Der Smart Meter Rollout in Deutschland und Europa
Die Ausstattung von Stromerzeugungsanlagen und Verbrauchern mit intelligenten Messystemen und damit auch mit Smart Meter Gateways (SMGW) ist ein zentraler Baustein für ein klimaneutrales Energiesystem. Funktionalitäten der intelligenten Messsysteme wie die Übermittlung von Echtzeitdaten und Steuersignalen sind notwendig, um die verlässliche Netzintegration von volatiler, erneuerbarer Energieerzeugung bei gleichzeitig veränderten Verbrauchsgewohnheiten, z.B. durch Elektromobilität, Speicher oder Wärmepumpen zu gewährleisten.
Der SMGW-Rollout ist in Deutschland bisher nur langsam vorangeschritten und wird damit den Anforderungen eines weitgehend klimaneutralen Energiesystems nicht gerecht. Am 20.04.2023 beschloss der Bundestag daher ein Gesetz zum Neustart der Digitalisierung der Energiewende (GNDEW), welches einige Änderungen des Messstellenbetriebsgesetzes (MsbG) mit sich bringt. Diese Entwicklung bietet Anlass, bereits vorhandene FfE-Webseitenartikel und Veröffentlichungen zu intelligenten Messystemen (Links unter „Weitere Informationen“) um aktuelle Entwicklungen rund um den SMGW-Rollout zu ergänzen.
Im ersten Teil dieses Artikels wird der bisherige Fortschritt der Rollouts in Deutschland und in anderen europäischen Ländern betrachtet. Im zweiten Teil werden die Entwicklungen der letzten Jahre bezüglich der rechtlichen Rahmenbedingungen für das Smart Meter Rollout in Deutschland zusammengefasst, sowie zentrale Punkte des GNDEW beschrieben. Im dritten Teil wird auf das BSI Stufenmodell zur Weiterentwicklung der Standards für die Digitalisierung der Energiewende eingegangen, welches als Impulsgeber der Branche für die Weiterentwicklung von technischen Standards und Schutzprofilen im Rahmen von § 27 MsbG dienen soll.
Stand des Smart Meter Rollouts in Deutschland und Europa
Beim SMGW-Rollout gehört Deutschland bislang zu den Schlusslichtern Europas. In Deutschland waren von den insgesamt über 50 Millionen Messlokationen im Jahr 2021 nur etwa 160.000 mit intelligenten Messsystemen ausgestattet [1]. In Dänemark und Schweden waren im selben Jahr bereits in 100% der Haushalte intelligente Messsysteme verbaut; in Estland, Spanien, Finnland, Italien, Luxemburg und Norwegen mindestens 98% (s. Abbildung 1). In Frankreich, Litauen, Lettland, Malta, den Niederlanden und Slowenien betrug die Rollout-Rate 2021 über 80% [2]. Außer in Deutschland ist der Rollout in Belgien, Bulgarien, Zypern, der Tschechischen Republik, Kroatien und der Slowakei bislang offenbar nicht in größerem Maßstab vorangeschritten.
Die meisten EU-Staaten befinden sich in der Durchführung eines Voll-Rollouts für alle Messlokationen. In Bulgarien, Ungarn und der Tschechischen Republik findet derzeit kein Rollout statt [3], [4]. In der Slowakei, Deutschland und Belgien wird bislang ein selektiver Rollout für bestimmte Anwendergruppen umgesetzt. In der Slowakei gibt es ein Pflicht-Rollout für Stromkunden mit einem Verbrauch über 4.000 kWh pro Jahr [5]. In Deutschland sind Verbraucher über 6.000 kWh pro Jahr und Anlagen mit einer installierten Leistung über 7 kW von einem Pflicht-Rollout betroffen. Innerhalb Belgiens gibt es verschiedene selektive Regelungen für Flandern und die Wallonie. In Flandern herrscht Rollout-Pflicht für Neugeräte, bei Renovierungen und bei Prosumern, in der Wallonie für Verbraucher über 6.000 kWh, Prosumer ab 5 kW und für öffentliche Ladepunkte [4].
