Schlagwort: IoT

Open Data: Chancen, Pflichten und digitalpolitischer Hintergrund

  1. Open Data: Schlüsselressource für eine moderne Verwaltungs- und Versorgungsstruktur
  2. Begriffsbestimmung Open Data
  3. Rechtrahmen für Open Data
  4. Einordnung der Gesetzgebung für Kommunen und kommunale Unternehmen 
  5. Ausblick: Urbane Datenplattformen

Open Data: Schlüsselressource für eine moderne Verwaltungs- und Versorgungsstruktur

Durch die voranschreitende Ausbreitung von Informations- und Kommunikationstechnologien in allen Lebensbereichen und die zunehmende Vernetzung virtueller Dienste und Geräte mit der realen Umwelt wächst die Menge der täglich produzierten digitalen Daten exponentiell. Smartphones, Uhren, Stromzähler, Ampeln: Immer mehr physische Objekte werden heute über vernetzte Komponenten und Sensoren in das „Internet der Dinge“ eingebunden und teilen Informationen über ihre Nutzenden, Position, Umwelt oder ihren Zustand. Prognosen zufolge könnte das Volumen der weltweit generierten Datenmenge von 80 Zettabyte im Jahr 2022 auf über 180 Zettabyte im Jahr 2025 wachsen1. 

Dieser Trend lässt sich besonders gut anhand von analogen Gemeinschaften wie Städten und Gemeinden verdeutlichen, wo schon heute tagtäglich Vielzahl heterogener Daten von verschiedensten Akteuren für unterschiedlichste Zwecke erhoben und verarbeitet werden. Aus Sicht der Wirtschaft ergeben sich durch die innovative Nutzung dieser Daten enorme Wertschöpfungspotenziale im Hinblick auf die Optimierung bestehender Geschäftsprozessen oder die Entwicklung digitaler Produkte, Dienstleistungen und Geschäftsfelder. Daten sind so zu einer Schlüsselressource des 21. Jahrhunderts und zum wertvollsten Treibstoff einer modernen Datenökonomie geworden.  

Nicht erst seit dem Einzug des Smart City Begriffs in die öffentliche Diskussion entdecken auch Politik und Verwaltung die Chancen von Daten für eine moderne Verwaltungs- und Versorgungsstruktur. Durch die zielgerichtete Einbindung datenbasierter Prozesse in das Handeln von öffentlichen Stellen und öffentlichen Unternehmen ergeben sich für Kommunen vielfältige neue Handlungsmöglichkeiten. Durch diese kann das Leben ihrer Bewohnerinnen und Bewohner angenehmer gestaltet, Emissionen gesenkt und öffentliche Aufgaben der Daseinsvorsorge effizienter erfüllt werden. Nicht ohne Grund werden Daten heute oftmals als das neue Gold oder Öl bezeichnet, denn sie bergen enormes Wertschöpfungspotenzial. Demgegenüber erscheint es paradox, dass gerade bei öffentlichen Stellen Datenbestände existieren, denen bislang wenig Aufmerksamkeit gewidmet wird.  

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Begriffsbestimmung Open Data

Im Gegensatz zu anderen Rohstoffen sind Daten eine nachwachsende, schier unerschöpfliche Ressource, die beliebig oft verwertet und ohne Qualitätsverluste auch über große Distanzen geteilt werden kann. Damit aus Daten möglichst umfassende Erkenntnisse und Rückschlüsse extrahiert werden können, ist ein systematischer, sektorübergreifender Transfer erforderlich. Viele Daten sind nur wenige Tage, oft auch nur Sekunden oder gar Sekundenbruchteile aktuell und müssen daher in Echtzeit übermittelt und verarbeitet werden. Das funktioniert nur, wenn sich alle beteiligten Akteure der Datenwertschöpfung auf Standards zum Austausch und zu Weiterverwendung verständigt haben. Das heißt, Daten müssen strukturiert gesammelt, aufbereitet, und analysiert werden – unvollständige, unstrukturierte oder nicht verständliche Daten hingegen lassen keine belastbaren Schlüsse zu. 

Und hier versteckt sich ein Kernproblem: Auch wenn Daten im Überfluss generiert werden und ihre innovative Nutzung ein hohes Potenzial für Mehrwertedienste birgt, sind Daten oftmals nur begrenzt zugänglich oder nutzbar. Regelmäßig kollidieren die Chancen mit einer fehlenden Standardisierung von Formaten und Schnittstellen, einer mangelnden Bereitschaft verantwortlicher Akteure zur Bereitstellung, entgegenstehenden Rechte Dritter oder aber juristischen Unsicherheiten.  

Um den Weg für die innovative Nutzung von Daten so frei wie möglich zu machen, wird sich auf vielen Ebenen im Sinne des Open Data Ansatzes (aus engl.: offene Daten) für eine umfassende Öffnung von Datenbeständen zum Wohle der Allgemeinheit stark gemacht. Unter Open Data werden dabei meist maschinenlesbare Daten verstanden, die jeder und jede zu jeglichem Zweck nutzen, weiterverbreiten und weiterverwenden darf. Die Forderung nach Open Data ist oft Teil von größeren Bewegungen für einen offenen, digitalen Staat (Open Government) und daher Teil von Open-Data-Strategien von Bund, Ländern und Kommunen.  

Ziel von Befürwortern des Open Data Ansatzes ist die Demokratisierung von Wissen. Hierdurch werden neue Formen der Transparenz und Beteiligung durch eine Verbesserung der Nachvollziehbarkeit von Entscheidungswegen bewirkt und Kooperation sowie die Entwicklung innovativer datenbasierter Technologien, Produkte und Dienstleistungen begünstigt. 

Echte Mehrwerte ergeben sich aus offenen Daten insbesondere dann, wenn diese organisationsübergreifend geteilt, neu verknüpft und genutzt werden, sodass neue Erkenntnisse und Zusammenhänge entstehen. Dies setzt neben offenen Schnittstellen (APIs) eine leichte Adressierbarkeit von Datenbeständen im Internet voraus. Eine konsequente Weiterentwicklung der offenen Daten sind daher die offenen, vernetzten Daten (engl. Linked Open Data). Gemeint sind hiermit frei verfügbare und nutzbare, maschinenlesbare Daten, die mittels Uniform Resource Identifier (URI) – einer eindeutigen Zeichenfolge für digitale Ressourcen- identifiziert sind. Diese können direkt per Hypertext Transfer Protocol (HTTP) – einem Standardprotokoll zur Übertragung von Websitedaten – abgerufen werden und ebenfalls per URI auf andere Daten verweisen. 

Eine Befolgung des Linked Open Data Ansatzes ermöglicht die Entwicklung von Self-Service-Mechanismen, bei denen Nutzerinnen und Nutzer eigenständig auf Daten zugreifen können und verringert somit den Verwaltungsaufwand für die Bereitstellung. Darüber hinaus wird die Datenintegration erleichtert und die Datenqualität erhöht. 

Rechtsrahmen für Open Data

Die behutsame Öffnung amtlicher Datenbestände steht schon seit den frühen 2000er Jahren hoch auf der politischen Agenda und wurde durch zahlreiche Rechtsprechungen auf Landes-, Bundes- und EU-Ebene vorangetrieben. Besonders relevant sind hierbei auf Bundesebene das Geodatenzugangsgesetz (GeoZG) als nationale Umsetzung der europäischen INSPIRE-Richtlinie (RL 2007/2/EG) sowie § 12a des E-Government-Gesetzes (EGovG) und das Datennutzungsgesetz (DNG), welche auf die PSI/Open Data-Richtlinie (RL(EU)2019/1024) der EU zurückgehen. Während die enthaltenen Pflichten und Rahmenbedingungen für die elektronische Bereitstellung öffentlich finanzierter Datenbestände primär Bundesbehörden und daran angelagerte Institutionen adressieren, formulieren die daran anknüpfenden Landesgesetzgebungen erste wichtige Weichenstellungen für Bereitstellung und Weiterverwendung kommunaler Datenbestände auf lokaler Ebene.  

Während jedoch eine klare und einheitliche Rechtsgrundlage für die Bereitstellung kommunaler Daten bislang nicht existierte, erhöht eine neue EU-Verordnung vom Januar 2023 den Druck auf alle öffentlichen Stellen, einen offenen Zugang zu hochwertigen Datenbeständen zu schaffen. Die Durchführungsverordnung (EU) 2023/138 zur Bestimmung hochwertiger Datensätze, sog. „High Value Datasets“ (HVD), legt die bereits in der PSI/Open Data-Richtlinie angekündigte Liste hochwertiger Daten fest, die binnen 16 Monaten durch alle öffentlichen Stellen der EU-Mitgliedstaaten zur Verfügung zu stellen sind. Außerdem beschreibt sie die dazugehörigen Veröffentlichungs- sowie Weiterverwendungsmodalitäten. Anders als die vorausgegangenen Open-Data-Richtlinien handelt es sich bei der Durchführungsverordnung um einen Rechtsakt, der sofort unmittelbare Gültigkeit in allen Mitgliedsstaaten entfaltet und nicht in nationales Recht umgesetzt werden muss. 

Einordnung der Gesetzgebung für Kommunen und kommunale Unternehmen 

Das Datennutzungsgesetz (DNG) setzt über die Bereitstellungspflichten des § 12 a EGovG für Bundesbehörden hinaus auch Impulse für eine Etablierung der Open-Data-Prinzipien „open by design“ und „open by default“. Dies betrifft insbesondere Ländern, Kommunen und öffentlichen Unternehmen in den Bereichen der Wasser-, Verkehrs- und Energieversorgung, was grundsätzlich zu begrüßen ist. Damit schafft das Gesetz einen konsistenten Rechtsrahmen, der den Austausch und die Nutzung öffentlicher Daten vereinfacht und damit Chancen für eine kommerzielle und nicht-kommerzielle Wertschöpfung ermöglicht. Zudem bestimmt das Gesetz die Echtzeit-Bereitstellung dynamischer Daten als Zielvorstellung, was sich vornehmlich wegen der Volatilität und der raschen Alterung bestimmter Daten gerade im Versorgungssektor als Vorteil erweisen könnte. Für kommunale Unternehmen lassen sich hierdurch zudem neuartige Geschäftsfelder und -modelle erschließen, die auf dem Austausch und der Weiterverarbeitung von Daten basieren.  

Trotz zahlreicher Forderungen existiert eine klare einklagbare Verpflichtung für die Bereitstellung der Daten jedoch bislang auf keiner Ebene. Dies stößt nicht nur in der Open Data-Szene auf Kritik, zumal fraglich ist, ob die Ziele der EU-Richtlinie und des DNG so tatsächlich erreicht werden können. Die Bundesregierung hat sich im Koalitionsvertrag vorgenommen, einen Rechtsanspruch auf Open Data einzuführen und auch in einigen Bundesländern wird der Rechtsanspruch auf Open Data zur effektiven Umsetzung der Gesetzgebungen diskutiert. Diesbezüglich sind die Erfahrungen aus früheren Gesetzgebungsverfahren jedoch eher durchwachsen. Ein weiteres generelles Optimierungspotenzial betrifft die Verbesserung von Auffindbarkeit und Interoperabilität offener Daten. Um das volle Potenzial offener Daten auszuschöpfen und eine mühelose, automatisierte Datenübertragung zu ermöglichen, sollte die Open-Data-Gesetzgebung von Anfang an noch stärker auf die Bereitstellung von Linked Open Data ausgerichtet sein.  

Wie bereits beim DNG betrifft der Anwendungsbereich der neuen HVD-Verordnung (Durchführungsverordnung (EU) 2023/138 zur Bestimmung hochwertiger Datensätze, sog. „High Value Datasets“), ausschließlich öffentliche Stellen, die im Besitz der im Anhang aufgeführten hochwertigen Datensätze sind. Dies umfasst Staat, Gebietskörperschaften, Einrichtungen des öffentlichen Rechts und Verbände, die aus einer oder mehreren dieser Körperschaften oder einer oder mehreren dieser Einrichtungen des öffentlichen Rechts bestehen. Da bis auf wenige Ausnahmen private Unternehmen weitestgehend ausgeklammert werden, besteht die Gefahr, dass öffentlich organisierte kommunale Unternehmen Wettbewerbsnachteile erfahren könnten – zulasten der Daseinsvorsorge und der Bürgerinnen und Bürger. Eine einseitige Pflicht zur Herausgabe von Daten durch öffentliche Stellen und Unternehmen erschwert es ihnen, neue datengetriebene Innovationen zu entwickeln und integrierte Geschäftsmodelle auszubauen. Insbesondere dann, wenn private Unternehmen aufgrund einer verbesserten Datenlage Gewinne in den profitablen Marktfeldern abschöpfen, während öffentliche Unternehmen die unprofitablen Bereiche der kommunalen Daseinsvorsorge bedienen müssen. Darüber hinaus ergeben sich für sie technische (und damit verbunden auch finanzielle) Herausforderungen, wenn es um einen Aufbau und die Betreuung der notwendigen Dateninfrastrukturen geht. Nicht von der HVD-Verordnung erfasst sind öffentliche Unternehmen, weshalb eine Vielzahl kommunaler Unternehmen, die bspw. in privater Rechtsform organisiert sind, herausfallen. Weitreichenden Änderungen oder Handlungsbedarfe ergeben sich für sie aus diesem Rechtsakt daher nicht.  

Anders sieht es für Kommunen aus: Für sie entsteht durch den Durchführungsakt die neue Verpflichtung, binnen 16 Monaten offene Datenzugänge zu den vorhanden behördlichen Informationen einzurichten. Gleichzeitig werden die technischen Anforderungen an die harmonisierte Bereitstellung erhöht. Zumal die technische Aufrüstung der bestehenden Systeme nicht nur Zeit, sondern auch finanzielle Ressourcen in Anspruch nehmen wird, ist hier eine zeitnahe Auseinandersetzung mit den bisher vergleichsweise wenig standardisierten Prozessen der Datenbereitstellung und dem generell geringem Digitalisierungsgrad von Verwaltungsvorgängen erforderlich. Insbesondere kleine Kommunen könnten hiermit überfordert sein. Während eine Mehrzahl größerer Kommunen bereits offene Daten bereitstellt und Strukturen sowie Verantwortlichkeiten für das Datenmanagement etabliert hat, trifft dies nur auf die Minderheit kleinerer Kommunen zu.  

Ausblick: Urbane Datenplattformen

Um Digitalisierung der Kommunen und eine datenbasierte Wertschöpfung nicht allein den großen Digitalkonzernen und den Verwaltungen zu überlassen, können hier Kooperationen im kommunalen Umfeld im Rahmen einer Digitalen Daseinsvorsorge sinnvoll sein. Von besonderer Bedeutung sollten dabei kommunale Unternehmen sein, die selbst zentrale Bereitsteller und Nutzer kommunaler Daten sind und die sich oftmals im Rahmen einer Weiterentwicklung ihres Betätigungsfeldes ohnehin bereits mit datenbasierten Prozessen auseinandergesetzt haben. Die Einrichtung und der Betrieb gemeinsamer Dateninfrastrukturen, bspw. im Rahmen einer gemeinsamen Urbanen Datenplattform könnte hierfür ein guter Anknüpfungspunkt sein und einen Silo-übergreifenden, souveränen und offenen Umgang mit kommunalen Daten befördern.  

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IoT-Monitoring: Mit intelligenten Kurzschlussanzeigern das Stromnetz optimieren

Intelligente Kurzschlussanzeiger als Treiber der Versorgungssicherheit

Die Sicherstellung der Versorgungssicherheit der Energieversorgung ist eines der wesentlichen Ziele im energiewirtschaftlichen Zieldreieck und bedingt durch die aktuelle Situation in Deutschland mehr diskutiert denn je. Bei der Versorgungssicherheit geht es jedoch nicht nur um die Sicherstellung ausreichender Rohstoffe zur Erzeugung von Energie, sondern auch um den sicheren und effizienten Betrieb der Stromnetze. Zur Optimierung des eigenen Betriebs und Steigerung der Netzverfügbarkeit haben die Bielefelder Netze einen Anwendungsfall zur Überwachung von Kurzschlussanzeigern entwickelt.

Dabei greifen die Bielefelder Netze auf die LoRaWAN-Technologie zurück, um Kurzschlussanzeiger im Netz zu monitorieren, damit eine effizientere Störungsbehebung zu erzielen und die Netzausfallzeiten weiter zu minimieren.

In diesem Blogbeitrag wollen wir einmal näher betrachten, warum das Thema Kurzschlussanzeiger für Netzbetreiber so interessant ist, wie der Anwendungsfall technologisch aufgebaut ist und wie der Ansatz zur Finanzierung der Kosten aussieht.

Funktion und Mehrwerte von Kurzschlussanzeigern im Verteilnetz

Grundsätzlich gibt es verschiedenen mögliche Fehler im Netz, die zur Unterbrechung der Energieversorgung führen können. Häufig sind Kurzschlüsse im Stromnetz die Ursache. Diese können beispielsweise durch Schalthandlungen, Umwelteinflüsse oder Unfälle verursacht werden. Kommt es zu einem Kurzschluss im Netz, erfolgt die Auslösung der installierten Schutztechnik, die dann zu einer Unterbrechung der Energieversorgung führt. Bei einem Kurzschluss schaltet das Umspannwerk die Strecke direkt stromlos.

In diesem Fall muss der zuständige Stromnetzbetreiber schnellstmöglich den Betrieb des Stromnetzes wiederherstellen. In der Regel muss hierfür ein Mitarbeiter die Netzstationen hinter dem Umspannwerk, bei dem es zum Auftreten des Kurzschlusses kam, abfahren, um den Fehlerort des Kurzschlusses zu ermitteln. Hierfür benötigt der Mitarbeiter die Information der Richtung des Fehlers, die ihm der Kurzschlussanzeiger in der jeweiligen Netzstation anzeigt. So kann der Ursprungsort des Fehlers schrittweise ermittelt werden, wie beispielhaft in der folgenden Abbildung zu sehen ist.

Der intelligente Kurzschlussanzeiger – der Ansatz der Bielefelder Netze

Zur schnelleren Fehlerlokalisation haben sich die Bielefelder Netze dazu entschieden, die Kurzschlussanzeiger zu digitalisieren, um bei Eintritt eines Kurzschlusses schneller reagieren zu können. Durch die Übertragung der Informationen ist ein manuelles Anfahren der Netzstationen nicht mehr erforderlich. Vielmehr kann direkt nach Eintritt des Kurzschlusses aus der Ferne ermittelt werden, zwischen welchen zwei Netzstationen sich der Kurzschluss befindet.

Die Aufbereitung der Daten erfolgt im niotix des Softwareherstellers Digimondo.

Der Sensor von Comtac konnte nach ausführlichen Tests die Anforderungen erfüllen. Durch eine externe Antenne, welche mit dem Sensor verbunden werden kann, konnte die Empfangsqualität situativ verbessert werden, um auch aus der Netzstation heraus noch Empfang zu haben. Durch eine vorhandene Stromversorgung in der Station und den Betrieb als Class C Gerät ist der Sensor wartungsarm sowie permanent verfügbar. Der Sensor wurde am Kurzschlussanzeiger Compass 2.0 des Herstellers Horstmann angeschlossen und an der Innenwand der Trafostation befestigt. Die Bielefelder Netze befinden sich im Rollout von   mehr als 300 i Comtac Sensoren im Verteilnetz.

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Die Visualisierung der intelligenten Kurzschlussanzeiger

Die Verarbeitung der Informationen der Kurzschlussanzeiger mittels der LoRaWAN-Sensorik erfolgt in niotix des Softwareherstellers Digimondo.  Anschließend erfolgt die Übertragung von niotix in die Netzleitstelle der Stadtwerke über eine bereitgestellte IEC-104-Schnittstelle. Hierdurch kann das Personal gezielt zur betroffenen Netzstation geschickt werden.

Verbesserung SAIDI Kennzahl durch intelligente Kurzschlussanzeiger

Die SAIDI-Kennzahl der Bundesnetzagentur gibt an, wie lange ein Kunde auf der jeweiligen Spannungsebene im Durchschnitt pro Jahr aufgrund eines Ausfalls im Netz ohne Strom ist. Anhand der Kennzahl bestimmt die BNetzA die Qualität des Netzes. Die intelligenten Kurzschlussanzeiger ermöglichen die schnellere Fehlerbehebung bei Stromausfällen, da der Kurzschluss schneller lokalisiert werden kann. Ergo verbessert sich der SAIDI. Dies ermöglicht wiederum eine Vergütung aus dem rechtlichen Finanzierungsinstrument der Anreizregulierung, über den sich Stromnetzbetreiber in Deutschland finanzieren. So ermöglichen die Bielefelder Netze das Investitionsbudget, welches gerade für den flächendeckenden Rollout, also der Anschaffung und Einbau der Hardware, erforderlich ist.

