Plattformen für das Internet der Dinge in der Energiewirtschaft

Dieter Varelmann, Zenner Hessware

Seit etwa zwei Jahren setzen Stadtwerke, Versorger und energienahe IT-Dienstleister beim Digitalisieren von Geschäftsprozessen verstärkt auf Inter­net-der-Dinge (IoT)-Anwendungen. Unternehmen bauen dabei verstärkt auf LoRaWAN. Diese Funktechnologie unterstützt eine große Bandbreite an Lö­sungen für intelligente Gebäude und die Smart City. Im Backend sorgt die Intelligenz spezieller Plattformlösungen dafür, dass die Daten für smarte Applikationen sicher und komfortabel genutzt werden können.

LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network und ist ein frei zugänglicher und in­teroperabler Funkstandard für die drahtlose Kommunikation zwischen intelligenten batte­riebetriebenen Objekten wie Sensoren, Akto­ren und Verbrauchszählern etwa für Wasser, Wärme oder Gas einerseits und LoRa­WAN-Gateways andererseits. Diese Gateways sammeln die Daten aus lokalen Endgeräten quasi ein und leiten diese zum Beispiel via LTE oder DSL an Backendsysteme, wo sie für belie­bige Applikationen aufbereitet und zur Verfü­gung gestellt werden. Die LoRaWAN-Techno­logie zeichnet sich sowohl durch große Über­tragungsreichweiten (bis zu 15 km im Freien) als auch sehr gute Durchdringungseigenschaf­ten (z.B. bei Mauerwerk) aus. Dank niedrigem Energieverbrauch können die Endgeräte je nach Beanspruchung bis zu zehn Jahre betrie­ben werden, ohne dass die Batterie erneuert werden muss. Somit bringt LoRaWAN opti­male Eigenschaften für den Einsatz in Gebäu­den und Städten mit.

Die Funktechnologie allein macht jedoch noch keine IoT-Anwendung. Gerade im regulierten Bereich der Energiewirtschaft kommt es darauf an, Messdaten regelkonform zu übertragen, zu verarbeiten und für entsprechende Applikatio­nen nutzbar zu machen. Zenner bietet dafür zwei Plattformen an, die je nach Anwendungs­gebiet getrennt voneinander oder im Zusam­menspiel arbeiten. Mit der so genannten EMT Plattform und dem IoT-Backend-System ELE­MENT werden so Prozessdienstleistungen für Externe Marktteilnehmer (EMT) beziehungs­weise nicht regulierte IoT-Anwendungen wie zum Beispiel Smart City-Lösungen angeboten. Dazu später mehr.

EMT-Plattform als Datendrehscheibe und virtueller Marktplatz

Nach einer Anlaufphase wird der Rollout in­telligenter Messsysteme (iMSys) bald Realität. Laut Messstellenbetriebsgesetz sind zunächst alle Stromabnehmer mit einem Jahresver­brauch von mehr als 10.000 kWh iMSys-pflichtig. Ab 2020 gilt dies auch für Verbraucher, die mehr als 6.000 kWh jährlich beziehen. Intelligente Messsysteme beinhalten ein Smart Meter Gateway (SMGW) für eine hochsichere Datenübertragung. Das SMGW wiederum verfügt über eine Controllable Local Systems (CLS)-Schnittstelle. An diesem Port können Externe Marktteilnehmer am SMGW andocken und über den abgesicherten CLS-Kanal Daten übertragen. Typischerweise sind dies zum Beispiel Messdaten von Ver­brauchszählern. Darüber hinaus ist eine Viel­zahl anderer Anwendungsfälle realisierbar.

Generell wird zwischen aktiven und passi­ven Externen Marktteilnehmern unterschieden. Aktive EMT empfangen nicht nur Daten, son­dern können über das Smart Meter Gateway auch nachgelagerte Geräte steuern. Um diese Tätigkeiten ausüben zu dürfen, müssen sie sich einer Zertifizierung nach DIN ISO 27.001 (Ein­führung eines Informationssicherheits-Ma­nagementsystems) unterziehen. Passive EMT brauchen das nicht, sie können von Smart Meter Gateways aber auch nur Daten empfangen, um zum Beispiel Abrechnungen zu erstellen und Netzzustände zu ermitteln.

Je komplexer und tiefer die IoT-Projekte, desto anspruchsvoller gestaltet sich das Daten­management. Mit der EMT Plattform stellt Zen­ner eine Datendrehscheibe zur Verfügung, die vor allem Anwendungen im regulierten Smart-Metering-Umfeld gesetzeskonform unter­stützt. Die EMT Plattform kann mit verschiede­nen Controllable Local Systems (CLS)-basierten Applikationen zusammenarbeiten, Relais-Boxen schalten, Geräte konfigurieren und von verschie­denen Zählertypen Messwerte empfangen. Schon heute werden täglich rund 14 Millionen Messwerte aus Bestandszählern über die EMT Plattform verarbeitet und an die Kunden weiter­geleitet. Zudem steuern Versorger und IT-Dienstleister mit der EMT Plattform große Windparks und andere Anwendungen.