Rechtlicher Rahmen für den Smart Meter Rollout in Deutschland
Durch das Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende (GDEW) wurde 2016 der Grundstein für den digitalen Wandel in der Energiewirtschaft gelegt. Im Zuge dieses Gesetzes wurde das MsbG eingeführt, welches unter anderem den umfassenden Einbau von intelligenten Messystemen bis 2032 vorschreibt, sofern dies technisch möglich und wirtschaftlich vertretbar ist.
In seiner 2020 veröffentlichten Allgemeinverfügung zur Feststellung der technischen Möglichkeit zum Einbau intelligenter Messsysteme zertifizierte das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) die intelligenten Messysteme von drei unabhängigen Herstellern hinsichtlich der Gewährleistung von Datenschutz, Datensicherheit und Interoperabilität. Damit begann der SMGW-Pflichtrollout. Im März 2021 wurde die Zertifizierung in einem Urteil des OVG NRW für ungültig erklärt. Im Juli 2021 wurde per Gesetzesänderung im MsbG eine Bestandsschutzregelung für vormals zertifizierte Geräte erlassen. Der freiwillige Rollout solcher Geräte wurde erlaubt, sofern dies keine unverhältnismäßigen Gefahren mit sich bringt und eine gültige Zertifizierung binnen 12 Monaten zu erwarten ist. Das BSI stellte beides in einer neuen Allgemeinverfügung im Mai 2022 fest, wodurch der freiwillige Einbau von intelligenten Messystemen erneut ermöglicht wurde. Die Allgemeinverfügung von 2020 wurde indes mit Wirkung für die Vergangenheit durch das BSI zurückgenommen. Gegen diese Rücknahme wurde im Juni 2022 Einspruch eingelegt.
Am 20.04.2023 beschloss der Bundestag eine MsbG-Novelle (GNDEW) [6], die dazu dienen soll, den SMGW-Rollout zu beschleunigen, zu entbürokratisieren, die Rechtssicherheit des Rollouts zu stärken, sowie die Kosten des Messstellenbetriebs gerechter zu verteilen [7].
Rechtssicherheit und Entbürokratisierung
In dem Gesetz wird klargestellt, dass das BSI seinen Auftrag nach dem MsbG in Zukunft im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) wahrnimmt, damit ein „einheitliches, effizientes und an der Energiewende ausgerichtetes Projektmanagement“ [7] sichergestellt wird. Die bislang erforderliche Marktanalyse und die Markterklärung des BSI entfallen. Im Zuge seiner Standardisierungsaktivitäten soll das BSI „im Interesse einer beschleunigten marktlichen Umsetzung“ [6] künftig Standardisierungspartnerschaften mit Normungsorganisationen (VDE, DKE, FNN, DVGW) und Forschungsprojekten eingehen. Es wird klargestellt, dass der Fokus für das BSI auf der SMGW-Standardisierung liegt. Die Standardisierung von Steuereinrichtungen, Ladeeinrichtungen, Wärmepumpen und energiewirtschaftlichen Prozessen soll hingegen der Wirtschaft überlassen werden. Die Sichere Lieferkette (SiLKe) soll einfacher, kostengünstiger und praktikabler werden. Dazu soll in Zukunft ein Versand per Kurier-, Express- oder Paketversand möglich sein. Außerdem soll die drei-Hersteller-Regel entfallen, nach der bislang BSI-zertifizierte intelligente Messsysteme von drei voneinander unabhängigen Herstellern am Markt verfügbar sein mussten, damit die technische Möglichkeit zum Einbau intelligenter Messsysteme durch das BSI festgestellt werden konnte.
