Digitalisierung von Ortsnetzstationen

Wirtschaftliche und zukunftsfähige Anbindung von Ortsnetzstationen

Intelligente Ortsnetzstationen sind der Schlüssel zur Energiewende. Um diese Rolle erfüllen können, muss die Kommunikationstechnik zur Datenübertragung für alle Eventualitäten gerüstet und bereits auf kommende Anforderungen und Standards ausgelegt sein. Dabei lassen sich die Technologievielfalt und damit die Komplexität der Digitalisierung reduzieren.

Als effektives Werkzeug für die Kontrolle kritischer Lastsituationen und die Stabilisierung der Verteilnetze sind intelligente Ortsnetzstationen unerlässlich für die Energiewende. Sie liefern wichtige Daten über die aktuellen Vorgänge, Betriebszustände oder Anomalien im Verteilnetz und sind damit die Basis für die Überwachung der Energiequalität und einen effizienten Netzbetrieb. Automatisierungs- und Fernwirktechnik wiederum ermöglicht zentral gesteuerte Eingriffe für das Lastmanagement auf der Niederspannungsebene. Letztlich bildet beides – echtzeitnahe Kenntnis der wichtigsten Parameter und die Automatisierungspotenziale vor Ort – auch die Entscheidungsgrundlage für den Netzausbau und für eine bedarfsgerechte beziehungsweise präventive Wartung. Voraussetzung ist eine stabile bidirektionale Kommunikation zwischen Leitstelle und Ortsnetzstation.

Sichere Übertragung sensibler Daten

Die regel- und normenkonforme kommunikationstechnische Anbindung erfordert eine leistungsfähige Telekommunikationsinfrastruktur. Um smarte Technologien für mehr Transparenz, Effizienz und Versorgungssicherheit nutzen zu können, müssen die Daten sicher und zuverlässig ausgetauscht und fernwirktechnische Eingriffe kontrolliert ausgeführt werden können – auch unter ungünstigen Bedingungen oder im Schwarzfall. Zudem dürften die Anforderungen an Bandbreite und Latenzzeiten mit der Zahl intelligenter Netzkomponenten und echtzeitbasierter. Anwendungen immer größer werden, speziell bei kritischen Infrastrukturen. Die Wahl der richtigen, zukunftssicheren Kommunikationstechnologie(n) ist daher sowohl aus technischer und operativer als auch aus betriebswirtschaftlicher Sicht erfolgskritisch.

Das LTE450-Dilemma

Das auf LTE basierende und für die Digitalisierung der deutschen Energie- und Wasserwirtschaft entwickelte 450-MHz Netz zielt genau auf diese Anwendungen ab, befindet sich aber noch im Aufbau. Mit einer lückenlosen, flächendeckenden Verfügbarkeit ist frühesten ab 2025 zu rechnen. Die Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien und die Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen nehmen aber unterdessen unvermindert weiter zu. Das stellt Verteilnetzbetreiber vor ein Dilemma: LTE450 kommt zu spät, um darauf zu warten, und zu früh, um für die Zwischenzeit noch eine teure Übergangslösung zu installieren. Mit migrationsfähiger Technik lässt sich die Situation technologisch und wirtschaftlich auflösen, unabhängig von den aktuellen Gegebenheiten vor Ort an der einzelnen Station. Ohne Brückentechnologie wird es nicht gehen, aber diese darf nicht in eine Sackgasse führen.

