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Heft 3: Smart Metering – Digitale Kommunikation für Elektrizitäts- und andere Verbrauchsmessgeräte

PTB-Mitteilungen 3/2015

Überblick zur Einführung des Smart Meterings in Deutschland

Helmut Többen

Bei der klassischen, traditionellen Verbrauchsmengenmessung und -abrechnung wurden über viele Jahre die Verbraucher im Bereich Haushalt, Gewerbe und Leichtindustrie von ihrem Versorger mit Strom, Wasser, Gas und / oder Wärme versorgt, und einmal im Jahr wurden die Zählerstände der Messgeräte abgelesen oder nach Aufforderung per Postkarte dem Versorger die Zählerstände mitgeteilt. Nach Zusendung und Bezahlung der Jahresabrechnung war die vertragliche Liefervereinbarung zwischen dem Versorger und den Verbrauchern für das jeweilige Jahr erfolgreich zum Abschluss gebracht. Auch im Zeitalter der Liberalisierung des Strom- und Gasmarktes hat sich an diesen Abläufen und Zeiträumen wenig geändert. Die Umsetzung des Eichrechts stellt bei dieser Geschäftsbeziehung die korrekte und zuverlässige Erfassung der Messwerte und die Überprüfbarkeit / Nachvollziehbarkeit der Abrechnungen sicher.

Konformitätsbewertung von Messeinrichtungen und -systemen nach § 21d des Energiewirtschaftsgesetzes

Martin Kahmann

Dieser Beitrag beschreibt technische und organisatorische Konzepte für die eichrechtliche Konformitätsbewertung von Messsystemen in der Definition des Energiewirtschaftsgesetzes mit folgender Schwerpunktsetzung:

  • Definition von Begriffen;
  • Charakterisierung eines Messsystems für Elektrizität;
  • Kurze Beschreibung des zugrunde liegenden Rechtsrahmens und der anzuwendenden Anforderungskataloge bei Konformitätsbewertung;
  • Durchführung von Konformitätsbewertungsverfahren;
  • Verfügbarkeit von Messwertanzeigen für den Letztverbraucher als notwendige Konformitäts-Voraussetzung.

PTB-Anforderungen 50.8 an BSI-zertifizierte Smart Meter Gateways

Ulrich Grottker, Marko Esche, Marco Elfroth

Vor dem Hintergrund des novellierten Energie-wirtschaftsgesetzes (EnWG) [1] hat das Bundes-amt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) ein Schutzprofil [2] auf Basis der Norm ISO/IEC 15408 „Common Criteria“ (Protection Profile, PP) sowie eine Technische Richtlinie (TR) [3] für eine Kommunikationseinrichtung (Gateway) entwickelt, das sich zwischen einem lokalen Netzwerk mit Verbrauchszählern, wie Elektrizitäts- und Gaszählern und einem lokalen Hausnetzwerk und dem Internet befindet. Da in dem Smart Meter Gateway (SMGW) aus den von Zählern gemessenen Messwerten neue Messwerte gebildet werden, die der Abrechnung des Energieverbrauchs nach unterschiedlichen Tarifmodellen dienen, unterliegt dieses Gateway auch dem Eichrecht. Die eichrechtlichen Anforderungen an das Gateway wurden in den PTB-Anforderungen 50.8 [4] formuliert. Diese Anforderungen sind abgeleitet aus dem geltenden Mess- und Eichgesetz und der zugehörigen Verordnung.

Anbindung von Verbrauchsmessgeräten über Kommunikationsadapter

Rainer Kramer

Die Erfassung von Energieverbrauchsdaten bestimmter Letztverbrauchergruppen über Datennetze muss in Deutschland entsprechend den Vorgaben des Energiewirtschaftsgesetzes [1] durch intelligente Messsysteme erfolgen. Ein wesentliches Ziel der Einführung ist die Sicherstellung eines hohen Schutzniveaus der Daten bei den erforderlichen Kommunikationsprozessen. Dies betrifft sowohl den WAN-Bereich als auch den lokalen Datentransfer über das sogenannte lokale metrologische Netzwerk (LMN). Auch wenn die Anforderungen im LMN nicht so komplex sind, wie die im WAN-Bereich vorgesehenen, so müssen die Zählerhersteller ihre Produkte an die Vorgaben des Regelwerks des Bundesamtes für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) anpassen, das federführend für die Erarbeitung der Datensicherheits- und Datenschutzvorgaben zuständig ist. Die Anbindung eines Zählers an das LMN kann direkt erfolgen (der Hersteller implementiert die Schnitt-stelle entsprechend dem BSI-Regelwerk im Zähler) oder es wird eine bereits vorhandene Schnittstelle am Zähler genutzt und mithilfe eines Kommunikationsadapters (KA) werden die physischen und logischen Anforderungen an die Datenkommunikation im LMN realisiert. Dieses Konzept bietet auch die Möglichkeit, bereits verbaute Zähler weiter zu nutzen, was, abhängig vom Versorgungsunternehmen, aus ökonomischer Sicht sinnvoll sein kann.

