Digi4E-Analyse „Standards und Schnittstellen“

Klare Regeln für die Kommunikation im digitalen Energiesystem

Warum Schnittstellen und Standards für das Zusammenspiel steuerbarer Elemente im digitalen Energiesystem immer wichtiger werden, zeigt eine dena-Analyse

Mit der Energiewende steigt die Zahl steuerbarer Elemente im Energiesystem rasant an: Über 1,5 Millionen EEG-Anlagen speisen bereits in das Stromnetz ein. Mit Batteriespeichern, flexiblen Verbrauchern und steuerbaren Netzbetriebsmitteln wie etwa regelbaren Transformatoren kommen viele weitere Elemente hinzu. Schon heute sind darüber hinaus tausende Energieerzeuger - aber auch flexible Verbraucher wie Kühlhallen - in virtuellen Kraftwerken gekoppelt. In Zukunft werden zudem mehr Elektroautos auf den Straßen erwartet, für die deutlich mehr Ladesäulen benötigt werden. Im ganzen Land entstehen dazu im Rahmen des geplanten Smart-Meter-Rollouts neue digitale Kommunikationseinheiten für Messsysteme, sogenannte Smart-Meter-Gateways. Und nicht zuletzt werden sich auch Smart-Home-Systeme weiter verbreiten, die unter anderem über Strompreissignale zukünftig auch Auswirkungen auf die Energieflüsse in den Stromnetzen haben könnten.

Mit der Zunahme der steuerbaren Elemente steigt auch der benötigte Informationsaustausch im Energiesystem. Neue Sensoren an den einzelnen Komponenten liefern einen Datenstrom, der zur Überwachung, Steuerung und Integration dieser vielen Komponenten in das Gesamtsystem erforderlich ist.

Exemplarische Darstellung der Zunahme an Schnittstellen im Kontext der Digitalisierung der Energiewende Foto: Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)

Schnittstellen von zentraler Bedeutung für das digitale Energiesystem

Durch diese Entwicklung nimmt auch die Notwendigkeit zu, neue Geräte ohne größeren Aufwand und in kurzer Zeit in das Energiesystem zu integrieren. Diese müssen den Ansprüchen an Steuerbarkeit, Sicherheit und Schutz verlässlich genügen. Den Schnittstellen zwischen den einzelnen Elementen kommt daher eine zentrale Bedeutung zu. Neben physischen Schnittstellen wie etwa dem Stecker eines Elektroautos und der Steckdose einer Ladestation, spielen für den Informationsaustausch auch andere Eigenschaften eine wichtige Rolle: So reicht es zum Beispiel nicht aus, dass ein bestimmter Netzwerkstecker in die entsprechende Modembuchse passt – ebenso müssen auch die Formate der digitalen Informationen und die dabei verwendeten Kommunikationsprotokolle zueinander passen, damit beide Komponenten reibungslos miteinander kommunizieren können.

„Die Verbreitung und einheitliche Anwendung von Standards sind essenziell für das Gelingen der Energiewende.“

Elie-Lukas Limbacher, dena-Experte für Stromnetze und Digitalisierung

Einheitliche Standards für die Energiewende

Hier kommen Standards ins Spiel. Sie erfüllen den Zweck, die Fähigkeit der Zusammenarbeit - die sogenannte Interoperabilität- sicherzustellen. Zugleich definieren und vereinfachen sie die Regeln für die Interaktion. „Das Zusammenspiel von Millionen regenerativer Energieerzeuger, digitaler Mess- und Regelsystemen und vielen anderen steuerbaren Elementen im Energiesystem kann nur mit geeigneten einheitlichen Standards reibungslos funktionieren“, sagt Elie-Lukas Limbacher, Experte für Stromnetze und Digitalisierung bei der dena. „Die Verbreitung und einheitliche Anwendung solcher Standards sind essenziell für das Gelingen der Energiewende.“ Im Zuge der Digitalisierung werde die Bedeutung von Schnittstellen weiter zunehmen, da neben den klassischen physischen Verbindungen die digitalen Kommunikationsschnittstellen - und damit auch die dort verwendeten Standards - ein zentraler Bestandteil des Energiesystems werden, ist Limbacher überzeugt.

