Automatisierte Netzsteuerung §14a EnWG als Baustein für das digitale Niederspannungsnetz

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In einem Pilotprojekt haben vier Unternehmen gemeinsam eine automatisierte, §14a-konforme Netzsteuerung im Regelbetrieb realisiert: E-Werk Netze, Digimondo, Envelio sowie TMZ Thüringer Mess- und Zählerwesen Service führten Messdaten aus Ortsnetzstationen und intelligenten Messsystemen interoperabel zusammen, verarbeiteten sie im digitalen Netzmodell und nutzten sie für netzorientierte Steuerungsprozesse. Das Highlight beim Piloten war die Dimmung einer Wallbox direkt aus der „Intelligent Grid Platform“ heraus in Echtzeit – effizient umgesetzt durch die Nutzung von Bestandssystemen.

Immer neue Regulierungen fordern Energieunternehmen heraus. So auch die Neuregelung des §14a des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG). Die Gesetzesnovelle zielt darauf ab, das Stromnetz effizienter zu nutzen und den Anschluss neuer Verbrauchsgeräte trotz hoher Lasten zu gewährleisten. Die Umsetzung ist für Netzbetreiber aktuell eine der dringlichsten operativen Aufgaben und lässt sich nur auf Basis einer soliden Datengrundlage bewältigen. Netzbetreiber müssen immer mehr Daten systemübergreifend und ohne neue Lock-in-Effekte aus Betriebsmitteln, Sensorik und Zählern effizient nutzbar machen.

Infrastruktur für ein zukunftsfähiges Energiesystem aufbauen

So fordert der Gesetzgeber die Datenintegration in die Bestandssysteme, eine Echtzeitüberwachung, die effiziente Verarbeitung von Messdaten sowie standardisierte Betriebsprozesse. Netzbetreiber und Stadtwerke benötigen eine Lösung, mit der sie die Messdaten analysieren, Potenziale zur Energieeinsparung identifizieren und die Normerfüllung sicherstellen können. Dabei führt am Einsatz intelligenter Messsysteme für die Erfassung und digitale Verarbeitung kein Weg mehr vorbei. Dies alles geschieht unter Zeitdruck, mit hoher regulatorischer Verantwortung und in einem Niederspannungsnetz, das vielerorts nicht ausreichend transparent ist. Doch nur mit einer ganzheitlichen, strukturierten Sicht auf sämtliche Energiedaten kann die Umsetzung aktueller und zukünftiger regulatorischer Vorgaben gelingen.

Sebastian Hogenmüller, Programmmanager Digitales Verteilnetz bei E-Werk Netze, betont: "Daten ermöglichen es Netzbetreibern, fundierte Entscheidungen zu treffen und einen effizienten Netzbetrieb sicherzustellen. Nicht zuletzt werden Daten entlang der gesamten Wertschöpfungskette benötigt. Damit sind sie das Rückgrat einer erfolgreichen Energiewende. Netzbetreiber brauchen eine Strategie, um Daten zu erheben, zu speichern, zu kontextualisieren und in ihre bestehenden Fachsysteme zu integrieren. Denn es geht längst nicht nur darum, aktuelle gesetzliche Vorschriften zu erfüllen. Es ist an der Zeit, die technische Infrastruktur für ein digitales, intelligentes, steuerbares und somit zukunftsfähiges Energiesystem aufzubauen."

§14a: Anschlussgarantie, Dimmbarkeit und Ausgleichsrabatt

Die Bundesnetzagentur hat den Paragrafen 14a des EnWG überarbeitet, um die „netzorientierte Steuerung von steuerbaren Verbrauchseinrichtungen und steuerbaren Netzanschlüssen“ neu zu regeln. So soll die Versorgungssicherheit gewährleistet sowie gleichzeitig die Energie-, Verkehrs- und Wärmewende beschleunigt werden. Die Neuregelung umfasst drei Kernpunkte: Zum einen wird eine Anschlussgarantie verpflichtend. Netzbetreiber dürfen den Anschluss von Wärmepumpen oder Ladeeinrichtungen wie Wallboxen nicht mehr mit Verweis auf eine mögliche Netzüberlastung ablehnen oder verzögern.

Weiterhin wird Dimmbarkeit, also die Steuerung der Verbrauchseinrichtungen, gefordert. Der Netzbetreiber darf somit im Fall einer akuten Netzüberlastung die Leistung betroffener Geräte vorübergehend drosseln. Wer eine entsprechende Anlage betreibt, muss sicherstellen, dass diese in der Lage ist, Steuerbefehle des Netzbetreibers umzusetzen. Um die Anforderungen zu erfüllen, muss der Messstellenbetreiber die Verbrauchsanlage oder den Netzanschluss mit geeigneter Steuerungstechnik ausstatten. Im Gegenzug erhalten Betreiber der Anlagen als Ausgleich für die Steuerbarkeit einen Rabatt auf ihre Stromrechnung.

Es ist möglich, die Anforderungen des §14a in dieser komplexen Situation effizient und mit verhältnismäßig geringer Investition unter Nutzung von Bestandssystemen einfach zu erfüllen. Dies zeigt ein aktuelles Beispiel von vier Projektpartnern: E‑Werk Netze ist der regionale Verteilnetzbetreiber und verantwortet den Betrieb, die Planung, den Ausbau und die Instandhaltung des Stromverteilnetzes im Versorgungsgebiet des Ortenaukreises sowie in angrenzenden Netzbereichen. 