Zur Ermittlung des SAIDI erfolgt jedes Jahr ein Benchmarking der Netzbetreiber. Liegt der Netzbetreiber unter dem ermittelten Durchschnittswert, erhält dieser auf Grund seiner hohen Versorgungssicherheit einen Bonus. Liegt der Netzbetreiber über dem Referenzwert, hat dieser eine Strafzahlung zu leisten. Es liegt also ein Bonus-/Malussystem vor, welches sich querfinanziert.

Die Unterbrechung des Stromnetzes durch einen Kurzschluss wirkt sich somit negativ auf den SAIDI aus, weswegen Netzbetreiber ein hohes Interesse haben, den Fehler schnell zu beheben. Der intelligente Kurzschlussanzeiger auf LoRaWAN-Basis trägt somit aktiv dazu bei, den SAIDI zu senken und damit mögliche Kosten einzusparen oder den Bonus für die hohe Netzeffizienz zu erhöhen.

Das Fazit aus dem Projekt

Das Projekt des intelligenten Kurzschlussanzeigers hat bei den Bielefelder Netzen dazu geführt, dass ein Prozess zur effizienteren Behebung von Kurzschlüssen etabliert werden konnte. Durch eine Pilotierung der Hardware konnten die Anforderungen verifiziert werden, sodass der Anwendungsfall sich mit nun mehr als 300 Sensoren im Rollout befindet. Gleichzeitig kann die Versorgungssicherheit im Netz erhöht werden.

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items Digital Sessions: IoT Metering

Die Digitalisierung des Messwesens entwickelt sich rasant. Aus technischer, wirtschaftlicher oder regulatorischer Sicht kommt die Smart Meter Gateway Technologie nicht überall zum Tragen. Für weitere Messanforderungen entwickelt sich das IoT Metering als technologische Ergänzung. Insbesondere über LoRaWAN, Mobilfunk oder auch NB-IoT werden Zähler abgelesen und in nachfolgende Prozesse übertragen. Der Wärmesektor, beschleunigt durch die FFVAV, stellt aktuell eines der größten Wachstumsfelder im IoT Metering dar.  Neben der Fernauslesbarkeit von Wärmemengenzählern bieten die Sparte Wasser und das Submetering attraktive Möglichkeiten für das IoT Metering.  

In der Digital Session beantworten wir die Frage, wann das Smart Meter Gateway Pflicht ist und wann IoT Metering, bspw. mit LoRaWAN, eingesetzt werden kann. Wir zeigen Möglichkeiten, wie die technische Umsetzung erfolgen kann und die Prozesse bis zur Abrechnung abgebildet werden können. Die erhobenen Daten können und sollten jedoch nicht nur für die Abrechnung genutzt werden. Die weiteren Potenziale, welche sich aus der Datenerhebung ergeben, bilden den Abschluss der Session.  

  • Regulatorische Rahmenbedingungen – Wann ist ein Einsatz vom Smart Meter Gateway Pflicht und wo kann IoT Metering (z. B. LoRaWAN) eingesetzt werden? 
  • Wie kann die technische Umsetzung erfolgen und die prozessuale Abbildung bis zur Abrechnung? 
  • Welche Mehrwerte können die erhobenen Daten in anderen Themenfeldern bieten? 
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Referenten: 

Alexander Sommer – Bereichsleiter Innovation und Digitale Netze 

Marcel Linnemann – Leitung Innovation und Grundsatzfragen Energiewirtschaft 

items Digital Sessions 

Immer am Puls der Zeit – unsere Digital Session. Innovativ und aufschlussreich stellen wir Ihnen jeden Monat die aktuellen Themen der Versorgungs- und Mobilitätsbranche vor. In einer guten Stunde versorgen wir Sie mit den wichtigsten Informationen und stehen Rede und Antwort zu allen Ihrer Fragen. 

Aufzeichnungshinweis: 

Damit Sie Veranstaltungen auch im Nachhinein noch einmal anschauen können, wird die Veranstaltung aufgezeichnet.\ Sie werden, zu Beginn, über den Start der Aufzeichnung informiert. Sie haben die Möglichkeit Ihr Video zu deaktivieren, auf diese Weise ist ihr Gesicht nicht zu sehen, falls Sie dies wünschen sollten. 

Falls Sie nicht wünschen sollten, dass Ihre Stimme in der Aufzeichnung zu hören ist, schalten Sie bitte Ihr Mikrofon auf stumm. 

Die Aufzeichnung wird zum Zweck der Informationsbeschaffung so lange gespeichert, wie kein Widerspruch geäußert wird. Die Aufzeichnungen werden über Microsoft Teams verarbeitet und sind ausschließlich anderen Vereinsmitgliedern zugänglich. Aufzeichnungen werden nicht an Dritte weitergeleitet. 

Sie sind nicht verpflichtet, Ihr Videobild, Ihren Audioton oder andere personenbezogene Daten wie einen Klarnamen oder ein Bild von Ihnen zu übertragen. Sofern Sie diese übertragen, erklären Sie sich mit der Aufzeichnung dieser Daten einverstanden. 

Diese Einwilligungserklärung ist freiwillig und kann jederzeit mit Wirkung für die Zukunft widerrufen werden. Die Rechtmäßigkeit der, aufgrund der Einwilligung, bis zum Widerruf erfolgten Datenverarbeitung wird durch diesen nicht berührt. 

IoT auf der Landesgartenschau Neuenburg am Rhein

Landesgartenschau & IoT

Landesgartenschauen entwickeln sich weiter. Von sogenannten Blümchenschauen, wie man früher gesagt hat, werden sie zu Reallaboren für innovative Ansätze. Nicht nur im Natur- und Landschaftsbereich, sondern auch im technologischen Bereich. Die Landesgartenschau in Neuenburg am Rhein in Baden-Württemberg ist eine der Ersten, die das Internet der Dinge nutzt, um Zukunftsthemen rund um das Thema Smart City zu demonstrieren. Ziel ist es, die Landesgartenschau effizienter und nachhaltiger zu gestalten. Mithilfe eines über die gesamte Landesgartenschau gelegten Netzes von Sensoren können die bnNETZE verschiedene Daten tracken, die einen Mehrwert für die Besucherinnen und Besucher sowie die Betreiber der Landesgartenschau bieten. Die Badenova hat auf ihrem Blog zum Start der Landesgartenschau alle Anwendungsfälle zusammengefasst. Nachfolgend betrachten wir drei Use Cases etwas spezifischer.

Schaut man sich das für Landesgartenschauen wichtige Wasserdargebot und die jährlichen Dürrestärken des Dürremonitors des Helmholz Zentrum für Umweltforschung an, wird schnell klar, dass wir in den Jahren 2018, 2019, 2020 und auch 2022 eine außergewöhnlich geringe Bodenfeuchte in Deutschland hatten. Laut Umweltbundesamt hat es in den Jahren 2018 um 25 %, 2019 um 7 % und 2020 ca. 10 % weniger Niederschläge im Vergleich zum Jahresdurchschnitt gegeben. Der Trend setzte sich mit Ausnahme im Jahr 2021 auch im Jahr 2022 fort. Im Juli 2022 (Stand 15.07.2022) zeigt sich im Oberboden (bis 0,30 m) fast in ganz Deutschland flächendeckend Trockenstress, teilweise extremer Trockenstress. Die Auswirkung der Dürre sind vielfältig: In der Landwirtschaft vermindert sie das Pflanzenwachstum und die Erträge, es kommt zur Erosion durch Wind und zu schlechteren Wachstumsbedingungen für Bäume und Pflanzen in urbanen Räumen.

Wie das Internet der Dinge Landesgartenschauen und schlussendlich auch urbane Lebensräume bei einem sich ändernden Wasserdargebot unterstützen kann, nachhaltig und effizient mit der Ressource umzugehen, wollen wir in diesem Blogbeitrag einmal genauer betrachten.

Welche Sensorik wurde auf der Landesgartenschau verbaut?

Auf der Landesgartenschau wurden unterschiedliche IoT-Use-Cases bedient. Für diesen Blogbeitrag wollen wir uns auf Bodenfeuchtigkeitsmessung, die Pegelstandmessung und die Lautstärkemessung fokussieren. Außerdem wurden Parkplatzüberwachung, Raumklimamonitoring, Besucherzählung, Wetterstation, Abfallmonitoring sowie das Trafostationsmonitoring realisiert.

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Bodenfeuchtigkeitsmessung

Pflanzen wurzeln unterschiedlich. Je nach Art und Größe wachsen die Wurzeln in unterschiedliche Tiefen und breiten sich unterschiedlich in der Horizontalen aus. Auch das Wasserdargebot ist abhängig von der Bodentiefe und Niederschlägen unterschiedlich. Während einer kurzen Dürreperiode trocknet in der Regel nur der Oberboden bis 25 cm Tiefe aus. Jungpflanzen und Flachwurzler kommen dann nicht mehr an ausreichend Wasser. Bei schwereren Dürren, wie sie zuletzt seit den letzten Jahren in Mitteleuropa persistiert, kommt es zu einer extremen Trockenheit in Bodentiefen bis zu 1,8 m. Durch die Bodenfeuchtigkeitsmessung sollte ein effizienter und ressourcenschonender Umgang mit den vorhandenen Wasserressourcen gewährleistet werden.

Um genau zu wissen, wie hoch der aktuelle Wasserbedarf der Pflanzen auf der Landesgartenschau ist, wurden an unterschiedlichen Standorten Bodenfeuchtigkeitssensoren verbaut. An insgesamt 6 Standorten, 3x in Blumenbeeten, 2 x an Kirschbäumen (Schatten- und Sonnenplatz) und 1 x bei der Dachbegrünung eines Funktionsgebäudes, kam die Sensorik zum Einsatz. In verschiedenen Tiefen bis zu 40 cm wurde so ermittelt, wie viel Druck (in kPa) die Wurzeln benötigen, um Wasser zu ziehen.

In der Abbildung 1 ist zu sehen, wie der benötigte Wurzeldruck im Zeitraum vom 02.04. bis zum 21.09. in der Tiefe von 15 cm unter dem Beet an der Hauptbühne mitunter stark variiert. Einerseits liefern die Daten so Rückschlüsse, ob das Beet richtig bewässert wurde. Andererseits kann anhand der Momentanwerte (Abbildung 2) abgelesen werden, ob das Wasserdargebot aktuell im Optimum liegt oder nicht und gegebenenfalls nachgesteuert werden muss.


Abbildung 1 – Bodenfeuchte in 15 cm Tiefe im Zeitraum vom 02.04. – 21.09
Abbildung 2 – Bodenfeuchte in 20 und 40 cm Tiefe am Kirschbaum

Übrigens: Der Vergleich des benötigten Wurzeldrucks in 20 und 40 cm Tiefe veranschaulicht, dass Bewässerungen nicht ad hoc in tieferen Bodenschichten zur Verfügung stehen, sondern diese langsam in tiefere Erdschichten vordringen.

Die Werte lassen sich wie folgt interpretieren:

  • 0 bis 6 kPa Überversorgung / Übernässung
  • 6 bis 32 kPa Gute Wasserversorgung
  • 32 bis 80 kPa mäßige Wasserversorgung
  • 80 bis 180 kPa kritische Wasserversorgung
  • > 180 kPa keine Wasserversorgung

Pegelsonden

Mit der bereits dargestellten Prämisse, dass wir in Europa seit Jahren ein verringertes Wasserdargebot haben und in diesem Jahr die Pegelstände des Rheins die Binnenschifffahrt vor beträchtliche Herausforderungen gestellt hat, könnte davon ausgegangen werden, dass der Rheinpegel kein direktes Risiko für die Landesgartenschau darstellt. Der Rhein besitzt jedoch ein komplexes Abflusssystem. Der Pegel des Oberrheins ist eher von Sommermaxima geprägt, was bedeutet, dass der Pegel dann am höchsten ausfällt. Im Gegensatz dazu ist am Niederrhein (Bonn, Köln, Düsseldorf) aufgrund der Zuflüsse durch Main und Mosel eher Wintermaxima festzustellen. Damit die Landesgartenschau im Sommer nicht durch einen hohen Pegelstand des Rheins gefährdet wird, wurde dieser überwacht, damit im Notfall Maßnahmen hätten eingeleitet werden können.

Abbildung 3 – Rheinpegel in Metern vom 21.04. – 21.09.2022

Beim Blick auf die gemessenen Werte in Abbildung 3 ist auch schnell klar, dass wenig Niederschläge vor Ort nicht direkt einen niedrigen Pegelstand des Oberrheins bedeuten. Das Sommermaximum ist hier klar zu erkennen. Die Daten konnten in der Form vom Betreiber der Landesgartenschau genutzt werden, um die Überschwemmungsgefahr auf Stundenbasis zu überprüfen.

Lautstärkemessung


Lärmbelastung ist kein Thema, welches allein Veranstaltungsorte betrifft. Hauptverkehrsstraßen, Spiel- und Sportplätze und öffentliche Plätze stelle generell das Potenzial der Lärmbelästigung für Anwohner dar. Auf der Landesgartenschau findet ein vielfältiges, kulturelles Programm statt. Um laute Beschallung der Hauptbühne belegen zu können und datenbasiert mit den Anwohnern und Bürgern diskutieren zu können, sollte die Lautstärke im Umfeld der Bühne aufgezeichnet werden.

Abbildung 4 – Lautstärkemessung an der Hauptbühne

Auf der Grafik ist der Tag des Aufbaus auf in Rot markiert. Die Aufbauarbeiten dauerten bis ca. 1:00 nachts an und starteten wieder zwischen 5 oder 6 Uhr morgens. Die Eröffnung des Geländes für das Publikum ist durch den grünen Pfeil gekennzeichnet. Der blaue Pfeil und das Maximum der dargestellten beiden Tage ist der Zeitpunkt der Eröffnungsreden, u.a. auch durch den Ministerpräsidenten Winfried Kretschmann.

Bereitstellung & Nutzung der Messdaten

Damit aus den gesammelten IoT-Daten echte Mehrwerte entstehen konnten, wurden diese auf der IoT-Plattform gesammelt und dem Betreiber und den Besuchern zur Verfügung gestellt. Die Daten konnten direkt auf der Plattform visualisiert werden und stellten so den Betreibern und Mitarbeitern der Landesgartenschau eine breite, anschauliche Datenbasis dar, auf Grundlage derer direkte Rückschlüsse und Handlungsanweisungen getroffen werden konnten.

Darüber hinaus standen die Daten auch der Öffentlichkeit über das Public Dashboard der IoT-Plattform zur Verfügung. So waren die Messwerte überall und zu jeder Zeit abrufbar. Für anreisende Besucher mit dem Elektroauto durfte unter anderem das Parkplatzmonitoring von großem Interesse gewesen sein. Einmal angekommen, konnten die Daten auf interaktiven Bildschirmen genauer betrachtet und im Kontext des eigenen Besuchs gedeutet werden.

Fazit & Ausblick

Die Landesgartenschau stellte ein geeignetes Schaufenster dar, um diverse IoT-Anwendungsfälle einem breiten Publikum vorstellen zu können. „Uns ist es als Team der Landesgartenschau zusammen mit der bnNETZE GmbH gelungen, das Schaufenster Landesgartenschau zu nutzen und unseren Besucherinnen und Besuchern aus der trinationalen Region zu zeigen, welche Möglichkeiten durch den Einsatz der IoT-Sensorik entstehen und wie diese Arbeitsprozesse auf dem Gelände (und zukünftig auch in Kommunen) optimieren“, betont Andrea Leisinger, Geschäftsführerin der Landesgartenschau 2022.

Neben der Präsentation der Use Cases unterstützten diese vor allem auch die Betreiber der Landesgartenschau. So hebt Andrea Leisinger hervor: „Mit dem Einsatz der IoT-Sensorik auf dem Gelände der Landesgartenschau konnten wir die Transformation von einer traditionellen Landesgartenschau hin zu einer digitalen und innovativen Landesgartenschau erfolgreich anstoßen. Sie bot unseren Mitarbeitenden eine wertvolle Unterstützung bei der Optimierung verschiedenster Abläufe“.

Die hier besprochenen IoT-Anwendungsfälle stellen nur einen kleinen Teil des IoT-Portfolios der bnNETZE dar. Das Feedback der kommunalen Vertreterinnen und Vertreter bestätigt, dass alle gewünschten Anwendungsfälle abgedeckt werden konnten und dass die bnNETZE bereit sind, aus einer Kommune eine Smart City oder Smart Village zu machen, das Mehrwerte für alle Beteiligte schafft.

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Energiewirtschaftlich relevante Daten – Lockerung der SMGW-Pflicht?

Hintergrund – Energiewirtschaftliche relevante Daten (ERD) und das iMsys

Die Debatte zur Einbaupflicht intelligente Messsysteme (iMsys) für die einzelnen Sparten und Anwendungsfälle der Energiewirtschaft ist vermutlich eine der am Meistdiskutierten innerhalb der Branche. Je nach Sicht und Argumentationsweise hat dies oft zu einer munteren Debatte geführt, wann denn nun wirklich ein Pflichteinbau vorliegt, wie z. B. beim Thema Wärmemengenzähler und der FFVAV im Fernwärmebereich zu beobachten war. Um generell mehr Klarheit und Investitionssicherheit zu schaffen, wurde die BNetzA bevollmächtigt zu definieren, welche Daten aus technischen oder sicherheitstechnischen Gründen zwingend über ein SMGW laufen müssen. Hierzu hat die Beschlusskammer 6 der BNetzA einen Entwurf veröffentlicht, welcher aktuell zur Diskussion steht. Maßgeblich für die verpflichtende Verwendung eines iMsys soll daher sein, ob energiewirtschaftlich relevante Daten (ERD) übermittelt werden.

In diesem Zuge sind alle Marktteilnehmer bis Ende September aufgerufen, kurzfristig Stellung zu dem Entwurf des Papiers der BNetzA zu nehmen. Im Rahmen des Blogbeitrags greifen wir das Thema auf, geben einen Einblick in den jetzigen Stand des Entwurfs und verschaffen einen Überblick. Hierzu werfen wir zuerst einen Blick auf die Definition energiewirtschaftlich relevanter Daten und schauen im Anschluss auf die Auswirkungen der einzelnen Sparten.

Energiewirtschaftlich relevante Daten – Definition

Der Begriff der „energiewirtschaftlich relevante Daten“ (ERD) gründet auf den gesetzlichen Vorgaben, insbesondere des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) und des Messstellenbetriebsgesetzes (MsbG). Wesentlicher Bestandteil ist hier der § 19 Abs. 2 MsbG, welcher besagt, dass „Abrechnungs-, bilanzierungs- und netzrelevante Mess- und Steuerungsvorgänge der Sparten Strom und Gas […] wegen ihrer Bedeutung für die Funktionsfähigkeit und Integrität des Energiesystems bei Vorhandensein eines intelligenten Messsystems nach § 2 Satz 1 Nummer 7 [MsbG] nur über dieses und dessen gesichertes Netzwerk mit einem Weiterverkehrsnetz abgewickelt werden“.

Somit gelten alle Daten aus Strom- und Gasnetzen als energiewirtschaftlich relevante Daten, wenn diese zu Abrechnungs-, Steuerungs-, bilanzierungs- oder netzrelevanten Zwecken genutzt werden. Allgemein definiert die BNetzA, dass an allen Netzanschlusspunkten für Messeinrichtungen Strom und Gas, die am Netzübergabepunkt verbaut sind, energierelevante Daten vorliegen, wenn diese:

  • Es sich um Abrechnungsdaten zur Netzentnahme handelt
  • Abrechnungsdaten und Daten zur Ist-Einspeisung in das Stromnetz oder
  • Netzzustandsdaten handelt.

Allerdings existieren wie immer in der Energiewirtschaft bestimmte Ausnahmen, wann ein SMGW nicht verwendet werden muss, z. T. auch für Sparten, welche wir im Folgenden betrachten wollen.

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Energiewirtschaftlich relevante Daten – SMGW-Einbaupflicht

Eine wesentliche Erkenntnis des Entwurfs ist, dass die Beschlusskammer der BNetzA sich bei der Definition energiewirtschaftlicher relevanter Daten sich auf das EnWG und MsbG bezieht. Berücksichtigt man den Geltungsbereich der beiden Gesetze, stellt man schnell fest, dass sich diese nur auf die Sparten Strom und Gas (inklusive Wasserstoff) beziehen. Dies bedeutet, dass die Sparten Wasser, Wärme und Kälte nicht betroffen sind. Im Zuge einer Mehrspartenauslesung müssen die Werte der Messtechnik nicht über ein SMGW übertragen werden. Eine Einbaupflicht besteht für diese Sparten somit nicht!

