission,

Versorgungssicherheit und dem wirtschaftli-

Supply Side Energy Storage, Distribution Grid

chen Wettbewerb, werden zwölf verschiedene

Management, Demand Response, Demand

Herausforderungen diskutiert und dokumen-

Side Energy Storage, Electric Vehicles und

tiert. Unter dem Ziel der integrierten, skalierba-

AMI-Systems), denen wiederum 26 Priority Ac-

ren technische Lösung für das Smart Grid wer-

tion Areas zugewiesen sind. Dabei wurden auch

den auch Standards diskutiert, ohne konkrete

spezielle Kernaspekte für die japanische Wirt-

Normen oder Standards zu empfehlen. Da

schaft identifiziert. Eine Erarbeitung der Themen

heute vollintegrierte End-to-End-Lösungen un-

soll dabei in Zusammenarbeit mit IEEE, IEC und

ter technischen Gesichtspunkten meist nicht

CEN/CENELEC erfolgen. Die Empfehlungen

skalieren, müssen für das zukünftige Smart

sind daher auch deckungsgleich mit den bis-

Grid interoperable Lösungen und geeignete

herigen Empfehlungen dieser Organisationen.

Technologien unter kommerziellen und technischen Aspekten gefunden und integriert werden. Safety-, Security- und Privacy-Aspekte

4.6.9. CIGRE D2.24

sind dabei stets zu berücksichtigen. Die CIGRE WG D2.24 beschäftigt sich mit dem Thema „EMS Architectures for the 21st

4.6.8. Japan’s Roadmap to International Standardization for Smart Grid and Collaborations with other Countries

Century“. Ziel der Gruppe ist es ihrer Aussage nach, eine Vision für die Architektur der nächsten Energie- und Marktmanagementsysteme zu entwickeln. Diese Architektur soll in der Praxis angewandt werden und die Implementierung

Der japanische Ansatz zur Standardisierung im

als De-facto-Standard gelten. Dazu sollen Re-

Kontext von Smart Grid ähnelt stark dem An-

alzeitsysteme mit Übertragungsnetz und Markt-

satz der NIST in den USA: Ausgehend von einer

systemen gekoppelt und um Verteilung und

Initiative des Handelsministeriums (METI, Mi-

Erzeugung erweitert werden. Als nichtfunktio-

nistry of Economy, Trade and Industry) wurde

nale Anforderungen definiert die Arbeitsgruppe

im August 2009 eine Strategiegruppe gegrün-

Interoperabilität und Wiederverwendbarkeit.

det mit dem Ziel, die japanischen Aktivitäten in

Dazu entwickelt sie einen Satz an Anforderun-

der internationalen Standardisierung im Smart

gen und beschreibt eine Architektur und deren

Grid-Umfeld voranzutreiben. Standards werden

Standardkomponenten. Als Designprinzipien hat

dabei als fundamentales Element zum Errei-

sich die Gruppe auf die folgenden zehn Punkte

chen der benötigten Interoperabilität gesehen.

geeinigt:

Die Flexibilität und Erweiterbarkeit des zukünftigen Smart Grids kann gemäß der Strategie-

❙ Komponentenbasierte, serviceorientierte Ar-

gruppe nur durch einen angemessenen Grad

chitektur, um eine Integration und Wieder-

an Standardisierung erreicht werden. Bis zum

verwendbarkeit in EVU zu ermöglichen

Januar 2010 wurde ein erster Report fertiggestellt, der eine Roadmap in enger Kooperation

29 Office of Gas and Electricity Markets

40

❙ Modularisierung für Geschäftsprozesszerle-

gung

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 41

Entwicklung von Standards und Normen ❙ Hochgeschwindigkeitsbusse für den Real-

zeitnachrichtenaustausch

schreibungen und Evaluationskriterien sowie geeignete Entwicklungsmaßnahmen zum Erreichen

❙ CIM als Datenmodellstandard

einer Interoperabilität im Smart Grid. Anders als

❙ Eine Sicherheitsebene als Querschnittsfunk-

bei der IEC sollen hierbei auch architektonische Best Practice-Erfahrungen und Funktionen

tion ❙ Verwendung von Industriestandards

beschrieben werden. Durch die enge Zusam-

❙ Vereinheitlichte Nutzerschnittstellen

menarbeit mit NIST ist zu erwarten, dass sich

❙ Abstraktion von aktuellen Transportprotokol-

die Empfehlungen stark ähneln und die emp-

len für die Zukunftssicherheit

fohlenen Standards identisch sein werden.

❙ Skalierbarkeit für zukünftige Anwendungs-

fälle ❙ Vereinheitlichte Werkzeuge zur Datenpflege

und Anzeige

4.6.11. Integrierte Technologie-Roadmap Automation 2020+ Energie

Es existiert eine Zusammenarbeit zwischen der CIGRE D2 und der IEC/TC 57 in Form einer

Die Technologie-Roadmap Automation 2020+

„Cat A Liaison“. Die CIGRE beabsichtigt, bei

Energie des IZT Institut für Zukunftsstudien und

der Entwicklung ihrer Architektur vor allem auf

Technologiebewertung, im Auftrag des ZVEI

etablierte IEC/TC 57-Standards zu setzen und

Fachverband Automation erstellt [ZVEI], sieht

ihre Ergebnisse in die IEC einzubringen.

Smart Grids neben anderen Zukunftsthemen wie CCS, Biomassenutzung oder Wasserstoff als Energiespeicher als einen wesentlichen,

4.6.10. IEEE P2030

neuen Bereich für die Automatisierungstechnik. Verschiedene Szenarien werden im Hin-

Unter dem Namen IEEE P2030 ist auch beim

blick auf die Marktpotenziale der jeweiligen

Berufsverband für die Elektrotechnik und Infor-

Themen für die Automatisierungstechnik unter-

matik mit Sitz in den USA ein Projekt aufgelegt

sucht. Gerade im Bereich der Smart Grids wird

worden, welches sich mit der Entwicklung ei-

auch hier die Bedeutung der Normung und

nes Entwurfs zur Sicherstellung der Interopera-

Standardisierung betont.

bilität von Energie- und Informationstechnologie im Smart Grid mit dem besonderen Fokus auf Endnutzeranwendungen befasst. Ähnlich wie die

4.6.12. Weitere Roadmaps

NIST ist auch dieses von der IEEE entwickelte Projekt auf den Energy Independance Security

Die weiteren internationalen Smart Grid-Road-

Act (EISA) der US-Regierung aus dem Jahr 2007

maps lassen sich wegen ihrer Charakteristika

zurückzuführen. Angesiedelt in der SCC21,

aus Industrie oder dem nationalen, eher strate-

Smart Grid Standards, erarbeitet die P2030-

gisch getriebenen Fokus nicht direkt auf eine

Arbeitsgruppe das Dokument „IEEE P2030

deutsche Roadmap übertragen. Sie liefern

Draft Guide for Smart Grid Interoperability of

aber für die in dieser Vorstudie ausgesproche-

Energy Technology and Information Technolo-

nen Empfehlungen Hinweise auf bestimmte

gy with the Electric Power System (EPS), and

relevante technische Domänen (Smart Mete-

End-Use Applications and Loads“. Ziel ist laut

ring, Breitbandkommunikation) oder bereits

IEEE eine Wissensbasis mit abgestimmter Ter-

akzeptierte Standards (z. B. IEC 61970/61968

minologie, Charakteristiken, funktionalen Be-

sowie IEC 61850).

41

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 42

vor, beleuchtet kurz ihre Inhalte und Entste-

4.7. Zusammenfassung

hung und dokumentiert zudem Schwerpunkte, Dieser Abschnitt der Roadmap stellt die für die

die für diese deutsche Normungsroadmap

DKE relevanten bisherigen Smart Grid-Inter-

zum Thema Smart Grids relevant sind.

operabilitäts- und Standardisierungsroadmaps

Empfehlungen für Smart Grids IEC Standards Roadmap

NIST Roadmap

ETP Smartgrids

Herkunft

International

US

EU

Gremium

Standardisierungsgremium

USInstitut

Dokumententyp

Standards Roadmap

Standards Roadmap

BMWiNormungsstudie

BDI – Internet Energie Initiative DE Initiative

Forschungs- E-Energy agenda Normungsstudie

Vision

Wertschöpfungsbereich

Gewinnung Energiehandel Vertrieb Übertragung Speicherung Verteilung Messung Anwendung Integrations- Integration of aspekte nach business partners der TC 57 Integration of Reference applications Architekture Integration of devices and parts Security Data management

Grad der Berücksichtigung:

stark

berücksichtigt

kaum bis gar nicht

Abbildung 9: Übersicht von Studien und deren Untersuchungshorizont

4.7.1. Internationale Studien

Durch den IEC-Fokus fehlen aber eventuell für Deutschland relevante Bereiche, die sich nicht

Im Bereich der internationalen Normungs- und

aus der Studie ableiten lassen (z. B. Marktkom-

Interoperabilitätsroadmaps ist mit dem Entwurf

munikation, Datenaustausch mit EDIFACT).

der IEC-Roadmap bereits ein für die DKE relevantes Dokument verfügbar, aus dessen Inhalten sich auch Normen für eine deutsche Road-

4.7.2. Nationale Studien

map ableiten lassen. Im Besonderen sind dabei

42

die Normen des IEC/TC 57 Seamless Integrati-

Die Arbeiten der NIST verweisen teilweise auf

on Architecture (IEC TR 62357) zu nennen. Die

nordamerikanische Standards wie etwa die der

vorläufige Roadmap der IEC stellt eine gute

ASHRAE oder IEEE, die im europäischen Kon-

Basis dar, die auch international die Standardi-

text weniger stark verbreitet sind; dennoch wer-

sierung im Bereich Smart Grid prägen kann.

den auch viele Empfehlungen aus der interna-

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 43

Entwicklung von Standards und Normen tionalen IEC-Roadmap in der nationalen nord-

tanz. Dennoch gibt es bestimmte Aspekte, die

amerikanischen Roadmap aufgegriffen.

in Normen berücksichtigt werden müssen. Die Spezifikation muss ausreichend entwickelt sein,

Im Bereich Standardisierung für das Smart

relevante Anspruchsgruppen beteiligt, Revisio-

Grid und die E-Energy-Projekte sind national

nen regelmäßig erfolgen, Implementierungen

besonders die durch das BMWi beauftragte

vorliegen, Werkzeuge zur Nutzung verfügbar

Studie zur Untersuchung des Normungsumfel-

sein oder auch Marketing betrieben werden.

des des E-Energy-Förderprogrammes sowie

Für die verschiedenen Domänen und Akteure

die vom „BDI initiativ“ verfasste Studie „Inter-

im Smart Grid gibt es unterschiedliche Motiva-

net der Energie“ von Bedeutung. Während

tionen und Herausforderungen.