Fokus auf Kupfer und Mobilfunk

Die Möglichkeiten variieren abhängig von der Lage der Stationen und den eigenen Anforderungen. Das Spektrum geeigneter Technologien ist in der Theorie groß und reicht von A wie analoger Telefonleitung bis Z wie ZigBee. Dabei hat jede Technologie ihre Stärken und Schwächen. Zum Beispiel scheidet Glasfaser in der Regel aufgrund der Kosten aus, ZigBee aufgrund der geringen Reichweiten. In der Praxis reduziert es sich hauptsächlich auf bereits bestehende Kupferleitungen und im Mobilfunk auf LTE oder, bei geringem Bandbreitenbedarf, NB-IoT und LTE-M mit Abwärtskompatibilität zu 2G. Kupfer, weil häufig bereits ein Telefonanschluss liegt, Mobilfunk, weil er überall dort zum Einsatz kommen kann, wo kein Kupfer vorhanden ist und ohne den Aufbau einer eigenen Infrastruktur sofort genutzt werden kann. Bei Mobilfunk sollte immer der beste jeweils verfügbare Standard gewählt und mit Fallback-Standards abgesichert werden. Das Einbuchen in das beste am Ort verfügbare Netz lässt sich über NationalRoaming SIM-Karten realisieren. Bei kabelgebundenen Lösungen ist zu beachten, dass die serielle Übertragung nicht mehr genutzt werden kann und auf das Ethernetprotokoll umgestellt werden muss. Dann aber hat die »alte« Kupfer-Telefonleitung mit zwei Adern durchaus Vorteile. Als vorhandene eigene Netzinfrastruktur bietet sie eine hohe physische Sicherheit und es fallen keine Investitionen oder Übertragungskosten an.

Flexible und hybride Modelle

Dreh- und Angelpunkt der Anbindung sind die Router, die die Kommunikation zwischen Leitstelle und Außenstation über die Daten- und Kommunikationsnetze ermöglichen. Aktuelle Geräte eröffnen flexible Möglichkeiten und ermöglichen zum Beispiel im laufenden Betrieb einen kontinuierlichen Health Check, der die Stabilität der Mobilfunkverbindung prüft und – bei Bedarf – automatisiert einen Netzwechsel auslöst. Moderne Router wie der DigiComm DSR-211-450 können unter anderem zwischen den unterschiedlichen, aktuell verfügbaren Standards wie LTE-M oder dem besonders reichweitenstarken NB-IoT wechseln und sind überdies bereits heute LTE450-ready. Sobald das neue Frequenzband vor Ort verfügbar ist, kann dieses für die Datenübertragung genutzt werden. Da die Umstellung keinen Tausch der Hardware erfordert, lässt sich der Wechsel besonders schnell und wirtschaftlich durchführen. Router, die sowohl über ein LTE450- als auch über ein LTE-Modul verfügen, lassen auch hybride Anbindungen zu. So können parallel Massendaten für das Monitoring oder für Advanced-Analytics-Lösungen über LTE (mit VPN-Zugang) und sensible Daten über das nicht-öffentliche LTE450 übertragen werden. Ein anderes Szenario sieht den Dauerbetrieb über LTE vor, während LTE450 als Back-up für den Schwarzfall genutzt wird. Welches Konzept im Einzelfall das technisch und wirtschaftlich sinnvollste ist, hängt in erster Linie von der benötigten Bandbreite und den physischen Sicherheitsanforderungen ab.

Wirtschaftliche Aspekte

Die Nutzung öffentlicher Netze ist sicher und normenkonform möglich – und die weitaus günstigere und schnellere Alternative zum Aufbau einer eigenen Infrastruktur. Die Übertragungskosten fließen in die Betriebskosten ein und werden so über die gesamte Lebensdauer verteilt. Dieses Modell der Verlagerung von Kapitalkosten (Capex) in die operativen Kosten (Opex) lässt sich auch auf die Hardware beziehungsweise auf die gesamte Konnektivität übertragen. Das schont die Liquidität, aber auch die personellen Ressourcen. Bei Hardware-as-a-Service werden Hardware-Komponenten wie die beschriebenen Router-Typen über eine monatliche Nutzungspauschale zur Verfügung gestellt. Bei Connectivity-as-a-Service lassen sich die alternativen Finanzierungs- und Vergütungsmodelle mit Managed Services und hoch verfügbarer Konnektivität inklusive integriertem National-Roaming, Health Check, sicherem Remote-Zugriff über VPN und SIM-Kartenmanagement kombinieren. Mit diesen as-a-Service-Konzepten und mit einer flexiblen, zukunftsfähigen Kommunikationstechnik lassen sich viele wirtschaftliche, technologische und operative Hürden bei der Anbindung von Ortsnetzstationen überwinden. Aufgrund der kurzen Realisierungszeiten durch die Nutzung der unterschiedlichen vorhandenen Kommunikationsnetze können die Betreiber den Takt der Digitalisierung der Verteilnetze vorgeben und damit selbst die Energiewende vorantreiben.