Verbrauchsdaten geeicht und sicher im Netz. Smart Meter Gateway erhält PTB-Zulassung

Das Smart Meter Gateway Conexa von Theben ergänzt den elektronischen Zähler, um die erfassten Messdaten an den Energieversorger zu übertragen. Darüber hinaus kann es eine intelligente Brücke zur Gebäudetechnik für Verbrauchsinformation und Lastmanagement bilden. Inzwischen hat das Gateway als erste Kommunikationsschnittstelle dieser Art die innerstaatliche Bauartzulassung nach PTB 50.7-A erhalten.
Mit der Zulassung von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) hat die Theben AG bei der aufwändigen Entwicklung des Smart Meter Gateways seit 2009 ein wichtiges Ziel erreicht. Die innerstaatliche Bauartzulassung PTB 50.7-A bestätigt, dass das Gerät dem gültigen Eichrecht entspricht und die erfassten und übertragenen Daten für Abrechnungszwecke eingesetzt werden können. Schon seit geraumer Zeit arbeitet das Haigerlocher Unternehmen für Gebäudesysteme mit dem Fachbereich Messtechnik der Stadtwerke Ulm zusammen. Unter der Kennzeichnung EA 50 werden in der dort angesiedelten Prüfstelle Elektrizitätszähler und Zusatzeinrichtungen entsprechend den Anforderungen des Eichgesetzes und der Eichordnung geprüft und geeicht. Damit, dass Conexa abrechnungsrelevante Daten verarbeitet und überträgt, hat Theben mit der Entwicklung Neuland betreten. Es war also notwendig, mit einer erfahrenen Institution zusammen zu arbeiten. Aber auch die SWU fand in dem Spezialisten für Gebäudesysteme und Tarifumschaltung einen wichtigen Partner für neue Entwicklungen auf dem Energiemarkt. Nicht zuletzt ging es darum, für das Gateway neue, marktgerechte Prüfverfahren zu schaffen, die bei der technischen Bundesbehörde und den Landeseichämtern Zustimmung finden. Der eichpflichtige Softwarebereich der Conexa ist ‚eingefroren‘, was über die Hashsummen der Software belegt und angezeigt wird: also sicher vor Manipulation. Im Bereich der Applikationen und dem Verbindungsrouting dagegen sind Updates möglich. Damit kann die Conexa mit künftigen Entwicklungen Schritt halten.

Politik fordert Transparenz

‚Smart Metering‘, ‚Smart Grid‘, ‚Smart Home‘ – das sind längst keine reinen Schlagworte mehr, sondern deuten auf energieeffiziente Netz- und Gebäudesteuerungen hin. Im Rahmen der Klimaschutzprogramme der Europäischen Union und der Bundesrepublik Deutschland ist das Thema topaktuell. Auch die Energiewende verlangt mehr Flexibilität bei der Stromerzeugung, beim Energietransport, in den Verbraucheranlagen und Haushalten. Das Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) deutet u.a. auf Maßnahmen hin, mit denen die Versorgungssicherheit zu gewährleisten ist. Energieverbräuche müssen reduziert und Lasten gemanagt werden. Zudem ist Transparenz beim Energieverbrauch angesagt, einschließlich vereinfachter Ablesung und Abrechnung. Aus diesen Gründen sind Smart Meter im Ein- und Mehrfamilienhaus sowie in gewerblichen Gebäuden künftig unverzichtbar.

Zusammenarbeit mit SWU

Was das bedeutet, ist für die Entwickler der Theben AG schon lange ein gewichtiges Thema, nicht zuletzt durch die Zusammenarbeit mit der SWU. Dipl.-Ing. Michael Gmehlin, Leiter des Fachbereichs Messtechnik der SWU Energie: „In Zukunftsworkshops haben wir schon früh über Trends, z.B. über den liberalisierten Energiemarkt, nachgedacht und sind zu ähnlichen Vorstellungen gekommen hinsichtlich künftiger Mehrtarife, die Nutzung von Gebäudesystemen, Onlinezählern und Kommunikation.“ Ruwen Konzelmann, Key-Account Manager bei Theben und Kontaktperson zur SWU ergänzt: „Für uns war es wichtig, einen erfahrenen Partner mit guten Kontakten zur PTB zu haben, um mit unserem Produkt den hohen Anforderungen gerecht zu werden.“ So wurden wichtige Fragen der Zulassung gemeinsam direkt mit der Bundesanstalt in Braunschweig diskutiert.