Letztere das Thema Normen und Standardisierung auf knapp zwei Seiten lediglich mittels

Im Bereich Normen und Standards für Netzleit-

Empfehlungen zusammenfasst, beschreibt ers-

stand und Unternehmenskopplung existiert

tere die empfohlenen Normen mit Fokus auf

die Kultur der manuellen, arbeitsintensiven In-

die IEC 62357 ausführlich und nennt die Vor-

tegration von Systemen. Zwar existieren be-

teile und Nachteile der jeweiligen Technologien

reits Standards und Normen für Daten- und

für die E-Energy-Modellregionen. Dabei stim-

Objektmodelle, jedoch existiert ebenso eine

men die Empfehlungen der beiden Studien

Vielzahl von Serialisierungen für diese Modelle

weitestgehend miteinander überein und sind

(XML, RDF, OWL, OPC). Die IEC 62357 sollte

auch deckungsgleich mit dem zeitgleich, aber

in diesem Bereich entsprechend eine Gliede-

komplett unabhängig erstellten NIST/EPRI-Do-

rung bieten können.

kument. Es ist daher für bestimmte IEC-Standards davon auszugehen, dass diese tatsäch-

Im Bereich der Automation für Verteilungs- und

lich den Kern eines zukünftigen Smart Grids

Übertragungsnetze existiert mit der IEC 61850

bilden werden (beispielsweise IEC 62357 SIA)

für Schaltanlagen bereits eine objektbasierte,

(siehe hierzu auch die Übersichtsmatrix im

sich zunehmend verbreitende Norm. Automa-

Anhang). Die hier dokumentierte Roadmap

tionstechnologien sind für die Übertragungs-

greift auch Aspekte der nationalen Studien auf

netze bereits weit verbreitet, für Verteilungs-

[ZVEI, SD2020, DE2020, ESEE].

netze müssen jedoch noch Modelle zur Handhabung von Verteilungsnetz-Automation im Spannungsfeld von Regulierung, Innovation,

4.7.3. Bereits identifizierte existierende Herausforderungen

Wirtschaftlichkeit und politischen Vorgaben

Durch die Analyse der bisherigen Roadmaps

Für den Bereich der WAN-Kommunikation exis-

lassen sich bereits Schwierigkeiten und He-

tieren zahlreiche ältere Standards und Tech-

rausforderungen bei der Nutzung von Normen

nologien. Hier müssen geeignete Migrations-

und Standards im Bereich Smart Grids erken-

oder Integrationsstrategien entwickelt werden.

nen und ableiten. Normen versprechen zwar

Für den Zugang zu WANs existieren zahlreiche

Vorteile wie die Vermeidung von Doppelarbei-

Kommunikationsstandards, die zum Erreichen

ten („Reinvent the Wheel“), Nutzen von Best

der Schaltanlage genutzt werden, jedoch teil-

Practices, leichtere Erhebung von Anforderun-

weise nicht geeignet sind für den Zugriff auf

gen, reduzierte Integrationskosten, Vermeidung

Daten in Haushalten. Hier müssen daher ande-

des Vendor Lock-ins und größere Marktakzep-

re Standards und Normen gewählt werden.

gefunden werden.

43

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 44

Die meisten Technologien in diesem Bereich sind proprietär. Viele setzen auf IP als bevorzugten Netzwerk-Layer auf; es gibt jedoch

4.7.4. Kerngemeinsamkeiten – Aussagen zu Normen und Standards

oft Probleme mit der geforderten Bandbreite. Breitband wird daher oftmals als ein Kern-

Aus den Roadmaps lassen sich neben den im

element für eine Kommunikation zum Energie-

vorherigen Abschnitt dokumentierten Heraus-

kunden angesehen. Im Haus selber ist die

forderungen bzgl. Regulierung und Technolo-

Koexistenz von etablierten Standards für die

giefortschritt auch direkt Normen und Stan-

Heimautomatisierung und der ITK bis hin zur

dards ableiten sowie kritische Erfolgsfaktoren

Konvergenz zum Internet der Dinge zu berück-

und Harmonisierungsbedarf.

sichtigen. Dazu gehören Standards wie Zigbee, KNX, LonWorks, Ethernet, IP over PLC,

In den untersuchten Studien wurden folgende

Wifi etc. Eine der vielen Herausforderungen ist

Normen und Standards aufgrund der Häufig-

dabei die Integration beispielsweise der Kom-

keit der Nennungen sortiert und als weitgehen-

munikation mit der Elektromobilität.

der Konsens für das Smart Grid identifiziert. Die ausführliche Matrix der untersuchten Stan-

Dezentrale Erzeuger werden relevanter und

dards ist im Anhang dargestellt:

sind bereits durch Standards und Kommuni-

❙ IEC

kationstechnologien wie etwa OPC, BACnet, CiA, Seamless IP oder IEC 61400-25 und 61850-7-420 steuerbar; dennoch kommt es

61970/61968:

Common

Information

Model CIM, SIDMS, CIS, GID ❙ IEC 61850, 61850-7-4XX: SAS, Communi-

cations, DER

hier zu Insellösungen durch unterschiedliche

❙ IEC 62351: Security for Smart Grid

Kommunikationstechnologien.

❙ IEC 62357: Seamless Integration Reference

Architecture Zusammenfassend kann man sagen, dass

❙ IEC 60870: Transport protocols

durchgehend ein Bedarf an einheitlichen, har-

❙ IEC 61400: Communications for monitoring

monisierten Modellen durch die Studien er-

and control of wind power plants

kennbar wird und gefordert ist. Normen und

❙ IEC 61334: DLMS

Standards sollen dabei stringent Semantik und

❙ IEC 62056: COSEM

Syntax definieren. Voraussetzung sind entspre-

❙ IEC 62325: Market Communications using

chende Bandbreiten zum Kunden und eine

CIM

Vereinheitlichung und Standardisierung im Be-

44

reich Heimautomatisierung und Smart Meter.

Daneben gibt es generelle Empfehlungen, die

Sicherheit ist ein durchgängiges Querschnitts-

bei allen Studien auftauchen. So sind im

thema, welches für die Akzeptanz, aber auch

Bereich Smart Grids vor allem die Netzleit-

für den verlässlichen und stabilen Betrieb der

technik

angestrebten Smart Grids essenziell ist – hier

Bereich Heimautomatisierung und Smart Meter

existieren bereits Teillösungen wie etwa die IEC

werden jedoch deutlich zu viele „Standards“

62351 oder das NERC CIP. Insgesamt steht

gesehen, als dass die EU nicht das Mandat

die Normung und Standardisierung mit dem

M/441 durchsetzen müsste. Für die Kopplung

Zusammenwachsen von Energiewirtschaft, In-

von Verteilungsnetz, Zähler und Haushalt wird

dustrie, IKT sowie Haushalten und Verteilungs-

oftmals Bandbreite am Hausanschluss als

netzen vor einer großen Herausforderung, die

eines der entscheidenden Probleme gesehen –

nicht nur nationale Abstimmungen erfordert.

hier kann ein angestrebter nationaler Breit-

und

Automation

übersichtlich;

im

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 45

Entwicklung von Standards und Normen bandausbau der Netze korrigierend eingreifen.

NIST-Interoperabilitätsroadmap, ein priorisier-

Der Bereich der Elektromobilität ist noch nicht

tes Vorgehen für wichtige Normungsaktivitäten

standardisiert und erfordert für die mobile Last

in der ersten Phase und nach ersten Praxiser-

mit Batterie und Roaming neue Normen; exis-

fahrungen eine Ergänzung bzw. Überarbeitung

tierende könnten teilweise erweitert werden.

der Roadmap, die dann wiederum im Len-

Die deutsche Roadmap wird diesen Konsens

kungskreis (siehe Kapitel 6.1) abgestimmt wer-

daher in den Empfehlungen in Kapitel 5 be-

den sollte.

rücksichtigen und um spezifische Vorschläge erweitern.

Im Bereich Inhouse Automation wurden folgende Normen genannt: ❙ EN 50523 Geräte für den Hausgebrauch –

Interworking; insbesondere für die Einbindung von intelligenten Haushaltsgeräten ❙ EN 50090

4.7.5. Ausbaustufen und Unwägbarkeiten Betrachtet man die verschiedenen Roadmaps, so sind ganz klar einige Punkte zu erkennen, die dafür sprechen, dass diese nach einem gewissen Zeitraum wiederum den technischen, aber auch den regulatorischen oder gesetzgeberischen Rahmenbedingungen angepasst werden müssen. Die untersuchten Roadmaps geben keine Ausbaustufen bzw. Revisionen der Strategie von vornherein an. Roadmaps können lediglich eine Richtung vorgeben, je weiter sie in die Zukunft blicken, umso stärker sind die getroffenen Empfehlungen mit Unsicherheit behaftet. Ein Blick in die Vergangenheit zeigt, dass technologische Fortschritte in der Grundlagenforschung Veränderungen der Anforderungen bewirken können; als Beispiel sei hier der Wechsel der Forderung vom Wasserstoffauto hin zum Elektroauto aufgrund von Weiterentwicklungen bei Speichertechnologien für Strom genannt.

Für die vorliegende deutsche Normungsroadmap empfiehlt sich daher, ähnlich wie bei der

45

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 46

5. Empfehlungen für eine Normungsroadmap – Phase 1 Dieses Kapitel der Roadmap wird basierend auf den Erkenntnissen und dokumentierten Ergebnissen der vorherigen Abschnitte Empfehlungen für unterschiedliche Aspekte einer deutschen

❙ Empfehlungen für den Bereich dezentrale Er-

zeuger ❙ Empfehlungen für den Bereich Übertra-

gungsnetz

Normungsstrategie für das Smart Grid geben. Der folgende Abschnitt dokumentiert die hierfür

Diesen Domänen lassen sich dabei jeweils ein-

identifizierten Domänen und Akteure sowie Quer-

zelne Themenfelder der diskutierten nationalen

schnittsthemen, um anschließend die jeweiligen

und internationalen Studien als auch der IEC

Empfehlungen diesen Bereichen zuzuordnen.

Seamless Integration Architecture TR 62357 zuordnen.

5.1. Identifizierte Bereiche – Domänen und Querschnittsthemen

Im Rahmen der Diskussion dieser Roadmap ergaben sich die Fokusthemen: Informationssicherheit, Datenmodelle/Semantik, Smart Meter, dezentrale Erzeuger/Lastmanagement/Demand

Querschnittsbereiche

Response unter der Einbeziehung der Netzinte-

❙ Allgemeine Empfehlungen

gration von Elektromobilität, Verteilungsnetz-Au-

❙ Regulatorische und legislative Empfehlungen

tomation sowie Inhouse Automation. In Kürze

❙ Empfehlungen zu IT-Sicherheit und Daten-

werden im Rahmen der weiteren Bearbeitung

schutz ❙ Empfehlungen zum Bereich Kommunikation

die folgenden Empfehlungen diesen Fokusgruppen zugeordnet sowie die Adressaten definiert.

❙ Empfehlungen für den Bereich Architekturen,

Netzleittechnik und Netzmanagement-Prozesse ❙ Empfehlungen zu Sicherheit, Zuverlässigkeit

5.2. Empfehlungen für eine deutsche Roadmap

und Beständigkeit von Produkten (z. B. klassische Sicherheitsuntersuchungen und funk-

Wie die Analyse der Stärken und Schwächen

tionale Sicherheit)

in Verbindung mit der nationalen Kompetenz in den verschiedenen Themenbereichen zeigt,

Domänenspezifische Bereiche

sind vor allem die Bereiche dezentrale Erzeu-

❙ Empfehlungen für den Bereich Aktives Ver-

gung und Speicherung, Elektromobilität und

teilungsnetz

Datenmanagement relevant.

❙ Empfehlungen zum Bereich Smart Meter ❙ Empfehlungen zum Bereich Elektromobilität ❙ Empfehlungen für den Bereich Speicherung

5.2.1. Allgemeine Empfehlungen

❙ Empfehlungen für den Bereich Lastmanage-

ment/Demand Response ❙ Empfehlungen für den Bereich Gebäude-

und Heimautomatisierung

46

Empfehlung SG-AE-1: Entwicklung einheitlicher Normen und Standards von großer Bedeutung für Smart Grids.