Des Weiteren ist in der Sparte Strom zu differenzieren zwischen den Begriffen des Submeterings und der Untermessung. Handelt es sich um einen bilanzierungsrelevanten Unterzähler, ist dieser über ein iMsys auszulesen, da diese als energiewirtschaftlich relevante Daten eingestuft werden. Handelt es sich hingegen um einen reinen Verrechnungszähler ohne Bilanzierungsrelevanz, muss kein iMsys verwendet werden. Hierdurch könnten Zähler im Submetering von Mieterstrommodellen über alternative Kommunikationstechniken ausgelesen werden. Genauso wäre damit der Betrieb von Zählern mit alternativen Techniken zum iMsys möglich, wenn diese für ein internes Energiemanagement verwendet und nicht zu Abrechnungs- und Bilanzierungszwecken genutzt werden.

Weitere Ausnahmen liegen in der Sparte Strom vor, wenn der Gesetzgeber einen anderen Übermittlungsweg zum Transport der Daten vorschreibt. Dies ist u. a. im § 74a Abs. 2, 4 EEG vom Letztverbraucher bzw. Anlagenbetreiber an den Netzbetreiber der Fall.

Anders sieht dies hingegen bei Steuerungsvorgaben aus, welche auf dem EEG, EnWG oder EnSiG beruhen. Hier übertragene Daten werden immer als energiewirtschaftlich relevante Daten definiert. Dies umfasst die Steuerung von Verbrauchseinrichtungen oder Anlagen, Vorgaben zur Begrenzung des Verbrauchs oder Einspeiseleistung am Netzübergabepunkt.

Eine Klarstellung erfolgt außerdem im Bereich der Abrechnung von Ladepunktmesswerten zur ladevorgangsscharfen bilanziellen Zuordnung von Energiemengen zu Bilanzkreisen. Diese Daten werden grundsätzlich als energiewirtschaftlich relevante Daten eingestuft, obwohl die Ladesäulenverordnung nach § 3 Abs.6 LSV besagt, dass nicht jeder Abrechnungsvorgang für eine Bilanzierung bei einem Elektromobil relevant ist, sondern lediglich „nur diejenigen Mess- und Steuerungsvorgänge, die im Sinne des einschlägigen energiewirtschaftlichen Fachrechts zum Zweck der Netz- und Marktintegration der Ladepunkte bilanzierungs-, abrechnungs- oder netzrelevant sind“.

Energiewirtschaftlich relevante Daten – Abgrenzung betriebliche Daten

Gerade Betreiber von Anlagen oder größeren Verbrauchseinrichtungen dürften in der Praxis Schwierigkeiten haben, wann es sich um energiewirtschaftlich relevante Daten handelt und wann um eigene, betriebliche Daten. Hierfür sieht der Entwurf der Beschlusskammer eine Abgrenzung z. T. anhand von Beispielen vor. Betriebliche Daten können entweder über die PKI-Struktur des iMsys oder über weitere WAN-fähige Netze übermittelt werden. Grundsätzlich gilt aber, dass es sich bei betrieblichen Daten um die Daten des Betreibers einer Kundenanlage oder einer EEG-Anlage handelt, welche im Verantwortungsbereich des Betreibers liegen. Bei der Bereitstellung an Dritte ist somit das aktuell geltende Datenschutzrecht einzuhalten. 

Nach den Beispielen der Beschlusskammer zählen u. a. folgende Beispiele zu den betrieblichen Daten:

  • Daten aus dem SMGW für den Anschlussnutzer – „Daten, die der Anschlussnutzer vom SMGW nach Authentifizierung und Autorisierung durch das SMGW erhält, sind betriebliche Daten […]“.
  • Daten von Sensoren / Messeinrichtungen des Anlagenbetreibers – „Daten von Sensoren und Messeinrichtungen der Sparten Strom und Gas, die nicht für energiewirtschaftliche Zwecke verwendet werden, sondern innerhalb der Kundenanlage beispielsweise vom Anschlussnutzer/Anlagenbetreiber für eine Prognose oder ein Energiemanagement hinter dem Netzanschlusspunkt verwendet werden, sind als betriebliche Daten einzustufen.“
  • Daten zur Ferndiagnose/Fernwartung der Anlage – „Daten zur Ferndiagnose/Fernwartung von Anlagen (z. B. Anlagenstatus und Logs) liegen im Zuständigkeitsbereich des Anlagenbetreibers und gehören zu den betrieblichen Daten.“
  • Software und Konfigurationsdaten von steuerbaren Einrichtungen (Anlagen) sowie Mess- und Zusatzeinrichtungen – „Software und Konfigurationsdaten von steuerbaren Einrichtungen (Anlagen) sowie Mess- und Zusatzeinrichtungen in Zuständigkeit des Anlagenbetreibers fallen unter den Begriff der betrieblichen Daten.“

Fazit

Der Entwurf der Beschlusskammer 6 der BNetzA bedeutet auf den ersten Blick vielleicht eine Lockerung der iMsys-Einbaupflicht, da die Sparten Strom und Gas ausschließlich im Fokus des Entwurfs liegen. Im Kern dürfte der Entwurf jedoch eine Klarstellung sein für das Energiewirtschaftsrecht, welches schon heute gilt. Weder das EnWG noch das MsbG betrachten die Sparten Wasser, Wärme und Kälte, allerdings dürfte die Aussage der BNetzA, dass keine energiewirtschaftlich relevanten Daten in diesen Sparten vorliegen, noch einmal Investitionssicherheit erzeugen, genauso die Aussage, dass für interne Zwecke (nicht abrechnungs- und bilanzierungsrelevant) wie z. B. Submetering bei Mieterstromprojekten oder die Zählerauslesung von Energiemanagementsystemen keine Übertragung über ein SMGW erfolgen muss, auch wenn dies natürlich technisch möglich sein soll.

Allerdings dürfte gerade im Bereich der Fernwärme im Zuge der FFVAV es hilfreich sein, dass die BNetzA Daten aus Wärmemengenzählern nicht als energiewirtschaftlich relevante Daten einstuft, wenn diese über alternative Kommunikationsnetze (Bsp. LoRaWAN, NB-IoT, Mioty etc.) übertragen werden.

Natürlich bleibt die finale Version abzuwarten, da es sich um eine Konsultationsfassung der BNetzA handelt, jedoch dürfte der Trend des Papiers klar sein, in den Sparten Wärme, Kälte und Wasser mehr Flexibilität zuzulassen, um die Digitalisierung stärker zu befeuern. Die BNetzA legt somit einen wesentlichen Grundstein für das IoT-Metering in der Energiewirtschaft.

App-basierte IoT-Lösung CityLink ab sofort bei den Stadtwerken Münster im Einsatz

Münster, 09.06.2022  Das Softwareunternehmen opwoco aus Schöppingen hat vor rund zwei Jahren gemeinsam mit items aus Münster ein prototypisches IoT-Projekt für die Stadtwerke Solingen umgesetzt. Dies stellte die Grundlage für die App-basierte IoT-Softwarelösung CityLink dar. Zusammen mit den Stadtwerken Münster hat opwoco CityLink seitdem weiterentwickelt und inzwischen zur Marktreife geführt. Als weiteren Meilenstein setzen die Stadtwerke und Stadtnetze Münster nun Ihre CityLink-Instanz produktiv.

Konkret werden Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Stadtwerke und Stadtnetze Münster CityLink nun dazu einsetzen, das Fernwärmenetz in Münster zu monitoren und durch Alarmierung bei Wassereintritt in Fernwärmeschächte sofort reagieren zu können. Auch die Energieerzeugung in den dezentralen Blockheizkraftwerken im gesamten Stadtgebiet überwachen sie mit CityLink, um bei Problemen schnell einzugreifen. Außerdem sind weitere Anwendungsfälle aktuell in der Erprobung. So soll zukünftig die Belastung von Niederspannungsschränken der Stadtnetze Münster kontrolliert und analysiert werden. Die Abfallwirtschaftsbetriebe Münster (AWM) wollen die Füllstände von Müllbehältern via CityLink und der dazugehörigen App überwachen und auswerten.

Fabian Röttgering, Innovationsmanager bei den Stadtwerken Münster, ist überzeugt: “Wir können mit CityLink verschiedene Fälle abdecken, ohne jeweils eine andere Software nutzen zu müssen. So haben wir ein flexibles Tool für interne Prozesse, vor allem im technischen Bereich, aber auch für Partner, denen wir damit eine Plattform für die effektive Nutzung unseres LoRaWAN-Netzes bieten .” Laut Stefan Kohake aus dem IT-Management der Stadtwerke Münster existieren bereits weitere Ideen für die Anwendung von CityLink – beispielsweise im Facility-Management, als Park-App für Rollstuhlfahrerplätze oder im sogenannten Reallabor Nieberding, das die Stadtwerke gemeinsam mit der Stadt Münster betreiben.

Grundsätzlich bietet die IoT-Software- und App-Lösung CityLink die Möglichkeit, aus einem LoRaWAN-Netz ein eigenes Geschäftsmodell zu entwickeln und alle verbundenen Sensoren oder Gebäudestrukturen zentral zu verwalten. Die Lösung wird hierfür an die zentrale IoT-Plattform (niota) der items angebunden, welche auch die Stadtwerke Münster als Basis nutzen. Durch die eigene Server- und Datenbank-Instanz je CityLink-Kunde ist für optimalen Datenschutz und Performance gesorgt.

Die zugehörige CityLink-App ist nativ für iOS und Android entwickelt und eignet sich als idealer Begleiter für Mitarbeiter im Feld. Hierüber erfolgt zum Beispiel die einfache Kopplung von Sensoren, die Verwaltung von Alarmkonfigurationen, die Anzeige unterschiedlicher Sensordetails sowie die Sensorverortung auf einer Karte. Die Anwendungsmöglichkeiten vereinfachen somit auch das sogenannte Workflow-Management, sprich das eigentliche „Ausrollen“ einer Vielzahl an Sensoren durch den technischen Außendienst. Die Sensoren können direkt via App angelegt und mit Eigenschaften versehen werden und so in die dahinterliegende IoT-Plattform (z.B. niota, The Things Network) importiert werden. Zusätzlich erhält der Nutzer je nach persönlichen Einstellungen Alarme und Warnungen als Push-Benachrichtigungen in der App oder als E-Mails.

„Ein besonderer Dank geht an items und die Stadtwerke Münster“, so Tobias Heinrich, Geschäftsführer der opwoco GmbH. „Ziel war es von Anfang an, die Kunden mit in die Produktentwicklung einzubeziehen. Durch das Feedback aus Münster konnten wir unsere Lösung so weit optimieren, dass CityLink künftig bei quasi jedem Stadtwerk einsetzbar ist. Auf Basis der Zusammenarbeit wird aber auch stetig an weiteren Funktionen und Verbesserungen gearbeitet,“ erläutert Tobias Heinrich.

Über den App-Entwickler opwoco

Die opwoco GmbH ist ein Full-Service App-Dienstleister aus dem Münsterland. opwoco entwickelt individuelle, mobile B2B-Lösungen für den Mittelstand. Dabei liegt der Schwerpunkt in der Entwicklung von Mobile Apps, Schnittstellen und Software-Backends. Gewerbekunden setzen auf die Apps von opwoco, um Betriebsprozesse zu optimieren oder auch Industriemaschinen mit mobilen Endgeräten, wie Smartphone oder Tablet, zu verknüpfen. Aber auch als mobiles Marketing- oder Vertriebsinstrument sind die Apps gefragt, um Marke und Image von Produkten und Firmen nachhaltig zu stärken. Hier setzen bereits mehrere Unternehmen aus der Energiewirtschaft auf die Lösungen von opwoco.

Aufbauend auf der langjährigen Erfahrung begleitet opwoco Kunden als Partner bei der App-Entwicklung, von der App-Idee und -Konzeption, dem App-Design und der Programmierung, der App-Distribution über die App Stores bis hin zum App-Marketing, der App-Analyse und dem langfristigen Support.

Über den IT-Dienstleister items

Die items GmbH & Co. KG, mit Hauptsitz in Münster und vier weiteren Standorten, ist ein Beteiligungsunternehmen mehrerer Stadtwerke. Das Unternehmen bietet den IT-Infrastrukturbetrieb, die Einführung, Betreuung und Weiterentwicklung von Anwendungssystemen und Prozess-Services an. Zudem unterstützt items viele Stadtwerke bei der Digitalisierung von Städten und Regionen.


Redaktionskontakt

items GmbH & Co. KG
Andreas Müller
Hafenweg 7
48155 Münster
Telefon: +49 251 20 83-1124
Mail: a.mueller@itemsnet.de  

IoT-Plattformen als nächster Entwicklungsschritt der IoT-Landschaft

In diesem Blogbeitrag beleuchten wir zuerst die Grundlagen der IoT-Technologie sowie anschließend die Anforderungen an moderne IoT-Plattformen als zentrales System zur übersichtlichen Darstellung von IoT-Daten.

IoT-Anwendungen in der Energie- und Versorgungsbranche entwachsen immer mehr ihren Kinderschuhen. Stadtwerke haben unlängst die Mehrwerte der Technologie für sich entdeckt und entwickeln ihr Produktportfolio aktiv in eine vernetzte Zukunft. So stieg die Zahl der Stadtwerke, die die IoT-Technologie als „sehr relevant” einstufen, im Vergleich der Jahre 2020 und 2021 um 12 % (Stadtwerke Studie 2021; BDEW und EY). Mit der Ausweitung der IoT-Anwendungsfälle wächst gleichzeitig die entstehende Datenmenge. Bei Stadtwerken betrifft dies längst nicht mehr nur die Einspeisung, den Netzbetrieb und Smart Meter, sondern auch immer neue Anwendungsfälle im Umfeld Smart City.

Um all die neuen IoT-Daten zu erfassen, zu verarbeiten und wertschöpfend zu verwenden, sind neue Ansätze und Prozesse notwendig. Auf einen deutlich schnelllebigeren Markt kann dank weitläufiger Datengrundlagen ebenso schnell reagiert werden. Durch optimierte Prozesse können Ineffizienzen lokalisiert und behoben werden. Ökonomische, personelle sowie Umweltressourcen können optimiert genutzt werden. Um das volle Wertschöpfungspotenzial zu nutzen, sollten diese Daten aber nicht nur erhoben werden, sondern auch zur Verarbeitung und weiterführenden Nutzung an einem zentralen Ort bereitgestellt werden.

IoT-Potenziale für die Energiewirtschaft

Internet of Things (IoT) bezeichnet ein Netzwerk von Geräten, Anlagen oder Systemen, die über das Internet miteinander verbunden sind. Dabei steht die Machine-to-Machine-Kommunikation im Vordergrund, also eine Verbindung direkt zwischen den beteiligten Geräten, ohne dass ein Mensch aktiv in die Kommunikation und Prozesse involviert ist. Dem IoT kommt bei der Digitalisierung in diversen Bereichen eine zentrale Rolle zu, da bei der erzeugten Datenmenge eine prozessual automatisierte Verarbeitung der einzelnen Daten unumgänglich ist.

IoT ist dabei technologieunabhängig definiert und führt so zu einem Potpourri an diversen Protokollen, Übertragungstechnologien, Hardwarelösungen und Integrationsplattformen. Dies ist hinsichtlich der Historie relevant, da sowohl ältere Datenanbindungen als auch neue Systeme eingebunden werden, die dementsprechend auf unterschiedlichen technischen Grundlagen basieren. Um verschiedensten Anforderungen aus technischer, regulatorischer oder wirtschaftlicher Sicht gerecht zu werden, existieren mehrere aktuelle Technologien parallel. So können für jeden Anwendungsfall die geeigneten Sensoren und Übertragungsprotokolle genutzt werden.

Um die IoT-Mehrwerte für Stadtwerke zu verdeutlichen, eignet sich als Beispiel das Versorgungsnetz. Die typischen topologischen Gegebenheiten bei Versorgungsnetzen führen dazu, dass für einen gesamtheitlichen Überblick Daten nicht nur zentral an einer Anlage, sondern dezentral an einer Vielzahl von kleinen Messpunkten erhoben werden müssen. Hieraus folgt zum einen eine große Menge unterschiedlicher Systeme, die über unterschiedliche Technologien und Schnittstellen digitalisiert werden müssen. Zum anderen ist bei weitläufigen Netzen die Erreichbarkeit sowie die Spannungsversorgung für potenzielle Messsysteme ein kritischer Faktor, der eine Digitalisierung im Vergleich zu anderen Bereichen bedeutend komplexer macht.

Welche Funktion erfüllen IoT-Plattformen?

IoT-Plattformen sind das zentrale Bindeglied im Zusammenhang mit dem Internet of Things. Hier werden alle Daten aus den verschiedensten Bereichen zusammengeführt, sodass ein zentrales System einen Überblick sowie den Zugriff auf die Gesamtheit der erhobenen IoT-Daten und Geräte liefert. In der Energiewirtschaft können das Daten aus den Erzeugungsanlagen, aus den Netzen oder sogar Hausübergabestationen sein. Über die Energiewirtschaft hinaus, z. B. auf kommunaler Ebene im Smart City-Kontext, lassen sich noch viele weitere Use-Cases auf einer IoT-Plattform einbinden. Eine Auswahl diverser Use-Cases haben wir euch im Blogbeitrag LORAWAN-ANWENDUNGSFÄLLE – EIN 360°-SCHNELLDURCHLAUF zusammengestellt.

Neben der Konnektivitätsfunktion ist das Konzept des digitalen Zwillings ein zentraler Baustein, um Potenziale des Internet of Things weitreichend auszunutzen. Dabei wird ein Abbild einer physischen Komponente erstellt. Dieses Abbild wird mit den erhobenen Daten diverser Datenquellen angereichert. So lassen sich viele Sensoren einem Asset zuordnen und beliebig kombinieren. Ein digitaler Besprechungsraum kann so Raumklimadaten eines Sensors mit den Informationen über die Belegung des Raumes von einem anderen Sensor vereinen.
Diese Unabhängigkeit von konkreten physischen Sensoren führt dazu, dass bedeutend komplexere Strukturen abgebildet werden können und auch bei einer Veränderung der Datenquelle, wie z. B. durch einen Austausch eines Sensors, historische Daten und ihre Strukturen weiterhin erhalten bleiben.

Die IoT-Plattform stellt also die zentrale Datendrehscheibe im IoT-Universum dar, über die alle IoT-Daten gesammelt, aufbereitet, zum Teil visualisiert und weiterverteilt werden. Daraus ergeben sich mehrere Anforderungen, die für einen produktiven Einsatz gegeben sein müssen.

Anforderungen an eine IoT-Plattform

Neben der Unabhängigkeit von Sparten und Bereichen ist es relevant, dass Daten aus diversen Übertragungstechnologien und Quellen in IoT-Plattformen integriert werden können. Hierbei spricht man von einer Herstellerneutralität in Bezug auf die Hardware und einer möglichen Interoperabilität. Nur wenn alle IoT-Daten aus verschiedenen Anwendungen in der IoT-Plattform zentral gespeichert werden, bietet die Plattform einen realen Mehrwert, um Insellösungen zu vermeiden, ganzheitliche Datenauswertungen und -weitergaben zu ermöglichen sowie ein zentrales System für Geräte- und Systemmonitoring und Betrieb sicherzustellen. Hier ist insbesondere die Anbindung von Standardschnittstellen ein zentraler Punkt, der zu bedienen ist.

Neben den universellen Dateneingangskanäle ist es ein ebenso integraler Bestandteil einer ganzheitlichen Lösung, Daten über standardisierte Schnittstellen aus IoT-Plattformen heraus weiterzuleiten.  Vornehmlich in der Energiewirtschaft gibt es bereits viele bestehende Prozesse, die auch mit Daten aus der Plattform angereichert werden können oder sollen. So werden beispielsweise Zählerdaten für Abrechnungen, Zustandsmeldungen in Leitwarten oder jegliche Daten in Fachsystemen benötigt.

Mit der IoT-ERP-Bridge stellen wir eine Lösung bereit, um die Zählerdaten von der IoT-Plattform direkt in bestehende Abrechnungssysteme zu integrieren. Im letzten Blogbeitrag zur IoT-ERP-Bridge erklären wir ausführlicher, wie die Gestaltung der Schnittstelle und die Verbindung beider Systeme funktionieren kann.

Andere Anwendungsfälle erfordern anstelle der Weiterleitung von Daten in andere Fachsysteme die unmittelbare visuelle Darstellung. Oft wird die Visualisierung auf einer hohen Abstraktionsebene benötigt.   In der Regel ist ein anfängliches Dashboarding gefordert, um Anwendungsfälle und Anlagen auf einen Blick überwachen zu können. Auch ein Alerting bei Überschreitung von Grenzwerten ist auf Ebene einer IoT-Plattform für eine erste Überwachung sinnvoll, gerade wenn die Funktion der Sensorik überprüft werden soll.