Zukunftssichere Messsysteme

Elektronische Messsysteme müssen künftig bei Gebäuden, die neu ans Energieversorgungsnetz angeschlossen oder gemäß der Richtlinie 2002/91/EG (Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden) renoviert werden, die mehr als 6000kWh Jahresverbrauch haben oder bei Erzeugungsanlagen von 7kW verpflichtend eingesetzt werden. Die SWU baut seit geraumer Zeit schon die neuen elektronischen Stromzähler der Firma EasyMeter in Kundenanlagen ein. Es lag also auf der Hand, das Smart Meter Gateway diesen Vorgaben anzupassen und eine dazu kompatible Hardware zu entwickeln. So steht mit Conexa 1.0 ein steckbares Erweiterungsmodul für die Stromzähler EasyMeter zur Verfügung. Es wird kein zusätzlicher Platz im Zählerschrank benötigt. Die Datenkommunikation zum EasyMeter erfolgt über eine optische Schnittstelle, die Stromversorgung über steckbare Verbindungsbrücken (Jumper). Natürlich lassen sich über M-Bus nach OMS (Open Metering System) auch weitere Verbrauchszähler für Strom, Gas, Wasser und Wärme einbeziehen und deren Daten über die Conexa 1.0 auswerten. Im Gehäuse befinden sich ein Display und zwei Bedientasten. Ein- und Ausgänge dienen der Anbindung externer Geräte. Wesentliches Merkmal der Hardware ist der Prozessor mit Linux Betriebssystem.

Funktionskonzept der Conexa

Die Gerätesoftware basiert auf dem Linux-Betriebssystem und gewährleistet Investitionssicherheit und Zukunftsfähigkeit. Applikationsebene und zulassungspflichtige Softwareanteile lassen sich klar trennen. Nach Montage und Verbindung zur Datenzentrale erhält die Conexa ihre Konfiguration. Auf diesem Weg sind auch später noch Software-Updates zur Funktionserweiterung per Fernwartung möglich. Das ganzheitliche Sicherheitskonzept der Conexa für die sichere Übertragung der Messwerte an den Energieversorger oder in das Gebäude ist von der PTB bestätigt und entspricht grundsätzlich den Anforderungen des BSI (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik). In diesen Bereich fallen Tarifierung, abrechnungsfähige Daten, Multi-Mandanten und Multi-Sparten sowie die vom BSI geforderte signierte und gesicherte Datenkommunikation.

Komplexe Funktion

Mit der Conexa wachsen die Bereiche Smart Metering, Smart Home und Smart Grid zusammen. Die Basis bildet der elektronische Stromzähler. Das Gateway sammelt und speichert die gemessenen Werte. Zur Weiterleitung über TLS (Transport Layer Security) werden die erfassten Daten signiert und kryptographisch verschlüsselt. Dieser Vorgang entspricht demselben Sicherheitslevel wie dem des Online-Banking. Über das integrierte Display lassen sich direkt am Gerät die Verbrauchswerte einzeln oder gesamt abrufen und darstellen. Über eine, in einer Studie erfolgreich getestete Anbindung an KNX über IP sind die Messdaten zudem in der Gebäudesteuerung anwendbar. Sie können über Touchscreen oder am PC visualisiert werden und dienen der Optimierung des Energieverbrauchs. Auf dem Kommunikationsweg vom Netzbetreiber/Messstellenbetreiber bis zur Gebäudetechnik kann die Gebäudesystemtechnik künftig auch auf Smart Grid-Signale reagieren und Steuerungen entsprechend dem aktuellen Tarifangebot automatisieren.

Server managt Daten

Nach Außen kommuniziert das Smart Meter Gateway über ein Push-Verfahren mit einem zentralen, ‚vertrauenswürdigen‘ Meter-Data-Management (MDM) System, das wiederum mit der Marktrolle ‚Gateway-Administrator‘, dem Messstellenbetreiber, dem Netzbetreiber oder auch dem Energievertrieb in Verbindung steht. Im MDM werden Tarife zugeordnet, Abrechnungszeiträume festgelegt sowie Mandanten verwaltet. Die Mandantenverwaltung schafft die Möglichkeit, die Verbräuche mehrerer Kunden zu managen. Die Kommunikation erfolgt innerhalb des WAN (Wide Area Network) über Web-Services (SOAP). Die einzelnen Parameter zur Gerätekonfiguration sind in einem WSDL-File festgelegt und dokumentiert. Dadurch lässt sich das Conexa-Gateway in die MDM-Systeme aller Anbieter integrieren und erleichtert das Auslesen und Tarifieren von Messdaten. Über ein Zugangsportal des Versorgers haben Endkunden zudem jederzeit die Möglichkeit, die eigenen Daten über eine Kosten- und Verbrauchsanzeige einzusehen, womit die Conexa auch die nötige Transparenz im Verbrauchsverhalten der Kunden schafft.