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 47

Empfehlungen für Normungsroadmap Als Voraussetzung für ausreichende Investitio-

und Anwendern möglich, ihr Wissen und ihre

nen bedarf es einer Smart Grid-Architektur, die

Anforderungen in die Standardisierung der IEC

Anforderungen an Verteilbarkeit, Erweiterbar-

international einzubringen. Es ergeht daher

keit, Sicherheit, Verfügbarkeit und Interopera-

auch ein Appell an die deutsche Wirtschaft,

bilität erfüllen muss.

ihren Experten die Teilnahme an nationalen und internationalen Gremien zu ermöglichen

Empfehlung SG-AE-2: Internationale Normen

und diese zu unterstützen sowie ihre Anforde-

sind die Basis für die nationale Umsetzung

rungen an Normen zu dokumentieren. Die Nor-

Die deutsche Normungsroadmap muss auf

mungsgremien sollten genutzt werden, um die

existierende Arbeiten aufsetzen, zum einen,

Umsetzung der Normen und Standards in die

um nicht das Rad neu zu erfinden, zum ande-

Praxis branchenübergreifend und auch inter-

ren, weil bereits Lösungen existieren, die stan-

national zu vergleichen und zu diskutieren.

dardisiert und bereits in der Praxis im Einsatz sind. Diese Roadmap würdigt diese Arbeiten

Beispiel: Einrichtung eines deutschen Spiegel-

und setzt daher vor allem auf die in Abschnitt

gremiums für die Working Groups 13 und 14

4 identifizierten, weltweit anerkannten Smart

bei IEC/TC 57 (CIM).

Grid-Standards, insbesondere der IEC 62357 SIA des IEC/TC 57, auf. Lösungen von ande-

Eine Spiegelung von internationalen Liaisons,

ren Normungsorganisationen wie ETSI, ITU,

beispielsweise mit CIGRE, NIST oder UCAiug,

ISO oder auch von Foren und Konsortien sol-

sollte gefördert werden. Insbesondere sollte

len ebenfalls in die Betrachtungen einbezogen

eine Zusammenarbeit mit NIST gesucht wer-

werden.

den, um ggf. deutsche Ideen in ihren PAP30 einzubringen.

Bei der Weiterentwicklung der Normen ist die Investitionssicherheit von vorhandenen Syste-

Empfehlung SG-AE-4: Sicherheit der Syste-

men und Produkten nach Möglichkeit in die

me und Produkte im herkömmlichen Sinne

Betrachtung einzubeziehen.

Die

Umsetzung

der

Smart

Grid-Visionen

wird auch Einfluss auf traditionelle Produkte Generische, internationale Normen können im

und Systeme haben. Lastverschiebung mit

regionalen oder nationalen Zusammenhang die

Haushaltsgeräten, Einfluss preisbasierter De-

Basis für weitergehende Normenprofile bieten,

mand Response-Programme, Steuerung durch

die das Ziel haben, Interoperabilität und Pra-

virtuelle Kraftwerke, Schutztechnik in den

xistauglichkeit zu erreichen oder ggf. spezifi-

Verteilungsnetzen, Fernabschaltung von Ver-

sche nationale Schwerpunkte zu ergänzen.

brauchern sind hierfür Beispiele. Nicht nur die IT-Sicherheit ist daher zu beachten, son-

Empfehlung SG-AE-3: Bedeutung der Be-

dern auch die klassischen Sicherheitsphilo-

teiligung der deutschen Experten an der

sophien sind in den jeweiligen Anwendungs-

internationalen Normung

feldern zu überprüfen. Hier bietet sich eine

Um die Arbeiten bei der DKE zu allen relevan-

Zusammenarbeit von Smart Grid-Experten mit

ten Smart Grid-Kernstandards der IEC auch

den jeweiligen Fachgremien und den Prüfins-

möglich zu machen, sollte es Ziel der DKE

tituten an.

sein, zu allen relevanten TCs und WGs deutsche Spiegelgruppen zu etablieren. Nur so ist

Darüber hinaus sollte das immer komplexere

es auch den deutschen Experten, Herstellern

Gesamtsystem mit den Methoden der funktio-

30 PAP Priority Action Plan

47

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 48

nalen Sicherheit untersucht werden. Ein ent-

luierbar werden und die Akzeptanz bei den

sprechendes Forschungsprojekt wird empfoh-

Anwendern und Early Adoptern steigt.

len. Im Rahmen der Diskussion zur Erstellung der Die vollständige Abdeckung dieser Themen

Roadmap wurde ergänzend angeführt, dass

erfordert beispielsweise auch die Berücksich-

ein professionell durchgeführtes und von den

tigung

und

Marktbeteiligten nicht nur akzeptiertes, sondern

Niederspannungsbe-

auch gelebtes Versionsmanagement erforder-

reich nach den Regeln der VDE 0100 (interna-

lich sei, da es bisher insbesondere bei Versi-

tional IEC 60364-Serie).

onswechseln häufig zu Schwierigkeiten kom-

der

Errichtungsbestimmungen

Schutzmaßnahmen

im

me und ohne entsprechende MarktkommuniEmpfehlung SG-AE-4a: Resilienz der unver-

kation der Markt nicht funktionieren könne.

zichtbaren Kernfunktionalität des Smart

Entsprechende Testeinrichtungen seien hierfür

Grids

erforderlich.

Im Sinne der Versorgungssicherheit unverzichtbare Prozesse und Funktionalitäten im

Aufgrund von teilweise heterogenen Standards

Smart Grid sollten robust und resilient ausge-

oder verschiedenen Alternativen in generi-

legt werden. Sie sollten auch bei Störungen

schen Interoperabilitätsnormen soll die Be-

oder in Krisenlagen ihre Kernfunktionen mög-

schreibung von stärker zugeschnittenen Nor-

lichst

menprofilen, die auf generische, internationale

weitgehend

aufrechterhalten

können

(„Graceful Degradation“) und nach Ende der

Normen aufsetzen, geprüft werden.

Beeinträchtigung schnell wieder in den Normalbetrieb zurückkehren können.

Empfehlung

SG-AE-7:

Use

Cases

und

Marktrollen Empfehlung SG-AE-5: Nutzung von vorhan-

Wie zuvor beschrieben stellen die Beschrei-

denen Methodologien

bungen der Funktionalitäten (Use Cases) eine

Für die Umsetzung von Smart Grids und die

wichtige Grundlage der weiteren Arbeiten auch

sinnvolle Erhebung von Anforderungen unter

für die Normungs- und Standardisierungsar-

besonderer Berücksichtigung von Standards

beit dar. Es wird daher empfohlen, dass ergän-

und Normen der IEC existiert die IEC/PAS 62559

zend zur Erarbeitung der Terminologiegrund-

„IntelliGrid Methodology for Developing Re-

lagen (Wiki für ein E-Energy / Smart Grid-Glossar

quirements for Energy Systems“; diese wird

im DKE-Arbeitskreis 111.0.5) eine Beschrei-

zur Anwendung auch für die Weiterentwicklung

bung von Use Cases durch die Smart Grid/

dieser Normungsroadmap empfohlen.

E-Energy

Community

(E-Energy-Begleitfor-

schung, relevante Normungsgremien, weitere Empfehlung SG-AE-6: Prüfung der Inter-

interessierte Fachöffentlichkeit) vorgenommen

operabilität

und ergänzt werden sollte.

Für die in dieser Roadmap empfohlenen Nor-

48

men, Standards und die Umsetzung von Ar-

Die Liberalisierung der Energiemärkte wie auch

chitekturen mittels Profilen sollte grundsätzlich

technische Innovationen werden mittelfristig zu

die Interoperabilität überprüft, auch unter Pro-

einer wesentlichen Veränderung der Marktrol-

zessaspekten umgesetzt und zur Verfügung

len führen. Von großer Bedeutung bei der Mo-

gestellt werden. Diese Prüfungen der Interope-

dellierung von Anwendungsfällen (Use Cases)

rabilität sorgen dafür, dass Umsetzungen eva-

ist daher eine klare Aufteilung der Aufgaben

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 49

Empfehlungen für Normungsroadmap und Verantwortlichkeiten auf bekannte und

tifiziert werden. Als Beispiel können hier die

mögliche neue Akteure unter Berücksichtigung

Aktivitäten der EU-Kommission und ERGEG

der regulatorischen Vorgaben und neuer Ge-

(siehe Fußnote 8) und die Notwendigkeit einer

schäftsmodelle.

Spiegelung in Deutschland erwähnt werden. Die Normung – vom DKE-Kompetenzzentrum

Empfehlung SG-AE-8: DKE-Kompetenzzen-

E-Energy mit Partnern beim DIN und der E-

trum E-Energy

Energy-Begleitforschung national koordiniert

Das für diese Roadmap national verantwortli-

und in Zusammenarbeit mit den entsprechen-

che DKE-Kompetenzzentrum E-Energy sollte

den Fachkreisen – stellt hierbei einen wich-

in Zusammenarbeit mit den einzelnen nationa-

tigen Baustein in einer Gesamtstrategie dar,

len Normungsgremien in der DKE und im DIN,

ist aber nur ein Aspekt neben anderen Rah-

aber auch im VDE zu ITG, ETG sowie zum

menbedingungen (siehe hierzu auch die wei-

BDEW [ELAN2020], der BITKOM und relevan-

teren allgemeinen und regulatorischen Emp-

ten Fachkreisen die Umsetzung der normungs-

fehlungen).

relevanten Inhalte dieser Roadmap übernehmen, um so eine konsistente und doppelar-

Mit einem ähnlichen Fokus hat GridWise in den

beitsfreie Umsetzung der deutschen Schwer-

USA das Thema gesamtheitlich aufgesetzt.

punkte zu ermöglichen. Die Normungsexperten und die Beteiligung der Empfehlung SG-AE-9: Weiterentwicklung der

breiten Fachöffentlichkeit in den Gremien der

Roadmap

DKE, des DIN oder auch des VDE stehen so-

Diese Roadmap sollte in Bezug auf die identifi-

mit der Politik und den Behörden als neutrale

zierten Fokusthemen in Zusammenarbeit mit

Berater in technischen Fragen zur Verfügung.

den entsprechenden Fachkreisen und Interessensgruppen weiterentwickelt werden.

Empfehlung SG-AE-11: Markteinführung Für die Markteinführung in der Breite über

Empfehlung SG-AE-10: Koordinierungsgre-

die heutigen Pilot- und Modellprojekte hinaus

mium für eine nationale Umsetzung der

sind folgende, über die eigentliche Normung

Smart Grid-Idee

hinaus gehende Maßnahmen empfehlenswert:

Die Normungsroadmap sollte nicht nur Empfehlungen für die internationale Umsetzung

❙ Für die Anwendung der neuen Technologien

und Entwicklung von Normen und Standards

und der entsprechenden Normen ist Fach-

geben, sondern auf nationaler Ebene einge-

personal zu schulen. Das Thema Smart

bettet sein in ein nationales Koordinierungs-

Grids muss daher proaktiv in Ausbildung

gremium. Dieses sollte die nationalen strategi-

und Studium behandelt werden. Weiterbil-

schen Ziele festlegen, mit denen Smart Grid in

dungsangebote sind zu entwickeln.

