Fast die Hälfte des Gesamtenergieverbrauchs der EU entfällt auf Gebäude. Um den Energieverbrauch in einem Gebäude zu senken, muss man zunächst wissen, wie hoch dieser ist und wie sich der Verbrauch intelligent steuern lässt. Statt analogem Stromzähler und Messgerät an der Heizung soll zukünftig der Smart Meter sowohl den Stromverbrauch als auch verschiedene Energie-Messdaten sektorübergreifend erfassen – und zwar sicher und datenschutzkonform.

Der Rollout der Smart Meter hat längst begonnen. Die intelligenten Messgeräte sind Pflicht ab 6.000 kWh Jahresverbrauch Strom (größeres Einfamilienhaus) und für Liegenschaften mit „steuerbaren Verbrauchseinrichtungen“ wie PV-Anlagen ab 7 kW und Wärmepumpen. Das betrifft etwa 20 Millionen Gebäude in Deutschland.

Intelligente Erfassung und sichere Datenübertragung von Energiedaten über Smart Meter Gateway

Zentrale Komponente des intelligenten Messsystems ist eine Kommunikationseinheit mit integriertem Sicherheitsmodul: das Smart Meter Gateway (SMGW). Es kommuniziert mit verschiedenen Komponenten und beteiligten Marktakteuren, um Verbrauchsdaten vor Ort mit Tarifinformationen zu verknüpfen und gleichzeitig die Datenübertragung sicherzustellen. Das vom Bundesministerium für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) definierte Smart Meter Gateway sorgt dafür, dass Cyberkriminelle weder Messdaten verfälschen und falsche Steuerbefehle einschleusen noch den Datenschutz aushebeln können. So sicher und gehärtet gegen verschiedenste Bedrohungen wie die Zerstörung der Geräte oder Manipulationen durch illegale Konfigurationsänderung das Smart Meter Gateway an sich ist – so gibt es dennoch eine Lücke. Denn für die Datenübertragung zwischen SMGW und dem SMGW-Admin (dieser überwacht den Fernzugriff auf das Smart Meter Gateway und leitet Meldungen an verifizierte Empfänger weiter), wird derzeit das öffentliche Internet genutzt. Teil des Internetzugangs sind handelsübliche DSL-Router, Glasfaser-ONTs (Optical Network Termination) oder Mobilfunkmodems.

Und genau hier steckt das Problem: Diese Netzrouter sind für Angriffsversuche aus dem Netz oder vor Ort besonders anfällig und ermöglichen Angreifern, die Kommunikation zum Smart Meter Gateway zu manipulieren oder gänzlich zu unterbinden. Zudem ist die Übertragung der Energie-Daten z. B. bei einem Stromausfall nicht gesichert. Während Alarmübertragungsgeräte einen batteriegestützten Funktionserhalt von bis zu 72 Stunden haben, ist das Smart Meter Gateway unmittelbar von der Stromversorgung abhängig.

Bekannt aus der Gefahrenabwehr: Sichere und ständig verfügbare Übertragungswege

Besonders problematisch werden unterbrochene Verbindungswege, wenn zukünftig verstärkt Energiequellen wie Solarstrom und Windenergie genutzt werden. Für diese ist eine schnelle und flexible Verbrauchssteuerung notwendig, um z. B. Blackouts zu vermeiden. So sind Schalthandlungen wie Lastabwürfe in extrem kurzen Zeitfenstern erforderlich.

Dafür ist eine wichtige Voraussetzung zu erfüllen: Die Übertragungswege müssen gesichert und hundertprozentig verfügbar sein – durch ständige Verfügbarkeitsüberwachung, redundante Übertragungswege und Notstromversorgung.

All das ist Stand der Technik bei Alarmübertragungsanlagen, denn die Sicherheitstechnik hat die Aufgabe, Personen und Sachwerte zu schützen. Schnelles Handeln bei Brand oder Überfall kann Leben retten, bei Einbruch zumindest den Schaden in Grenzen halten.

Energie- und Alarmkommunikation auf einer Plattform?

Kann sowohl die Energie- als auch die Alarmkommunikation auf einer gemeinsamen Plattform abgebildet werden? In einem der Forschungsfelder des Forschungsprojekts „WärmewendeNordwest“, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, geht man dieser Frage nach. Hier beschäftigt man sich damit, bereits erarbeitetes Know-how der sicheren Übertragung von Brand-, Einbruch-, Überfall- und Personennotruf-Meldungen in die Roadmap zur Digitalisierung der Energiewende zu integrieren.

Kern der Lösung, die im Forschungsfeld 2 der WärmewendeNordwest erarbeitet wird: Anstelle eines DSL-Routers, Glasfaser-ONT, Breitbandkabel- oder Mobilfunk- Routers kommt ein besonders gehärteter Sicherheitsrouter, wie ihn das Unternehmen TAS Sicherheits- und Kommunikationstechnik entwickelt hat, zum Einsatz. Dieser dient als Übertragungseinrichtung sowohl für Alarme als auch für das Smart Meter Gateway. Damit verbunden sind Vorteile wie ständige Verfügbarkeitsüberwachung der Übertragungswege und gesicherte Zugänge für die Fernwartung. Auch der SMGW-Admin ist problemlos integrierbar. Da in vielen Gebäuden bereits eine sichere Alarmübertragungsanlage installiert ist, muss für das Smart Meter Gateway kein weiterer WAN-Anschluss eingerichtet und bezahlt werden. Weiterer Vorteil ist eine stabile Mobilfunkverbindung zum Installationsort im Keller.

Trotz höchster Sicherheitsanforderungen müssen auch die Kosten für den Sicherheitsrouter im Rahmen bleiben. Gelingen kann das nur bei gemeinsamer Nutzung von vielen Gewerken im Gebäude (Sektorkopplung). Denn hierbei werden Insellösungen vermieden, bei denen Router bzw. Gateways verschiedener Sektoren zum Einsatz kommen. Ein Upgrade der bereits installierten Sicherheitsinfrastruktur kann zudem zu einer sinnvollen Sektorkopplung beitragen. Insgesamt entsteht hier eine Lösung, die zur Kostenreduktion beiträgt, die Sicherheit erhöht und hilft, den Energieverbrauch in Gebäuden zu reduzieren.

Im Rahmen des Forschungsprojekts WärmewendeNordwest plant man nun, die problemlose Funktion nicht nur konzeptionell, sondern in real existierenden Gebäuden und Liegenschaften nachzuweisen. Während die technische Machbarkeit eher unkritisch gesehen wird, müssen einheitliche Normen auf europäischer Ebene gefunden werden. In Deutschland haben sich bereits die Arbeitskreise der Energietechnik und Sicherheitstechnik zusammengefunden. Unter Mitwirkung aller Beteiligten kann das Projekt der Wärmewende zu einer zentralen Säule der Energiewende werden.

Forschungsprojekt
WärmewendeNordwest
www.waermewende-nordwest.de