Rollout-Beschleunigung
Die Rolloutfristen sollen sich nach dem Gesetz „vorrangig am Zieljahr 2030“ [7] orientieren, „um grundsätzlich bis zu diesem Datum die erforderliche digitale Infrastruktur für ein weitgehend klimaneutrales Energiesystem bereitzustellen“ [7]. Für eine beschleunigte Ausstattung der Messstellen mit intelligenten Messsystemen soll sofort nach dem Inkrafttreten des Gesetzes ein agiler Rollout mit bereits zertifizierten Geräten starten können. Neue Funktionen wie Steuern und Schalten sollen sukzessive durch Updates bereitgestellt werden. Die Möglichkeit der Bündelung mehrerer Verbraucher oder Ladeeinrichtungen über ein SMGW an einem Netzanschlusspunkt (1:n-Metering) soll gestärkt werden.
Der gesetzliche Rolloutplan wird angepasst, sodass die alten Rollout-Fristen, die für einige Verbraucher- und Erzeugergruppen schwer zu erreichen sind (Rollout bis 2025 für einen großen Teil der Messstellen), verlängert werden. Das Gesetz sieht eine Rollout-Pflicht spätestens ab 2025 für Verbraucher unter 100.000 kWh p.a. und Erzeuger unterhalb einer installierten Leistung von 100 kW vor. Bis Ende 2030 müssen 95 % der auszustattenden Messstellen mit intelligenten Messsystemen ausgestattet sein. Für Verbraucher ab 100.000 kWh p.a. und Erzeuger über 100 kW beginnt der Pflicht-Rollout spätestens im Jahr 2028. Von den auszustattenden Messstellen in dieser Verbraucher- bzw. Erzeugerklasse müssen bis Ende 2032 95% mit intelligenten Messsystemen ausgestattet sein.
Angepasste Kostenverteilung
Die Messentgelte für Verbraucher und Kleinanlagenbetreiber, die mit intelligenten Messsystemen ausgestattet sind, sollen künftig maximal 20 Euro pro Jahr betragen dürfen. Die Netzbetreiber werden hingegen stärker an den Kosten des Messstellenbetriebs beteiligt. Im Gegenzug profitieren die Netzbetreiber von erweiterten Möglichkeiten der Datenkommunikation wie der viertelstundenscharfen Bilanzierung von angebundenen Erzeugungsanlagen und Verbrauchern und dem standardmäßigen Erhalt von Netzzustandsdaten. Außerdem sieht das Gesetz vor, dass alle Lieferanten ihren Kunden mit intelligenten Messsystemen bis zum Jahr 2025 dynamische Stromtarife anbieten müssen.
BSI Stufenmodell zur Weiterentwicklung der Standards für die Digitalisierung der Energiewende
§ 27 MsbG regelt die Zuständigkeit für die Weiterentwicklung von Schutzprofilen und technischen Richtlinien für intelligente Messsysteme. Demnach obliegt die Weiterentwicklung dem BSI „im Einvernehmen mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt und der Bundesnetzagentur unter Anhörung der oder des Bundesbeauftragten für den Datenschutz und die Informationsfreiheit“. Dies erfolgt „unter Beachtung der Festlegungskompetenz der Bundesnetzagentur nach § 47“. Bei wesentlichen Änderungen ist der Ausschuss Gateway-Standardisierung unter Vorsitz des BMWK anzuhören. Neue Schutzprofile und Technische Richtlinien werden, sofern sie Zustimmung durch das BMWK erfahren, durch das BSI bekanntgegeben.
Der Ausschuss Gateway-Standardisierung setzt sich aus BMWK, BSI, der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, der Bundesnetzagentur sowie je einem Vertreter von mindestens drei Interessenverbänden zusammen. Die Verbände müssen jeweils die Interessen von Letztverbrauchern, Herstellern und Anwendern vertreten und werden vom BMWK bestimmt. Der oder die Bundesbeauftragte für den Datenschutz und die Informationsfreiheit steht dem Ausschuss beratend zur Seite.
Die Anhörung des Ausschusses Gateway-Standardisierung soll für Öffentlichkeit und Transparenz der Standardisierungsaktivitäten sorgen und die Akzeptanz und Eignung neuer Technischer Standards abfragen.
