Ersatz der Rundsteuertechnik – Erkenntnisse aus dem Feld

Nach langer Vorbereitungszeit steht der Rollout von intelligenten Messsystemen in Deutschland bevor. In einer Serie von sechs Beiträgen wird das Themenfeld Smart Metering näher betrachtet und verschiedene Schwerpunkte aus den Bereichen Technik, rechtliche Grundlagen und Mehrwert vorgestellt.

Im Rahmen des Forschungsprojektes C/sells¹ nutzt die FfE in Zusammenarbeit mit Bayernwerk die Architektur der intelligenten Messsysteme (iMSys) unter anderem dazu, neu entwickelte Methoden zur Umsetzung eines marktbasierten Engpassmanagements zu demonstrieren. Weitere Informationen zu dem Themenfeld „Smart Metering“ bzw. C/sells sind hier zu finden.

Übersicht über die Beitragsserie zum Thema Smart-Metering
1.		Was ist ein intelligentes Messsystem und auf welcher rechtlichen Grundlage kommt der Rollout?
2.		Rollout von intelligenten Messsystemen – Wer bekommt was und wann?
3.		Messen und steuern über das intelligente Messsystem – Funktioniert das?
4.		Ersatz der Rundsteuertechnik – Erkenntnisse aus dem Feld
5.		Smart Metering in Europa – Was machen unsere Nachbarn?
6.		Ausblick: Einsatz von intelligenten Messsystemen in C/sells

In den bisherigen Beiträgen erfolgte eine Übersicht über Komponenten des iMSys sowie die vom Rollout betroffenen Anlagen bzw. Endnutzer. Außerdem wurde die Frage behandelt, welche Mess- und Steuerfunktionen mit iMSys möglich sind. Im nächsten Schritt der Serie wird über Erkenntnisse aus einem Feldversuch berichtet, in dem das Schalten über die iMSy-Architektur erprobt wurde. Die Durchführung des Feldtestes wurde federführend von der E.ON Metering übernommen, wobei die FfE für die Datenauswertung und –darstellung verantwortlich war [1]. Die Erkenntnisse werden für die Umsetzung des Altdorfer Flexmarkts (ALF) genutzt.

Der im Rahmen des Gesetzes zur Digitalisierung der Energiewende geplante Rollout von intelligenten Messsystemen bietet sowohl die Möglichkeit zur Übertragung von Messwerten als auch von Schaltsignalen. Während das iMSys u. a. als Kommunikationsschnittstelle fungiert, ist die Steuerbox u. a. für die Umsetzung von Schaltanweisungen zuständig. Primär besteht die Aufgabe darin, die bisherige unidirektionale Funkrundsteuerung durch ein zuverlässigeres, bidirektionales Kommunikationssystem abzulösen. Daher muss die Steuerbox mit Bestands- und Neuanlagen kompatibel sein. Die Ausrüstung mit einer Steuerbox, neben der Verpflichtung zur Steuerung darüber, ist derzeit bspw. nur für Anlagen der Direktvermarktung geregelt. Weitere Regelungen werden im Rahmen einer anstehenden Verordnung zum § 14a EnWG erwartet.

Vor dem Beginn des offiziellen und großflächigen Rollouts sind daher die Komponente Steuerbox sowie die zugehörigen Abläufe zu testen, um Aussagen über die Zuverlässigkeit und Latenzzeiten etc. zu bekommen. Diese sind für die spätere Integration in die Prozesse von Netzbetreibern ebenso relevant, wie für weitere Akteure, deren Geschäftsmodell auf Basis dieser neuen Infrastruktur umgesetzt werden soll.

Im Rahmen des Feldversuchs wurden durch die E.ON Metering GmbH 14 Steuerboxen inkl. iMSys in der Region Altdorf bei Landshut bei Testprobanden mit steuerbaren Photovoltaik(PV)-Anlagen (gemäß § 9 EEG 2017) installiert und die Regelung der Einspeisung sowie die Datenerfassung für verschiedene Testfälle vollzogen. Dabei sind 12 Steuerboxen über Long-Term-Evolution (LTE) Mobilfunk und zwei Steuerboxen zur Referenz über Ethernet angebunden (vgl. Abbildung 1).

Abbildung 1: Struktur und Untersuchungsgegenstand des Steuerbox-Feldversuchs

Im Vorfeld der Durchführung erfolgte die Erstellung von vier verschiedenen Mess- bzw. Schaltkategorien, welche später im regulären Betriebsprozess auftreten können. Im Rahmen des Feldversuchs wurden über 2.000 Testschaltungen durchgeführt und die einzelnen Prozessschritte erfasst.