Zeitsynchronisation des Smart Meter Gateways

Dieter Sibold

Das Smart Meter Gateway (SMGW) verfügt über eine Reihe von Funktionen, die einen Bezug zur gesetzlichen Zeit verlangen. Ein Beispiel hierfür ist die vom SMGW durchzuführende Zeitstempelung und Tarifierung der zu erfassenden Messwerte. Die Technische Richtlinie BSI TR-03109-1 (TR) schreibt vor, dass die Zeit des SMGW durch eine vertrauenswürdige Zeitquelle zu synchronisieren ist [1], damit sie sich innerhalb der eichrechtlich vorgegebenen Unsicherheiten mit der gesetzlichen Zeit deckt. Die TR beschreibt hierzu eine hierarchische Zeitsynchronisationsstruktur, in der das SMGW durch den Zeitserver beim SMGW-Administrator (GW-Admin) und dieser wiederum von den Zeitservern der PTB zu synchronisieren ist (siehe Bild 1). In beiden Hierarchieebenen wird die Zeitsynchronisation durch das weit verbreitete Network Time Protocol [2, 3] realisiert. Die Anfor-derungen an die Zeitsynchronisation zwischen SMGW und GW-Admin beschreibt die TR.

VDE|FNN: Ein standardisiertes intelligentes Messsystem als wichtige Basis der Energiewende

Mike Elsner, Glen Wernecke

Das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN) ist unabhängiger Regelsetzer für alle tech-nischen Fragen rund um die Stromnetze. In dieser Rolle laufen bei FNN seit Jahren die Fäden zur technischen Ausgestaltung des künftigen Mess-systems zusammen.

Der politische Wille ist klar: Deutschland wird ein intelligentes Messsystem bekommen. Das zuständige Bundesministerium für Wirtschaft und Energie hat dazu Anfang 2015 seine Vorstellungen noch einmal im Eckpunktepapier zum Verordnungspaket „Intelligente Netze“ konkretisiert. Demnach soll ein stufenweiser Rollout intelligenter, kommunikationsfähiger Zähler ab 2017 bei Kunden mit hohem Jahresverbrauch und bei Kunden mit PV- und KWK-Anlagen beginnen. Zuvor hatte das Bundeswirtschaftsministerium im Sommer 2013 eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt. Demnach liegt der angestrebte Hauptnutzen des neuen Messsystems nicht mehr nur auf der Verbrauchssenkung durch bessere Informationen sowie last- und tageszeitlich abhängigen Tarifen. Vielmehr steht jetzt auch die Netzdienlichkeit im Fokus. Dabei geht es unter anderem um die Verringerung des Netzausbaus durch Einspeisemanagement, also die Steuerung dezentraler Anlagen in der Niederspannung.

Der neue Standard-Haushaltsstromzähler für Deutschland

Peter Zayer

Mit den Eckpunkten für das Verordnungspaket „Intelligente Netze“ wird der politische Wille noch einmal klar: nachhaltige Modernisierung der Zählerinfrastruktur, aber „kein genereller Rollout“. Dabei kommt dem Basiszähler in Form eines intelligenten Zählers (iZ) eine zentrale Bedeutung zu. Bis zum Jahr 2032 sollen alle Zählpunkte in Deutschland zumindest mit den neuen Standardzählern ausgestattet werden.

Konzept zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Messsensoren in Energiennetzen mit hohen Anforderungen an die Systemsicherheit

Yiyang Su, Jörg Neumann

Für das effektive Betreiben von Smart Grids müssen eine große Menge von Messdaten und Steuerinformationen übertragen werden. Aktuelle lokale Mengen an verbrauchter oder eingespeister elektrischer Energie werden hierbei von den intelligenten Messsystemen und Zählern als wichtige Eingangsgrößen bereitgestellt. Für den Betrieb von Smart Grids spielt insbesondere die sichere Datenübertragung eine bedeutende Rolle, die als Thema im Rahmen des European Metrology Research Programme (EMRP) im Forschungsprojekt ENG63 GridSens Sensor network metrology for the determination of electrical grid charac-teristics in einem eigenen Arbeitspaket Security and standardisation näher untersucht wird. Dieses Projekt mit einer Laufzeit von 3 Jahren wurde im Sommer 2014 gestartet.

Vergleichende Betrachtung der Sicherheitskonzepte von Mobile Metering und Smart Meter Gateways

Jan Weil, Jörg Neumann

Als eine der Voraussetzungen für die Energie-wende sieht die Bundesregierung intelligente Netze an, „die nicht nur Strom transportieren und verteilen, sondern stets auch das notwendige Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch sicherstellen müssen“ [1]. Teil solcher intelligenten Netze sind intelligente Zähler (Smart Meter), die bereits durch das Veranschaulichen des Verbrauchs Einsparpotenzial bieten sollen. Durch das Hinzufügen eines vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) zertifizierten Smart Meter Gateways (SMGW) ergibt sich ein intelligentes Messsystem, das die sichere Kommunikation der Messdaten gewährleistet. Dabei ist der Schutz der personenbezogenen Daten als Voraussetzung für die öffentliche Akzeptanz die primäre Motivation des SMGW.