Deutschland entwickelt und eingesetzt werden soll. Des Weiteren sollten mögliche Marktstra-

❙ Nur mit Unterstützung der Nutzer wird das

tegien und Geschäftsmodelle dargestellt und

neue System funktionieren. Vertrauen in die

Handlungsbedarf, z. B. bei den regulatori-

Sicherheit und den Datenschutz sowie ent-

schen oder gesetzlichen Rahmenbedingungen

sprechende Marktmodelle als Basis für eine

(u. a. EEG, Datenschutz) oder fehlenden Ge-

erfolgreiche Einführung werden bereits in an-

schäftsprozessen in Verbindung mit den euro-

deren Empfehlungen adressiert. Insbeson-

päischen und internationalen Aktivitäten, iden-

dere im Bereich der Privathaushalte ist eine

49

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 50

umfassende Information der Öffentlichkeit zu

desnetzagentur z. B. unter der GPKE einge-

erwägen, um nicht die Fehler der Vergan-

führte EDIFACT-Datenformat ist nicht mit der

genheit bei der Markteinführung von neuen

IEC 62357 vereinbar. In den E-Energy-Projek-

Technologien zu wiederholen.

ten ist bereits eine Aussprache für die Verwendung von XML-basierten Formaten (etwa unter

Empfehlung SG-AE-12: Wissenssicherung

der Semantik des CIM) diskutiert worden. Dis-

aus F&E-Projekten zu Smart Grid

kussionspunkt ist eine verbesserte durchgän-

Viele Erfahrungen wurden und werden in zahl-

gige Kommunikation. Dabei könnte z. B. auf

reichen Forschungsprojekten in den vergange-

Wissen anderer Länder zurückgegriffen wer-

nen Jahren gesammelt. Diese zu einem großen

den. Es wird daher empfohlen, im Bereich der

Teil öffentlich geförderten Projekte veröffent-

Marktkommunikation die Integration von welt-

lichen zwar die Ergebnisse; in der Gesamtheit

weiten durchgängigen Smart Grid-Datenmo-

liegt aber keine zusammenfassende Übersicht

dellen voranzutreiben.

der Ergebnisse vor. Sowohl für die nun beginnenden Realisierungen in Europa wie auch

Empfehlung SG-RE-2: Bandbreite für die

für die E-Energy-Projekte und ergänzt um die

Kommunikation zu den Endverbrauchern

Ergebnisse der E-Energy-Projekte sollten die

Im Bereich der Verbindung zwischen Mess-

bisherigen F&E-Ergebnisse durch eine einheit-

stellenbetreiber oder einer ähnlichen Marktrolle

liche Wissenssicherung an einer Stelle zusam-

und den Objektanschlüssen (Endkunde) gilt es

mengefasst werden. Aufgrund der vielen, auch

in Bezug auf die Auswahl von Kommunikati-

europäisch geförderten Projekte und vieler

onsprotokollen, Formaten, aber auch bezüg-

weiterer internationaler Projekte sollte diese

lich der Menge der übermittelten Daten die zur

Arbeit in Englisch erfolgen und vorzugsweise

Verfügung stehende Bandbreite zu den Haus-

bei einer internationalen Organisation angesie-

halten zu berücksichtigen. Es wird empfohlen,

delt werden.

den durch die Bundesregierung vorangetriebenen Ausbau der Breitbandnetze auch unter dem Gesichtspunkt Smart Grid weiter zu

5.2.2. Empfehlungen zu regulatorischen und legislativen Änderungen

forcieren.

Empfehlung

SG-RE-3:

Rahmenbedingun-

gen für variable Tarife gestalten

50

Empfehlung SG-RE-1: Weiterentwicklung der

Vor dem Hintergrund der gesetzlichen Rah-

Marktkommunikation

menbedingungen, die last- und zeitabhängige

Das IEC/TC 57 hat mit der Seamless Integra-

Tarife ab 2011 vorsehen, muss die Realisie-

tion Architecture seine Normen in einem Kon-

rung der mit Smart Grid angestrebten Ziele

text gesetzt, der in Zusammenarbeit mit dem

auch im Sinne der verschiedenen beteiligten

TC 13 für Elektrizitätszähler und Smart Meter

Marktrollen noch weiter detailliert werden,

eine technische Referenzarchitektur umsetzt,

auch wenn letztlich das konkrete Angebot von

die sowohl eine horizontale als auch vertikale

Tarifen und Dienstleistungen im Wettbewerb

Integration ermöglicht. Dabei ist sich die IEC

erfolgen wird. Neue Marktrollen (z. B. Markt-

bewusst, dass der Standard IEC 62325 zur all-

aggregatoren, Preis- und Netzagenten oder

gemeinen Marktkommunikation mittels ebXML

virtuelle Kraftwerke) im Hinblick auf die Ent-

und CIM nationalen Marktmechanismen entge-

wicklung des Smart Grids und ihre „Aufgaben“

gensteht. Das in Deutschland durch die Bun-

erfordern ggf. neue gesetzliche Rahmen.

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 51

Empfehlungen für Normungsroadmap 5.2.3. Empfehlungen zu Sicherheit und Datenschutz

Empfehlung

SG-SD-3:

Entwicklung

von

Sicherheitskonzepten und deren Bewertung

Empfehlung SG-SD-1: Bedeutung des Da-

Es sollten die vorhandenen Normen im Be-

tenschutzes

reich der IT-Sicherheit hinsichtlich des spezifi-

Für die Umsetzung der Smart Grid-Konzepte

schen Umfeldes der elektrischen Energiever-

und für die Akzeptanz bei den Nutzern sind die

sorgung (siehe Verfügbarkeit, Versorgungssi-

Schutzziele der Verfügbarkeit, Verlässlichkeit, In-

cherheit, kritische Infrastruktur) analysiert, so-

tegrität und Vertraulichkeit für die technischen

wie ein Bewertungssystem zur Vergleichbarkeit

Konzepte und den Betrieb zu berücksichtigen.

und Anwendbarkeit von Sicherheitslösungen

Ansprechpartner dafür sind Landesdatenschutz-

entwickelt werden. Hieraus lassen sich Emp-

31

sowie nationale und inter-

fehlungen für durchgängige Sicherheitslösun-

nationale Normungsorganisationen (z. B. IEC,

gen erarbeiten, die dann auf die jeweiligen

DKE, DIN) unter aktiver Mitarbeit der relevan-

Produkte und Anwendungsfelder adaptiert

ten Verbände (BITKOM, VDE/ITG).

werden können.

In diesem Zusammenhang sind denkbare Ziel-

Empfehlung SG-SD-4: Versorgungssicher-

konflikte des Datenschutzes mit der Forderung

heit als Schutzziel für das Smart Grid

nach Datensparsamkeit auf der einen Seite

Die

und des Smart Grid-Ansatzes mit erweitertem

sicherheit des Smart Grid in Normal- und

Netzmanagement oder der Einbeziehung der

Krisenlagen sollte bei Sicherheitsbetrach-

Verbraucher über anreizorientierte Lastma-

tungen soweit notwendig explizit als über-

nagementsysteme auf der anderen Seite zu

geordnetes Schutzziel berücksichtigt wer-

lösen.

den.

beauftragte, BSI

Aufrechterhaltung

der

Versorgungs-

Empfehlung SG-SD-2: IT-Sicherheit Sicherheit sollte als Kernthema bei der Architekturentwicklung für ein Smart Grid betrach-

5.2.4. Empfehlungen zum Bereich Kommunikation

tet werden. Hierbei sollten skalierbare Lösungen mit Fokus auf physikalischen, rollenba-

Empfehlung SG-K-1: Beachtung des Man-

sierten Zugriff, Identitätsmanagement sowie

dats M/441

Zertifikatslösungen für die Kommunikation und

Für den Bereich der Smart Meter sind durch

Sicherheitsarchitekturen als nationales Normen-

die heterogene Struktur der anzubindenden

Profil in Zusammenarbeit mit der Regulierung

Haushalte bzw. Objektzellen verschiedene Ab-

und Verbände durch die DKE entwickelt und

bildungen auf Kommunikationstechnologien

definiert werden. Unter dem Begriff Profil wird

nötig. Dies umfasst sowohl kabelgebundene

hierbei eine konkrete Technologie-, Funktions-

als auch drahtlose Technologien. Für die Kom-

und Datenmodellauswahl aus den übergeord-

munikation zu den Endpunkten im Netz sind

neten internationalen Standards und Normen

gemäß dem Mandat M/441 passende Techno-

verstanden. Dabei sollten existierende Lösun-

logien zu ermitteln, zu erproben und Profile für

gen für die Smart Grid-Kernarchitektur wie et-

diese Technologien zu standardisieren. Auch

wa die IEC 62351 oder das BDEW-Weißbuch

sollten hier die Anforderungen des Arbeits-

zum Thema „Sicherheit für den Netzbetrieb“

kreises „Inhouse Automation“ berücksichtigt

berücksichtigt werden.

werden (s. u.).

31 BSI Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik

51

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 52

Empfehlung SG-K-2: Semantik von Objekt-

Empfehlung

modellen und Beziehungen zwischen Ob-

wicklung der Modelle der IEC/TC 57 auch

SG-K-4:

Nutzung/Weiterent-

jektmodellen (Ontologien)

für nichtelektrische Medien

Im Bereich der Kommunikation muss stets ge-

Der Fokus dieser Roadmap liegt für die Phase

klärt werden, was ausgetauscht („WAS“) und

1 im Bereich der Normung und Standardi-

wie es ausgetauscht („WIE“) wird. Das „WAS“

sierung für die elektrischen Komponenten des

ist durch langlebige Objektmodelle definiert,

Smart Grids. Das Konzept der IEC 62357, ein

die dann wiederum mittels Abstraktionsschich-

geteiltes, gemeinsames Datenmodell (CIM,

ten auf die Kommunikationsschichten abgebil-

en.: Common Information Model) sowie eine

det werden müssen. Diese technischen Map-

flexible Architektur mit loser Kopplung basie-

pings sind vielfältiger und unterliegen einem

rend auf Internettechnologien für WAN-Kom-

schnelleren technischen Wandel. Bei der Um-

munikation und verteilte Systeme (Service-

setzung von Smart Grids ist im Sinne von

orientierte Architekturen) lässt sich auch auf

Nachhaltigkeit für technischen Lösungen, wie

den Bereich der nichtelektrischen Energie-

bei der IEC 61850 und der IEC 61970/61968

wirtschaft anwenden. Es sollte daher ein Ziel

bereits geschehen, der technische Wandel zu

dieser Roadmap und der geforderten Arbeiten

berücksichtigen, so dass zugrunde liegende

sein, Erweiterungsmechanismen für IEC 61970

Kommunikationstechnologien bei technischem

und die Kommunikationstechnologien der IEC

Fortschritt ohne Auswirkungen auf die darüber

62357 zu entwickeln und in einer Vernetzung

liegenden logischen Funktions- und Daten-

die entsprechenden Branchen mit der DKE-

schichten ausgetauscht werden können. Dies

Normungsroadmap für ein Smart Grid im

ist durch die Nutzer in Bezug auf Investitionssi-

Bereich Multi-Utility – Phase 2 zusammenzu-

cherheit ein relevanter Punkt und auch mit

führen.

Hinblick auf die Migration bzw. Integration existierender Kommunikationstechnologien von Be-

5.2.5. Empfehlungen für den Bereich Architekturen und Netzleittechnik

deutung, beispielsweise bei Übergang von datenpunktorientierter TASE.2 zur IEC 61850.

Empfehlung SG-K-3: Seamless Integration

52

für verbesserte Interoperabilität

Empfehlung

SG-ANLT-1:

Referenzarchi-

Die IEC SIA 62357 fordert zwar eine nahtlose

tektur

Integration der TC 57-Standards; dies erfordert

Die IEC TR 62357 Seamless Integration Archi-

jedoch Mappings und Harmonisierung zwischen

tecture ermöglicht sowohl eine stark zentrali-

diesen Standards, die in der IEC/TC 57 WG 19

sierte als auch eine hierarchisierte Architektur

zusammengeführt werden. Die Abbildung von

mit Datenaggregatoren. Die Datenmodelle und

CIM und IEC 61850 sowie Intersystem- und

Kommunikationsprotokolle können dabei flexi-

Subsystem-Kommunikation in der IEC 62357

bel umgesetzt werden. Dabei ist besonders

müssen durch Profilbildung für die Abbildung,

die nichtfunktionale Anforderung der Band-

d. h. semantische Mappings der einzelnen

breite in die Feldebene und eine mögliche Ag-

Kernstandards aufeinander, gefördert werden.

gregation dort von Bedeutung. Durch die E-

Ziel einer deutschen Roadmap ist es daher,

Energy-Regionen kann eine Art Referenzarchi-

E-Energy-spezifische Profile und Ergebnisse aus

tektur für Smart Grids vorangetrieben werden,

der Anwendung der Referenzarchitektur IEC

die ein Modell auf Basis der Meta-Modelle IEC

62357 in die Harmonisierung einzubringen.

62357 bietet.

