VDE-Studie: Versorgungssicherheit im Smart Grid erfordert innovative Architekturkonzepte

Fakt ist, dass der wachsende Anteil von Strom aus dezentralen Energie¬quellen und das Zusammen¬wachsen von Elektroauto, IT-, Strom- und Verkehrsnetz zu einem innovativen System das konventionelle Stromnetz an die Grenze der Netzstabilität bringt.

Das liegt in erster Linie daran, dass die klassische Netzarchitektur mit seiner hierarchischen Struktur und großen zentralen Kraftwerken für starke Lastschwankungen, wie sie beispielsweise bei Windkraftanlagen auftreten, oder gar für die Umkehr von Lastflüssen, wie sie bei der Einbindung dezentraler Erzeuger (Haushalte) und Energiespeicher (E-Mobil) vorkommen, nicht ausreichend ausgelegt ist. Erst intelligente Netze (Smart Grids) mit Energieinformationsnetzen und -systemen als wesentlichem Bestandteil schaffen die Voraussetzung dafür – und gelten dank technologischer Spitzenpositionen als potentieller Exportschlager Made in Germany. Durch die Kombination von Energie- und Kommunikationsnetzen sind neue Formen der Netzsteuerung möglich, die eine effizientere Nutzung und Verteilung der erzeugten Energie, die Einbindung vieler dezentraler Energieerzeuger, Lastflüsse in beiden Richtungen, Integration von Elektroautos und neue Geschäftsmodelle gestatten. Damit wird das Energieversorgungssystem intelligenter und zuverlässig im Betrieb bei einer geänderten Architektur.

Doch wie wirkt sich der Systemwechsel zum Smart Grid auf die Stabilität der Stromnetze und die Energieversorgungssicherheit bei Störfällen und in Krisenlagen aus – von der Betriebssicherheit (Safety) über die Sicherheit vor Angriffen (Security) bis zu Datenschutzaspekten (Privacy)? Und wie können das komplexe System verschiedener Technologien, Dienste und Akteure in der Energieversorgung, Telekommunikation und Automatisierungstechnik beschrieben und zukünftige Entwicklungen abgeschätzt werden?

In einem aktuellen Positionspapier hat sich die Fokusgruppe „Energieinformationsnetze und systeme“ der Informationstechnischen Gesellschaft im VDE jetzt dieser Thematik angenommen. Kernstück der Studie ist ein neu entwickeltes verallgemeinerbares Modell, das auf einem interdisziplinären Klassifikationssystem basiert und erstmals die Integration von Technologien sowie die Erfassung der Dienste unabhängig von der jeweiligen Infrastruktur ermöglicht. Das Modell und die darauf basierenden Handlungsempfehlungen, die insbesondere die fachübergreifende, durchgängige Standardisierung betreffen, sollen das aktuelle E-Energy-Projekt des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) und die Umsetzung des nationalen Entwicklungsplans Elektromobilität der Bundesregierung unterstützen und zur schnellen Einführung von Smart Grids in Deutschland und der EU beitragen.

Ein komplexes Energieinformationsnetz ist nur unter Einsatz interdisziplinären Wissens aus den Fachdisziplinen Energieversorgung, Telekommunikation, Automatisierungstechnik und Ökonomie realisierbar. Um den angestrebten Paradigmenwechsel von einem hierarchischen, zentralen System in der Energieversorgung hin zu einer Peer-to-Peer-Architektur zu vollziehen, gilt es laut VDE, ein gemeinsames Verständnis für eine enge Kooperation und den Know-how-Transfer zwischen den Fachdisziplinen zu bilden. Zu diesem Zweck haben die Experten der Fokusgruppe ein Klassifikationsschema entworfen, das Begriffe aus verschiedenen Domänen in Relation setzt. Darauf basierend wurde ein allgemein anwendbares Modell des Energieinformationsnetzes entwickelt, das die fast vollständige Energiesystem-Modellierung auf hoher Abstraktionsebene zur Beschreibung des aktuellen Standes und zur Abschätzung der zukünftigen Entwicklungen ermöglicht.

Empfehlungen für eine „zukunftsfähige, ganzheitlich intelligente Energieversorgung“
Handlungsbedarf für die Realisierung des zukünftigen intelligenten Energieversorgungs¬systems sieht das VDE-Positionspapier in erster Linie im Bereich der Standardisierung zur Harmonisierung sowie zur Sicherstellung von Interoperabilität und Konformität der Systemkomponenten. Empfohlen wird insbesondere, auf allen Ebenen – von der fachlichen Gesamtarchitektur der Versorgungssysteme über technische Prozess- und IT-Architekturen bis hin zu physischen und informationstechnischen Sicherheitsarchitekturen – angemessen robuste und belastbare Architekturkonzepte zu entwickeln. Diese sind in konkrete Infrastrukturen zu implementieren.

  smart-grid, vde