Ladegeräte für die Elektromobilität sind eine Herausforderung für die Verteilnetze. Dynamische Schaltlösungen ermöglichen eine netzdienliche Integration.

Smart Meter Gateway CASA (Bild: EMH metering)

Smart Meter Gateway bietet Sicherheit

Was die Energiewirtschaft stattdessen braucht, ist ein dynamisches Schalten, das sich an die aktuelle Netzsituation anpassen lässt. Nur damit lässt sich die Elektromobilität sowohl netzdienlich als auch verbraucherfreundlich in die Netze integrieren. Die Schaltbefehle müssten demnach deutlich feiner justierbar sein. Dafür bedarf es neuer technischer Instrumente. Einen zentralen technischen Baustein hat die Politik bereits vorgegeben: Das Smart Meter Gateway (SMGW). In besagtem Referentenentwurf des § 14 EnWG heißt es: "Für die Gesamtleistung des Energiesystems und die Versorgungssicherheit ist es essentiell, dass der Netzbetreiber und die Marktakteure ihre Steuer­signale ausschließlich über das ­sichere intelligente Messsystem an die angebundenen steuerbaren Verbrauchseinrichtungen senden." Das intelligente Messsystem als Teil des Steuervorgangs steht – anders als die Spitzenglättung – nicht zur Debatte.

Das hat gute Gründe. Einer der wichtigsten: Das SMGW ermöglicht eine sichere und vertrauenswürdige Kommunikation. Wenn zukünftig Millionen von E-Autos in das Stromnetz integriert werden, muss die dafür bereitgestellte Infrastruktur gegen Hacker geschützt sein. Die vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) zertifizierte Kommunikationseinheit bietet dafür die beste Voraussetzung.

Aus der Ferne steuern

Das SMGW hat zudem die HAN-­(Home-Area-Network-)Schnittstelle mit CLS-(Controllable-Local-Systems-)Funktion. Letztere stellt eine Kommunikationsverbindung zwischen einem externen Marktteilnehmer und einem Stromverbraucher oder -erzeuger her. Dadurch ist es möglich, aus der Ferne sicher über das SMGW zu kommunizieren, etwa um Lasten zu steuern.
Die Herausforderung besteht darin, dass Wärmepumpen oder Wallboxen die Kommunikations-Protokolle des SMGW nicht verstehen. Um sie aus der Ferne zu steuern, ist zusätzlich ein Übersetzungsprotokoll notwendig. Die Wahl des Standards ist ausschlaggebend dafür, ob sich eine solche Lösung durchsetzt oder nicht.

Standards wählen

Das Übersetzungsprotokoll sollte möglichst flexibel und von allen Marktteilnehmern anerkannt sein. Diese Anforderungen erfüllt die Kom­munikations-Schnittstelle ­EEBus. Dieses Protokoll für Smart-­Home-Anwendungen findet sowohl in der Energie- als auch in der Automobil- und Elektrobranche breite Anerkennung. EEBus ist daher ideal, um die Lücke zwischen Elektromobilität und Energiewelt zu schließen.

Eine solche Lösung, bei der eine Wallbox aus der Ferne über EEBus mit einem SMGW gesteuert wird, kann in der Hardware unterschiedlich umgesetzt werden:

  1. Die integrierte Wallbox
    Die Schnittstellen des CLS-Kanals und das EEBus-Protokoll können in die Wallbox verlegt werden. Die Wallbox kann dann über das SMGW einen sicheren Kanal zum Netzbetreiber aufbauen. Es erhält die erforderlichen Informationen auf diese Weise direkt aus dem Netz. Mit einer solchen Lösung lässt sich ein einfaches Energiemanagement umsetzen, wie es beispielsweise beim Laden von E-Autos in Tiefgaragen von Mietshäusern benötigt wird.
     
  2. Mehr Wert durch Mehrwertmodul
    Die Kommunikation kann statt über die Wallbox über ein Mehrwertmodul erfolgen. Ein Heim-Energie-­Management-System (HEMS) kann über ein solches Modul Steuervorgaben vom Netz erhalten. Denkbar ist etwa ein Aufsteckmodul für das SMGW. In einem Haushalt mit weiteren steuerbaren Anlagen, wie PV oder Wärmepumpen, erschließen sich damit zusätzlich auch weitere Möglichkeiten, Geräte intelligent zu steuern.
     
  3. Intelligent regeln
    In einem weiteren Entwicklungsschritt kann dieses Mehrwertmodul die Messdaten aus dem SMGW als Grundlage für die Steuerprozesse nutzen. Anstatt blind aus dem Netz zu steuern, lässt sich auf diese Weise jeder Messpunkt miteinbeziehen. Benötigt die Wärmepumpe Strom, wird das Laden des E-Autos kurzzeitig gedrosselt. Liefert die haus­interne PV-Anlage genügend Strom, kann der Bedarf aus dem Verteilnetz reduziert werden. Ist das Verteilnetz überlastet, wird das Laden des E-Autos geringfügig reduziert. Das Steuern wird zum intelligenten Regeln.

Szenario eins – also der unmittelbare Zugriff eines SMGW auf eine Wallbox – haben die Unternehmen Gisa, EMH metering und eSystems bereits erfolgreich umgesetzt. Der Endpunkt des CLS-Kanals wurde dafür auf die EEBus-sprechende Wallbox von eSystems, einem Unternehmen der Katek-Gruppe, verlegt. Gesteuert werden die Lade­vorgänge aus einem System des Unternehmens Robotron heraus, das u. a. mit Leitstellen der Netztechnik verknüpft werden kann. Das System von Robotron wird in einem zertifizierten Rechenzentrum von Gisa betrieben. Die gesamte für diese Lösung notwendige Technik steht für die Serienproduktion zur Verfügung.

Die Lösung legt auch die Basis für ein dynamisches Einspeisen. E-Autos könnten dann zukünftig als Pufferspeicher dienen. Wenn zu viel Strom im Netz ist, nehmen sie diesen auf, um ihn zu einem späteren Zeitpunkt wieder an das Netz abzugeben. Die Liegenschaften mit E-Fahrzeugen übernehmen dann die Aufgabe eines dezentralen Generators.

Fazit

Der entscheidende Vorteil einer ­solchen Steuerlösung: Aufgrund der intelligenten Protokolle und Schnittstellen gibt es keine harten Steuerbefehle mehr. Stattdessen werden Kennwerte übermittelt, die eine Justierung der Leistungsabnahmemenge ermöglichen. Dieses dynamische Regeln unterstützt sowohl ein Steuern auf Grundlage dynamischer Stromtarife als auch ein netzdienliches Steuern durch den Verteilnetzbetreiber.

www.emh-metering.com | www.gisa.de | www.esystems-mtg.de

Dr. Peter Heuell, Geschäftsführer, EMH metering GmbH, Gallin; Steffen Grau, Senior Expert Smart Utilities + IOT, Gisa GmbH, Halle (Saale); Alexander Bourgett, Head of Software Development, eSystems MTG GmbH (Katek Gruppe), Wendlingen (Neckar)
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