dena-Analyse ermöglicht Einstieg in das Feld der Standards und Schnittstellen

Genau hier setzt die jetzt erschienene dena-Analyse „Schnittstellen und Standards für die Digitalisierung der Energiewende“ an. Sie gibt eine Übersicht über den Status Quo, um Marktakteuren einen strukturierten Einstieg in die komplexe Materie zu ermöglichen. Zugleich identifiziert sie offene Felder und leitet daraus konkrete Handlungsbedarfe ab. Die Schwerpunkte liegen auf Stromnetzen und Smart Grids, virtuellen Kraftwerken und Pooling, Smart Metern, Smart Homes und der Elektromobilität. Die Analyse entstand im Rahmen des durch das Bundeswirtschaftsministerium geförderten Digitalisierungsprojekts Digi4E, das unterschiedliche Aspekte der Digitalisierung im Energiesystem untersucht.

Herausforderungen: Kernstandards etablieren und Verantwortlichkeiten klären

Die Analyse kommt unter anderem zu dem Ergebnis, dass geeignete Kernstandards für intelligente Netze (Smart Grids) bereits heute vorhanden sind. Die Herausforderung liege derzeit jedoch darin, deren weitere Verbreitung in der Praxis voranzutreiben und die Anwendung der Standards zu vereinheitlichen.

Offene Fragen identifiziert die Analyse im Zusammenhang mit dem anstehenden Smart-Meter-Rollout. Im Zuge der Digitalisierung des Energiesystems sollen mechanische Stromzähler schrittweise durch intelligente Messsysteme ersetzt werden. Die geplante Smart-Meter-Infrastruktur bietet das Potenzial, eine einheitliche Schnittstelle mit hohen Sicherheitsanforderungen für viele Anwendungsbereiche zur Verfügung zu stellen. Da parallel in verschiedenen Anwendungsbereichen wie etwa Smart-Home bereits andere Lösungen entwickelt und angewendet werden, besteht hier zeitlicher Handlungsdruck. Nur wenn Smart-Meter-Gateway-Infrastruktur flächendeckend verfügbar ist, ist es auch für Anbieter interessant, Anwendungen zu entwickeln.

dena empfiehlt Taskforce zur gemeinsamen Erarbeitung von Lösungen

Es sollte daher von allen beteiligten Akteuren geprüft werden, wie der Smart-Meter-Rollout beschleunigt werden kann. Hierfür empfiehlt die dena die Einrichtung einer Taskforce, in der gemeinsam geeignete Lösungen erarbeitet werden. Bei den Akteuren besteht in verschiedenen Anwendungsgebieten Unsicherheit über die detaillierte Ausgestaltung von Schnittstellen zu steuerbaren Anwendungen. Hier sollten die offenen Fragen durch weitere Dialogprozesse geklärt und so das Know-how über die Smart-Meter-Infrastruktur ausgebaut werden.

Fast noch schwieriger als das „Wie“ gestaltet sich derzeit aber die Antwort auf die Frage nach dem „Wer“. Denn eine wichtige Voraussetzung für die Auswahl und die Spezifikation geeigneter Standards für Schnittstellen ist, dass ihre Funktion für die damit verbundenen Prozesse einheitlich festgelegt wird. Beispielsweise bestehe speziell für die Schnittstelle zwischen Übertragungs- und Verteilnetzen ein dringlicher Handlungsbedarf bei der Klärung von Rollen und Verantwortlichkeiten, etwa im Hinblick auf die Datenweitergabe und Steuerungsbefugnisse. Auch diesen Prozess gilt es zügig voranzubringen, um dem harmonisierten Einsatz standardisierter Schnittstellen im digitalen Energiesystem den notwendigen Vorschub zu leisten.