Neben dem rein funktionalen Umfang der IoT-Plattformen ist auch die Bedienbarkeit ein wichtiges Kriterium.  Gerade im IoT-Umfeld haben die potenziellen Nutzer nicht gezwungenermaßen einen IT-Hintergrund, sodass die Plattform als Low- oder No-Code-Software umgesetzt sein sollte. Die grundsätzlichen Funktionalitäten sollten auch ohne tiefere Programmierkenntnisse über eine grafische Oberfläche bedient werden können.

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Zusammenfassung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine IoT-Plattform ein Puzzleteil einer größeren (IoT-) Landschaft ist. Als zentrale Datendrehscheibe verbindet sie Sensordaten diverser Übertragungstechnologien, bereitet diese auf, verknüpft unterschiedliche Datenpunkte, visualisiert und leitet Daten zur weiteren Verarbeitung an angeschlossene Systeme weiter.

IoT-Plattform

In der obigen Abbildung ist eine potenzielle Architektur schematisch dargestellt.

Die IoT-Plattform entfaltet erst dann ihr vollständiges Potenzial, wenn die erhobenen Daten in weitere Fachanwendungen weitergeleitet werden und in möglichst vielfältiger Weise genutzt werden. Sei es beispielsweise im Kontext einer urbanen Datenplattform, die neben vielen IoT-Daten auch weitere Daten sammelt und zur Verfügung stellt, damit weitere Akteure eben diese Daten nutzen und Mehrwerte heben können. Oder die Verwendung der Daten in Systemen, die durch Algorithmen oder mit künstlicher Intelligenz Effizienzen der Energienetze steigern und einen nachhaltigeren Umgang mit Ressourcen ermöglichen. Des weiteren beispielsweise auch die Integration in bestehende Fachapplikationen zu Zwecken des Monitorings, Alerting, Reporting oder der Abrechnung. Oder eben die Visualisierung im Smart City-Umfeld: Parkplätze, Müllcontainer, Besucherzahlen, Umweltdaten oder zahlreiche andere Anwendungsfälle. Je breiter und vielfältiger das Internet of Things Mehrwerte generiert, desto besser ist auch die IoT-Plattform als Herzstück dieser Architektur.

Bei Fragen zu diesem Blogbeitrag meldet euch gerne. Wenn euch der Artikel gefallen hat, abonniert gerne unseren Blog.

Kundentag Digitale Netze

Die Digitalisierung der Versorgungswirtschaft und unserer Städte und Kreise schreitet im großen Tempo voran. Es gilt, die Energiewende zu unterstützen, dem Klimawandel zu begegnen und unsere Städte und Stadtwerke effizienter und lebenswerter zu gestalten. Am Kundentag „Digitale Netze“ der items wollen wir zusammen mit euch und DIGIMONDO Projekte und Lösungen aus der Stadtwerkewelt in den Vordergrund stellen und nach zwei Jahren endlich wieder in den persönlichen Austausch kommen.

Wir legen den Fokus auf Projekte aus der Praxis. Keine Hochglanzfolien, sondern zeigen, was funktioniert und Mehrwerte generiert. Ob LoRaWAN als Basis für die Digitalisierung der Brunnenpegelmessung in Krefeld oder Machine Learning für eine Optimierung der Fernwärmeerzeugung in Iserlohn oder einer Deep-Dive Session zur Digitalisierung der Ablesung von Zählern. 

Wir freuen uns euch am 9. Juni 2022 im Atlantic Hotel in Münster von 13:00 bis 17:45 Uhr begrüßen zu dürfen.

Die Teilnahme ist kostenfrei. Im Anschluss der Veranstaltung laden wir euch ein, zum gemeinsamen Abendessen im hoteleigenen Restaurant.

Agenda

Main Track

13:00 – 13:30 UhrBegrüßung & Strategischer AusblickAlexander Sommer | Bereichsleiter Digitale Netze & Innovation, items
13:30 – 14:00 UhrStrategieupdate und Produktroadmap – DigimondoJonas Thiel | Leiter Business Development, Digimondo
14:00 – 15:00 UhrFast-Track – Praxisprojekte 
14:00 – 14:15 UhrErfahrungsbericht kooperativer Netzausbau im Kreis Borken – IoTBORBernhard Herwing | IT-Leiter,  Stadtwerke Gronau
14:15 – 14:30 UhrFFVAV – Erfahrungsbericht Massenrollout LoRaWAN Wärmemengenzähler in OberhausenTim Perk | Übertragungstechniker, Oberhausener Netzgesellschaft mbH
14:30 – 14:45 UhrEinführung einer IoT integrierten App für den technischen AußendienstStefan Kohake | IoT-Manager, Stadtwerke Münster
14:45 – 15:00 UhrDigitale Stichtagsablesung – Rollout bei enercityStefan Lindner | Enercity AG
15:00 – 15:30 UhrCoffee Break 
15:30 – 16:00 UhrAlles klar zur Wärmewende? Praxisbericht aus IserlohnDennis Betzinger | Leiter Innovationsmanager, Stadtwerke Iserlohn & Christian Wessel | Product Owner & Squad Lead Tech, items   
16:00 – 17:00 UhrFast Track – Praxisprojekte 
16:00 – 16:15 UhrTrafostationsmonitoring mit LoRaWANJörg Laskowski | Netzbetrieb, Enervie Vernetzt, items
16:15 – 16:30 UhrBrunnenpegelmessung – Projektbericht zum flächendeckenden Rollout im VersorgungsgebietKristof Kamps | Teamleiter Technologien und Standards, NGN Netzgesellschaft Niederrhein & Michael Hermes, Chapter Lead IoT, items    
16:30 – 16:45 UhrUrban Data Platform – Basis einer digitalen Stadt von Morgen?Martin Kuppelmayr | Leiter IoT und Urban Data, Stadtwerke Osnabrück Netz   
16:45 – 17:00 UhrCivitas Connect –  Bericht aus der Arbeitsgruppe „Straßenbeleuchtung“Mitglied Arbeitsgruppe & Ralf Leufkes | Geschäftsleiter, Civitas Connect e.V.   
17:00 – 17:15 UhrCoffee Break 
17:15 – 17:45 UhrMaschinelles Lernen und KI-Algorithmen in der Energiewirtschaft: Welchen Wert haben IoT-Daten?Dr. Mark Feldmann | Chapter Lead Data Science, items   
17:45 – 19:00 UhrAbendessen im „The Room“ 

Deep Dive

15:30 – 16:15 UhrDigimondo – Deep Dive für die neue Generation der Geräte- und Datenverwaltung in der Digimondo Suite mit virtuellen Geräten und Digital TwinsMichel Dietz | Product Owner, Digimondo  & Hubertus Aumann | Chapter Lead Customer, items   
16:15 – 17:00 UhrVom Zähler bis in die Abrechnung – Wo sind die Knackpunkte? Wie sieht der Gesamtprozess aus? LoRaWAN? NB-IoT?Bernhard Lang | Technischer Lösungsarchitekt & Product Owner, items   

Hygienekonzept

Um Ihre Gesundheit nach bestem Gewissen zu schützen und gleichzeitig ein möglichst persönliches Wiedersehen zu ermöglichen, findet die Veranstaltung in Anwendung der 2G-Plus Regelung statt. Bitte bringen Sie dazu Ihren Impfnachweis (nach der vollständigen Immunisierung sind mindestens 2 Wochen vergangen) und einen tagesaktuellen Schnelltest mit zur Veranstaltung. 

Durch die Einhaltung der 2G-Plus Regel entfällt die Pflicht, eine medizinische Maske auf der Veranstaltung zu tragen.

IoT-ERP-Bridge-APIs – Wie funktioniert eine reibungslose Integration der IoT-ERP-Bridge in bestehende Systeme?

In unserem letzten Blogbeitrag haben wir euch bereits gezeigt, wie eine Middleware-Komponente aussehen kann, die die beiden Systemwelten Internet of Things (sensor-/aktororientiert) und Informations-Technologie (beleg-/transaktionsorientiert) auf unkomplizierte Weise miteinander verbindet. Mit einer IoT-ERP-Bridge ist eine Vielzahl sensor- und messdatenbasierter Anwendungsfälle abbildbar. So lassen sich per IoT fernausgelesene Sensor- und Zählerstände für Wasser- und Fernwärmezähler, Lastgangimporte für Mieterstrom, Ablesungen für Ladestrom oder Kenngrößen zur Überwachung von Umspannungseinheiten an IT-Systeme übertragen und dort weiterverwenden.

Damit sich diese Anwendungsfälle auch kostengünstig und auf einfache Weise in die vorhandene System- und Prozesslandschaft integrieren lassen, bedarf es herstellerunabhängiger und fachlicher REST-Schnittstellen, die für die Nutzung in verschiedenen IT-Systemen konzipiert sind. Für die oft genutzten Backend-IT-Systeme von SAP, das Enterprise-Resource-Planning (SAP-Core) und die Industrielösung für Versorgungsunternehmen (SAP IS-U), braucht es darüber hinaus flexible ABAP-Software-Bausteine, die von Kunden bereitgestellt oder mit kleinen Anpassungen eingesetzt werden können.

Die items stellt diese Schnittstellen und Software-Bausteine zur Verfügung. Unterstützt werden dabei die Prozesse Ablesung und EDM Profilwerte-Import in das SAP IS-U. Daneben sind die einzelnen Bausteine so konzipiert, dass eine Anpassung hinsichtlich kundenindividueller Stammdatenkonstrukte und eine Prozessintegration ohne weiteres durchgeführt werden kann. In diesem Blogbeitrag wollen wir genauer auf die Funktionsweise der IoT-ERP-Bridge eingehen.

Fachliche REST-APIs

Grundsätzlich verfolgt die IoT-ERP-Bridge einen API-basierten Ansatz (API-first Approach). Dadurch wird sichergestellt, dass alle bereitgestellten Funktionalitäten über webbasierte REST-Schnittstellen in unterschiedlichen Client-Anwendungen, wie zum Beispiel dem IT-Abrechnungssystem von SAP oder einem anderen Hersteller, integriert und genutzt werden können. So brauchen Anwenderinnen und Anwender aus dem Fachbereich ihre gewohnte Systemumgebung nicht verlassen und die Systemnutzung lässt sich in die gelebten Prozessabläufe der Ablesevorbereitung, Ableseergebnisbearbeitung und Abrechnung vollständig integrieren.

Für das Beispiel der IoT-ERP-Bridge heißt dies: Für den Fachbereich in der Ablesung tritt der Übermittlungskanal der Messergebnisse in den Hintergrund.  Ob die Ablesung durch Ableser, Dienstleister, ZfA, Kundenselbstablesung oder durch IoT fernausgelesen wurde, ist für viele Prozessschritte bei der Bearbeitung und Nutzung von Ablesungen unerheblich.

Der Übermittlungskanal ist für den Fachbereich nur sichtbar, sofern sich aus der Nutzung des Übertragungskanals spezifische Aufgaben ergeben. Ein Beispiel hierfür ist die Verknüpfung des Zählwerks auf Stammdatenebene mit dem relevanten IoT-auslesenden Sensor oder die Überwachung der Messwertübermittlung durch die IoT-Sensoren. Dies sind einige der wenigen zusätzlichen Aufgaben, die sich durch die Integration fernausgelesener IoT-Zähler ergeben.

Der API-basierte Ansatz über REST-Services ermöglicht es aber auch, andere Applikationen oder Benutzeroberflächen einzubinden. So kann auch ein Tabellenkalkulations-Programm auf die Daten und Funktionen der IoT-ERP-Bridge über die API zugreifen. Die Daten aus dem Web-Service können dann übersichtlich in dem Tabellenkalkulations-Programm für Personen bereitgestellt werden, die nicht täglich mit dem SAP zu tun haben. Dies kann zum Beispiel für das Monitoring der Messwerte genutzt werden, in dem die Kennzahlen zur Messwertübermittlung aller Zähler tabellarisch dargestellt werden.  So können defekte Sensoren erfasst und deren Reparatur oder Austausch veranlasst werden.

Die Web-Service API umfasst dabei folgende hauptsächliche Daten und Funktionen:

  • Die Übergabe der Messwerte aus einer oder mehreren IoT-Plattformen
  • Bereitstellung von Mess- und Ersatzwerten (Einzelwerte und Profile) für IT-Systeme
  • Übermittlung und Abfrage von Stammdaten (Messlokation, Serialnummer, OBIS-Kennziffer etc.)
  • Monitoring

Prozess-Integration in ein SAP IS-U am Beispiel der Stichtags-/Turnusablesung

Über die oben genannten API-Schnittstellen lassen sich per IoT ausgelesene Mess- und Sensorwerte in die Prozesse SAP IS-U-Ablesung, SAP IS-U EDM-Profil und SAP PM-Messbelegverwaltung integrieren.

Voraussetzung dafür ist, dass auf Ebene der Stammdaten der Zähler, bzw. im SAP-Core das Equipment, in Verbindung zum messenden Sensor (Sensor ID) und des gemessenen Wertes (Sensorvariable) gesetzt wird. Im SAP IS-U-Stammdatenmodell ist dies auf verschiedenen Wegen möglich, zum Beispiel durch die direkte Verknüpfung von Sensorvariable und Zählwerk in einer zusätzlichen Zuordnungstabelle, über die Abbildung der Sensoren als Geräte oder Geräteinfosätze, die in die Anlagen eingebaut und über Geräte- und Zählwerksbeziehungen miteinander in Beziehung gesetzt werden. Die vorkonfigurierten ABAP-Bausteine bieten die Möglichkeit, die Beziehung direkt in der Transaktion zur Pflege des Geräts oder Geräteinfosatzes zu hinterlegen.  Darüber hinaus ergibt sich kaum weiterer Konfigurationsbedarf für die Nutzung via IoT-ausgelesener Zählerablesungen.

Die Ablesevorbereitung erfolgt dann weiter wie gehabt. Dabei sollte organisatorisch nur darauf geachtet werden, dass die Ableseaufträge für die per IoT ausgelesenen Zähler nicht unnötigerweise an Ableser bzw. Ablesedienstleister übergeben werden. Dies kann über die Zuordnung zu neuen Ableseeinheiten organisatorisch umgesetzt werden. Die eigentliche Auslesung dieser Zähler, bzw. die Übermittlung des Ableseergebnisses, erfolgt über einen zeitgesteuerten Report, der die ausstehenden Ableseergebnisse aus der IoT-ERP-Bridge abfragt und diese dann, sofern vorliegend, als echte gemessene Werte oder als von der IoT-ERP-Bridge erstellte Ersatzwerte im SAP IS-U als Ableseergebnisse verbucht. Die weiteren Prozessschritte, wie das Bearbeiten der plausiblen bzw. nicht plausiblen Ableseergebnisse bis hin zur Abrechnung oder Bereitstellung eines Ableseergebnisses für eine Verbrauchsinformation, erfolgen innerhalb der bereits dafür vorhandenen Programmschritte ohne Anpassung an der Software.

Modulare ABAP-Bausteine für die SAP-Integration

Die für die Prozess-Integration der IoT-ERP-Bridge notwendigen REST-Services und Programmmodule für die Abfrage, Aufbereitung und Verbuchung der Messwerte stellt die Items dabei gebrauchsfertig als ABAP-Transport zur Verfügung.  Dies umfasst Klassen für die Kommunikation mit der IoT-ERP-Bridge, die Erweiterungen für die Geräte- und Geräteinfosätze-Transaktion sowie Reports für die Verbuchung von Ableseergebnissen und Lastprofilen, Statistikauswertungen und die Übertragung von Stammdaten.

Daneben können die einzelnen Bausteine aber auch in eigenen Integrationsszenarien als Vorlagen genutzt und individuell angepasst werden. Gerne unterstützen wir dabei auch mit Beratung oder Entwicklung.

Fazit

Die Fernauslesbarkeit von Zählern ist für einige Energieprodukte notwendige Vorbedingung und wird vom Gesetzgeber wie im MsbG und in der FFVAV zunehmend gefordert. Auch wenn die Entscheidung über einheitliche Technologien zur konsistenten Übermittlung von Messwerten über alle Energiesparten und -produkte noch aussteht, stellt die Übertragung der Messwerte über LoRaWAN und NB-IoT auch für eine mögliche Übergangszeit in eine Zieltechnologie eine kostengünstige Alternative zur derzeitigen Fernauslesbarkeit über intelligente Messsysteme dar. Die vorgestellte IoT-ERP-Bridge bietet hierzu die passende und einfach umgesetzte Komponente für die Integration in die Abrechnung.

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Wie geht es dem Aasee? – Praxisprojekt Hack(a)Tonne: Ein Rückblick und Erfahrungsbericht

Das wird in Münster so schnell niemand vergessen: Im Sommer 2018 sorgte ein Zusammenspiel verschiedener zeitgleich auftretender Faktoren für eine derart geringe Sauerstoffkonzentration im Wasser des Aasees, dass es zu einem großen Fischsterben kam.  Über 20 Tonnen tote Fische wurden gesammelt und entsorgt, die Bürger waren entsetzt über das Ausmaß dieser Katastrophe.

Auch Michael Hermes von der items GmbH machte sich Gedanken und brachte beim Münsteraner Hackathon im Oktober 2018 eine Idee ein, die ein dauerhaftes Monitoring des Aasees ermöglichen soll. Im August 2020 wurde die Idee seiner Messeinheit gemeinsam mit der Stadt Münster realisiert und ergänzt seitdem das bestehende manuelle Monitoring um unersetzliche Live-Informationen über den Aasee und seinen Zustand. Wir haben mit Michael Hermes gesprochen und blicken zurück auf 16 Monate Hack(a)Tonne: Wie gut hat das Projekt funktioniert? Wie geht es dem Aasee jetzt? Und sollten weitere Maßnahmen in Betracht gezogen werden, um den Aasee auch weiterhin langfristig unterstützen zu können?

Der Aasee

Der alte Aasee wurde ursprünglich als Stausee geplant. Primäres Ziel war der Schutz der Münsteraner Innenstadt vor Hochwasser. Darüber hinaus sollte der See in Trockenzeiten der Versorgung der innerstädtischen Aa mit Wasser zum “Durchspülen” des Flussschlauches dienen. Die Münstersche Aa wurde bis Ende des 19. Jahrhunderts nämlich als offener Abwasserableiter genutzt, was dementsprechend zu Geruchsbelästigungen führte und die Verbreitung von Krankheiten förderte. Der alte See diente an zweiter Stelle der Freizeitgestaltung: dem Ruder- und Segelsport sowie als öffentliches Schwimmbad. An dritter Stelle stand die ästhetische Bereicherung des Stadtbildes.

Beim Bau des neuen Aasees standen dann die Themen Naherholung und Freizeitnutzung an erster Stelle, da sich die Themen Überschwemmungsschutz und Abwasser durch den Bau des alten Aasees und separater Abwasserkanäle bereits erledigt hatten.

Der Aasee ist also ein künstlich von Menschenhand geschaffenes Gewässer zur Naherholung, allerdings aufgrund der geringen Tiefe, des geringen Wasseraustauschs sowie des erhöhten Nährstoffeintrags ein äußerst sensibles System. Aufgrund des technisch überprägten Ausbauzustands existieren nur sehr wenige hochwertige Lebensräume für Wasserpflanzen und Tiere am Seegrund. Die Sauerstoffproduktion übernimmt im Wesentlichen das Phytoplankton, also Grünalgen und häufig entsprechende Cyanobakterien, auch bekannt als Blaualgen.

Cyanobakterien im Aasee

Die hohe Nährstoffbelastung ist ein Grund dafür, dass man im Aasee nicht schwimmen gehen sollte. Zudem befinden sich zeitweise größere Mengen an Cyanobakterien im See. Sie können bei Körperkontakt Hautallergien auslösen und bei Verschlucken einer größeren Menge sogar zu Leber- und Nervenschäden führen.

Außerdem können Cyanobakterien mehrere Millimetergroße Kolonien (Microcystis) oder Fadenbündel (Anabaena, Aphanizomenon) bilden, die für Zooplankton (Kleintieren) wegen ihrer Größe nicht filtrierbar und damit auch nicht nutzbar sind. Da es in europäischen Gewässern neben dem Zooplankton aber keine anderen natürlichen Konsumenten gibt, die Phytoplankton fressen, ist die produzierte Biomasse nach dem Absterben nur für den bakteriellen Abbau zugänglich. Dieser ist mit einem hohen Sauerstoffverbrauch verbunden.

