Elektrischer Stromzähler zur Messung des Stromverbrauchs. Wattstunden Stromzähler Messwerkzeug.
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20.04.2023 Fachinformation

Innovatives Datenökosystem für Gebäude befördert die Wärmewende

Smart Meter Gateways sind ein wichtiger Baustein für die Wärmewende. Gleichzeitig verfügen Gebäudekomplexe über Alarmsysteme für automatisierte Meldungen. Da beide Systeme einen sicheren Zugang zu öffentlichen Netzen erfordern, erscheint es sinnvoll, Übertragungswege gemeinsam zu nutzen.

Im Projekt WärmewendeNordWest entwickeln die beteiligten Partner ein Plattform-Ökosystem, um die Daten aus den Sektoren Elektrizität, Wärmeversorgung und Gebäudeleittechnik sicher miteinander zu vernetzen.

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Stipe Mandic
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Ob in einem Mehrfamilienhaus, einer Gewerbeimmobilie oder einem Wohnkomplex mit Einzelhandel: Überall sind in digitalisierten Gebäuden neben den Mietern und Vermietern auch Sicherheitsbehörden, Energie- sowie künftig E-Mobilitätsdienstleister und möglicherweise Betreuungsunternehmen involviert. Bei Neubau oder Modernisierung werden heute Smart-Meter-Gateways (SMGW) eingesetzt, die den Energieverbrauch erfassen und übertragen. Parallel verfügen große Gebäudekomplexe oftmals über Alarmsysteme für automatisierte Brand- und Einbruchsmeldung sowie Personen-Notruf auf Basis der VdS-Richtlinien der Versicherungswirtschaft.

Beide Systeme benötigen sichere Zugänge zu öffentlichen Übertragungsnetzen. Gemeinsam genutzte Übertragungswege wären aus Gründen der Sicherheit und Kosten sinnvoll. Und gemeinsam könnten SMGW und Sicherheitsrouter nach VdS-Richtlinien Synergieeffekte heben: Ein Plattform-Ökosystem könnte neue Mehrwertdienste ermöglichen.

Plattform-Ökosystem

Plattform-Ökosystem

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Bestandstechnologien vernetzen für neue Datenplattform in Gebäuden

In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten WärmewendeNordWest-Projekt untersuchen die beteiligten Institutionen in sechs Forschungsfeldern und zwei Querschnittsaktivitäten die Digitalisierung der Wärmewende in der Region rund um Oldenburg/Bremen. Dabei entstehen nicht nur theoretische, sondern auch praktisch umsetzbare digitale Konzepte für den Wärmesektor.

Im Forschungsfeld 2 „Sichere Gateways und Router als Grundlage für Mehrwertdienste“ (SiGRun) entwickeln DKE und die nachfolgenden Projektpartner eine neue Plattform für den sicheren und gemeinsamen Datenaustausch:

  • OFFIS - Institut für Informatik e.V.
  • GSG OLDENBURG Bau- und Wohngesellschaft mbH
  • FSO Fernwirk-Sicherheitssysteme Oldenburg GmbH
  • TAS Telefonbau Arthur Schwabe GmbH & Co. KG
  • VdS Schadenverhütung GmbH

Die Projektpartner gehen zunächst von bereits vorhandener Technik aus wie SMGW und VdS-Sicherungskette. Ziel ist die Integration beider Systeme für die Vernetzung der Daten aus den Sektoren Elektrizität, Wärmeversorgung und Gebäudeleittechnik.

VdS-Sicherheitsrichtlinie mit 24/7 Verfügbarkeit dank Notstromversorgung 

Zentrale Anforderung an die VdS-Sicherheitskette ist eine höchstmögliche Verfügbarkeit der Systeme. Deshalb gehört zu den nach VdS-Richtlinien zertifizierten Geräten eine Notstromversorgung. Je nach Sicherheitsrisiko muss sie bis zu 72 Stunden Betriebsbereitschaft nach einem Stromausfall gewährleisten. Ergänzt werden sie durch eine kontinuierliche Verfügbarkeitsüberwachung, die bei Verbindungsstörungen ab 20 Sekunden Reaktionen auslöst. Auf die Weise erreicht der Sicherheitsrouter eine Verfügbarkeit von 99,9 Prozent und liegt damit über der der Netzbetreiber.