Gemeinsam mit Digimondo, Envelio und TMZ hat E-Werk Netze wesentliche Grundlagen für eine automatisierte, §14a-konforme Netzsteuerung geschaffen: Messdaten aus Ortsnetzstationen und intelligenten Messsystemen wurden in interoperabel in der zentralen Netzdatenplattform von Digimondo zusammengeführt, im digitalen Netzmodell verarbeitet und für netzorientierte Steuerungsprozesse genutzt. Ein zentrales technisches Element ist die zertifikatsbasierte Kommunikationsarchitektur. Sie ermöglicht einen sicheren, standardkonformen Datenaustausch zwischen allen Systemen. Weiterhin stellt sie sicher, dass der BDEW-API über einen externen, internetbasierten Schaltservice erreichbar ist.

Pilotprojekt schafft Basis für markttauglichen Einsatz

E-Werk Netze zeichnete verantwortlich für die übergeordnete Projektsteuerung, die Gesamtkoordination und Abstimmung der Dienstleister sowie den Aufbau der Zielarchitektur. Dazu gehörten die Definition der Schnittstellen zwischen allen Partnern, die Integration der Messtechnik in die bestehende Systemlandschaft sowie die Inbetriebnahme einer Wallbox mit Smart-Meter-Gateway (SMGW) und einer Steuerbox am Teststandort. Zudem übernahm der regionale Netzbetreiber die Validierung des vollständigen End-to-end-Prozesses.

Mit der IoT-Plattform „Niotix“ stellte Digimondo für das Projekt die zentrale Datendrehscheibe bereit, die erhebliche Datenmengen aus Abgangsmessungen und TAF10-Daten persistiert. Messdaten aus unterschiedlichen Messtechniksystemen wurden harmonisiert und einem einheitlichen, modellgestützten Datenformat zugeführt. Niotix ordnet Stationen, Abgänge, SMGWs und Messpunkte korrekt zu und ergänzt diese um GIS-Informationen. Gemeinsam mit E-Werk Netze und Envelio baute Digimondo zudem ein konsistentes GIS-Mapping für eine eindeutige Verortung der Messpunkte im digitalen Netzmodell auf. Dies ermöglicht die exakte Zuweisung der Messpunkte für spätere Netzberechnungen. Mit dem eigens entwickelten Metadatenmodell leistet das Softwareunternehmen einen zentralen Beitrag zur herstellerunabhängigen, interoperablen und skalierbaren Bereitstellung von Netzdaten im Niederspannungsnetz.

Envelio übernimmt die bereitgestellten Messdaten über eine einheitliche Schnittstelle und bindet sie skalierbar in den digitalen Netzzwilling der Intelligent Grid Platform (IGP) ein. Die Messdaten der verschiedenen Messtechnikanbieter werden in der IGP zusammengeführt. Sie dienen als Grundlage für das Online-Monitoring, der State Estimation und Engpassanalysen im Niederspannungsnetz. Diese Funktionen wurden erfolgreich validiert und bilden eine vollständig digitale End-to-end-Prozesskette – von der Datenerfassung über die Netzmodellberechnung bis hin zur Ableitung und Auslösung von Steuerbefehlen. Mit der direkten Dimmung einer realen Wallbox in Echtzeit aus der IGP heraus wies das Projekt unter realen Bedingungen nach, dass sich die §14a-Steuerung operativ, automatisiert und vollständig im digitalen Zwilling umsetzen lässt. Envelio bildet damit das analytische und steuernde Kernsystem des Pilotprojekts und stellt die technische Grundlage für eine spätere massentaugliche Umsetzung.

TMZ verantwortet im Projekt die vollständige Kommunikations- und Schaltinfrastruktur zwischen Smart-Meter-Gateways, FNN-Steuerboxen und den angebundenen Systemen. Das Unternehmen sorgte für die Infrastruktur zur Parametrierung, zum Empfang und zur Weiterleitung der TAF10-Netzzustandsdaten an den Message-Broker von Digimondo. Zur Umsetzung der Schaltanforderungen sind FNN-Steuerboxen in einer Wirk-PKI-Umgebung im Einsatz. Für die sichere Authentifizierung und den zuverlässigen Betrieb stellte TMZ die erforderlichen Systeme zur Steuerbox-Administration, zur Terminierung der CLS-Kanäle sowie die zertifikatsbasierte Kommunikationsumgebung bereit. Hervorzuheben ist die kommunikative Erreichbarkeit der BDEW-API über einen externen, internetbasierten Schaltservice. Dabei werden Steueranforderungen aus dem Envelio-System empfangen und über EEBus an die angeschlossenen Steuerboxen und die dort verbundene Wallbox weitergeleitet. Dies garantiert, dass sowohl die Datenbereitstellung als auch der Schaltvorgang vollständig standardkonform, sicher und interoperabel durchgeführt werden.

Skalierbar, standardisiert, zukunftssicher 

Hogenmüller bilanziert: "Die entwickelte Architektur ist skalierbar, standardisiert und zukunftssicher und bildet die Basis für die spätere massentaugliche Umsetzung im gesamten Verteilnetz. Auf dieser Grundlage wird E-Werk Netze die Lösung gemeinsam mit den beteiligten Dienstleistern weiterentwickeln und sukzessive für einen breiten, markttauglichen Einsatz befähigen. Damit haben wir einen wesentlichen Baustein für ein digitalisiertes, intelligentes und steuerbares Energiesystem der Zukunft gelegt."