Aufgrund ihrer Vorliebe für höhere Wassertemperaturen kommt es vor allem in den warmen Sommermonaten zu einer Massenentwicklung der Cyanobakterien. Darüber hinaus besitzen die Cyanobakterien die Fähigkeit, Stickstoff aus der Atmosphäre aufzunehmen. Wenn nach einem Grünalgenwachstum also der Stickstoff im Wasser bereits größtenteils von Grünalgen umgewandelt wurde, können sich Cyanobakterien dennoch weiter vermehren.

Im Sommer 2018 führte eine extreme, langanhaltende Hitzewelle im Zusammenspiel mit ausbleibenden Niederschlägen und Windstille zu sehr hohen Wassertemperaturen im oberen Toleranzbereich der vorkommenden Fischarten. In Kombination mit der seeweiten, von Cyanobakterien dominierten Algenblüte und einem extrem hohen Fischbestand führten diese Faktoren zu einem temporären Zusammenbruch des Sauerstoffhaushaltes, dem unzählige Fische zum Opfer fielen.

Monitoring des Aasees

Um laufend aktuelle Informationen über den Zustand des Aasees zu erhalten, hatte Michael Hermes im Rahmen des Hackathon 2018 die Idee der Hack(a)Tonne entwickelt. Ursprünglich war eine Boje angedacht, die mit umfassender Messtechnik ausgestattet ist und mithilfe der LoRaWAN-Technologie höchst energieeffizient relevante Daten an ein IoT-System zur Speicherung, Verarbeitung und Visualisierung bereitstellt. Bei kritischen Messwerten sollten automatisiert entsprechende Meldungen per SMS und Mail verschickt werden.

Diese Pläne wurden mit der Stadt Münster und Peter Overschmidt, dem Pächter des Aasees, diskutiert. Die Idee wurde von beiden Parteien befürwortet, allerdings wies Herr Overschmidt auf die Gefahr von möglichem Vandalismus hin. Schlussendlich wurde die Idee einer Messboje verworfen. Stattdessen wurde mit Unterstützung der Stadt Münster und der Segelschule Overschmidt die Installation der Messtechnik am Ende eines in den Aasee reichenden Stegs vorgenommen. Durch diese Änderung versprach man sich eine Sicherheit vor Vandalismus, gute Erreichbarkeit für Reinigung und Wartung der Sensorik und eine Stromversorgung von Land.

Am 12.08.2020 erfolgte dann die abschließende Installation der Messeinheit, bestehend aus einem UiT LogTrans IoT (Spannungsversorgung, Logger, Datenfernübertragungseinheit per LoRa), einem UiT MSM-IoT Compact (Multiparametersonde) und einem TriOs Lisa UV (optisches Messsystem), allesamt von der Firma UiT Dresden konzipiert, geliefert und in Betrieb genommen.

Diese Messeinheit liefert in einem Zeitintervall von 15 Minuten Werte zur Sauerstoffkonzentration, Wassertemperatur, pH-Messung, Chlorophyll-Konzentration, Cyanobakterien-Entwicklung und Trübung des Wassers. Das System läuft seit 16 Monaten sehr zuverlässig und hat bis Mitte November in Summe schon ca. 49000 Datenpakete übertragen. Außerdem hat die Messeinheit augenscheinlich beim Nestbau geholfen (siehe Foto).

Innerhalb der verantwortlichen Abteilungen der Stadt Münster werden die Messdaten über eine Grafana-Visualisierung regelmäßig geprüft. Bei kritischen Werten erfolgen Warnmeldungen per Mail an die verantwortlichen Mitarbeiter.

Ebenfalls werden die Daten per MQTT-Schnittstelle an die Webportale der Smart-City-Stabstelle der Stadt Münster weitergeleitet und ermöglichen damit den MünsteranerInnen den Zugriff auf wesentliche Informationen.

Zusätzlich werden die Daten im Open-Data-Portal zur Verfügung gestellt.

Integration alter Messtechnik

Im September 2021 fielen die im Jahr 2018 von der Stadt Münster installierten WTW-Systeme, die im alten und neuen Aasee bisher Sauerstoff und Temperatur ermittelten, aufgrund der Abschaltung der 3G-Funkfrequenz aus. Ad hoc wurde überprüft, ob die Systeme die analogen Daten über eine „Lora Bridge“ ebenfalls in das bereits genutzte IoT-System übergeben können.

Die Umsetzung erfolgte über eine entsprechende Comtac LPN LoRa Bridge, die sowohl die analogen Signale als auch die Versorgungsspannung des WTW-Systems verarbeiten kann. Nach ausgiebigen Tests erfolgte kurzfristig die Installation am Aasee. Somit war das Monitoring auch hier wieder gesichert. Ein zweites WTW-System wurde bereits im IoT-Labor umgebaut, ist einsatzbereit und wartet auf den Einbau zum Start der Mess-Saison im April 2022.

Entwicklung des Aasees

Bereits kurze Zeit nach dem Fischsterben im Jahr 2018 sorgten nach Auskunft der Stadt Münster vor allem Grünalgen für die Normalisierung der Sauerstoffverhältnisse im Aasee. Besonders bemerkenswert ist, dass im Frühjahr 2019 erstmals eine Massenentwicklung von Zooplankton im Aasee beobachtet werden konnte. Diese Kleintiere ernähren sich von Phytoplankton und sorgen damit als Filtrierer auf natürlichem Wege dafür, dass die Algenpopulation gering bleibt. Diese Entwicklung führte dazu, dass eine Massenentwicklung von Cyanobakterien im Jahr 2019 völlig ausblieb. Bis dato konnte dieses Phänomen im Aasee noch nicht beobachtet werden.

Anfang des Jahres 2020 befand sich der Aasee zunächst noch immer in einem guten Zustand. Die Monitoringwerte wiesen aber bereits im April 2020 eine hohe Algenentwicklung, begleitet von hohen Sauerstoffkonzentrationen und -sättigungswerten sowie einer relativ geringen Sichttiefe von lediglich 50 cm aus. Der Anteil der Blaualgen war zu diesem Zeitpunkt mit etwa 5 – 10 % noch gering. Grund für diese Entwicklung war das erneut sehr trockene Frühjahr mit ausgeprägten Sonnenscheinperioden insbesondere im März und April.

Eine sehr ähnliche Entwicklung war auch bis Anfang Juni 2021 festzustellen. Insgesamt zeigte das Phytoplankton eine nur moderate Ausprägung; Cyanobakterien kamen nur untergeordnet vor. Gleichwohl gab es eine hohe Sauerstoffversorgung, auch direkt über dem Seegrund. Die Sichttiefe reichte im neuen Aasee sogar bis 130 cm. Ein Grund dafür ist die sichtbare Zunahme von Zooplankton, das die Ausbreitung von Algen und damit die Trübung reduziert.

Nutzung der Daten

Sämtliche Messdaten werden durch die Stadtverwaltung geprüft, überwacht und verwaltet. Das Datenmanagement dient zum einen einer verlässlichen, langfristigen Dokumentation des Zustands des Aasees, zum anderen fließen diese Daten als wesentliche Grundlage in ein Interventionsmanagement im Gefahrenfall ein. Die Überschreitung einzelner Grenzwerte führt nicht zwingend zu einer kritischen Situation im See. Problematisch ist vielmehr ein zeitgleiches Auftreten unterschiedlicher ungünstiger Verhältnisse, wie es auch im August 2018 der Fall war.

Im Frühjahr 2020 hat die Stadt Münster zwölf Belüftungsgeräte beschafft. Die Geräte sorgen durch Umwälzung des Wassers für eine Durchmischung der unteren sauerstoffärmeren mit den oberen sauerstoffreicheren Wasserschichten sowie für eine Anreicherung mit Luftsauerstoff. Zeichnen sich die als kritisch definierten Werte ab bzw. ist über das System eine Alarmmeldung eingegangen, werden die Belüftungsgeräte unmittelbar im See installiert, um einem Zusammenbruch des Sauerstoffhaushalts vorzubeugen.

Erfolgsgeschichte für den Aasee

Nach 16 Monaten im Betrieb lässt sich festhalten, dass die eingesetzten Mess- und Übertragungssysteme zuverlässig 365 Tage im Jahr arbeiten. Die erhobenen Daten werden höchst effizient und verschlüsselt für ein kontinuierliches Monitoring bereitgestellt. Regelmäßige Wartungen sind bei hydrologischen Messsystemen unerlässlich und sorgen dafür, dass der sich entwickelnde Biofilm auf den Sensoren die Messwerte nicht verfälscht.

Die installierten Systeme ergänzen sowohl manuelle Messungen zur Verifizierung der Dauermessung sowie entsprechende Laboruntersuchungen. Die gesammelten Daten werden Forschungseinrichtungen und interessierten BürgerInnen zur Verfügung gestellt und haben sich mittlerweile als wichtiges Werkzeug für die verantwortlichen MitarbeiterInnen der Stadt Münster etabliert, die mehrmals täglich die Daten überprüfen.

Durch das automatisierte Messen der Wasserqualität des Aasees wird die Qualität und Quantität der gesammelten Daten weiter verbessert und steigert darüber hinaus die Effektivität der Monitorings durch die Stadtverwaltung. Die Entnahme von Gewässerproben durch MitarbeiterInnen wird ergänzt durch eine kontinuierliche Messung der Umweltdaten, so dass die Stadt Münster rund um die Uhr über die Wasserqualität des Aasees informiert ist und sich informieren kann. Verschlechterungen der Wasserqualität des Aasees werden frühzeitig identifiziert und ermöglichen es, entsprechende Maßnahmen zur Sicherung des aquatischen Lebensraumes zu ergreifen. Das Projekt leistet somit sowohl einen Beitrag zum Klima- und zum Tierschutz als auch zur Sicherstellung des beliebten Freizeit- und Naherholungsraums.

Optimierung der Messungen

Die aktuell eingesetzte Sensorik allein kann den Aasee schlussendlich nicht retten. Das System ist durch den stationären Aufbau nicht in der Lage, Aussagen über den gesamten Aasee zu treffen. Es wird nur ein kleiner Teil des Aasees überwacht.

Eine mobile Station, welche die kontinuierliche Überwachung von Gewässerparametern ermöglicht, ist für die Beantwortung weitergehender Fragestellungen absolut notwendig. Beispielsweise bei der Überwachung der Auswirkung der Belüfter oder bei der Suche nach anaeroben Zonen im See aufgrund von Sedimenteinflüssen oder anderen Faktoren.

Das Messnetz muss also erweitert und in erster Linie mobiler werden, um an verschiedenen Stellen des Aasees entsprechende Langzeitmessungen durchführen zu können. Es ist durchaus denkbar, dass die initial angedachte Messboje, der das Projekt Hack(a)Tonne seinen Namen zu verdanken hat, doch noch zum Einsatz kommt.

Vielmehr geht es aber darum, das Gesamtkonzept der Stadt Münster, bestehend aus verschiedenen Maßnahmen wie z. B. den Belüftungssystemen für die Schaffung von Überlebenszonen, einer nachhaltigen Befischung des zu hohen Fischbestands, einem geänderten Fischbesatz mit Raubfischen, der Renaturierung von Uferzonen und der Verringerung des Nährstoffeintrags fortzuschreiben und sukzessive umzusetzen. Weitere Sensorik, wie z. B. eine Wetterstation auf dem Gebäude A2 sind in Planung. Damit stellt das Messkonzept einen wesentlichen Baustein des Handlungskonzepts zur Stabilisierung des Aasees dar.

Abschließend lässt sich festhalten, dass das Projekt Hack(a)Tonne durch die sehr konstruktive Zusammenarbeit aller Beteiligten eine innovative und nachhaltige Lösung bildet, die bereits erste positive Effekte zu verzeichnen hat. Auf diesem Erfolg sollten wir uns jedoch nicht ausruhen und stetig dafür Sorge tragen, dass der Aasee auch zukünftig eines der schönsten Wahrzeichen Münsters bleibt.

Dieser Artikel entstand in Zusammenarbeit mit der Umweltbehörde & Amt für Mobilität und Tiefbau der Stadt Münster.

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Praxisprojekt LoRaWAN-Pegelsonden: Intelligente Wasserwirtschaft sammelt Daten für die Versorgungsicherheit

Heißere Sommer, sinkende Flusspegel und eine zunehmende Knappheit des Trinkwassers sind klassische Probleme, denen sich Trinkwasserversorger in den letzten Hitzesommern stellen mussten und die durch den fortschreitenden Klimawandel sicherlich häufiger auftreten werden. Hierbei steht jeder Trinkwasserversorger vor der Herausforderung, die Versorgung auch unter der Zunahme dieser erschwerten Bedingungen sicherzustellen. Diesbezüglich stellt sich die Frage, wie das Ziel der Versorgungssicherheit von Trinkwasser auf operativer Ebene langfristig garantiert werden kann. Viele Experten sind sich diesbezüglich einig, dass die Wasserwirtschaft digitaler und smarter werden muss. Was dies konkret bedeutet, bleibt meist jedoch offen. Als erster Baustein für eine bessere Datenbasis und zur Analyse der Auswirkungen des Klimawandels auf die Trinkwasserreserven und Grundwassermessstellen haben sich die Energie- und Wasserversorgung Rheine GmbH und items GmbH in einem Praxisprojekt zur Überwachung der Grundwassermessstellen mittels LoRaWAN-Pegelsonden zusammengeschlossen. Auf die Einzelheiten des Projekts und erste Projektergebnisse wollen wir mit diesem Blogartikel eingehen.

Wie bei vielen anderen LoRaWAN- und IoT-Projekten stand hier jetzt nicht mehr die technische Erprobung der reinen Hardware im Vordergrund, vielmehr sollten eine höhere Stückzahl von LoRaWAN-Pegelsonden verbaut und die Daten zur Optimierung des operativen Betriebs genutzt werden. Durch die Fernauslesbarkeit der Grundwassermessstellen sollten zum einen die monatlichen analogen Ablesungen vor Ort obsolet werden, zum anderen sollte eine größere Datenbasis generiert werden, mit dem Ziel, die Transparenz im Trinkwasserbereich zu steigern. Das Praxisprojekt LoRaWAN-Pegelsonden umfasst allerdings nicht nur eine Ausstattung der Grundwassermessstellen mit entsprechender Sensorik, sondern auch eine Visualisierung der Messergebnisse in Grid Insight: Water, dem Softwaretool der items GmbH zur Optimierung der Wasserwirtschaft. Dieses bietet nicht nur eine Visualisierung der übertragenen Messwerte, sondern auch eine Prognose der Pegelstände für die nächsten Tage, um Auswirkungen auf sich verändernde Grundwassermessstellen frühzeitig erkennen zu können.

Praxisprojekt LoRaWAN-Pegelsonden: Die eingesetzte Messtechnik

Ausgangsbasis für das Projekt stellte die Auswahl geeigneter Messtechnik dar, die eine Übertragung der Messwerte per LoRaWAN unterstützt. Da die gemessenen Daten der Grundwassermessstellen in den operativen Betrieb überführt werden sollten, wurde auf Messtechnik im Profibereich von der Firma UIT zurückgegriffen.  Konkret handelt es sich um den Wasserstandsrecorder WR-IoT compact mit LoRaWAN und integriertem Pegellogger. Die Pegelsonde der Firma UIT kann für unterschiedliche Wassersäulen bis 100 m Tiefe eingesetzt werden und ist in verschiedenen Schutzklassen von IP65 bis IP68 verfügbar. Zusätzlich zur Höhe des Pegelstandes ist eine Messung der Wassertemperatur möglich. Der integrierte Speicher des Datenloggers umfasst 512 MB, so dass ca. 1 Millionen Datensätze gespeichert werden können. Die Spannungsversorgung kann laut Herstellerangaben über vier 1,5 V Alkaline-Batterien oder zwei 3,6 V Lithium-Batterien erfolgen. Im Projekt wurden jeweils zwei in Reihe geschaltete 5200 mAh, 15 A, 3,6 V Lithium-Akkus eingesetzt. Optional besteht die Möglichkeit, die Sendequalität des LoRaWAN-Moduls durch eine externe Antenne zu steigern.

Für das Projekt wurden 10 Messeinheiten an netzkritischen Punkten installiert und in das LoRaWAN-Netz der RheiNet GmbH, einer Tochtergesellschaft der EWR, integriert. Da das LoRaWAN-Netz der RheiNet GmbH bereits deutlich ausgebaut ist, wurden ausschließlich Pegelsonden eingesetzt, die LoRaWAN unterstützten. Die Auswahl von alternativen Kommunikationstechnologien, die bei der UIT-Pegelsonde möglich sind, war somit nicht erforderlich.

Praxisprojekt LoRaWAN-Pegelsonden: Anforderungen an die Daten

Für die spätere Prognose der Grundwasserpegelstände und die Visualisierung der Messergebnisse für das Praxisprojekt LoRaWAN-Pegelsonden galt es die Anforderungen an den Datenbedarf zu definieren. Hierfür erfolgen die Messungen in 5/6/10 m Tiefe in einem zeitlichen Intervall von 6 Std. Als Messdaten werden die Wassersäule über der Messeinheit, der Abstich (Oberkante Pegelrohr zur Grundwasseroberfläche), die Temperatur des Grundwassers, die Temperatur der Datenübertragungseinheit/-speicher sowie die Versorgungs-/Batteriespannung erhoben. Die Messreihen sollen mindestens einmal täglich übermittelt werden. So liegt bereits eine höhere Datenbasis vor als bei der vorherigen monatlichen Messung vor Ort.

Da sich die Häufigkeit der Datenübertragungen pro Tag auf den Energieverbrauch und somit die Lebensdauer der verbauten Batterien auswirkt, wurde vor Installation der Messtechnik eine Analyse im IoT-Labor der items GmbH durchgeführt. Im IoT-Labor konnten ca. 20.000 Messungen/Datenübertragungen realisiert werden. Dies würde bei 4 Messungen am Tag einer Laufzeit von 10 Jahren entsprechen. Hier sind aber noch die Faktoren Alterung, Selbstentladung und niedrige Temperaturen zu berücksichtigen. Bei einer Laufzeit von 10 Jahren wäre eine ausreichende Lebensdauer der Messtechnik sichergestellt, um nicht permanent einen Wechsel der Akkus durchführen zu müssen. Durch die Messung der Daten in 6-Stunden-Intervallen soll perspektivisch die Datenmenge ausreichen, um eine Prognose des Grundwasserstandes auf Tagesebene umsetzen zu können.

Praxisprojekt LoRaWAN-Pegelsonden: Sicherstellung der Konnektivität

Eine Herausforderung in LoRaWAN-Praxisprojekten ist die Sicherstellung einer ausreichenden Konnektivität der Messtechnik zum LoRaWAN-Gateway. Hierfür bestehen unterschiedliche Möglichkeiten, um die Sendeleistung der Messtechnik zu steigern. Neben der Veränderung des Spreading-Faktors, die allerdings die Anzahl der übermittelbaren Nachrichtenpakete negativ beeinflussen kann, besteht die Einsatzmöglichkeit einer optionalen Antenne oder spezieller Verschlusskappen.

Für das Praxisprojekt LoRaWAN-Pegelsonden wurde vor Ort eine Messung der Netzabdeckung an den jeweiligen Montagestandorten durchgeführt. Hier bestand bei allen Standorten eine Mindestkonnektivität, da das LoRaWAN-Netz der RheiNet GmbH bereits umfangreich ausgebaut wurde. Allerdings gab es große Unterschiede in der Empfangsqualität in Abhängigkeit von den Jahreszeiten. Die Messung zur Feststellung der Empfangsqualität fand in Q1 2021 statt, wohingegen die Montage in Q3 2021 erfolgte. Durch das Wachstum der Sträucher und Bäume wurde die Empfangsqualität an den Installationsstandorten deutlich verschlechtert, weswegen der Einsatz optionaler Antennen zwingend notwendig war. Durch die Ergänzung weiterer externer Puk-Antennen bestanden jedoch hinsichtlich der Konnektivität weniger Probleme.

Die technische Architektur im Detail

Für die Digitalisierung, Messung, das Monitoren und der Entwicklung der Prognose sind im Praxisprojekt LoRaWAN-Pegelsonden nicht nur der Einsatz von Messtechnik und der Aufbau eines LoRaWAN-Netzes erforderlich, sondern auch der Aufbau der entsprechenden IT-Architektur. Im vorliegenden Fall wurde wie bereits erwähnt die Messtechnik der Firma UIT eingesetzt. Das LoRaWAN-Netz besteht in diesem Fall aus mehreren Outdoor-Gateways des Herstellers Multitech. Die übertragenen Daten werden an die IoT-Plattform der items GmbH weitergeleitet, die von den Stadtwerken Rheine/EWR/TBR genutzt wird. Dort findet eine Entschlüsselung und Aufbereitung der Daten statt. Durch ein integriertes Dashboard ist auch direkt ersichtlich, welche Messsysteme (keine) Informationen senden und wie der Status der Spannungsversorgung einzuordnen ist. 

