Mit LoRaWAN zum Hauswächter

Die Stadtwerke Solingen sind für den diesjährigen Stadtwerke-Award  nominiert. Mit dem Projekt HauswächterPlus erweitert das kommunale Unternehmen seine digitale Infrastruktur und bietet Privatkunden eine attraktive Smart-Home-Lösungen.

Mittels einer App kann der Kunde seinen Haushalt einfach überwachen und auch steuern. Mit dem HauswächterPlus zeigen die Stadtwerke Solingen ein ausgereiftes Selbstverständnis als digitaler Versorger und Dienstleister.

In einem nächsten Ausbauschritt wird das Produkt durch eine Verknüpfung von 80 intelligenten Straßenlaternen im Solinger Stadtgebiet erweitert. Über das LoRaWAN-Netz sollen künftig als Basis für Smart-City-Anwendungen zunehmend lokale Umweltdaten bereitgestellt werden, zum Beispiel die UV-, Stickoxid-, oder CO2-Belastung. items, als IT-Dienstleister der Stadtwerke, entwickeln die LoRaWAN Infrastruktur und stehen den Stadtwerken Solingen als Umsetzungspartner zur Seite.

Von der IoT-Wertschöpfungskette zum Geschäftsmodell

IoT: Eine Wertschöpfungskette für Praktiker

Buzzwords wie Smart City oder das Internet of Things geistern schon lange durch den Raum. Viele Stadtwerke testen bereits ihre ersten Prototypen mit LoRaWAN und planen bei einzelnen Use-Cases einen größeren Rollout wie z. B. bei der Überwachung von Ortsnetztransformatoren.

Ein flächendeckender Einsatz eines IoT-Netzes für eine Vielzahl von Use-Cases bedeutet jedoch die Etablierung von standardisierten Prozessen, um einen ordnungsgemäßen Betrieb des IoT-Netzes, wie auch der Use-Cases sicherzustellen.

In diesem Zusammenhang soll der Beitrag einen groben Überblick über die einzelnen Themen des Geschäftsfeldes IoT geben. Die Darstellung der Übernahme einzelner Aufgaben durch bestimmte Rollen ist exemplarisch zu betrachten und kann in der Praxis je nach Mindset des Stadtwerks abweichen.

Überblick Geschäftsfeld IoT items
Geschäftsfeld IoT

Einzelthemen im Bereich IoT – Was ist zu tun?

Hardware als Fundament des IoT

Das wichtigste in einem Funknetz ist die notwendige Sensorik und Aktorik. Hierfür sind in der Regel spezielle Hardwarekomponenten teils hochspezialisierter Hersteller erforderlich. Gerade bei einem flächendeckenden Rollout ist es erforderlich, industrietaugliche Hardware mit entsprechender Zertifizierung zu verwenden. Der Einsatz selbstgebauter und teilweise mangelhaft zusammengesetzter Hardware ist nicht zu empfehlen, da sich diese mit hoher Wahrscheinlichkeit als zu fehleranfällig erweisen kann. Gerade Zertifizierungen und Hardwaretests etc. sind sehr zeit- und kostenintensiv, so dass diese nicht durch Stadtwerke übernommen werden sollten. Lediglich für einzelne Spezialfälle kann ggf. eine Ausnahme gemacht werden.

Softwareanbindung

Neben einer funktionierenden Hardware ist ebenso die Software für die Verwaltung der Sensorik sowie des jeweiligen Anwendungsfalls zu berücksichtigen. Diese muss ggf. an das jeweilige IT-System des Stadtwerks angepasst werden. Gerade das Thema Schnittstellen ist hierbei von hoher Bedeutung, da die Software des Herstellers evtl. auch Daten aus dem eigenen Datenhub benötigt. Hierfür wird in der Regel auf den Dienstleister der verwendeten IoT-Plattform zurückgegriffen.

Technische Beratung & Implementierung

In der Praxis erweist es sich oft als schwierig, die geeignete Hardware zu identifizieren. Gerade im Kontext von LoRaWAN existiert eine Vielzahl fehleranfälliger und nicht funktionsfähiger Hardware. Hier kann auf die Expertise von Dienstleistern und Hardwareherstellern zurückgegriffen werden, die bereits erste Erfahrungen in der Praxis gemacht haben. Gleiches gilt für IoT-Softwarelösungen, die einen hohen Unterschied im Reifegrad aufweisen können.

Die technische Implementierung übernimmt dabei in der Regel der beauftragte Dienstleister.