Die Verfügbarkeitsüberwachung wird mit zwei redundanten Übertragungskanälen sowohl über Funk als auch Festnetz organisiert und erstreckt sich so über alle angeschlossenen Endgeräte wie Einbruchs- und Brandmeldeanlage. Mit klar definierter Verantwortung und einer Verpflichtung zu 24/7 Reaktionsfähigkeit bietet die VdS-Richtlinie eine wesentliche Grundlage für schnelle Reaktion im Alarmfall.

Energie- und Wärmewende braucht flexible Steuerung von Anlagen

Auch die Netzbetreiber benötigen durch die schwankende Verfügbarkeit von Strom und Wärme aus erneuerbaren Energien Echtzeitdaten zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität. Die Echtzeitdaten erhalten sie mit dem SMGW und bekommen über die Kommunikationsschnittstellen auch Zugriff auf die Steuerung. Damit können sie die schwankende Angebotslage mit unzähligen kleinen Erzeugeranlagen mit der im Tagesverlauf schwankenden Stromnachfrage ins Gleichgewicht (50 Hertz) bringen.

Mit SMGW-Schnittstellen ist es möglich, Controllable Local Systems (kontrollierbare lokale Systeme; CLS) zu steuern. Das sind bspw. Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen oder Großverbraucher, aber auch Massenstromspeicher, die ein SMGW-Administrator netzdienlich einstellen kann. Über die CLS können Administratoren beispielsweise bei geringem Stromangebot große Stromverbraucher vertragsgemäß abregeln oder Strom einspeisen. Im Winter könnten beispielsweise Wärmepumpen bevorzugt versorgt und das Laden von E-Fahrzeugen zeitversetzt gestartet werden.

Smart-Meter-Kommunikation im Netzwerk

Smart-Meter-Kommunikation im Netzwerk

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Sicherheitsanforderungen für DSGVO-konforme Prozesse

Weil in intelligenten Gebäuden die Anzahl smarter Geräte sowohl für Sicherheitsfunktionen als auch Strombezug und Stromeinspeisung weiter steigt, ist die Nutzung einer gemeinsamen Datenübertragung aus wirtschaftlichen Gründen ratsam. Bei der Entwicklung von SiGRun standen außerdem eine einfache Datennutzung bei gleichzeitig höchster Datensicherheit und Abwehr von Cyber-Angriffen auf Gebäude im Fokus. Verbrauchsdaten gehören zu den personenbezogenen Daten und unterliegen deshalb strengen Anforderungen der Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO).

Als Schutzbereiche wurden definiert:

  • Verhinderung von Datenzugriff durch unbefugte Dritte (DSGVO-Verstoß)
  • Abhörsicherheit (Angriffsvorbereitung)
  • Abwehr physischer Zerstörung von Geräten
  • Schutz vor Manipulierbarkeit mit unzulässigen Schaltbefehlen

SMGW und die Grenzen im Praxiseinsatz

Natürlich bestehen für SMGW wie auch für Sicherheitsrouter konkrete Normen, die alle Sicherheitsanforderungen erfüllen. Für SMGW erstellte das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) die technische Richtlinie BSI-TR-03109-x sowie die Schutzprofile BSI-CC-PP-0073 und BSI-CC-PP-0077. Das SMGW verfügt über einen direkten Netzzugang über DSL, Funk oder LAN-Kabel zum jeweiligen Messstellenbetreiber, allerdings keine Notstromversorgung.

In der Praxis ergeben sich weitere Friktionen: Viele SMGW werden in Schaltschränken in Kellerräumen verbaut. Hier ist die Funkverbindung häufig instabil und der Anschluss an LAN-Kabel an die IT-Infrastruktur ist aufwendig. Vor allem stehen die Daten bisher nur dem Messstellenbetreiber zur Verfügung. 