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 53

Empfehlungen für Normungsroadmap Empfehlung

SG-ANLT-2:

Harmonisierung

der Datenmodelle der IEC 61970: Common Information Model CIM und IEC 61850

5.2.6. Empfehlungen für den Bereich „Verteilungsnetzautomatisierung“

Die in der IEC 62357 vorgestellten Standards werden von unterschiedlichen Arbeits-

Empfehlung SG-AV-1: CIM im Bereich des

gruppen entwickelt und müssen teilweise noch

Verteilungsnetzmanagements

harmonisiert werden. Dabei stehen vor allem

Die IEC 61968 „System Interfaces für Distribu-

die Datenmodelle der IEC 61970 „Common

tion Management Systems“ standardisiert auf

Information Model CIM“ und IEC 61850 im

Basis der Roadmap der IEC/TC 57 WG 14 ver-

Fokus einer Unifizierung bzw. Harmonisie-

schiedene Systemschnittstellen, semantische

rung. Es existieren zwar bereits verschie-

Objektmodelle und Prozesse, die im Bereich

dene Ansätze, aber vor allem die Erfahrungen

des aktiven Verteilungsnetzes angesiedelt sind.

der E-Energy-Projekte mit der Kopplung von

Aus den E-Energy-Projekten sollten sich Anfor-

dezentralen Erzeugern über die Netzleittechnik

derungen an diese Norm ergeben, die in die

hin zum Markt für ein virtuelles Kraftwerk mit

internationale Normung transferiert werden

einem durchgängigen Datenmodell ist ein

sollten. Ziel der Roadmap ist daher, diese Er-

wertvoller Input für die internationale Nor-

gebnisse international einzubringen und das

mung. Mappings sollten in Form von Profilen

CIM im Bereich des Verteilungsnetzmanage-

als technische Reports auch in der Normung

ments weiter als gemeinsames Datenmodell zu

veröffentlicht werden.

fokussieren. Dabei sind vor allem auch Arbeiten zur Modellierung von dezentralen Erzeu-

Empfehlung

SG-ANLT-3:

Standardisierte

gern mittels CIM und eine Ad-hoc-Integration

Benamung von Objekten

mit der IEC 61850-7-420 sowie mit AMI32 und

Für die Verarbeitung von Objekten mittels IT

HAN-Datenmodellen erforderlich. Da hier deut-

sollten diese nicht nur eine eindeutige Klasse

sche Vorarbeiten existieren und auch das akti-

innerhalb des CIM besitzen, sondern vor allem

ve Verteilungsnetz im Kern der E-Energy-Pro-

auch einen eindeutigen Objektbezeichner. Für

jekte steht, sollten hier deutsche Aktivitäten

die SIA und eine Interoperabilität der E-Energy-

forciert werden.

Regionen wird empfohlen, hier auf die ISO/ IEC 81346 Reference Designation bzw. die

Empfehlung SG-AV-2: Informationsmodelle

IEC 61360 zu setzen, um bei der Umsetzung

Im Bereich der Verteilungsnetzautomatisie-

einheitliche, interoperable Bezeichner für den

rung müssen die verschiedenen Automati-

Datenaustausch zu erhalten.

sierungskonzepte auch durch Informationsmodelle widergespiegelt werden. Die IEC

Empfehlung

SG-ANLT-4:

Repository

für

61850-7-4 sollte daher auch um Objekte

Modelle

erweitert werden, die zur Verteilungsnetzauto-

Die in Normen bereits vorhandenen Objekt-

mation benötigt werden. Hierfür sind Profile

modelle sollten in geeigneter digitaler Weise,

und logische Knoten zu entwickeln, die spe-

beispielsweise als UML-Modelle, zur Verfü-

ziell ihre Anforderungen aus den E-Energy-

gung stehen und entsprechend ergänzt wer-

Projekten erhalten können.

den können.

32 AMI Advanced Metering Infrastructure

53

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 54

5.2.7. Empfehlungen zum Bereich Smart Metering

len EU Framework Calls entsprechend weiteren Standardisierungs- und Harmonisierungsdruck aufbauen.

Bewertung Das Thema Smart Metering wird bereits heute

Für die deutsche Normung und für diese

umfassend in der Fachöffentlichkeit auf ver-

Roadmap wird empfohlen, auf die Ergebnisse

schiedenen Ebenen diskutiert und in vielen

des FNN als heutiges Normenprofil aufzuset-

Feldversuchen werden hierzu praktische Erfah-

zen und diese auf Basis der nationalen und

rungen gesammelt. Die für die Normung rele-

internationalen Entwicklungen der Zählernor-

vanten Themen werden in den Fachgremien auf

men, des Datenschutzes und der IT-Sicherheit

europäischer Ebene in der Smart Meters Coor-

weiterzuentwickeln. An den europäischen und

dination Group (SM-CG) und international bei

internationalen

IEC/TC 13 sowie in den entsprechenden deut-

deutsche Experten mit ihren Erfahrungen in

schen Spiegelgremien behandelt. Vorschläge

Zusammenarbeit mit den jeweiligen DKE-Spie-

zur Weiterentwicklung der Normung werden in

gelgremien wie bisher aktiv in die Normung

dem Report der SM-CG dargelegt [CENELEC].

einbringen.

Entwicklungen

sollten

sich

Auf eine Wiederholung der Vorschläge soll daher an dieser Stelle verzichtet werden und

Empfehlung SG-SM-2: Zusammenarbeit TC

nur auf weitergehende bzw. nationale Ausprä-

13 und TC 57

gungen eingegangen werden.

Im Bereich der IEC-Normen wird eine engere Zusammenarbeit des TC 57 und des TC 13

Die geforderte Entwicklung von Normenprofi-

angestrebt; im Besonderen könnten die Daten-

len mit dem Ziel einer weitgehenden Interope-

modelle der IEC 61850 um DLMS/COSEM-

rabilität ist beim Smart Meter in Deutschland

Objekte erweitert werden, ohne diese Normen

33

[FNN] in Ko-

direkt verändern zu müssen. Aktuell sind im

operation mit Open Metering bereits weit fort-

Bereich des TC 57-Frameworks Zählerdaten

mit den Spezifikationen des FNN

34

bislang erst im CIM enthalten, nicht jedoch in

35

Lastenheft oder der Beschreibung von SML ,

Feldgeräteobjektmodellen.

die über die DKE bei CENELEC/IEC in die

wird durch Elektromobilität oder DER36 auf

internationale Normung eingebracht wurde.

jeden Fall nötig37. Ziel wäre beispielsweise eine

geschritten, beispielsweise mit dem MUC -

Eine

Erweiterung

Integration von abrechnungsrelevanten ZählerEmpfehlung SG-SM-1: Nutzung der Vorar-

daten auch über IEC 61850.

beiten des FNN für ein Normenprofil und der Weiterentwicklung auf Basis der Umsetzung

Empfehlung SG-SM-3: Heimgateway und

des europäischen Mandats M/441

Demand Response-Funktionen

Das an CEN, CENELEC und ETSI ergangene

Bezüglich der Funktionalitäten müssen dem

EU-Mandat M/441 wird im Bereich der Multi-

Heimgateway aktuelle Tarif-/Preisinformationen

Utility-Smart Meters für die sechs verschiede-

sowie ggf. Prognoseinformationen zur Verfü-

nen Hauptschnittstellen verbindliche Empfeh-

gung gestellt werden. Anwendungserfahrung

lungen geben (siehe Kapitel 4.4). Zusätzlich

wird hierbei aus den E-Energy-Projekten ge-

wird das EU-Projekt „Open Meter“ des aktuel-

wonnen, wobei die Verfügbarkeit der Daten

33 FNN Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 34 MUC Multi-Utility-Communication 35 Smart Message Language 36 DER Distributed Energy Resource

54

37 Im DKE K 461 wird derzeit ein Arbeitskreis „Energiemessung und Elektomobilität“ gegründet

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 55

Empfehlungen für Normungsroadmap über den digitalen Zähler eine von verschiede-

täten ggf. mit welchen Kommunikationsmap-

nen Möglichkeiten darstellt.

pings und Kompatibilitätsstufen für welche dezentralen Erzeuger zu nutzen sind. Dies

Empfehlungen SG-SM-4: Berücksichtigung

kann zur Etablierung von kostengünstigen und

von DLMS- und COSEM-Erweiterungen

weniger umfangreichen, aber dennoch stan-

Die IEC empfiehlt eine Erweiterung der existie-

dardkonformen Lösungen zur Ansteuerung

renden IEC 61334 für Power Line Communica-

von DER führen.

tion um aktuelle, in der IEC 62056 durchgeführte Entwicklungen. Diese Empfehlung sollte

Empfehlung SG-DER-2: Zukünftige Kom-

für das deutsche Smart Grid-Konzept über-

munikationsmappings

nommen werden, um DLMS und COSEM sinn-

Für die IEC 61850-7-420 existieren verschiede-

voller zusammen nutzen zu können.

ne Technologiemappings, wobei besonders die Manufacturing Message Specification (MMS)

Empfehlungen SG-SM-5: Smart Metering

wegen ihrer Verbreitung, aber auch wegen ih-

und Eichrecht

rer komplexen Umsetzung von Bedeutung ist.

Wiederholt wurde in der öffentlichen Kommen-

Initiativen wie etwa die vom BMWi geförderten

tierung auf regulatorische und durch Eichrecht

INS-Projekte (Innovationen mit Normen und

und Datenschutz vorgegebene Rahmenbedin-

Standards – siehe Fußnote 25) streben an, ei-

gungen, die als für das Smart Grid hinderlich

ne offene Referenzimplementierung zur Verfü-

dargestellt wurden, hingewiesen. Weitere Un-

gung zu stellen, damit sich die Kommunikati-

tersuchungen und Empfehlungen werden da-

onstechnologie weiter verbreitet. Für weitere

her im Zusammenhang mit dem vorgeschla-

Kommunikationstechnologien sollte diese Art

genen

der Dissemination38 überprüft werden und mit-

Koordinierungsgremium,

SG-AE-10,

empfohlen.

tels geeigneter Normungsinstrumente für diesen Bereich zur Verfügung gestellt werden.

5.2.8. Empfehlungen für den Bereich dezentrale Erzeuger und virtuelle Kraftwerke

Empfehlung SG-DER-3: Verteilte Steuerung und Modellierung von dezentralen Anlagen und virtuellen Kraftwerken Bislang fokussiert die IEC 61850-7-420 vor

Empfehlung SG-DER-1: Weiterentwicklung

allem einzelne dezentrale Anlagen, ihre Ob-

der IEC 61850-7-420

jektmodelle und deren Steuerung. Die verteilte

Die Nutzung der auch aus Deutschland stark

Steuerung von mehreren dezentralen Anlagen

getriebenen IEC 61850-7-420 für dezentrale

über IEC 61850-7-420 – ggf. in Verbindung

Erzeuger wird auch durch die IEC gefordert

mit der Dokumentation von Abläufen in der

und unterstützt. Dieser Forderung ist beizu-

verteilten Automation – in Kombination mit

pflichten. Eine Erweiterung auf Elektromobilität

einer Koordination und Abrechnung über CIM-

und Batteriespeicher sowie die Forcierung und

Nachrichten führt zu einer SIA-konformen Mo-

Etablierung von weiteren Technologie- bzw.

dellierung von virtuellen Kraftwerken, die damit

Kommunikationsmappings, welche dem jewei-

nicht nur in den E-Energy-Projekten, sondern

ligen Anwendungsfall angemessen sind, sollte

auch weltweit genutzt werden könnten. Arbei-

daher auch durch die deutsche Roadmap vo-

ten in diesem Bereich sollten durch die deut-

rangetrieben werden. Ferner sind Profile dafür

sche Normung aktiv mit NWIPs39 vorangetrie-

zu definieren, welche Knoten und Funktionali-

ben werden.