Bei diesen Anwendungen wird es nicht bleiben: Aktuell werden die Weichen für die reibungslose Kopplung von EMT Plattform und Smart Meter Gateway an der CLS-Schnittstelle gestellt. Das Ziel ist es, die EMT Plattform für Aufgaben in den Bereichen Smart Metering, Submetering, loT-LoRaWAN, RLM-Messstellenbetrieb, CLS-Schalten und Big-Data-Anwendungen fit zu machen. Weite­re Einsatzszenarien werden anforderungsge­recht konfiguriert. Die für ein Einsatzgebiet benötigten Module, Funktionen und Konnek­toren zu Drittsystemen lassen sich bedarfsge­recht kombinieren und aktivieren. Der Kunde hat dabei die Wahl zwischen einer unterneh­menseigenen Cloud (SaaS) oder dem Hosting im eigenen Rechenzentrum (on Premise). Auf diese Weise legt die EMT Plattform das Fun­dament für flexible Systemarchitekturen und ein breites Anwendungsspektrum.

Rolle des aktiven EMT inkludiert

Das System ist seit Oktober 2018 nach DIN ISO 27.001 zertifiziert und erfüllt somit alle Sicher­heitsanforderungen an ein regelkonformes Da­tenmanagement für aktive EMT. Wer in dieser Marktrolle die EMT Plattform als Bindeglied zwischen Smart Meter Gateway und den eige­nen IT-Systemen nutzt, braucht deshalb nur die weitaus geringeren Anforderungen an einen passiven EMT zu erfüllen. Der Wegfall der Zer­tifizierungshürde kommt insbesondere kleinen Unternehmen entgegen, weil sie somit neue Mehrwertservices vergleichsweise unkompli­ziert auf den Weg bringen können.

Damit eröffnet sich Stadtwerken die Chance, sofort nach dem Start des IMSys-Rol­louts das Smart Meter Gateway außerhalb der regulierten Strommessung zu vermarkten. In­dem Externe Marktteilnehmer über das Smart Meter Gateway und den BSI-zertifizierten CLS-Kommunikationskanal Daten transferie­ren, können Messstellenbetreiber sofort zusätz­liche Erlöse erzielen. So lockern sie das enge Korsett der Preisobergrenze bei Einbau und Be­trieb intelligenter Messsysteme und verkürzen den Return on Investment.

Für alle Anwendungen jenseits SMGW-­basierter Datenkommunikation ist die Platt­form ein technologieunabhängiges Daten­banksystem, das die Verwaltung von Geräten, Sensoren, Aktoren und Netzwerkkomponenten unterschiedlicher Hersteller und Technologien unterstützt. So lässt sich eine Vielzahl von IoT-Anwendungen beispielweise im Bereich Smart City realisieren. Die Füllstandüberwa­chung von Abfallbehältern, die Überwachung von Ortsnetz-Trafostationen, Smart Parking oder intelligente Straßenbeleuchtung sind nur einige von zahlreichen Praxisbeispielen, die er­folgreich umgesetzt wurden. Die Architektur bildet die Grundlage für ein hochflexibles und feingranulares Rechtemanagement. Weiterhin übernimmt ELEMENT Aufgaben wie Datenag­gregation, -visualisierung und -weiterleitung.

Kollaborative Plattformen

Bei gewissen Aufgaben und Konstellationen ar­beiten beide Plattformen auch zusammen. Die EMT Plattform ist ELEMENT dann vorgeschal­tet, wenn die speziellen EMT-Funktionen benö­tigt werden. Dies trifft auf den regulierten Bereich und alle Gebiete zu, die eine ISO 27.001-Zertifi­zierung inklusive Datenflusskontrolle erfordern, etwa beim aktiven EMT. Ferner wird die EMT Plattform in der Lösungsarchitektur immer dann vorangestellt, wenn das Gateway ein IoT-Gateway von Zenner ist, da diese einen Linux-Stack nut­zen. Für LoRaWAN­Gateways anderer Herstel­ler ist die EMT Plattform nicht erforderlich, hier agiert ELEMENT eigenständig. Entscheidend für den Nutzer ist, dass für alle Anwendungsfälle re­gelkonform funktionierende Lösungen bereitste­hen, die rasch einsatzbereit sind und unmittelbar Nutzeneffekte erzeugen können.