Im Rahmen eines Dialog- und Abstimmungsprozesses mit der Branche zur Konzeption zukünftiger Entwicklungsstufen der intelligenten Messsysteme haben BSI und BMWK das „Stufenmodell zur Weiterentwicklung der Standards für die Digitalisierung der Energiewende“ veröffentlicht [8]. Auf Grundlage einer Branchen-Input-Erhebung wurden SMGW-Anwendungsfälle gesammelt und der Arbeitsgemeinschaft Gateway-Standardisierung der Geschäftsstelle „Technische Standards, Ausschuss Gateway Standardisierung“ des BMWK vorgelegt, welche sich wie der gleichnamige Ausschuss aus Vertretern von Behörden, Verbänden und Organisationen zusammensetzt und die als Impulsgeber für den Ausschuss fungiert. Die Anwendungsfälle wurden konsolidiert, strukturiert und in themenorientierten Task-Force-Sitzungen zu den Bereichen Smart Grid, Smart Mobility und Smart-/Submetering diskutiert.
Version 1.0 des Stufenmodelldokuments erschien am 31.07.2020, und wurde anschließend von der Branche, bzw. den drei Task Forces, diskutiert. Ein auf Grundlage von Version 1.0 erarbeitetes Eckpunktepapier diente als Grundlage für die Version 2.0 des Stufenmodells, welche am 18.06.2021 erschien. Nach redaktionellen Arbeiten erschien am 11.11.2021 die noch heute aktuelle Version 2.1. In zukünftigen Versionen sollen wiederum im Austausch mit der Branche die nächsten Entwicklungsstufen der intelligenten Messsysteme erarbeitet werden.
Das Stufenmodell (Version 2.1) beschreibt 20 Energiewirtschaftliche Anwendungsfälle (EAF), die jeweils ein Zielbild für eine energiesystemrelevante Leistung darstellen (s. Downloads). Die technische Umsetzung eines EAF wird einen oder mehrere Systemanwendungsfälle (SAF) beschrieben. In den SAF wird die technische Weiterentwicklung der intelligenten Messsysteme beschrieben und es werden Akteure und Systemeinheiten benannt. Die Informationsflüsse und die Funktionen jeder Systemeinheit werden durch Funktionsbausteine (FB) beschreiben.
Beispielsweise wird EAF 14 („Bereitstellung von Daten für Energiemonitoring und Mehrwertdienste Elektrizität“) umgesetzt durch SAF 2.4 („Messwerte für Elektrizität hochfrequent für Energiemonitoring und Mehrwertdienste bereitstellen“). SAF 2.4 werden wiederum die folgenden FB zugeordnet:
- FB-SMGW-1.2 „Erfassung von Momentanwerten elektrische Energie“
- FB-SMGW-2.2 „Versand von aktuellen Messwerten elektrischer Energie“
- FB-SMGW-1.4 „Zeitsynchronisierung“
- FB-SMGW-1.18 „Bereitstellung von Transparenzinformationen für den Anschlussnutzer, lokal“
- FB-MTR_E-1.3 „Messung und Bereitstellung von Momentanwerten elektrischer Energie“
Die bereits vor dem Erscheinen von Version 2.1 des Stufenmodells normativen Tarifanwendungsfälle (TAF) 1, 2, 6, 7, 9, 10 und 14 aus der technischen Richtlinie TR 03109-1 wurden als Systemanwendungsfälle neu strukturiert und setzen EAF 0.1, 0.2, 3 und 14 um (s. Downloads). Diese EAF sind also bereits in Gestalt der technischen Richtlinie umgesetzt und werden im Teildokument „Stand der Technik“ des Stufenmodells beschrieben. SAF 1.x (SAF der Entwicklungsstufe 1, entsprechen TAF 1, 6 und 7) bzw. 2.x (SAF der Entwicklungsstufe 2, entsprechen TAF 9, 10 und 14) werden ebenfalls beschrieben und den zugehörigen EAF zugeordnet.