Messen-Schalten-Messen bei abgebautem Kanal – MSM ab
Messen-Schalten-Messen bei aufgebautem Kanal – MSM auf
Schalten bei abgebautem Kanal – S ab
Schalten bei aufgebautem Kanal – S auf

Ziel der Messungen war es, eine Aussage über die Zuverlässigkeit, also die erfolgreiche Umsetzung der Schaltanweisung, zu erhalten. Außerdem sollten Korrelationen hinsichtlich der Dauer und Zuverlässigkeit der Schaltbefehle unter Einbeziehung des Anlagenstandortes, der Uhrzeit und des Wochentags identifiziert werden. Ein weiteres Ziel stellte die Erkenntnis dar, inwiefern sich die eingesetzten Hard- und Softwarekomponenten für die Umsetzung der Schaltanweisungen aus Markt- und/oder Netzsicht eignen. Weiterhin sollten Optimierungspotenziale und zeitkritische Aspekte identifiziert werden.

Abbildung 2: Durchschnittliche Signallaufzeit der verschiedenen Schaltkategorien aus dem Steuerbox-Feldversuch

In Abbildung 2 sind die Ergebnisse zu den durchschnittlichen Signallaufzeiten aller durchgeführten LTE-Tests in den verschiedenen Schaltkategorien zu sehen. Beim ersten Szenario (MSM ab) erfolgt vor und nach dem Schaltvorgang ein Messwertabruf, wobei der Kanal zum SMGW bzw. der Steuerbox noch nicht aufgebaut ist. Die gesamte Signallaufzeit (median) beträgt dafür ca. 88 s. Ein Großteil der Signallaufzeit fällt dafür an, den notwendigen Kommunikationskanal aufzubauen. Besteht dieser bereits, werden für das zweimalige Messen und das Schalten nur noch rund 24 s benötigt (MSM auf). In den beiden verbleibenden Szenarien wird auf das Messen vor und nach dem Schalten verzichtet, sodass sich für die Signallaufzeit bei abgebautem Kanal im Median 51 s (S ab) bzw. bei bereits aufgebautem Kanal lediglich ca. 3 s (S auf) ergeben. Gemäß der Kaskadenzeit in der VDE-Anwendungsregelung [2] stehen dem ausführenden Netzbetreiber 12 Minuten für die Vorbereitung und Umsetzung von Maßnahmen für die Systemsicherheit (u. a. Einspeisemanagement) zur Verfügung. Die aufgenommenen Signallaufzeiten entsprechen somit den geforderten zeitlichen Anforderungen.

Die Ergebnisse des Feldtests zeigen, dass sich die Umsetzung von Einspeisemanagementmaßnahmen bei PV-Anlagen mit einer hohen Zuverlässigkeit und Robustheit umsetzten lassen. Damit ist ein netzdienlicher Einsatz möglich. Im Vergleich zur aktuellen Rundsteuertechnik zeigt die eingesetzte Technik hier wesentliche Verbesserungen. Die einzelnen Prozessschritte wiesen dabei keine Abhängigkeit von externen Faktoren (Uhrzeit, Wochentag, Stadt/Land) auf. Dies könnte sich jedoch bei einer größeren Anlagenanzahl je Funkzelle bzw. einer grundsätzlich höheren Auslastung anders darstellen.

Im durchgeführten Feldversuch wurden Komponenten von einem Hersteller eingesetzt. Um die Übertragbarkeit der Ergebnisse zu prüfen und zu bewerten, sollen in weiteren Versuchen Komponenten verschiedener Hersteller kombiniert werden. Außerdem sind insbesondere für die C/sells-Aktivitäten neben PV-Anlagen weitere Komponenten wie Wärmepumpen anzubinden, um die Infrastruktur für die Umsetzung von Schalthandlungen als Schnittstelle zwischen Flexibilitäts-Plattformen und zu schaltenden Komponenten zu evaluieren. Weitere Informationen zu dem Themenfeld „Smart Metering“ bzw. C/sells sind hier zu finden.

Weitere Informationen:

Quellen:
[1] Estermann, Thomas et al.: Steuerbox im Feldversuch – Umsetzung von Schalthandlungen mit der zukünftigen Smart-Grid-Infrastruktur bestehend aus intelligentem Messsystem und Steuerbox. München: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V., 2018.
[2] VDE: Kaskadierung von Maßnahmen für die Systemsicherheit von elektrischen Energieversorgungsnetzen – VDE-AR-N 4140. Berlin: VDE VERLAG GMBH, 2017

(1) Die Bearbeitung der hier beschriebenen Inhalte erfolgt im Verbundprojekt C/sells durch die Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. Die Aktivitäten im Verbundprojekt C/sells werden im Rahmen des Förderprogramms „Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“ (SINTEG) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert (Förderkennzeichen: 03SIN121).