38 Verbreitung 39 NWIP New Work Item Proposal bei IEC

55

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 56

5.2.9. Empfehlungen zum Bereich Elektromobilität

Berücksichtigung von existierenden Datenmodellen, Kommunikationsprotokollen und semantischen Interoperabilitätsbedingungen der exis-

Empfehlung

SG–EM-1:

Konvergenz

der

tierenden Smart Grid-Automation erfolgen. Dies

Branchen

erfordert eine enge Zusammenarbeit der IEC/

Die Mobilität wird neue Branchenkooperationen

TC 57- und TC 69-Spiegelgremien sowie der

schaffen, wobei die Elektromobilität die Be-

I-SO/TC 22/SC3 JWG V2G. Über DIN und

rücksichtigung von Netz-, Lade-, Steuerungs-

DKE sind eine Mitarbeit und der Informa-

und Abrechnungsinfrastrukturen, durchgängi-

tionsfluss in die entsprechenden Gremien in

ge Datenübertragungssysteme, Prozess-, Ver-

Deutschland sicherzustellen.

kehrsleitwarten etc. verlangt. Dabei darf allerdings nicht vergessen werden, dass die Elek-

Empfehlung SG-EM-3: Preis- und Tarifie-

tromobilität auf absehbare Zeit im Strommarkt

rungsdatenmodelle

nur eine Teilrolle gegenüber den Anforderun-

Die IEC 61970 wird aufgrund der Anforderun-

gen der Sicherung der Gesamtenergieversor-

gen der NIST-Roadmap sowie der neuen An-

gung einnimmt.

forderungen an Preis- und Tarifmodelle um eben diese erweitert werden müssen. Diese

Empfehlung SG-EM-2: Gremienübergreifen-

Arbeiten werden teilweise auch in den E-

de Zusammenarbeit Elektromobilität

Energy-Modellregionen durchgeführt. Die Er-

Vor dem nötigen Aufbau einer intelligenten La-

gebnisse sollten in die internationale Normung

deinfrastruktur für dieses neue Mobilitätspa-

und Standardisierung überführt werden und

radigma ist das Thema der Normung und

auch zur ISO TC22/SC3 JWG V2G kommu-

Standardisierung von hoher Bedeutung. Ne-

niziert werden.

ben dem benötigten Kommunikationsnetz (vgl. BDEW ELAN 2020 Studie zum Thema IKT für Elektromobilität) ist auch die Kommunikation zwischen Messstellenbetreiber, Lieferant oder

5.2.10. Empfehlungen für den Bereich Speicherung

ähnlichen Marktrollen auf der einen Seite und dem Elektromobil auf der anderen Seite über

Empfehlung SG-S-1: Steuerung von Spei-

den Haushalt zu standardisieren. Ziel der

chern

deutschen Normungsroadmap ist es daher,

Der Bereich Speicherung ist für die elektri-

aktiv die Ergebnisse des deutschen Förder-

sche Energiewirtschaft und die Energietechnik

programms „IKT für Elektromobilität“ bzw. wei-

noch ein großes Forschungsgebiet. Die Spei-

tere relevante Forschungsergebnisse einzu-

cherung elektrischer Energie im Zusammen-

bringen und die deutschen Vorarbeiten im

hang mit dem Netzmanagement, etwa zur

Bereich der Kommunikation mit dezentralen

Speicherung von in Windparks erzeugter, aber

Erzeugern wie die IEC 61850-7-420 auf den

aus Engpassgründen nicht einspeisbarer Ener-

Bereich

auszuweiten.

gie, ist – nach der hier gültigen Definition –

Auch wird bereits an einem Normentwurf zur

ein Kernbestandteil eines geforderten Smart

Kommunikation zwischen Auto und Ladesäule

Grids. Ähnlich wie bei dezentralen Erzeu-

gearbeitet.

gern ist eine IEC 61850-basierte Ansteuerung

der

Elektromobilität

auch für diese Speicheroption ein Kernstan-

56

Eine möglichst nahtlose Integration von Elek-

dard eines zukünftigen Smart Grids. Die na-

tromobilität in das Smart Grid kann nur unter r

tionalen Arbeiten und großen Erfahrungen im

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 57

Empfehlungen für Normungsroadmap Bereich der IEC 61850-7-420 sowie das Enga-

5.2.11. Empfehlungen für den Bereich Lastmanagement (Demand Response)

gement der Experten sollten genutzt werden, auch aktiv diesen Bereich voranzutreiben und die Normen zu setzen.

Empfehlung SG-LD-1: Kopplung HeimautoSpeicherung elektrischer Energie ist in die-

matisierung und Demand Response

sem Zusammenhang nicht nur auf die elektri-

Die IEC nennt als besondere Herausforderun-

sche Energie im weiteren Sinne, wie beispiels-

gen in ihrer Roadmap eine verstärkte Kopp-

weise Batterien, Pumpspeicher- oder Druck-

lung von IEC 61850-7-420, dem Smart Meter,

luftspeicherkraftwerke, zu beschränken, son-

dem Heimgateway und -bus und den Funktio-

dern auch auf die Nutzung von anderen

nalitäten aus dem aktiven Verteilungsnetz so-

Energieformen auszudehnen, wie bei der intel-

wie Schnittstellen zu kommerziellen Gebäu-

ligenten Nutzung von existierenden thermi-

den. Die deutsche Normungsroadmap muss

schen

im Bereich der Integration dieser drei Systeme

Speichersystemen:

Wärmespeicher-

heizung, Wärmepumpe, Kühlschränke, Kühl-

auch Arbeiten leisten (s. u.).

häuser, Warmwasserspeicher. Empfehlung SG-LD-2: Anreize durch techEmpfehlung SG-S-2: Bündelung von Spie-

nische Preissignale

gelgremien

Ziel ist es, Potenziale zur Flexibilisierung der

In der IEC werden in den TCs 21 und 35 Ve-

Last nutzbar zu machen, z. B. durch Anreize

rifikations-, Test- und Klassifikationsstandards

an Haushaltskunden oder Gewerbe- oder

zur Harmonisierung und Entwicklung von

Industriekunden durch entsprechende Preis-

Kernparametern und Methodiken zur Nutzung

signale.

von Batterien im Smart Grid (beispielsweise Ladehistorie, Restkapazitäten oder technische

Ein großes Potenzial zum Last- und Erzeu-

Anschlussbedingungen) erarbeitet. Das DKE-

gungsmanagement besteht in der Industrie

Kompetenzzentrum E-Energy sollte diese Ak-

oder bei größeren Verbrauchern (siehe auch

tivitäten der deutschen Spiegelgremien bün-

Beispiele aus den E-Energy-Projekten oder

deln und mit den Aktivitäten in Bereich Elektro-

[BMWi2]), das heute nur zu einem kleineren

mobilität und IKT verknüpfen.

Teil für ein Energiemanagement genutzt wird. Die

Möglichkeiten

eines

Energiemanage-

Empfehlung SG-S-3: Übertragung der IEC

ments im Bereich der Gebäude- oder Fabrik-

61850 auf die Speicherungstechniken

automatisierung müssen identifiziert bzw. ein-

Elektromobilität und Speicherung von elektri-

fache Ankopplungen an das Netz geschaffen

scher Energie sind eng verwandte Themen,

werden. Die Entwicklung einer einheitlichen

wenn das Elektromobil auch Systemdienstleis-

Kommunikation von Marktrollen der Energie-

tungen erbringen soll. Die für große Speicher

wirtschaft zu den Industrieanlagen muss auch

entwickelten Lösungen basierend auf einem

in diesem Bereich die Integration von Anlagen

IEC 61850-Derivat sollten auf ihre Übertrag-

und Systemen in ein Markt-/Netzmanagement

barkeit für den Bereich der Elektromobilität

vereinfachen. Vorhandene Systeme der Ge-

überprüft und Arbeiten in diesem Bereich for-

bäudeautomation sollten hierbei Berücksichti-

ciert werden.

gung finden.

57

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 58

5.2.12. Empfehlungen für den Bereich Gebäude- und Heimautomatisierung (Inhouse Automation)

ist davon auszugehen, dass in einer Anlage Geräte mehrerer Hersteller eingesetzt werden und somit eine auf Protokollnormen gestützte Integration notwendig wird. Allerdings wird über die Protokollnormen hinaus die Standar-

Empfehlung SG-IA-1: Berücksichtigung der

disierung von Informationsmodellen, Transak-

Bestandsgeräte

tionen oder der mit den Services verbundenen

Um nicht nur in Neubauten zum Einsatz zu

Use Cases für eine weitere nachhaltige Inte-

kommen, muss ein Energiemanagement den

gration sinnvoll sein.

großen Bestand an alten Geräten oder GebäuErwartet wird, dass auf der einen Seite kom-

den berücksichtigen.

plexere Geräte zukünftig direkt über IP angeFür Bestandswohnungen oder -gebäude ist da-

steuert werden, auf der anderen Seite jedoch

her eine einfache Nachrüstbarkeit zu gewähr-

einfache Endgeräte eine entsprechend not-

leisten. Hierbei können Powerline- oder Funk-

wendige Intelligenz nicht aufweisen werden

lösungen eine nachträgliche Verkabelung ver-

und über einfachere Kommunikationsprotokol-

meiden.

le oder Zusatzequipment anzusteuern sind.

Es ist auch zu untersuchen, inwieweit Bestands-

Empfehlung SG-IA-4: Varianz der vorhan-

geräte über Zusatzequipment für ein Energie-

denen Normen und Standards im Gebäude-

management nachgerüstet werden können.

bereich Es gibt in Europa drei Kommunikationsstan-

Empfehlung SG-IA-2: Zusammenarbeit mit

dards für den Bereich der Haus- und Gebäu-

anderen Energiemanagementsystemen im

deautomation: BACnet (DIN EN ISO 16484,

Haus

Teil 5 und 6), KNX (DIN EN 50090 und DIN EN

Zur Gesamtenergie-Optimierung sind nicht nur

13321) und LON (DIN EN 14908). Produkte

elektrische Verbraucher und Geräte zu betrach-

mit diesen Kommunikationssystemen sind weit

ten, sondern auch andere Energien (Wärme,

am Markt verbreitet und entwickeln sich weiter

Verkehr/Transport) einzubeziehen: Heizungs-

(z. B. Integration von ZigBee und EnOcean).

anlagen, Klimaanlagen, Wärmepumpen oder BHKW40, thermische oder elektrische Spei-

Die verschiedenen Endgeräte in Gebäuden sol-

chersysteme, Elektromobilität.

len interoperabel mit dem zentralen Energiemanagementsystem sein; auch nach einem Ge-

Empfehlung SG-IA-3: Zusammenarbeit mit

bäudewechsel sollten die Funktionen der End-

anderen Domänen

geräte wieder zur Verfügung stehen. Daher wäre

Gebäudeautomatisierung ist teilweise vorhanden

aus Sicht der Verbraucher oder auch der Her-

und wird auch in Zukunft erwartungsgemäß

steller der Endgeräte eine weitere Reduzierung

nicht nur für das Energiemanagement einge-

der Anzahl von alternativen Protokollen und Sys-

setzt, sondern auch beispielsweise für AAL ,

temen im Bereich der Gebäudeautomatisierung

Mediasteuerung, Komfortfunktionen (Rollladen-

wünschenswert, wird aber zzt. für unrealistisch

steuerung, gezieltes Ausschalten von Verbrau-

gehalten.

41

chern: z. B. „Alles aus“ beim Verlassen des Hauses etc.) oder Sicherheitssystemen. Weiterhin

Es sollte diskutiert werden, ob Empfehlungen

40 BHKW Blockheizkraftwerk; Anlage zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme vorzugsweise am Ort des Wärmeverbrauchs, ausgeführt in der Regel als KWK-Anlage (Kraft-Wärme-Kopplung)

58

41 AAL Ambient Assisted Living

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 59

Ausblick auf die Weiterführung für eine handhabbare Anzahl an Standards

beschreibungen wie der DIN EN ISO 16484-3

und Normen ausgesprochen werden können.