Von dort aus erfolgt eine Weiterleitung der Daten an das Tool Grid Insight: Water der items GmbH, das die EWR nutzen. Die Daten werden hierfür über eine Webhook-Schnittstelle an einen Azure-Digital-Twin weitergereicht, der von Grid Insight: Water zur Visualisierung, Prognose und Analyse der Daten genutzt wird. Die Daten der Messtechnik zur Überwachung der Pegelsonden werden zum einen genutzt, um den Fachbereich eine Visualisierung der Pegelstände auf einen Blick sowie das Erreichen kritischer Schwellwerte anzuzeigen. Zum anderen fließen die zusätzlichen Informationen mit in den Algorithmus zur Prognose des Trinkwasserbedarfs, verbunden mit einer Produktionsoptimierung ein. Eine Prognose der Brunnenpegelstände selbst befindet sich noch in Arbeit, da hierfür noch eine ausreichende Erhebung von Daten über einen längeren Zeitraum erforderlich ist.

LoRaWAN in der Wasserwirtschaft – ein Ausblick

Die Digitalisierung und Überwachung von Grundwassermessstellen mit Messtechnik stellt nur einen Baustein zur Transformation der Wasserwirtschaft für die Anpassung der Herausforderungen gegen den Klimawandel dar. Hier bietet Grid Insight: Water mit der Prognose des Trinkwasserbedarfs, der Überwachung von Grundwassermessstellen und der Leckage-Erkennung erste Bausteine. Perspektivisch sind jedoch weitere Anwendungsfälle in Planung, deren Daten und Informationen in Grid Insight: Water zur Optimierung des operativen Trinkwassernetzbetriebs beitragen sollen.

Hierzu zählen u. a. laufende Projekte im Bereich des Grünflächenmonitorings, um den Wasserbedarf von Grünanlagen frühzeitig einplanen zu können und Lastspitzen im Wassernetz zu senken. Gleiches gilt für die Feuchtigkeitsmessung von Äckern, wobei auch eine Analyse der chemischen Zusammensetzung hinsichtlich Schadstoffen möglich ist, um die Wasserqualität gerade in Trinkwasserschutzgebieten zu gewährleisten. Ebenso ist eine Erweiterung von Grid Insight: Water im Bereich der Abwasserwirtschaft geplant. So können Regenrückhaltebecken oder andere kritische Assets wie Kleinstpumpwerke überwacht werden.

Insgesamt bietet der Bereich der Wasserwirtschaft ein großes Anwendungs- und Optimierungspotenzial, das es zum einen zur Steigerung der Effizienz zu erschließen gilt und zum anderen, um die eigene Wasserwirtschaft auf die Herausforderungen des Klimawandels vorbereiten zu können. Der Blogbeitrag zum Praxisprojekt LoRaWAN-Pegelsonden spiegelt hierbei einen Baustein für ein mögliches Umsetzungsszenario wider.

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Praxisbericht – Wertstoffhof ohne Warten

Eben mal kurz die Gartenabfälle und den Stuhl, auf den sich Tante Erna bei Ihrem letzten Besuch gesetzt hat und der daraufhin zusammengebrochen ist, zum Wertstoffhof bringen und dann weiter zum Familientreffen. Die Öffnungszeiten sind bekannt, also ab ins Auto und auf in Richtung Wertstoffhof. Und wie immer, wenn man gerade keine Zeit hat, tritt Murphys Gesetz in Kraft. Vor der Einfahrt zum Wertstoffhof stauen sich die Autos der Einwohner, bis auf die angrenzende Bundesstraße. Dabei möchte man doch direkt auf den Wertstoffhof, ohne Warten zu müssen.

Was sich wie ein Einzelschicksal anfühlen mag, ist ein weitverbreiteter Fall. Sucht man bei Google nach „Stau vor dem Wertstoffhof“ kommen seitenweise Einträge von Lokalzeitungen zu den Stau-Situationen auf den Zufahrtsstraßen der Wertstoffhöfe. Die Stadtwerke München riefen am 02. November 2020 sogar dazu auf, nur bei unaufschiebbarem, dringenden Entsorgungsbedarf vorbeizukommen.  

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Monitoring des Staus vor dem Wertstoffhof

Auf der Suche nach einer Lösung, um den Rückstau vor Wertstoffhöfen zu reduzieren, haben wir gemeinsam mit den Technischen Betrieben Rheine und der RheiNet GmbH eine Lösung entwickelt, die das Warten vorhersehbar und vermeidbar macht. Seit Anfang Juni findet sich auf der Website der Technischen Betriebe Rheine eine Warteschlangenanzeige, die grafisch den Stau vor der Einfahrt des Wertstoffhofes anzeigt und eine geschätzte Wartezeit angibt.  

Für den Wertstoffhof in Rheine besteht, wie für viele andere Höfe auch, die besondere Herausforderung darin, dass der Wertstoffhof in Rheine nicht über eine gesonderte Zufahrt verfügt, sondern die angrenzende Straße gleichzeitig die Zufahrt zum Wertstoffhof bildet. Da somit nicht ausschließlich Besucher des Wertstoffhofs den betrachteten Bereich passieren, sondern ebenfalls alle anderen Verkehrsteilnehmer, gestaltete sich das Vorhaben deutlich schwieriger als bei Betrachtung einer separaten Spur. Einerseits durfte die eingesetzte Technologie kein Hindernis für Verkehrsteilnehmer, wozu natürlich auch Motorrad und Fahrradfahrer gehören, darstellen und andererseits musste unterschieden werden, ob ein Fahrzeug wartet oder nur die Straße entlangfährt. Auch der Kosten-Nutzen-Faktor sollte natürlich beachtet werden.  

Intelligente Warteschlangenanzeige mit LoRaWAN

Nachdem die Rahmenbedingen definiert wurden, sollte im folgenden Schritt die passende Sensorik ermittelt werden. Für den ersten Test sollte ein Parksensor verbaut werden, der in seiner eigentlichen Bestimmung dafür konzipiert ist, die Belegung von Parkplätzen aus der Ferne zu monitoren. Der Sensor erfasst durch eine Veränderung des Erdmagnetfeldes eine Statusänderung und so, ob ein Fahrzeug über dem Sensor steht oder nicht. Der Testdurchlauf mit zunächst einem verbauten Sensor hat ergeben, dass darüberfahrende Fahrzeuge mit einer innerörtlichen Regelgeschwindigkeit nicht vom Sensor erfasst werden. Fahrzeuge, die nicht für den Wertstoffhof anstehen, werden nicht von der Sensorik gemessen und fließen schlussendlich nicht mit in die Warteschlangenanzeige ein. Die Sensoren wurden durch die Technischen Betriebe Rheine in die Straße eingelassen, um keine Gefahr für Zweiradfahrer darzustellen. Bei der Montage bestand die Herausforderung die richtige Einbautiefe sicherzustellen, um die Messfähigkeit der Sensoren zu erhalten.  

Die Parksensoren übermitteln ihren Status per LoRaWAN an einen für die Anwendung notwendigen LoRaWAN-Netzwerk-Server. Das benötigte LoRaWAN-Netz wurde durch die RheiNet GmbH errichtet und betrieben. Die in der untenstehenden Abbildung dargestellte Warteschlange wird aus den Sensordaten mittels eines dafür programmierten Algorithmus errechnet und visuell auf der Homepage der TBR dargestellt. Die angewendete Logik berücksichtigt dabei unter anderem, den Fall parkender Fahrzeuge, die nicht zur Warteschlange des Wertstoffhofs gehören, sondern beispielsweise nur zufällig auf einem Sensor abgestellt wurden oder einen Parkvorgang in der Nähe eines Sensors durchführen. 

Warteschlangenanzeige des Wertstoffhofs ins Rheine. Aktuell ca. 20 Meter also ca. 6,5 Minuten Wartezeit.
Digitale Warteschlangenanzeige auf dem Wertstoffhof in Rheine

Die Hoffnung ist es, den Stau vor dem Wertstoffhof zu verringern. „Dieser konnte an stark frequentierten Tagen zu einem Problem werden, unter anderem da sich die wartenden Fahrzeuge teilweise bis auf die Bundesstraße stauten“.  Diesem Problem erhofft man durch die neu geschaffene Möglichkeit Herr zu werden. „Auch zukünftig möchten wir in Rheine neue Technologien einsetzen, um die Stadt mit ihren angrenzenden Gebieten noch lebenswerter zu machen“ so Herr Ventker, Geschäftsführer der RheiNet GmbH. 

Ausblick

Darüber hinaus sollte nicht vergessen werden, dass die erhobenen Daten auch über die Stau-Analyse hinaus ihren Mehrwert liefern können. In Rheine werden die Sensordaten mittlerweile auch genutzt, um Rückschlüsse auf die generelle Nutzung des Wertstoffhofs zu ziehen.  

Für die Zukunft sind in Rheine schon weitere Digitalisierungsprojekte geplant, welche auf der LoRaWAN‑Technologie aufbauen. So befindet sich aktuell ein Projekt zur Umsetzung der Fernauslesbarkeit der Grundwassermessstellen per LoRaWAN statt, um eine bessere Datenbasis über die Entwicklung der Grundwasserstände zu erhalten. Die neugewonnen Informationen sollen zur Weiterentwicklung des Wassernetzes vor dem Hintergrund der neuen Herausforderungen des Klimawandels und zunehmender Hitzeperioden beitragen. Ein weiteres Projekt, welches sich derzeit in der Umsetzung befindet, ist die bedarfsorientierte Bewässerung von Blumenbeeten durch den Einsatz von Feuchtigkeitssensoren. Dies spart zukünftig Wege und Wasser durch eine effizientere Bewässerung. 

Wenn ihr Fragen oder Anmerkungen zu diesem LoRaWAN-Anwendungsfall habt, meldet euch gerne bei uns und folgt unserem Blog, wenn euch der Beitrag gefallen hat. 

FFVAV: Neue Anforderungen für Fernwärmenetzbetreiber

FFVAV – und plötzlich ist sie da

Kurz vor der Sommerpause war die FFVAV, die neue Verordnung zur Fernauslesung von Wärmemengenzählern (WMZ) und neuen Anforderungen an die Abrechnung, in aller Munde. Tiefgreifende Veränderungen mit der Verpflichtung zur Fernauslesung, der monatlichen Informationsbereitstellung sowie Anpassungen in der AVBFernwärmeV wurden angekündigt. Nach einigen Änderungswünschen des Bundesrates kam die Verordnung dann doch nicht auf die politische Beschlussagenda und geriet mit der Sommerpause und den nun anstehenden Sondierungsgesprächen der Parteien in Vergessenheit. Unerwartet von der Branche und ohne große Vorankündigung wurde die FFVAV jedoch am 4. Oktober beschlossen und trat einen Tag darauf, am 5. Oktober, in Kraft. Die neuen Regelungen für Fernwärmenetzbetreiber gelten somit unmittelbar. Inhaltliche Veränderungen wurden an dieser Stelle nicht mehr aufgenommen, sodass alle diskutierten Fristen, wie z. B. die monatliche Verbrauchsinformation, bis zum 01. Januar 2022 umzusetzen sind.

Für Fernwärmenetzbetreiber bedeutet der Beschluss der FFVAV eine große Herausforderung, welche die Ebenen der Messtechnik, der Integration in die Abrechnung, der Anpassung der Rechnungsstellung sowie der Bereitstellung der Informationen an den Kunden umfasst. Für Fernwärmenetzbetreiber stellt sich nun die Frage, welche Handlungsoptionen bestehen, um die Fristen der FFVAV bis zum Anfang des kommenden Jahres erfolgreich umzusetzen. Welche Möglichkeiten es gibt und welche zentralen Fragestellungen zu beantworten sind, soll in einem groben Abriss im Rahmen dieses Blogbeitrags beantwortet werden.

FFVAV: Worum es eigentlich geht

Als kurze Wiederholung zu bereits veröffentlichten Blogbeiträgen gehen wir noch einmal kurz auf die wesentlichen Beschlüsse der FFVAV ein. Im Kern besteht die Anforderung aus drei zentralen Bausteinen, welche verpflichtend umzusetzen sind:


Erstens nimmt die FFVAV Einfluss auf die Konnektivität und Messtechnik, da ab sofort nur noch Messtechnik verbaut werden darf, welche aus der Ferne auslesbar ist. Da dies in der Vergangenheit oft analog durch manuelles Ablesen vor Ort erfolgte, steht für Fernwärmenetzbetreiber die Auswahl der geeigneten Messtechnik an.


Zweiter Aspekt der FFVAV ist eine Standardisierung der bereitgestellten Messdaten erforderlich, welche aufbereitet werden müssen, um eine Verarbeitung im Abrechnungssystem zu ermöglichen.


Drittens ist damit eine Anpassung der Abrechnung und der Ausgestaltung der Verbrauchsinformation nach den Vorgaben der FFVAV vorgesehen. Die Bereitstellung der Verbrauchsinformation hat nach der FFVAV ab dem 01. Januar 2022 für alle fernauslesbaren Zähler kostenlos und monatlich zu erfolgen. Die Bereitstellung der Verbrauchsinformation kann postalisch (als Standard) oder auf elektronischem Wege erfolgen. Auf Wunsch des Kunden ist die unentgeltliche elektronische Bereitstellung sogar verpflichtend. Eine Umrüstung sämtlicher Wärmemengenzähler WMZ ist bis zum 31. Dezember 2026 verpflichtend umzusetzen. Ein grober Überblick der Inhalte der FFVAV ist der folgenden Grafik zu entnehmen:

FFVAV - Zentrale Änderungen im Überblick
FFVAV – Zentrale Änderungen im Überblick

FFVAV – Smart Meter Gateway (SMGW)-Pflicht: ja oder nein?

Ein wesentlicher Knackpunkt bei der Umsetzung der FFVAV ist die Auswahl und Zulassung geeigneter Messtechnik. Hier schreibt die Verordnung fernauslesbare Messtechnik vor, die nach den Vorschriften der BSI funktioniert. Da es nur die technischen Richtlinien des BSI für das Smart Meter Gateway (SMGW) gibt, liegt die Vermutung nahe, dass eine SMGW-Anbindungspflicht von WMZ an das SMGW besteht. Allerdings lassen sich Abschnitte der FFVAV sowohl in die Richtung interpretieren, dass eine generelle SMGW-Pflicht besteht oder nur dann, wenn der Kunde dies wünscht bzw. sich der Fernwärmenetzbetreiber hierfür aktiv entscheidet.

Welche der beiden Auslegungen korrekt ist und wie die genaue Auslegung in der Praxis erfolgt, wird sich in den kommenden Monaten zeigen. Am Markt sind bislang beide Varianten zu finden, sodass einzelne Häuser auf das SMGW warten oder bereits auf alternative Techniken, wie NB-IoT oder LoRaWAN, setzen.

Aus Kreisen des BSI bzw. der zuständigen Ministerien ist die grundsätzliche Tendenz zu erkennen, das SMGW zu einer Art „Energiewirtschaftlicher Bundesrouter“ weiterzuentwickeln, der alle Energiedaten sicher transportiert. Perspektivisch ist es also wahrscheinlich, dass die WMZ an das SMGW angebunden werden müssen. Hierzu haben wir eine Anfrage an das BSI mit der Bitte einer Stellungnahme zur FFVAV und der Interpretation der SMGW-Pflicht gestellt, bislang ohne Rückmeldung.

Definitiv besteht aber die Pflicht für den Kunden, welche nach § 6 MsbG (Liegenschaftsmodell) einen Anschluss des WMZ an das SMGW verlangen. Neben der noch etwas unklaren Auslegung der neuen Rechtslage besteht zudem die Frage, welche weiteren Hindernisse bei dem Einsatz der Anbindung von WMZ an das SMGW bestehen und wie mögliche Handlungsoptionen für Fernwärmenetzbetreiber aussehen können.

FFVAV: Handlungsoptionen zur kurzfristigen Umsetzung

Durch die Pflicht zum Einbau fernauslesbarer Zähler ab dem 5. Oktober 2021 ist der laufende Turnuswechsel zu unterbrechen und anzupassen. Unter Berücksichtigung der Unklarheiten bzgl. des SMGW stehen jedem Fernwärmenetzbetreiber zwei Optionen zur Verfügung, wie eine kurzfristige Umsetzung der FFVAV erfolgen kann.

In der ersten Option wartet der Fernwärmenetzbetreiber auf das SMGW bis zu dem Zeitpunkt, wo eine Anbindung technisch möglich ist. An dieser Anbindung arbeiten bereits erste Hersteller, es ist jedoch davon auszugehen, dass dies noch nicht für jeden fernauslesbaren WMZ gelten wird. Der Turnuswechsel ist so lange unterbrochen, bis die technische Anbindung realisiert werden kann. Je länger der Prozess des Wartens jedoch dauert, desto schneller muss am Ende eine Umrüstung der gesamten Messtechnik bis zum 31.12.2026 erfolgen. Hinzu kommt die Problematik, dass die Messwerte der WMZ über die sternförmige Marktkommunikation verschickt werden müssten. Es mangelt aktuell aber an den standardisierten Marktprozessen für diesen Bereich, welche bislang nur für die Sparten Strom und Gas umgesetzt wurden. So lange ist eine Abrechnung von WMZ am SMGW schwer möglich, vor allem dann, wenn es sich bei dem iMSB nicht um den eigenen MSB im integrierten EVU handelt.

Da die Erstellung von einheitlichen, standardisierten Marktprozessen selten in wenigen Wochen erfolgt, ist mit einer weiteren Verzögerung bis zum Einsatz der intelligenten Messsysteme für WMZ zu rechnen. Da viele FVU ihren jährlichen Turnuswechsel bereits durch Corona pausiert haben, würde bei einem weiteren Aussetzen des Turnuswechsels die Anzahl der WMZ mit abgelaufener eichrechtlicher Zulassung steigen. Ob diese Zähler weiterhin abgerechnet werden dürfen, ist dabei stark anzuzweifeln.

Aus diesem Grund bedarf es einer Übergangstechnologie (die ggf. zu einem späteren Zeitpunkt vollständig zugelassen werden könnte), welche das FVU einsetzen sollte, um die Anforderung der Fernauslesbarkeit der FFVAV einzuhalten und eine monatliche Bereitstellung der Verbrauchsinformationen zu gewährleisten. Sobald Klarheit über den genauen Einsatzpunkt und des Umfangs der WMZ-Anbindung an das SMGW herrscht, sowie die standardisierten Marktprozesse vorliegen, kann mit der flächenmäßigen Anbindung begonnen werden.

FFVAV – Mögliche Übergangstechnologien

Die Auswahl der geeigneten Übergangstechnologie zur Fernauslesung von WMZ sollte möglichst in die automatisierten Abrechnungsprozesse integriert werden, um den manuellen Aufwand, gerade in Anbetracht der monatlichen Bereitstellung von Verbrauchsinformationen, gering zu halten. Hierbei bietet sich an, dass der Fernwärmenetzbetreiber auf bereits bestehende Technologien, wie z. B. die Auslesung über das Mobilfunknetz oder bereits durchgeführte Innovationsprojekte im Bereich der Zählerfernauslesung, zurückgreift. U. a. sind die Technologien LoRaWAN und NB-IoT bereits mit etlichen WMZ-Herstellern kompatibel.

Gerade zu Beginn ist von einem Technologiemix auszugehen, da sicherlich bereits ein Teil der WMZ des Fernwärmeversorgers aus der Ferne ausgelesen wird. Somit stellt sich für Fernwärmenetzbetreiber die Frage, welche Technologie weiter genutzt werden soll. Aufgrund der monatlichen Verpflichtung zur Bereitstellung von Verbrauchsinformationen bietet sich das Ablesen der WMZ über Walk-by-Lösungen weniger an, da es durch die entstehenden csv-Dateien höheren manuellen Aufwand bedarf, bevor die Messwerte dem Abrechnungssystem bereitgestellt werden können. Daher empfiehlt es sich auf das bestehende Mobilfunknetz zurückzugreifen und somit bereits vorhandene Infrastruktur zu nutzen. Da viele Fernwärmenetzbetreiber über ein eigenes LoRaWAN-Netz verfügen, ist der Einsatz von LoRaWAN-WMZ in der Startphase geeignet. Verfügt der Betreiber nicht über ein LoRaWAN-Netz oder bestehen erhebliche Abdeckungslücken, so kann als Alternative auf NB-IoT zurückgegriffen werden. Kunden die bereits die IoT-Plattform von Digimondo der items nutzen können hier mit ihrem System bei der Umsetzung aufsetzen. Parallel sollte aber intern schon mit den ersten Tests zur Anbindung von WMZ an das SMGW begonnen werden, um später über die nötige Praxiserfahrung zu verfügen.