Strategie- und Produktentwicklung

Bei den Themen Smart City und Internet of Things handelt es sich im Grunde um ein Querschnittsthema, das nicht in Form einzelner Projekte gesehen werden sollte, sondern ganzheitlich zu betrachten ist. Die Entwicklung des eigentlichen Produktes ist dann sehr individuell zu betrachten; der Leistungsanteil zwischen dem Stadtwerk, Dienstleister und Hardwarehersteller kann dabei sehr stark schwanken.

Sensorinstallation & Vertrieb

Die Installation der Sensoren vor Ort findet grundsätzlich durch das Stadtwerk statt, das bereits heute über das notwendige Wissen durch den Betrieb von Infrastruktur verfügt. Ggf. kann dies der Kunde des Stadtwerks auch selbst tun, wenn es sich um ein B2B- oder B2C-Geschäftsmodell handelt. In der Praxis wird meistens mit internen Use-Cases begonnen, um erste Erfahrungen mit IoT-Anwendungsfällen zu sammeln.

Vom Projekt in den Betrieb

Field-Service – die Basis für IoT

Wie bereits erwähnt, besteht ein IoT-Netz aus einer Vielzahl miteinander vernetzter Sensoren. Diese müssen auf der einen Seite implementiert und auf der anderen Seite ggf. in regelmäßigen Abständen überprüft werden. Spätestens bei batteriebetriebener Sensorik muss am Ende des Lebenszyklus ein Wechsel der Batterie erfolgen. Darüber hinaus werden für den jeweiligen Anwendungsfall unterschiedliches Wissen und Fähigkeiten benötigt.

So benötigt ein einfacher Temperatursensor innerhalb eines Gebäudes keine Installation durch eine zertifizierte Fachkraft, während die Montage eines Wasserzählers in Schächten eine qualifizierte Ausbildung erfordert. Gerade das breite Spektrum an Anwendungsfeldern erfordert ein hohes Maß an Kompetenzen, die in der Regel innerhalb eines Energieversorgungsunternehmens vorzufinden sind.

Nicht nur die Installation und Wartung von Sensoren wird im Field-Service mitberücksichtigt, sondern auch die der notwendigen Gateways, wenn es sich beispielsweise um ein LoRaWAN-Netz handelt, das durch das Energieversorgungsunternehmen selbst betrieben wird.

Netzbetrieb LoRaWAN

Betreibt ein Energieversorgungsunternehmen selbst ein IoT-Netz, wie zum Beispiel ein LoRaWAN-Netz, dann ist die Übernahme der Tätigkeit des Netzbetriebs notwendig, wie es auch heute schon bei Energieversorgungsnetzen der Fall ist. Bei einem LoRaWAN-Netz ist zum Beispiel darauf zu achten, dass nicht alle Sensoren mit dem Spreading-Faktor 12 senden, da ansonsten die Datenübertragung gestört werden kann.

Darüber hinaus kann es im operativen Betrieb auch zu einer Störung der Gateways kommen. Diese können sich beispielsweise aufhängen und müssen neugestartet werden. Dies kann u. a. per Remote-Zugriff oder Unterbrechung der Stromverbindung erfolgen. Das genaue Vorgehen ist jedoch abhängig von der jeweiligen Technologie.

IT-Betrieb

Neben dem Betrieb des Netzes ist auch der Betrieb der IT-Infrastruktur erforderlich. Dies umfasst zum einen den Betrieb der erforderlichen Server und zum anderen das Einspielen neuer Releases.

Anwendungsbetrieb und Betreuung

Die IoT-Lösungen bestehen in der Regel aus einer Kombination von Hard- und Softwarelösungen. Gerade IT-Systeme benötigen diesbezüglich eine Anwendungsbetreuung, um auf Fehler im System, Anwendungsfragen wie auch Fragen nach potentiellen Features reagieren zu können.

Nach ITIL wird dabei zwischen dem First-, Second- und Third-Level-Support differenziert. Der Third-Level-Support wird in der Regel vom Hersteller der Sensorik bzw. der Entwicklungsfirma der Softwarelösung durchgeführt. First- und Second-Level-Support können durch einen IT-Dienstleister übernommen werden. In der Praxis gibt es dazu oft vereinbarte Rahmenverträge über eine bestimmte Laufzeit.

Fachbereich Stadtwerk

Bei IoT-Anwendungsfällen ist zu differenzieren, welche Art von Use-Cases umgesetzt und betrieben werden. Bei internen Prozessen, wie zum Beispiel der Überwachung von Ortsnetztrafostationen mittels LoRaWAN-fähiger Sensorik, ist der jeweilige Fachbereich für den ordnungsgemäßen Betrieb der Sensorik sowie den Einsatz der Softwarelösung verantwortlich.