„Funktionen“ aufgesetzt werden kann. Die Funktionen könnten dann mit verschiedenen Proto-

Empfehlung SG-IA-5: Use Cases/Funktio-

kollen realisiert werden (Schichtenmodell).

nen/Dienste Unabhängig von den real eingesetzten Kommu-

Empfehlung SG-IA-6: Referenzarchitektur

nikationsprotokollen werden Use Cases entwi-

und Schnittstellen

ckelt, die auf einer höheren Abstraktionsebene

Basierend auf den Use Cases sollte eine Refe-

die grundsätzlichen Funktionen einheitlich be-

renzarchitektur für den Bereich Inhouse Auto-

schreiben (einheitliche Semantik, s. o.). Es ist zu

mation entwickelt werden und damit auch die

untersuchen, ob hierbei weitgehend auf generi-

entsprechenden Anforderungen an Schnittstel-

sche Geräteprofile und vorhandene Funktions-

len festgelegt werden.

6. Ausblick auf die Weiterführung einer Normungsroadmap 6.1. Umsetzung der Normungsroadmap – Phase 1

2.0 mit der Einarbeitung neuer Erkenntnisse

Das DKE-Kompetenzzentrum E-Energy wurde

Zur operationellen Umsetzung der Normungs-

in enger Abstimmung mit den E-Energy-Pro-

roadmap ist die Gründung eines Lenkungs-

jekten im September 2009 gegründet. Ziel ist

kreises mit allen relevanten Fachkreisen in

sowohl eine frühzeitige Überführung von Ideen

Planung. Aufgabe des Lenkungskreises ist die

aus den Forschungsprojekten in Normung und

strategische Führung und Umsetzung des ge-

Standardisierung als auch eine Unterstützung

samten Themas. Fokus- und Querschnitts-

der Projekte bei Fragen zu diesem Thema.

gruppen sollen die inhaltliche Verbindung von

geplant (siehe Abbildung 10).

der allgemeinen Ebene „Smart Grid“ zur detailSchnell zeigte sich, dass der ursprüngliche An-

lierten Arbeit in den Normungsgremien sicher-

satz weiter gefasst werden muss. Zur weiteren

stellen (siehe Abbildung 11). Die genannte

Klärung wurde daher die Erarbeitung dieser

Organisation soll sich nicht parallel zu beste-

Roadmap als Grundlage auch für die Arbeit

henden Normungsgremien in DKE und DIN

des Kompetenzzentrums E-Energy in Angriff

entwickeln, sondern diese sinnvoll um eine

genommen. Diese Roadmap ist folglich auch

gremienübergreifende Komponente ergänzen.

eher als erster Schritt zu sehen. Neben der

Dort, wo es als sinnvoll angesehen wird,

nun anstehenden Umsetzung der Empfehlun-

können auch vorhandene Gremien die Füh-

gen ist mit regelmäßigen Reviews der Status

rung eines Fokusthemas übernehmen und

dieser Roadmap zu prüfen und in der ersten

damit die zusätzliche Gründung neuer Gre-

Hälfte des kommenden Jahres wird die Version

mien erübrigen.

59

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 60

Okt 2013

Jul 2013

Apr 2013

Jan 2013

Okt 2012

Jul 2012

Apr 2012

Jan 2012

Okt 2011

Jul 2011

Apr 2011

Jan 2011

Okt 2010

Jul 2010

Apr 2010

Jan 2010

Zeitschiene Normungsroadmap

Normungsroadmap 1.0 Einrichtung Lenkungskreis Erarbeitung von weiteren Detaillierungen und zeitlicher Bewertung Einrichtung Fokusgruppen Review-Termine Abgleich mit energiepolitischen Vorgaben Anforderungen der Normung Dt. Position und Harmonisierung vor dem Hintergrund der intern. Normungsaktivitäten Normungsroadmap 2.0

Abbildung 10: Zeitschiene für die Umsetzung der Phase 1 der Normungsroadmap

Ziel dieser Organisation zur Umsetzung der

vielfältigen,

Roadmap ist darüber hinaus die Integration

Gremien und Aktivitäten im Blick zu behalten.

der vielfältigen nationalen Aktivitäten zu Smart

Mit dem Gremium SMART.GRID wurde bereits

Grid, wenn Fragen der Normung und Standar-

ein nationales Spiegelgremium für die IEC/SMB

disierung betroffen sind (siehe SG-AE-8).

SG3 sowie für ISO/IEC JTC1/SWG Smart Grid

nun

startenden

internationalen

definiert. Ziel ist es, die Entwicklungen zu beNeben diesen eher nationalen Themen sind die

obachten und aktiv mitzugestalten.

Lenkungskreis „Smart Grid und Normung“ Querschnittsthemen IT- Sicherheit

Datenmodelle

SMART.GRID Produktsicherheit Glossar AK 111.0.5 Repository Werkzeuge

Fokusthemen Netzintegration

Verteilungsnetzautomation

Smart Meter

Inhouse Automation

Netzintegration Elektromobilität

Weitere ...

-K 461

-Home Automation

-Fahrstrommessung

z. B. Übertragungsnetz

-Smart Appliances

-Abrechnung

Dezentrale Energieerzeugung

-K.M.441

und

-FNN

Lastmanagement

-Energiemanagement

-Intelligentes Lastmanagement

-DER -Tarifmodelle -Marktkomm. -Speicher

...

Abbildung 11: Vorschlag zur organisatorischen Umsetzung der Normungsroadmap

60

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 61

Ausblick auf die Weiterführung 6.2. Weitere Themen für Phase 2

Diese Bereiche wurden aus Gründen der Konzentration auf Fokusthemen vorerst aus-

Aktuelle internationale Projekte zielen meist

geklammert. Die deutschen Spiegelgremien

nicht auf den Bereich Multi-Utility42, sondern

der relevanten IEC-Gremien werden die Ar-

beschränken sich auf die elektrische Energie-

beiten wie bisher weiterverfolgen und ggf. in

wirtschaft. Es ist zu erwarten, dass im Sinne der

eine Überarbeitung dieser Normungsroadmap

Technikkonvergenz Energiehandel, Energieer-

einbringen.

zeugung, Netze, Automobil-, Telekommunikations- sowie Versorgerbranche (Gas, Wasser) stärker zusammenwachsen werden und zusammenarbeiten müssen, um ein Multi-UtilitySmart Grid zu ermöglichen – hin zu einem Smart Energy-System. Dabei müssen unterschiedliche Aspekte in der Normung erneut aufgegriffen werden, beispielsweise die Ausstattung der Umspannwerke und Ortsnetzstationen mit Sensorik und erweiterte Funktionalitäten für EMS43 und DMS44.

Vielfach wird in den E-Energy-Projekten an neuen Marktplätzen und neuen Marktrollen gearbeitet. Das bedingt in der Folge auch eine Untersuchung/Überprüfung der Normen und Standards der Marktkommunikation.

Neben den bisher betrachteten Funktionen sind auch wichtige neue Funktionen im Übertragungsnetz näher zu betrachten. Als Beispiele sind zu nennen: Anbindung von Großkraftwerken zur Erzeugung von Strom aus regenerativen Quellen, wie Off-Shore-Windparks oder Solarkraftwerken, bis hin zur Diskussion der Nutzung von Solarenergie aus sonnenreichen Gebieten rund um das Mittelmeer und Nordafrika sowie dem Transport des Stroms nach Mitteleuropa (Desertec45). Solche Anlagen sind Optionen für die Sicherstellung einer zukunftsfähigen Energieversorgung. Hierzu werden neue Technologien wie HGÜ46, FACTS47 oder Wide Area Monitoring benötigt. 42 Unter Multi-Utility wird ein spartenübergreifender Ansatz verschiedener Medien und Energien wie Wärme, Gas, Wasser und Strom verstanden 43 EMS Energiemanagementsystem 44 DMS Distribution Management System 45 www.desertec.org/de/ 46 HGÜ Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung 47 FACTS Flexible Alternating Current Transmission System

61

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 62

7. Gesamtliteratur der Studie [BDI]

[DE2020]

BDI initiativ: Internet der Energie – IKT für die

Horenkamp et al.: VDE-Studie Dezentrale Ener-

Energiemärkte der Zukunft, 2008

gieversorgung 2020, ETG in VDE, 2007

[BITKOM]

[DIN1]

Politik für Wachstum und Innovationen – Vor-

DIN: Das Jahr 2005: ein erster Rückblick zur

schläge für das Regierungsprogramm 2009 bis

Umsetzung der Deutschen Normungsstrate-

2013, Berlin, 2009

gie, Berlin, 2005

[BMWi]

[DIN2]

Uslar et al.: „Untersuchung des Normungs-

DIN: Die Deutsche Normungsstrategie, Berlin,

umfeldes

2004

zum

BMWi-Förderschwerpunkt

E-Energy – IKT-basiertes Energiesystem der Zukunft”,

Studie

für

das

BMWi,

2009,

[DIN3] DIN: Die Zukunft im Fokus – Die deutsche

www.E-Energy.de

Normungsstrategie aktuell, 2010-03 [BMWi2] wik-Consult, Fraunhofer Gesellschaft Verbund Energie: „Potenziale der Informations- und Kommunikations-Technologien

zur

Optimie-

rung der Energieversorgung und des Energieverbrauchs (eEnergy)“, Studie für das BMWi, 2006, www.E-Energy.de

[DININS] INS-Basisuntersuchung „Identifikation zukünftiger Standardisierungsfelder 2009“, DIN Deutsches Institut für Normung e.V. im Rahmen der Initiative „Förderung der Innovation und Marktfähigkeit durch Normung und Standardisierung – Innovation mit Normen und Standards

[BMWi3]

(INS)“, 2010, Vorabinformation, Veröffentli-

E-Energy Jahreskongress, 2009, http://www.

chung des Abschlussberichts am 20.4.2010,

e-energie.info/de/jahreskongress.php

Hannover Messe

[BR] Nationaler Entwicklungsplan Elektromobilität der Bundesregierung, 2009 [BR2] Hightech-Strategie für Deutschland, 2007

DKE: Ergebnisbericht 2. Sitzung SMART.GRID „Strategie Smart Grid“, 2009 [DKENR] Entwurf

„Normungsroadmap

E-Energy /

[CENELEC]

Smart Grid – Version 0.7“, 26. Jan. 2010 –

Smart Meters Coordination Group: Report of

Basis für Kommentierungen und für dieses

the Second Meeting held on 2009-09-28 and

Dokument

Approval of SM-CG Work Programme for EC Submission, 2009

62

[DKESG]

[ELAN2020] BDEW: Initiative ELAN 2020: Marktübersicht

[CENELEC2]

Kommunikation und Steuerung, Studien in

CEN/CENELEC/ETSI: Standardization suppor-

Vorbereitung, Veröffentlichung vorgesehen im

ting innovation and growth

April 2010

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 63

Gesamtliteratur

[ENSG]

[IEC62357]

Electricity Networks Strategy Group (UK) – A

IEC: IEC TR 62357 – Reference Architecture

Smart Grid Routemap, Feb. 2010, http://www.