FFVAV – Beispiel einer Rolloutstrategie

Die Rolloutstrategie hinsichtlich der Messtechnik ist individuell je Fernwärmenetzbetreiber zu bewerten, wobei ein mögliches Beispiel der folgenden Abbildung zu entnehmen ist. Im vorliegenden Beispiel erfolgt ein Großteil der Messwerterhebung analog. Ein geringer Teil wird über Walk-by-Lösungen oder die bestehende Zählerfernauslese (ZFA) ausgelesen. Mit dem Start der FFVAV entscheidet sich der Fernwärmenetzbetreiber für den Einsatz von LoRaWAN- und NB-IoT-WMZ sowie dem Ausbau der ZFA. In der Übergangsphase kommen dann erste intelligente Messsysteme hinzu. Zum Ende des Rollouts besteht dann ein Technologiemix aus WMZ mit einer SMGW-Anbindung sowie dem Einsatz von LoRaWAN- und NB-IoT-WMZ über das Jahr 2026 hinaus.

FFVAV Rolloutszenario
FFVAV Rolloutszenario

Die Abrechnung der Messwerte sollte stets automatisiert erfolgen, gerade mit dem Blick auf die Pflicht zur Bereitstellung monatlicher Verbrauchswerte. Aus diesem Grund ist die Kette von der Messtechnik, über die Aufbereitung der Daten, der Bereitstellung an das Abrechnungssystem, bis hin zur Rechnungsstellung an den Kunden im Gesamten zu betrachten. Gerade bei dem Einsatz von IoT-Zählern ist die Anwendung eines Zwischensystems erforderlich, welches die Daten aus der „IoT-Welt“ in die Sprache der ERP-Systeme zur Vorbereitung auf die Verbrauchsinformation bzw. Abrechnung übersetzt. Bei der items GmbH laufen hier bereits erste Projekte mit der Einführung der IoT-ERP-Bridge, die die Messwerte aus den IoT-Zählern dem Abrechnungssystem bereitstellt.

Synergiepotentiale im Blick behalten

Auch wenn die FFVAV eine kurzfristige und große Herausforderung darstellt, welche es bis Ende des Jahres zu bewerkstelligen gilt, sollte jeder Fernwärmenetzbetreiber nicht nur das Pflichtprogramm erfüllen, sondern auch die Mehrwerte im Auge behalten. Durch die Installation von fernauslesbaren WMZ im Netz steht dem Fernwärmenetzbetreiber eine deutlich höhere Datengrundlage zur Verfügung, welche er zur Optimierung des Netzes nutzen kann. In einem vergangenen Blogbeitrag haben wir zu diesem Thema ausführlicher berichtet. Im Kern befähigt die Informationen aber eine Datengrundlage, das eigene Fernwärmenetz zu monitoren sowie bestehende Wärmemengenprognosen zu verbessern, wie auch eine höhere Effizienz des Kraftwerkparks zu gewährleisten. So kann bereits kurzfristig Primärenergie eingespart und die Kosten des Netzbetriebs gesenkt werden.

Über ein entsprechendes Projekt gemeinsam mit den Stadtwerken Iserlohn u. a. zur Optimierung von Gaslastspitzen haben wir bereits in der Heat and Power berichtet. Da die Aufwände zur Zählerfernauslesung aus Sicht der Abrechnung die Marge eines Fernwärmenetzbetreibers mittelfristig sinken lassen, sollte bereits bei der Konzeption über die Nutzung der Daten zur Netzoptimierung nachgedacht werden, um zu einem späteren Zeitpunkt die Messtechnik nicht austauschen zu müssen.

Fazit zur Vorgehensweise

Fernwärmenetzbetreiber sind in Bezug auf die FFVAV in einer misslichen Lage. Durch die Unklarheiten hinsichtlich der SMGW-Anbindungspflicht und der fehlenden Marktprozesse zur Abrechnung ist ggf. keine Umsetzung möglich, welche nach dem BSI dem Stand der Technik entspricht. Ein Warten auf die SMGW-Anbindung sowie Marktprozesse würde im Zweifel zu viel Zeit in Anspruch nehmen, sodass sich dadurch der Rollout bis Ende 2026 massiv verkürzen müsste und schließlich die Aufwände enorm steigen. Zudem besteht die Gefahr, WMZ mit einer abgelaufenen Eichfrist im Netz zu haben, da der Einbau konventioneller WMZ untersagt ist. Alternativ ergibt sich der Einsatz von Brückentechnologien, welche aber ggf. nicht den Anforderungen des BSI entsprechen, dafür aber deren WMZ fernauslesbar sind, die DSGVO erfüllen und dessen Messwerte abrechenbar sind.

Um weiter handlungsfähig zu bleiben, scheint es daher ratsam, nicht auf das SMGW zu warten, sondern für mindestens das erste Jahr den Einsatz einer Brückentechnologie zu präferieren. Wenngleich die Konnektivitätslösung in Verbindung mit den WMZ zu einem späteren Zeitpunkt durch das SMGW abgelöst werden müssen, können die WMZ mindestens bis Ende 2026 im Netz bleiben. Durch die teilweise fehlende Anbindungsmöglichkeit an das SMGW und die noch zu definierenden Marktprozesse, wäre auch eine Argumentation denkbar, dass eine SMGW-Anbindung noch nicht dem Stand der Technik entspräche, womit der Einsatz von Brückentechnologien als zulässig anzunehmen wäre.

Aus diesem Grund raten wir unseren Kunden sich schnell und aktiv mit der FFVAV auseinanderzusetzen, geeignete Messtechnik als Brückentechnologie für mindestens die nächsten 12 Monate mit der Option eines längeren Weiterbetriebes auszuwählen sowie eine Anpassung der Abrechnung, welche die Messwerte automatisiert verarbeitet und dem Kunden die verpflichteten Informationen bereitstellt. Von einer manuellen Bearbeitung der Messwerte ist aufgrund des hohen Aufwands abzuraten.

Bei Fragen zu diesem Blogbeitrag und laufenden Umsetzungsprojekten zur FFVAV meldet euch gerne. Folgt auch gerne unserem Blog, wenn euch der Beitrag gefallen hat.

LoRaWAN-Metering – Wann ist das intelligente Messsystem Pflicht?

Das intelligente Messsystem und LoRaWAN – Ein Duo mit Zukunft?

„Aber dürfen wir hier überhaupt einen LoRaWAN-Zähler einbauen oder müssen wir ein intelligentes Messsystem verwenden? Was ist hier regulatorisch eigentlich möglich?“. Dies sind wohl die häufigsten Fragen in jedem LoRaWAN- bzw. IoT-Projekt, wenn es um das Thema LoRaWAN-Metering geht. Die Frage, ob eine Einbaupflicht intelligenter Messsysteme besteht, ist keine unbegründete, da bei einem Regelverstoß im Zweifel ein Ausbau des LoRaWAN-Zählers notwendig wird oder die Abrechnung nicht eichrechtskonform ist. Doch die Technologie pauschal auszuschließen, ist ebenfalls keine Lösung, da der Einsatz im operativen Betrieb aus technischer, aber auch kaufmännischer Sicht interessant sein kann. Aus diesem Grund wollen wir mit diesem Blogbeitrag einmal Licht ins Dunkel bringen und darstellen, an welchen Stellen der Einbau eines intelligenten Messsystems verpflichtend ist und wo nicht.

LoRaWAN-Metering: Sparte Strom & Mieterstrommodelle

Der erste Gedanke, Zähler mit LoRaWAN auszulesen, fällt oft auf die Sparte Strom. Hier stellt sich aber schnell heraus, dass die Umsetzung am schwierigsten ist. Grundsätzlich gilt, dass der Einsatz eines intelligenten Messsystems nach dem MsbG grundsätzlich Pflicht ist, wenn es sich um abrechnungsrelevante Zähler handelt §1 MsbG ff. Durch die Einbindung des abrechnungsrelevanten Zählers in ein LoRaWAN-Netz handelt es sich aus Sicht des MsbG um die Einbindung in ein Kommunikationsnetz. In diesem Fall sind die Mindestanforderungen des MsbG einzuhalten. Eine Abrechnung von Stromzählern im Bereich LoRaWAN ist somit nicht möglich.

Ein Einsatz der LoRaWAN-Technologie zur Fernauslesung von Stromzählern ist damit aber nicht ganz ausgeschlossen. Beispielsweise ist die Ablesung im Bereich des Submeterings zulässig, sofern keine Abrechnung der Energiemengen erfolgt. So können zur Umsetzung eines Energiemanagements nach ISO 50001 zur internen Prozessoptimierung Zähler mit LoRaWAN ausgelesen werden. Ebenso intern verbaute Zähler in Stromnetzen, wie z. B. an Transformatoren, um die Prozesse innerhalb eines EVUs zu etablieren. Eine Abrechnung für diese Zähler findet aber nicht statt.

Zur Abrechnung von Stromzählern im Rahmen der jährlichen Turnusablesung für Haushaltskunden unter 6.000 kWh Jahresverbrauch und Mieterstromprojekten findet man Aktivitäten im „Graubereich“. So bieten einzelne Stadtwerke den Haushaltskunden einen LoRaWAN-Zähler zur Abrechnung an. Hier findet jedoch im offiziellen Sinne keine Abrechnung statt, sondern eine monatliche Anpassung des Abschlags. Die Abrechnung erfolgt wie gewohnt jährlich, wobei der Kunde den Ablesewert im Rahmen einer Kundenselbstauslesung bestätigt. Das Vorgehen ist zum aktuellen Zeitpunkt nicht verboten, allerdings ist schwer einschätzbar, wie lange das Vorgehen nach dem MsbG zulässig ist. Ein gleiches Vorgehen ist auch bei der Abrechnung von Mieterstrommodellen mittels LoRaWAN zu beobachten. Grundsätzlich gilt auch bei Mieterstrommodellen eine Einbaupflicht eines intelligenten Messsystems. Vor allem dann, wenn eine Förderung in Anspruch genommen werden soll.

LoRaWAN-Metering: Sparte Gas

Das Auslesen von Gaszählern ist im Rahmen des LoRaWAN-Meterings durchaus erlaubt. Hier sind jedoch spezielle Besonderheiten zu beachten. Aus technischer Sicht kann eine Abrechnung von Gaszählern sowohl über LoRaWAN als auch über intelligente Messsysteme erfolgen. Für letzteres ist speziell eine Schnittstelle nach dem MsbG vorgesehen. Eine Pflicht zur Nutzung der Schnittstelle und Anbindung besteht jedoch nicht. Eine Ausnahme besteht jedoch dann, wenn §6 MsbG erfüllt ist. Dies ist der Fall, wenn ein Anschlussnehmer für seinen Anschlussnutzer einen Messstellenbetreiber auswählt. Dies ist vor allem bei Vermieter-/ Mieterverhältnissen und größeren Wohnungsgesellschaften der Fall. In diesem Fall muss der Anschluss einer weiteren Sparte zu Strom erfolgen und es besteht eine Anbindungspflicht des Zählers an das intelligente Messsystem. Grundsätzlich gilt auch hier, handelt es sich nicht um einen abrechnungsrelevanten Zähler, ist eine Anbindung an das intelligente Messsystem nicht verpflichtend. Das LoRaWAN-Metering ist in der Sparte Gas somit möglich.

LoRaWAN-Metering: Sparte Wasser

Das Auslesen von Wasserzählern mittels LoRaWAN ist grundsätzlich immer möglich, da die Sparte Wasser nicht im Geltungsbereich des MsbG liegt. Somit spielt es keine Rolle, ob der Zähler abrechnungsrelevant ist oder nicht. In der Praxis ist insbesondere bei Schachtwasserzählern eine verstärkte Aktivität der EVUs im Bereich des LoRaWAN-Meterings zu beobachten. Allerdings sind bei jeglichen Aktivitäten zur Fernauslesung von Wasserzählern die Datenschutzbestimmungen des Landesdatenschutzbeauftragten zu beachten.

LoRaWAN-Metering: Wärme- und Kältemengenzähler

Wärme- und Kältemengenzähler spielen vor allem in Fernwärme- und Fernkältesystemen eine Rolle. Da auch hier die Ablesung manuell im Rahmen der jährlichen Turnusablesung erfolgt, bietet sich eine Fernauslesung regelrecht an. Aus diesem Grund sieht der neue Entwurf des Gesetzgebers zur Fernauslesung von Wärme- und Kältemengenzähler die Verpflichtung einer Walk-by-Ablesung oder eine Einbindung in ein Funknetz bis Ende 2026 vor. Der Gesetzesentwurf sieht keine Anbindungspflicht für Wärmemengen- und Kältemengenzähler an das intelligente Messsystem vor. Das LoRaWAN-Metering ist somit problemlos möglich. Sollten aber die Bedingungen des §6 MsbG erfüllt sein und der Anschlussnehmer für seinen Anschlussnutzer den intelligenten Messstellenbetreiber auswählen, ist eine Anbindung an das intelligente Messsystem erforderlich.

LoRaWAN-Metering: Heizkostenverteiler

Neben Wärmemengenzählern erfolgt aktuell bei einigen Stadtwerken bereits die Anbindung von Heizkostenverteilern mittels LoRaWAN. Nach dem neuen Gesetzesentwurf zur Fernauslesung von Heizkostenverteilern besteht im Gegensetz zu Wärmemengenzählern ab 2026 eine Anbindungspflicht für alle neuen Heizkostenverteiler. Für alle Heizkostenverteiler vor 2026 besteht bis 2032 Bestandsschutz. Erst danach ist eine Anbindung an das intelligente Messsystem erforderlich. Somit ist ein LoRaWAN-Metering bis 2026 problemlos möglich. Auch hier gilt die Verpflichtung nur, wenn es sich um abrechnungsrelevante Heizkostenverteiler handelt. Eine Anbindung z. B. an ein Energiemanagementsystem bleibt weiterhin erlaubt.

Übersicht – LoRaWAN und Metering – Wo ist das intelligente Messsystem Pflicht

Unser Fazit zum Thema LoRaWAN und das intelligente Messsystem

Insgesamt lässt sich feststellen, dass keine einheitliche Regelung für den Umgang mit LoRaWAN-Zählern und dem intelligenten Messsystem besteht. Grundsätzliche Voraussetzung für eine Anbindungspflicht an das intelligente Messsystem ist die Erhebung abrechnungsrelevanter Daten. Hier besteht für die Sparten Strom und Mieterstromprojekte eine generelle Anbindungspflicht. Geschäftsmodelle im Graubereich werden an dieser Stelle nicht betrachtet und bewertet. Anders sieht es in den Sparten Gas und Wärme aus. Hier ist das LoRaWAN-Metering grundsätzlich zulässig, solange kein Fall nach §6 MsbG vorliegt. Die Sparte Wasser ist nach der aktuellen Rechtslage grundsätzlich von der Anbindungspflicht befreit. Für Heizkostenverteiler gilt nach dem jetzigen Geseteszentwurf hingegen nur eine Übergangszeit bis 2026.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der Einsatz der Technologie LoRaWAN im Kontext des Meterings erlaubt ist, auch wenn einzelne Sparten ausgeschlossen sind. Gerade bei Objekten, bei denen die Herstellung von Konnektivität zur Fernauslesung von Zählern schwierig sein kann, bietet LoRaWAN einen Mehrwert. Vor allem in der Sparte Wasser ergibt sich bei Schachtwasserzählern ein hohes Potenzial, da eine manuelle Ablesung mit hohem Aufwand verbunden ist. In Fernwärmenetzen können Wärmemengenzähler massiv dazu beitragen, mehr Transparenz in das eigene Netz zu bringen, um die Fahrweise zu verbessern. Somit bietet der Einsatz von LoRaWAN durch die Erhebung weiterer Daten zur Optimierung der Energieinfrastrukturen einen deutlichen Mehrwert. Die Bereitstellung der Daten über das intelligente Messsystem, das als Zusatzleistung zu vergüten wären, ist somit nicht erforderlich. Das Thema LoRaWAN-Metering bleibt somit spannend.

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Grid Insight: LPWAN – das LoRaWAN-Netzvermessungstool

Grid Insight: LPWAN – das LoRaWAN-Netz auf einem Blick

Wie gut ist meine LoRaWAN-Netzabdeckung wirklich? Gibt es in meiner Trafostation Empfang? Wo existieren aktuell noch Funklöcher und wie gut ist der bereits erschlossene Gatewaystandort? Vor diesen Fragen und noch weiteren Herausforderungen steht heute jedes Stadtwerk, das sich mit dem Betrieb eines LoRaWAN-Netzes beschäftigt. Im Kern steht für jedes Stadtwerk als LoRaWAN-Netzbetreiber eine Frage im Raum: Wie gut ist die Netzabdeckung in meiner Stadt wirklich? Antwort auf diese Frage gibt die neue Software der items Grid Insight: LPWAN. Bei dieser Lösung handelt es sich um eine Software, die bei der Analyse, Umsetzung und Planung des eigenen LoRaWAN-Netzes unterstützt. Bereits in der Testphase der Entwicklung von Grid Insight: LPWAN waren die Stadtwerke Osnabrück, Solingen und Bielefeld eingebunden. Dabei war ein Kernziel der Lösung, dem Anwender eine Heatmap seiner Stadt bereitzustellen, welche die Netzabdeckung, aber auch Funklöcher darstellt. Auf Basis dieser Informationen kann das Stadtwerk erkennen, an welchen Stellen ein Netzausbau erforderlich oder ein Gatewaystandort zu optimieren ist. Doch wie funktioniert die Software eigentlich und wie werden die Messwerte zur Netzabdeckung erhoben? Das alles wollen wir euch in diesem Blogbeitrag vorstellen.

Ausgangspunkt Fieldtester – Messwerte unkompliziert erheben

Der erfahrene LoRaWAN-Anwender wird das Vermessen von LoRaWAN-Netzen als etwas sehr Aufwendiges einstufen, bei dem er mit einem Fieldtester durch die Stadt fährt und in bestimmten Abständen manuell ein Testsignal zur Bestimmung der Empfangsstärke verschickt. Oft kommt hier der Adeunis Fieldtester zum Einsatz. Das Verfahren ist auf den ersten Blick einfach und simpel und für einen Stichprobentest sicher hilfreich, jedoch für die Vorbereitung eines LoRaWAN-Rollouts nicht geeignet. Auch die Dokumentation der Messergebnisse bleibt auf der Strecke, da der Anwender lediglich eine Information über die Empfangsstärke auf dem Display des Fieldtesters erhält. Eine Dokumentation erfolgt in der Regel nicht.

Um ein flächendeckendes Bild von der Netzabdeckung zu erhalten, Bedarf es einer automatisierten Netzvermessung, die sowohl die Empfangsstärke, aber auch die Funklöcher erfasst und ein System zur Dokumentation bereitstellt. Aus diesem Grund hat die items neben der Software Grid Insight: LPWAN einen speziellen Fieldtester entwickelt, der z. B. in die Fahrzeuge der Monteure oder Busse eingebaut werden kann und permanent das Netz vermisst. Alternativ können die Fieldtester auch dem zuständigen Messdienstleister im Rahmen der jährlichen Turnusablesung mitgegeben werden. Durch die eingebaute Intelligenz des Fieldtesters erkennt dieser im Zuge einer Testmessung, ob das Datenpaket über den LoRaWAN-Netzwerk-Server (LNS) verarbeitet wurde oder ob ein Funkloch vorliegt. Eine Weiterleitung der Datenpakete zur Empfangsmessung erfolgt über den LNS an die angebundene IoT-Plattform. Die Bereitstellung der Informationen erfolgt über eine MQTT-Schnittstelle. Im Anschluss erfolgt die Visualisierung der Daten.

Grid Insight: LPWAN Netzanalyse und Empfangsqualität
Mehrwerte Grid Insight LPWAN

Grid Insight: LPWAN – Herzstück Heatmap

Bereits im Rahmen der Messung der Netzabdeckung ist über eine Live-Funktion in Grid Insight: LPWAN ersichtlich, wo sich die Fieldtester befinden und die Erhebung von aktuellen Messwerten erfolgt. In einem Data-Lake ist eine Verschneidung der verschiedenen Messreihen über einen größeren Zeitraum möglich. Hierbei ist eine Auswahl der jeweiligen Spreading-Faktoren und Gateways möglich. Das Ergebnis ist eine Heatmap, die dem Anwender Auskunft über die Empfangsqualität gibt. Eine grüne Abdeckung bedeutet in diesem Fall eine gute Abdeckung. Eine rote Abdeckung hingegen weist auf eine Abdeckung hin, jedoch ist mit einem höheren Datenverlust zu rechnen, da ein hoher Spreading-Faktor nötig ist. Die Visualisierung der Funklöcher erfolgt als rotes X. So ist für den Nutzer ersichtlich, an welchen Stellen bereits eine Messung erfolgt, aber keine Netzabdeckung vorhanden ist.