Kundenservice B2B und B2C

Neben internen Use-Cases gibt es ebenfalls Produkte für den B2B- und B2C-Bereich. Hierfür ist ein Kundensupport seitens des Energieversorgungsunternehmens notwendig. Sensorik muss ggf. bestellt und dem Kunden zur Verfügung gestellt werden. Eine klassische Delivery-Kette bis zum Endkunden ist aufzubauen. Daneben ist ein Kundensupport zu etablieren, der Störungen und Fehler aufnimmt sowie dem Kunden beratend zur Seite steht.

Fazit

Alles in allem ist festzuhalten, dass das Geschäftsfeld IoT aus einer Vielzahl von Einzelthemen und Betriebsprozessen besteht. Die konkrete Ausgestaltung der Details der Prozesse ist abhängig von den jeweiligen Use-Cases, wobei ein Field-Service, der Netzbetrieb, der IT-Betrieb sowie eine Anwendungsbetreuung immer notwendig sind. Generell ist in der Praxis immer der Beginn mit internen Anwendungsfällen zu empfehlen.

 

Marcel Linnemann

Innovationsmanager / Energiewirtschaft items GmbH

LoRaWAN: Haben Sie ihr Verteilnetz im Griff?

Die Energiewende – eine Aufgabe für das Verteilnetz

Spätestens durch Fridays for Future und die letzte Europawahl, verbunden mit dem Aufschwung der Grünen, ist das Thema Klimapolitik und Energiewende wieder in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt. Bis 2050 sollen 80% der Energieerzeugung aus Erneuerbaren Energien kommen und andere Sektoren wie u. a. die Mobilität auf Erneuerbare Energien umgestellt haben.

Dies bedeutet vor allem für Netzbetreiber eine enorme Kraftanstrengung. Wurde Strom früher grundsätzlich in großen konventionellen Kraftwerken produziert und top-down zum Kunden transportiert, findet die Energiewende vor allem im Verteilnetz statt. Bereits heute werden 95% aller Neuanlagen im Verteil- und Mittelspannungsnetz installiert. Durch die zunehmende Anzahl an volatilen Erzeugungsanlagen steigt die Komplexität der Netzsteuerung.

Netzaufbau.PNG

Das Verteilnetz – eine Blackbox

Historisch gesehen unterliegen die Verteilnetze jedoch dem Problem, dass es an der notwendigen Transparenz mangelt. Im Gegensatz zum Höchst- oder Hochspannungsnetz verfügt das Verteilnetz nicht über eine Sensorik, die Auskunft über den Ist-Zustand des Netzes gibt. So ist es in der Regel nicht bekannt, wie stark Betriebsmittel im Verteilnetz belastet werden. Für eine aktive Netzsteuerung benötigt man jedoch eine Datenbasis sowie notwendige Aktoren, die auf Basis der Informationen Netzsteuerungsmaßnahmen durchführen können.

Als erster Schritt werden in der Branche derzeit intelligente Messsysteme diskutiert, durch die Vernetzung von Erzeugungsanlagen Informationen über Anlagen über 7 kW Leistung und Verbraucher mit einem Verbrauch größer 6.000 kWh liefern sollen. Da jedoch die Messwerte mit einem zu großen Zeitverzug und ggf. in einer zu geringen Auflösung bereitgestellt werden sowie nur ein geringer Teil mit intelligenten Messsystemen ausgestattet wird, ist vor allem eine Überwachung von Betriebsmitteln wie zum Beispiel Transformatoren und Leitungen notwendig.

Das Herzstück des Netzes – die Transformatoren

Gerade Assets im Netz, die für eine top-down-Betriebsweise mit einer langen Lebensdauer ausgelegt sind, sind für die Anforderungen der Energiewende nicht ausgelegt. So sind Transformatoren im Verteilnetzen nicht in der Lage, Strom zurück auf höhere Netzebenen zu transformieren. Erste Lösungen stellen regelbare Ortsnetztransformatoren dar, die besser mit stärken Netzschwankungen umgehen können. Diese haben jedoch wie die herkömmlichen Transformatoren dasselbe Problem, der Netzbetreiber erhält keine Information über den Zustand und die Auslastung seines Betriebsmittels. Lediglich der Stufenschalter bei regelbaren Ortsnetztransformatoren regelt sich wie bei Transformatoren im Höchstspannungsnetz automatisiert.