Evaluation der Lösungsansätze

Die Projektpartner betrachteten zwei mögliche Lösungsansätze, wie sich SMGW und Sicherheitsrouter verbinden lassen, um das Beste aus den beiden Welten nutzen zu können. Dabei berücksichtigten sie, dass die Infrastrukturen für SMGW gesetzlich vorgegeben sind. Sie prüften, wie die Konformität beider Bereiche abzustimmen wäre, um den CLS-Kanal des SMGW als Verbindung zu Gebäudesicherheitssysteme über den Sicherheitsrouter an das Netz anzuschließen.

Dabei ergaben sich aber Unstimmigkeiten mit den Anforderungen der Sicherheitstechnik. Mit einem Schalten des SMGW nach dem Sicherheitsrouter wäre dieser nicht mehr direkt an das Netz angeschlossen. Der Sicherheitsrouter bekäme in dem Fall keine Informationen mehr über den physikalischen Status der Datennetzanbindung und somit über die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Alarmmeldungsübertragung.

SMGW auch nach einem Stromausfall netzdienlich steuern

Der Übertragungsweg in das Netz und damit die Verfügbarkeitsanforderung von 99,9 Prozent wären beeinträchtigt. Dieser Lösungsweg wurde deshalb verworfen. Und damit trat der Sicherheitsrouter mit seiner etablierten und sicheren Übertragungstechnik in das Zentrum der weiteren Überlegungen. Die Übertragung von Messdaten via SMGW soll in den Router eingebunden werden.

Das SMGW wird bei diesem Lösungsansatz ähnlich wie andere Alarmsysteme integriert. Es profitiert von dem redundanten Übertragungsweg. Bei Stromausfall fallen die Übertagungswege nicht aus. So ist es möglich, netzdienliche Schalthandlungen auch im (noch) stromlosen Zustand, also auch vor dem Wiederanlauf, auszuführen. Dadurch können große Stromverbraucher nach einem Blackout zunächst ausgeschaltet und erst nach und nach wieder zugeschaltet werden.


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Neue Mehrwertdienste mit Gebäudedaten für die Sektorenkopplung

Die Daten aus den bisher getrennten Systemen wollen die Projektpartner künftig über eine offene und genormte Schnittstelle auf eine Datenplattform übertragen. Aus diesem innovativen Datenökosystem sollen autorisierte Nutzer die Daten für Mehrwertdienste verwenden dürfen. Das können neben den SMGW-Administratoren beispielsweise Dienstleister für die Strom- und Wärmeabrechnung sowie Service-, Wartungs- und Wachdienste sein. Vermieter und Mieter könnten dadurch ihre gesamten Daten in Echtzeit über eine App einsehen und verwalten.

Angesichts immer mehr älteren Mietern könnten neue Dienste für Betreutes Wohnen entstehen. Rettungsdienste könnten bereits auf dem Weg zu ihrem Einsatz den möglichen Brandherd oder die Einbruchsstelle lokalisieren. Ebenso könnten Ladestationen für Elektrofahrzeuge sowie Strom- und Wärmespeicher über die neue Plattform gesteuert werden.

Fazit: Neue Geschäftsmodelle durch das Plattform-Ökosystem

Für die Datenübertragung in Gebäuden, die Digitalisierung von Daten und damit neue Mehrwertdienste ist die Verknüpfung zwischen SMGW und Sicherheitsrouter ein innovativer Fortschritt. Der Alarmübertragungstechnik könnte für die Digitalisierung der Energiewende weitere Synergieeffekte generieren. Jede Aktion und damit jede Datenweitergabe erfolgt nach eindeutiger Authentifizierung der Nutzer und wird mit Zeitstempeln protokolliert. Dienstleister können Aufträge und die spätere Rechnungsstellung automatisieren. 

Die erste Installation in einem Oldenburger Gebäude ist um den Jahreswechsel 2023/24 geplant. Parallel prüfen die Projektpartner, ob sich dieses automatisierte Geschäftsmodell auch auf anderen denkbaren Mehrwertdienste rund um Gebäude und Liegenschaften übertragen lässt und somit ein einheitliches Geschäftsmodell durch das Plattform-Ökosystem entsteht.
 

Redaktioneller Hinweis:

Grundlage für diesen Artikel ist der Beitrag "Interoperable und sichere Datenübertragung für Gebäude und Liegenschaften" aus der DIN-Mitteilung 12/2022.


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