Grid Insight: LPWAN Heatmap
Beispiel einer visualierten Messreihe

Für das Stadtwerk bietet die Heatmap einen operativen Mehrwert. Auf der einen Seite kann schnell Auskunft über die Netzabdeckung sowie -qualität in Form des Spreading-Faktors und RSSI-Wertes gegeben werden, um eigene Projekte umzusetzen. Auf der anderen Seite kann die Heatmap die Auskunftsfunktion gegenüber Dritten erfüllen. Viele Stadtwerke sind mittlerweile damit beschäftigt, ihr LoRaWAN-Netz Dritten bereitzustellen. Neben der Definition von technischen Mindestanforderungen und dem Aufbau von Organisationsprozessen stellt eine Auskunft über die Netzabdeckung ein wesentliches Kriterium dar. Grid Insight: LPWAN bietet somit eine wichtige Funktionserfüllung auf dem Weg zum IoT-Dienstleister. Jedoch ist nicht nur die Analyse der Netzabdeckung möglich. Auch eine Bewertung der Gatewaystandorte kann durch den Nutzer erfolgen.

Grid Insight: LPWAN – Bewertung von Gatewaystandorten

Das zentrale Asset zur Sicherstellung der Netzabdeckung stellt das LoRaWAN-Gateway dar. Aus diesem Grund ist die Bewertung von Gatewaystandorten für das Stadtwerk relevant. Vor allem dann, wenn Standorte von Dritten erschlossen wurden, für die eine hohe jährliche Nutzungsgebühr zu zahlen ist. Aus diesem Grund ist bei der Verschneidung von Messwerten zu einer Heatmap eine Filterfunktion auf Gatewayebene möglich. Eine Analyse und Bewertung des Beitrags der Gesamtnetzabdeckung einzelner Gateways ist so ersichtlich.

Durch die zusätzliche Information in einzelnen Messreihen, mit welchen Spreading-Faktoren Datenpakete die einzelnen Gateways erreichen, ist außerdem eine Senkung des Energieverbrauchs der Sensoren möglich. Mittels Installation eines zusätzlichen Gateways oder der Verbesserung des Gatewaystandortes kann der Spreading-Faktor der Sensoren und somit der Energieverbrauch gesenkt werden. Grid Insight: LPWAN unterstützt damit aktiv den Netzausbau und die Erschließung geeigneter Gatewaystandorte. Zur Verbesserung der Planung ist mit der zweiten Version in den nächsten Monaten auch eine Simulationsfunktion geplant, um die Auswirkungen einer Änderung von Gatewaystandorten direkt nachvollziehen zu können.

Grid Insight: LPWAN
Auswertung von Gatewaystandorten

Grid Insight: LPWAN in der Praxis

Durch die agile Softwareentwicklung in Zusammenarbeit mit dem Kunden konnten in den ersten Monaten bereits umfangreiche Testerfahrungen gesammelt werden. Bereits in der Testphase haben sich die Stadtwerke Osnabrück dazu entschieden Grid Insight: LPWAN langfristig zu testen. „Grid Insight: LPWAN bietet uns zusätzliche Transparenz und Qualität in unserem LoRaWAN-Netz. Als Entscheidungshilfe für die weitere Netzverdichtung unterstützt Grid Insight: LPWAN unsere Planung für den weiteren Rollout in der Stadt Osnabrück. Unsere Projekte zur Überwachung von Transformatoren oder Gasdruckregelstationen erhalten so einen zusätzlichen Schub. Aus diesem Grund haben wir uns bereits frühzeitig dazu entscheiden, Grid Insight: LPWAN auch über die Testphase hinaus längerfristig bei uns einzusetzen“, so Ingo Lemme, verantwortlich für den Bereich IoT bei der SWO Netz.

Bei anderen Projekten diente Grid Insight: LPWAN hingegen als Informationshilfe für die Identifizierung von Funklöchern auf Grund schwieriger topologischer Eigenschaften. Ebenso unterstützt die Software bei der Indoor-Fähigkeit des LoRaWAN-Netzes im Rahmen der jährlichen Turnusablesung des Messdienstleisters. Die erste verfügbare Version bot in allen Projekten einen erheblichen Mehrwert. Die Entwicklung von Grid Insight: LPWAN ist aber mit der ersten verfügbaren Version im Mai nicht abgeschlossen. Vielmehr soll auf Basis der Zusammenarbeit mit den Kunden an weiteren Modulen gearbeitet werden. Neben der Implementierung kleinerer Features steht das Thema Netzsimulation auf Basis der vermessenen Netzabdeckung als nächster Schritt an. „Die items hat gemäß ihren strategischen Leitlinien den Anspruch, eine Plattform für Kunden, Produkte und Services zu sein. Diesem Anspruch sind wir mit der Produktentwicklung von Grid Insight: LPWAN in allen Belangen gerecht geworden. Wir haben mehrere Kunden in die Produktentwicklung einbezogen, haben gemeinsam ein standardisiertes Produkt entwickelt, das exakt auf die Bedürfnisse unserer Kunden zielt und stellen die Services für den Betrieb der Lösung bereit. Das Ergebnis ist eine hervorragende Lösung für den Aufbau und die Optimierung von LoRaWAN-Infrastrukturen“, so Ludger Hemker Geschäftsführer der items GmbH.

Grid Insight: LPWAN Projekteinführung

Die Einführung von Grid Insight: LPWAN kann mit geringem Zeitaufwand erfolgen, da die Software als SaaS-Lösung durch die items bereitgestellt wird. Voraussetzungen sind die Fieldtester der items sowie eine Anbindung über eine MQTT-Schnittstelle an die IoT-Plattform. Die Fieldtester sind über die items im Kauf- oder Mietmodell beziehbar. Nach einer zweistündigen Schulung ist eine sofortige Nutzung möglich. In der Regel dauert der gesamte Prozess nicht länger als zwei Wochen. Auf Stadtwerke, welche die IoT-Plattform niota nutzen, warten außerdem spezielle Zusatzfunktionen, was die Integration von Sensorik betrifft. Eine Anbindung ist aber an jede IoT-Plattform über MQTT möglich. Der Bezug der Software Grid Insight: LPWAN ist ab sofort möglich. Bei Interesse sprecht uns gerne an oder abonniert unseren Blog, wenn euch der Artikel gefallen hat! Mehr Informationen zu Grid Insight LPWAN findet Ihr hier

LoRaWAN-Geschäftsmodell: Die Möglichkeiten im Überblick

Trendentwicklung: Von der Prozessoptimierung zum LoRaWAN-Geschäftsmodell

Die Technologie LoRaWAN ist in der Energieversorgungsbranche längst kein neues Thema mehr. Fast jedes Stadtwerk befindet sich entweder im Aufbau eines LoRaWAN-Netzes oder in der Betriebsphase. Die ersten Schritte in den meisten Prozessen stellen interne Projekte zur Prozessoptimierung vor allem in Energieinfrastrukturen, wie z. B. zu Überwachung von Ortnestztrafostationen, dar. Mittlerweile steht jedoch eine Vielzahl von Projekten vor dem nächsten Schritt des Rollouts und der Öffnung für Dritte. Es heißt somit für viele EVUs, ein LoRaWAN-Geschäftsmodell zu finden.

In diesem Zug ergeben sich für das EVU ganz neue Fragen. Wer darf das Netz eigentlich nutzen? Welche Dienstleistungstiefe und was soll dem Kunden angeboten werden? Hinzu kommt die Herausforderung, ein sinnvolles Preismodell zu definieren. Die Fragestellungen und Herausforderungen für die EVUs bei der Entwicklung eines LoRaWAN-Geschäftsmodells sind somit recht ähnlich. Aus diesem Grund soll der vorliegende Beitrag eine erste Umsetzungshilfe zur Orientierung bieten, wie, welche drei wesentlichen Schritte bei der Umsetzung des LoRaWAN-Geschäftsmodells zu beachten sind.

Schritt 1: Positionierung am Markt bestimmen

Ein erster wesentlicher Schritt für das EVU ist die Definition der eigenen Rolle am Markt und der Festlegung, mit welcher Dienstleistungstiefe es gegenüber dem Kunden auftreten möchte. Dies hängt maßgeblich von den Ressourcen und dem internen Know-how im Unternehmen ab. In der Praxis ist zwischen drei verschiedenen Rollen zu differenzieren, die sich z. T. auch je Produkt unterscheiden können:

Variante 1: Netzbetrieb

In dieser Rolle positioniert sich das EVU ausschließlich als Netzbetreiber des lokalen LoRaWAN-Netzes. Im Kern umfasst dies die Netzplanung und den Ausbau sowie den Betrieb des Netzes. Auf Wunsch des Kunden kann das EVU auch die Bereitstellung von Rohdaten aus der eigenen IoT-Plattform, hier IoT-Data-Hub genannt, anbieten. Daneben hat der Netznutzer die Möglichkeit, eigene Sensorik in das Netz einzuhängen und die Daten selbst zu verarbeiten. Das EVU agiert somit in der Variante Netzbetrieb als reiner Konnektivitätsdienstleister. Preismodelle orientieren sich daher i. d. R. an jedem eingehängten Device im Netz.

Variante 2 Netz- & IoT-Datahub-Betrieb

Die Variante Netz- & IoT-Data-Hub-Betrieb baut auf der ersten Variante Netzbetrieb auf. Dieses LoRaWAN-Geschäftsmodell orientiert sich nicht nur an der bloßen Bereitstellung des Netzes. Ergänzt wird die Dienstleistung des Netzbetriebs durch die Bereitstellung eines IoT-Data-Hubs. In diesem kann der Kunde seine Sensoren konfigurieren und Daten verwalten. Die Bereitstellung einer Datenplattform hat für das EVU den Vorteil, dass die Dienstleistung auch für weniger technikaffine Kunden interessant wird. Ein reiner Netzbetrieb zielt eher auf technisch fokussierte Kunden ab, da die benötigte IT-Infrastruktur zur Aufbereitung und Integration der Daten in die Fachprozesse durch den Kunden selbst erfolgen muss. Der IoT-Data-Hub stellt somit einen zusätzlichen Service da.

Des Weiteren übernimmt das EVU auch das Sensormonitoring. Im Netzbetrieb liegt der Service ausschließlich auf dem Monitoring der Gateways und des LoRaWAN-Netzwerkservers. Ist ein Sensor länger offline, informiert das EVU den Kunden über die fehlenden Datenpakete. Zusätzlich kann das EVU bei der Datenaufbereitung innerhalb des IoT-Data-Hubs unterstützen.

Variante 3 Full-Service-Dienstleister

Die dritte Variante Full-Service-Dienstleister stellt das komplette Dienstleistungspaket durch das EVU dar. Es übernimmt sämtliche Aufgaben, die für die Umsetzung von Produkten erforderlich sind. Dies umfasst auch den Fieldservice für die Integration der Sensoren vor Ort. Die Bereitstellung und Aufbereitung der Daten erfolgt immer durch das EVU. In diesem Zusammenhang ist zu analysieren, ob eine Datenbereitstellung als Data-as-a-Service für den Kunden im Vordergrund steht und weniger ein vollständiger Zugriff auf den IoT-Data-Hub.

LoRaWAn Dienstleisterrollen

Schritt 2: Dienstleistungstiefe des LoRaWAN-Geschäftsmodells bestimmen

Nach der Definition der Rolle als LoRaWAN-Dienstleister am Markt ist die genaue Dienstleistungstiefe zu definieren. In diesem Beispiel gehen wir davon aus, dass sich das EVU dafür entscheidet, die Variante 2 Netz- & IoT-Data-Hub-Betrieb umzusetzen. Für den Aufbau des LoRaWAN-Geschäftsmodells sind im ersten Schritt die Basisdienstleistungen auszuprägen. Im Folgenden soll noch einmal konkret auf die einzelnen Bausteine eingegangen werden.

LoRaWAN-Netzbetrieb, Gateway-Management, Netzplanung & Aufbau

Die erste Basisdienstleistung stellen der Netzbetrieb und das Gateway-Management dar. Dies umfasst den Betrieb des LoRaWAN-Netzwerk-Servers (LNS) sowie den Aufbau und Betrieb der LoRaWAN-Gateways. Die Verfügbarkeit der Gateways sowie das Firmwaremanagement liegen somit beim EVU als Netzbetreiber. Die Konnektivität für den Kunden ist so gesichert. Die technischen Mindestanforderungen für die Nutzung des Netzes und den Einsatz der zugelassenen Sensorik sowie Gateways erfolgt durch das EVU. Das EVU stellt dem Netznutzer auch die Information über die LoRaWAN-Netzabdeckung zur Verfügung.

Datenplattform

Der zweite wichtige Dienstleistungsbaustein zum Aufbau des LoRaWAN-Geschäftsmodells ist die Datenplattform. Auf ihr werden die Daten aus dem LNS entschlüsselt. Die Datenaufbereitung und
-bereitstellung an Drittsysteme kann ebenfalls über die Datenplattform erfolgen. Die Datenplattform ist die wesentliche Schnittstelle zum Kunden, auf der er seine Daten und Sensoren verwalten kann.

Sensorik Netzbetrieb

Neben der Sensorik kann das EVU das Monitoring der LoRaWAN-Sensorik übernehmen. Hierzu überwacht es den Datenverkehr im Netz, behebt Störungen, informiert den Kunden über fehlende Konnektivität und übernimmt ggf. Teile des Firmwaremanagements. Es berät außerdem den Kunden bei technischen Fragestellungen im Rahmen der Einbindung der Sensorik. Des Weiteren stellt das EVU die Einhaltung des Duty Cycle sicher.

Assetmanagement

Da das EVU für den Aufbau und Betrieb des Netzes verantwortlich ist, übernimmt es die Verantwortung für die Stammdaten sowie die Dokumentation der Gateways und Gatewaystandorte. Das Assetmanagement nimmt somit eine zentrale Rolle ein. Vor allem dann, wenn Dritte berechtigt sind, selbst Gateways in das Netz zu integrieren. Hier benötigt das EVU ein Zugriffsrecht und eine Information über die Art der Gateways sowie Ansprechpartner im Störungsfall.

Datenbereitstellung

Ein weiterer zentraler Dienstleistungsbaustein ist neben der Datenplattform die Datenbereitstellung. Selten reicht die Verarbeitung in der Datenplattform für den Kunden aus. Vielmehr geht es darum, die Daten mit anderen Datenbanken zu kombinieren und dem Anwender im jeweiligen Fachsystem bereitzustellen. Dies kann über unterschiedliche Schnittstellen wie MQTT oder auch die gute alte csv-Datei erfolgen. Für die Wartung der Schnittstelle ist im Regelfall der Kunde verantwortlich. Das EVU unterstützt bei der Bereitstellung der Daten. Die genaue Ausprägung ist im Einzelfall jedoch je nach angebotenem Produkt zu definieren.

Anwendung Einfach

Im ersten Schritt ist eine Integration der Fachprozesse meist nicht sofort erforderlich. Oft reichen schon erste einfache Dashboards, um einen Informationsmehrwert zu bieten. Eine Prozessintegration in das Fachsystem erfolgt häufig erst im Anschluss. Das LoRaWAN-Geschäftsmodell besteht in diesem Fall daraus, dem Kunden einfache kleine Dashboards oder Regelwerke bereitzustellen. Dies kann z. B. über ein Grafana Dashboard oder eine E-Mail-Notification erfolgen. Das EVU unterstützt in diesem Fall als Dienstleister bei der Umsetzung. In der Variante 2 Netz- & IoT-Data-Hub-Betrieb übernimmt im Regelfall der Kunde diese Aufgabe. Nach Absprache kann dies auch gegen Entgelt über das EVU geschehen.

Fieldservice

Für die Umsetzung von LoRaWAN-Produkten sind Sensoren im Feld zu verbauen. Der Fieldservice umfasst somit den Einbau, Betrieb und die Wartung der Sensorik. Im Normalfall erfolgt dies durch den Kunden selbst.

Anwendungen Individual/Komplex

Neben einfachen Dashboards oder der Integration der Informationen in bestehende IT-Systeme ist in manchen Fällen die Entwicklung neuer, komplexerer Softwarelösungen erforderlich. Die Umsetzung erfolgt meist durch einen Dienstleister, da das EVU selten eigene Entwicklungskompetenzen im Haus hat. Das EVU kann die neue Software seinen Kunden jedoch als SaaS-Lösung bereitstellen und so das eigene LoRaWAN-Geschäftsmodell weiter ausbauen. Komplexe Anwendungen sind allerdings immer einzelfallabhängig vom jeweiligen Produkt und den Kundenanforderungen.

Optionale Dienstleistungen

Neben den aufgeführten Aufgaben und möglichen Dienstleistungsfunktionen steht es dem EVU natürlich frei, weiterführende optionale Dienstleistungen anzubieten. Dabei kann es sich z. B. um das Testing und die Auswahl verfügbarer Sensoren handeln. Ebenso können weiterführende Entwicklungsleistungen oder die Umsetzung spezieller IT-Schnittstellen übernommen werden. Der Kreativität des EVUs sind an dieser Stelle keine Grenzen gesetzt.

LoRaWAN Geschäftsfelder im Überblick

Schritt 3: Produktgestaltung LoRaWAN-Geschäftsmodell

Parallel zum zweiten Schritt, der Bestimmung der Dienstleistungstiefe, sollte die Produktausgestaltung unter Berücksichtigung der Nutzerbedürfnisse erfolgen. Hierbei ist je Produkt im Einzelfall zu definieren, was genau als Leistung angeboten wird und wie die Preisgestaltung auszusehen hat. Im Rahmen der Preisgestaltung sind verschiedene Variationen möglich:

Monatliche Pauschale

Eine einfache Möglichkeit ist eine pauschale, monatliche Gebühr für die Nutzung des Netzes und der Datenplattform. Diese kann sich an einem Mengengerüst orientieren, wie z. B. bestimmten Schwellenwerten der Anzahl der Sensoren im Verteilnetz.  

Konnektivitätspreis

Eine weitere Möglichkeit ist die Bepreisung der Konnektivität. Dies kann z. B. eine gewisse Menge an LoRa-Datenpaketen sein. Das entspricht dem Prinzip wie im Mobilfunkbereich, bei dem der Nutzer für ein bestimmtes Datenvolumen einen monatlichen Betrag zu entrichten hat. Die Konnektivitätskosten sollten jedoch geringer sein als übliche Mobilfunktarife.

Data-as-a-Service

Statt einer Gebühr für die Nutzung der Infrastruktur oder die Bereitstellung der Konnektivität kann der Kunde auch eine Gebühr für die Datenbereitstellung bezahlen. Im Geschäftsmodell Data-as-a-Service zahlt der Kunde für die Bereitstellung der Daten in einer vereinbarten Granularität und Verfügbarkeit. Die Bereitstellung der Infrastruktur gerät so in den Hintergrund. Vielmehr steht der Service bzw. das Produkt und der damit verbundene Informationsmehrwert im Vordergrund.

Mischkalkulation Platform-as-a-Service

Grundsätzlich ist auch immer eine Mischkalkulation in Abhängigkeit von den angebotenen Produkten möglich. So können einzelne Produkte als Data-as-a-Service angeboten werden, bei den eine weitere Nutzung des Netzes nicht möglich ist. Hierfür ist ein Entgelt für die Konnektivität je Sensor zu entrichten oder eine vereinbarte monatliche Pauschale. Allgemein steht es dem EVU aber frei, selbst ein geeignetes Modell zur Preisgestaltung zu finden.

Fazit LoRaWAN-Geschäftsmodell

Der Aufbau und die Etablierung der eigenen IoT-Sparte, verbunden mit der Etablierung eines neuen Geschäftszweigs, ist individuell zu definieren. Entscheidend können hierbei das zur Verfügung stehende Personal, die Prozesse innerhalb des EVUs, aber auch die angestrebte Dienstleisterrolle vom reinen Netzbetreiber bis zum Full-Service-Dienstleister sein. Ausgangsbasis sollte aber immer ein bestehendes Organisationskonzept sowie Serviceprozesse zur Gewährleistung des Betriebs der Produkte sein. Hinzu kommt die Notwendigkeit der Definition technischer Mindestanforderungen zur Gewährleistung eines Netzbetriebs. Je nach Ausgestaltung kann auch eine Zertifizierung des Netzes nach dem TKG erforderlich sein. Als items GmbH unterstützen wir eine Vielzahl von Stadtwerken bei der Etablierung der eigenen IoT-Sparte im EVU.

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