Die bislang nicht normativen TAF werden im Stufenmodell nicht beschrieben und stattdessen neue EAF, SAF und FB formuliert. Für die nächste, zukünftige Entwicklungsstufe der intelligenten Messsysteme sind in der aktuellen Version des Stufenmodells bereits einige Use-Cases definiert (SAF 3.x), welche die teilweise Umsetzung bestimmter EAF durch SAF 1.x und 2.x vervollständigen oder bestimmte bereits umgesetzte EAF erweitern sollen.
Die Funktionsbausteine FB-SMGW-1.x (Stufe 1) und FB-SMGW-2.x (Stufe 2) für das Smart Meter Gateway sind auf Spezifikationsebene bereits in BSI TR 03109-1, BSI-CC-PP-0073 und PTB A50.8 enthalten (vgl. Abbildung 3). Außerdem gibt es in Stufe 1 den Funktionsbaustein FB_MTR_Gas_SLP-1.x zur Gasmessung. In Stufe 3 kommen FB-SMGW-3.x (Stufe 3) hinzu, sowie weitere Funktionsbausteine, welche die Messung von Wasser bzw. Wärme, das Home Area Network (HAN), die Steuereinheit und den Bereich Submetering betreffen.
Fazit
Der Vergleich zu unseren europäischen Nachbarn und das Gesetz zum GNDEW zeigen, dass die Digitalisierung des Energiesystems beschleunigt werden muss, denn sie ist ein zentraler Baustein für das Gelingen der Energiewende. Gleichzeitig müssen die Standards für die Digitalisierung der Energiewende fortlaufend angepasst werden, um rechtzeitig die Voraussetzungen für die flächendeckende Umsetzung von Use Cases zu schaffen, die einen Beitrag hin zu einem klimaneutralen Energiesystem leisten. Im Projekt unIT-e² beschäftigen wir uns intensiv mit der digitalen Infrastruktur des Energiesystems und erproben in einigen Feldversuchen die Smart-Meter-Infrastruktur in der Praxis.
Die dargestellten Inhalte entstanden im Projekt unIT-e². Im Rahmen des Projekts werden verschiedene Use Cases zu intelligenten Ladekonzepten für die Elektromobilität im Rahmen von Simulationen, Labor- und Feldtests untersucht. Die Use Cases, in denen ein SMGW zum Einsatz kommt, sind mit den TAFs, bzw. Home-Area-Network-Kommunikationsszenarien (HKS) aus BSI TR 03109-1 umsetzbar (s. Downloads). Das Forschungsprojekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert (Förderkennzeichen: 01MV21UN11 (FfE e.V.).Träger des auf drei Jahre angelegten Verbundprojekts ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).
Literatur
[1] Bundesnetzagentur: Monitoringbericht 2022. Bonn: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahn, 2022.
[2] Shortall, Una; Esser, Charles: Annual Report on the Results of Monitoring the Internal Electricity and Natural Gas Markets in 2021. Ljubljana, Brussels: ACER, CEER 2022.
[3] Vitiello, Silvia; Andreadou, Nikoleta; Ardelean, Mircea; Fulli, Gianluca: Smart Metering Roll-Out in Europe: Where Do We Stand? Cost Benefit Analyses in the Clean Energy Package and Research Trends in the Green Deal. Energies 2022, 15, 2340. Ispra: European Commission, 2022. DOI: 10.3390/en15072340.
[4] Tounquet, Frédéric et al.: Benchmarking smart metering deployment in the EU-28 – Final report – Study. Brussels: European Commission, 2020.
[5] Prettico, G.: Distribution System Operators observatory 2018 – Overview of the electricity distribution system in Europe. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2019. DOI: 10.2760/104777.
[6] Gesetz zum Neustart der Digitalisierung der Energiewende (GNDEW). Veröffentlicht am 2023-4-21; Berlin: Bundesrat, 2023.
[7] Entwurf eines Gesetzes zum Neustart der Digitalisierung der Energiewende (GNDEW). Veröffentlicht am 2023-1-11; Berlin: BMWK, 2023.
[8] Stufenmodell zur Weiterentwicklung der Standards für die Digitalisierung der Energiewende (Version: 2.1). Berlin, Bonn: BMWK, BSI 2021.