Framework – Seamless Integration Architecture,

ensg.gov.uk/

2009

[EPRI]

[JRSG]

Electric Power Research Institute: Report to NIST

Japan’s Roadmap to International Standardi-

on the Smart Grid Interoperability Standards

zation for Smart Grid and Collaborations with

Roadmap, 2009, www.nist.gov/smartgrid/

other Countries, Dokument verteilt auf der

[ESEE] Leonhard et al.: VDE-Studie Energiespeicher in

CEN/CENELEC-Stitzung „Smart Grids“ am 8. März 2010

Stromversorgungssystemen mit hohem Anteil

[SD2020]

erneuerbarer Energieträger, VDE, 2008

Buchholz et al.: VDE-Studie Smart Distri-

[ERGEG] „E09-PC-44: ERGEG Position Paper on Smart Grids“ vom 10.12.2009, www.energy-regulators.eu [ETG] Uslar, Schwarz, Hein: Ergebnisse der Untersuchung des E-Energy-Normungsumfeldes, ETG Jahreskongress 2009, VDE Verlag 2009 [ETPEU] Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future, 2006, European Commission Directorate-General for Research, Direc-

bution 2020 – Virtuelle Kraftwerke in Verteilungsnetzen, VDE, 2008 [SGA] Roadmap Smart Grids Austria – Der Weg in die Zukunft der elektrischen Netze, Vorabversion anlässlich der Smart Grids Week Salzburg 2009, smartgrids.at, 2009 [SGES] FutuRed: FutuRed – Spanish Electrical Grid Platform,

[ZVEI]

and Distribution Systems, www.smartgrids.eu

Behrendt,

Smart Grids – Strategic Deployment Document for Europe’s Electricity Networks of the Future, 9/2008, ETP Smart Grids, www.smartgrids.eu

Vision

Document,

www.futured.es, 2009

torate J – Energy, Unit 2 – Energy Production

[ETPSDD]

Strategic

Marwede,

Technologie-Roadmap

Wehnert:

Integrierte

Automation

2020+

Energie, IZT Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung für den ZVEI Fachverband Automation, 2009

[FNN] Veröffentlichung der Lastenhefte zum elektronischen Haushaltszähler (eHZ) und den MultiUtility-Communication Gateways (MUC), siehe http://www.vde.com/de/fnn/arbeitsgebiete/ messwesen/seiten/messwesen.aspx [IEC] Eckardt Günther: IEC Standardization „Smart Grid“ – Survey prepared for the IEC SMB SG 3 „Smart Grid“, August 2009, Geneva

63

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 64

8. Abkürzungsverzeichnis ACSI AMI ANSI ASHRAE BACnet BDEW BDI BITKOM BMU BMWi BSI CEN CENELEC CIGRE CIM CIP CIS COSEM DA DER DG DIN DKE DLMS DMS DNP DoE DR ebXML EDIXML EDM EEBUS EEG EISA EMS ENTSO-E EPRI ETG ETP ETSI EU EVU FACTS FNN GID GML GPKE GSE HAN HVDC IEC

64

Abstract Communication Service Interface (abstrakte Kommunikationsdienste) Advanced Metering Infrastructure American National Standards Institute American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers Building Automation and Control Networks Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V. Bundesverband der Deutschen Industrie e. V. Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e. V. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik Comité Européen de Normalisation Comité Européen de Normalisation Électrotechnique Conseil International des Grands Reseaux Électriques Common Information Model Critical Infrastructure Protection Component Interface Specification Companion Specification for Energy Metering Data Access Distributed Energy Resource Distributed Generation Deutsches Institut für Normung e. V. Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE Device Language Message Specification Distribution Management System Distributed Network Protocol Department of Energy Demand Response Electronic Business using eXtensible Markup Language Electronic Data Interchange XML Energiedatenmanagement E-Energy Bus Erneuerbare-Energien-Gesetz Energy Independence and Security Act Energiemanagementsystem European Network of Transmission System Operators for Electricity Electric Power Research Institute Energietechnische Gesellschaft European Technology Platform European Telecommunications Standards Institute Europäische Union Energieversorgungsunternehmen Flexible Alternating Current Transmission System Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE Generic Interface Definition Geography Markup Language Geschäftsprozesse zur Kundenbelieferung mit Elektrizität Global Standards for E-Energy Home Area Network High-Voltage, Direct Current International Electrotechnical Commission

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 65

Abkürzungsverzeichnis IED IEEE IKT INS ISO IT ITA ITG JWG LON MMS MUC NERC NIST NWIP Ofgem OGEMA Open ADR OSGi OWL PAP PAS PLC PMU RDF SA SAS SCADA SERA SG SIA SIDMS SML SMB SOA SPS TC TR TSO UA UCA UCAiug UCTE UML UN/CEFACT UN/EDIFACT USA V2G VDE VDA VPP WAN WG XML ZVEI

Intelligent Electronic Device Institute of Electrical and Electronics Engineers Informations- und Kommunikationstechnologie Innovationen durch Normen und Standards International Organization for Standardization Informationstechnik Industry Technical Agreement Informationstechnische Gesellschaft Joint Working Group Local Operating Network Manufacturing Message Specification Multi-Utility-Communication North American Electric Reliability Corporation National Institute for Standards and Technology New Work Item Proposal Office of Gas and Electricity Markets Open Gateway Energy Management Alliance Open Automated Demand Response Open Services Gateway initiative Web Ontology Language Priority Action Plan Publicly Availabe Specifications Power Line Carrier Phasor Measurement Unit Resource Description Framework Substation Automation Substation Automation Systems Supervisory Control and Data Acquisition Smart Energy Reference Architecture Strategic Group/Smart Grid Seamless Integration Architecture System Interfaces for Distribution Management Systems Smart Message Language Standardization Management Board Serviceorientierte Architektur Speicherprogrammierbare Steuerung Technical Committee Technical Report Transmission System Operator Unified Architecture Utilities Communications Architecture UCA International User Group Union for the Coordination of Transmission of Electricity Unified Modeling Language United Nations Centre for Trade Facilitation and Electronic Business United Nations Electronic Data Interchange for Administration, Commerce and Transport United States of America Vehicle to Grid Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik e. V. Verband der Automobilindustrie Virtual Power Plant Wide Area Network Working Group Extensible Markup Language ZVEI Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V.

65

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 66

9. Strategiekreis Normungsroadmap in der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE Bearbeiter

Strategiekreis Normungsroadmap E-Energy / Smart Grid in der DKE

OFFIS E-IST; Stein, DKE; Strategiekreis Normungsroadmap

Dr. Becks, VDE

E-Energy / Smart Grid in der DKE

Bitterer, BDEW Dr. Bleeck, BMWi Dr. Brandstetter, Bosch

Autoren

Dr. Buchholz, Smart Grids ETP Dr. Englert, Siemens AG

Strategiekreis Normungsroadmap

Glaunsinger, VDE/ETG

E-Energy / Smart Grid

Dr. Hagen, incowia

Datum: 28.03.2010

Dr. Kahmann, PTB

Version: 1.0

Horenkamp, TU Dortmund Kerber, VDE/FNN Kießling, MVV Energie Dr. Krause, EWE Malina, IBM Meierhofer, Bundesnetzagentur Nickel, BDEW Prof. Rehtanz, TU Dortmund Dr. Ralf Sporer, Siemens Stein, DKE Prof. Dr. Steusloff, Fraunhofer Gesellschaft Dr. Thies, DKE Uslar, OFFIS – Institut für Informatik Dr. von Sengbusch, ABB

66

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 67

Strategiekreis Normungsroadmap

Kommentare nach der Veröffentlichung des Entwurfs erhalten von

Dr. Gabler, BSH Dr. Beckstein, Glen Dimplex Prof. Dr. Fischer, FH Dortmund Müller, ABB Gaugler, BSH Schossig, OMICRON electronics GmbH Kosslers, ZVEI Stadtwerke München SWM Dr. Hein BDI initiativ Internet der Energie Honecker Rolle, DKE Zeltwanger, CAN in Automation (CiA) e. V.

67

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 68

Vergleich verschiedener Untersuchungen zur Smart Grid-Normung

68

data management

security

integration of devices and plants

integration of applications

integration of business partners

TC 57 Reference Architecture

Anwendung

Messung

Verteilung

Speicherung

Übertragung

Vertrieb

Energiehandel

Gewinnung

Wertschöpfungsbereich

Standards

Standard oder Norm

Beschreibung

AMI-SEC System Security Requirements

Advanced metering infrastructure (AMI) and SG end-to-end security

ANSI C12.19/MC1219

Revenue metering information model

BACnet ANSI ASH-RAE 135-2008/ISO 16484-5

Building automation

Digitaler Zähler/Homegateway

Hier wird auf wettbewerbliche Lösungen bzw. auf das Mandat M/441 der EU verwiesen

DNP3

Substation and feeder device automation

EDIXML

Marktkommunikation mit langsamen Übergang von EDIFACT zu modernen, CIM-fähigen Technologien

IEC 60870

Etablierte Kommunikation

IEC 60870-5

Telecontrol, EMS, DMS, DA, SA

IEC 60870-6 / TASE.2

Inter-control center communications TASE.2 Inter Control Center Communication EMS, DMS

IEC 61334

DLMS

IEC 61400-25

Wind Power Communication EMS, DMS, DER

IEC 61499

SPS und Automatisierung, Profile für die IEC 61850

IEC 61850

Stationsautomatisierung (Substation automation and protection), Dezentrale Erzeuger, Windparks, Hydrokraftwerke, E-Mobilität

IEC 61850-7-410

Hydro Energy Communication EMS, DMS, DA, SA, DER

IEC 61850-7-420

Distributed Energy Communication DMS, DA, SA, DER, EMS

IEC 61851

EV-Communication Smart Home, e-Mobility

IEC 61968

Distribution Management, System Interfaces for Distribution Management Systems, DCIM (CIM for Distribution)

IEC 61968/61970

Application level energy management system interfaces, CIM (Common Information Model), Domänenontologie, Schnittstellen, Austauschdatenformate, Profile, Prozessblueprints, CIM (Common Information Model) EMS, DMS, DA, SA, DER, AMI, DR, E-Storage

IEC 61970

Energy Management, Application level energy management system interfaces, Core CIM

IEC 62051-54/58-59

Metering Standards DMS, DER, AMI, DR, Smart Home, E-Storage, E-Mobility

IEC 62056

COSEM DMS, DER, AMI, DR, Smart Home, E-Storage, E-Mobility

IEC 62325

Marktkommunikation unter der Nutzung von CIM

IEC 62351

Sicherheit

IEC 62351 Parts 1-8

Information security for power system control operations

IEC 62357

IEC 62357 Reference Architecture – Service-orientierte Architektur, EMS, DMS, Metering, Security, Energy Management Systems, Distribution management Systems

IEC 62443

Sicherheit

IEC 62541

OPC UA (Automations Architektur)

IEC TR 61334

DLMS, Distribution Line Message Service

IEEE 1547

Physical and electrical interconnections between utility and distributed generation (DG)

IEEE 1686-2007

Security for intelligent electronic devices (IEDs)

IEEE C37.118

Phasor measurement unit (PMU) communications

ISO / IEC 14543

KNX, BUS

NERC CIP 002-009

Cyber security standards for the bulk power system

NIST Special Publication (SP) 800-53, NIST SP 800-82

Cyber security standards and guidelines for federal information systems, including those for the bulk power system

Open Automated Demand Response (Open ADR)

Price responsive and direct load control

OpenHAN

Home Area Network device communication, measurement, and control

ZigBee/HomePlug Smart Energy Profile

Home Area Network (HAN) Device Communications and Information Model

69

Empfehlungen für den Bereich Architekturen und Netzleittechnik

Empfehlungen für den Bereich dezentrale Erzeuger

Empfehlungen für den Bereich Gebäude- und Heimautomatisierung

Empfehlungen für den Bereich Lasttmanagement/Demand Response

Empfehlungen für den Bereich Speicherung

Empfehlungen zum Bereich Elektromobilität

Ansätze

Empfehlungen zum Bereich Smart Meter

Empfehlungen für den Bereich Aktives Verteilnetz

Empfehlungen zum Bereich Kommunikation

Empfehlungen zu Sicherheit und Datenschutz

Regulatorische Empfehlungen

Allgemeine Empfehlungen

CEN/CENELEC M/441

CIGRE D2.24

BDI - Internet der Energie

BMWi E-Energy

SMB SG 3 IEC

NIST IOP Roadmap

DKE Normungsroadmap Smart Grid

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 69

Anhang

Empfehlungen

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 70

70

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 71

DKE_Normungsroadmap_SmartGrid_130410_Layout 1 13.04.10 11:56 Seite 72

Herausgeber VDE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK e.V.

als Träger der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik

Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE

Stresemannallee 15 (VDE-Haus) 60596 Frankfurt am Main Telefon: +49 69 6308-0 Telefax: +49 69 6308-9863 E-Mail: [email protected] Internet: www.dke.de