Mittels LoRaWAN-fähiger Sensorik ist es bereits heute möglich, Transformatoren zu überwachen. Durch die Messung der Spannung, Stromstärke sowie der Phasenverschiebung können kostengünstig die Schein-, Wirk- und Blindleistung je Transformator berechnet werden. Durch die Messung kann außerdem die Auslastung des Transformators bestimmt werden, welche die Lebensdauer beeinflusst. Aus diesem Grund werden in der Praxis Transformatoren in Teillast von max. 70% betrieben, da mit zunehmender Last die Betriebstemperatur steigt und die Isolierung schneller zerstört wird. Durch einen zusätzlichen Temperatursensor könnte darüber hinaus auch ein thermisches Alterungsprofil je Transformator unter Berücksichtigung des Transformatorentyps berechnet werden. Die Daten können dann in den jeweiligen Fachsysteme oder über die 104-Schnittstelle in der Netzleitwarte visualisiert werden.

Gerade unter Berücksichtigung der Anforderungen der Energiewende können so erste Schritte eingeleitet werden, um Betriebsmittel fit für die Erneuerbaren Energien zu machen.

Trafostationen

Private Ladeinfrastruktur netzdienlich steuern

Im Verteilnetz geht es jedoch nicht nur um erneuerbare Energieerzeugungsanlagen oder Transformatoren. Vor allem das Thema private Ladeinfrastruktur im Verteilnetz ist durch die perspektivische Zunahme der Elektromobilität von wesentlicher Bedeutung, da der Gleichzeitigkeitsgrad im Verteilnetz dadurch in bestimmten Zeitfenstern stark ansteigt. Bislang wurde in der Gesetzgebung lediglich die öffentliche Ladeinfrastruktur geregelt, die demnächst mit einem intelligenten Messsystem auszustatten ist.

Für private Ladeinfrastruktur gibt es jedoch bislang nur eine unzureichende Regelung. Zwar kann vom §14a EnWG Gebrauch gemacht werden, dies geschieht in der Praxis bislang jedoch nur selten. Es besteht für den Netzbetreiber allerdings die Möglichkeit, eine Steuerungsmöglichkeit über die technischen Anschlussbedingungen festzulegen.

Zur Steuerung dieser benötigt der Netzbetreiber jedoch geeignete Infrastruktur, die das Einspielen von Ladeprofilen nach dem OCPP-Protokoll erlaubt. Hierfür laufen bereits die ersten Piloten mittels LoRaWAN. Ziel ist die Entwicklung einer intelligenten Steuerung, welche die Ladeleistung je Auslastung des Netzes reguliert. Gerade bei Stichleitungen ist dies notwendig, wenn eine höhere Ladeleistung installiert ist, als technisch zur Verfügung steht.

Erster Schritt Informationstransparenz

Oft wird gerade im Zusammenhang mit Netzsteuerung vom intelligenten Netz oder Smart Grid gesprochen. Mit dem Ansatz des Monitorings von Betriebsmitteln, wie Trafostationen oder Ladekurven von privater Infrastruktur, kann bereits ein Mehrwert generiert werden. Instandhaltungsprozesse können durch die Ermittlung des thermischen Alters optimiert, Netzplanungsprozesse durch das Monitoring effizient angepasst werden. Bis zur vollständigen Umsetzung des Smart Grid ist es sicherlich ein langer Weg, allerdings können bereits heute die ersten Fundamente für das Netz von Morgen gelegt werden.

 

Marcel Linnemann

Innovationsmanager / Energiewirtschaft items GmbH

Die EU erweitert die Pflichten des Submeterings

Heizkostenverteiler müssen spätestens ab 2027 fernausgelsesen werden

Das Thema Smart Metering beschäftigt die Energieversorgungsbranche schon seit mehreren Jahren. Seit Ende 2018 steht nun das erste zertifizierte Smart-Meter-Gateway (SMGW) zur Verfügung, so dass ab 2019 mit dem flächendeckenden Rollout begonnen werden kann. Passend zu Beginn des Rollouts erweitert die EU mit dem Beschluss der neuen Energieeffizienzrichtlinie im Rahmen des EU-Winterpakets die Aufgaben und Pflichten im Bereich Submetering.

Spartenübergreifende Ablesung wird Pflicht

Im Rahmen der Überarbeitung der Energieeffizienzrichtlinie schreibt die neue Richtlinie die Einführung eines Verpflichtenden Submeterings vor, wenn es sich um ein Mehrzweckgebäude oder mehrere Wohneinheiten mit einer zentralen Anlage zur Wärme-/Kälteerzeugung handelt oder dieses über einen Zugang zu einem Fernwärme-/Fernkältesystem verfügt. In diesem Fall sind individuelle Verbrauchszähler in allen Wohneinheiten zu implementieren, wenn dies technisch durchführbar und kosteneffizient zu realisieren ist. Ist der Einsatz von individuellen Zählern nicht möglich, sind an jedem Heizkörper Heizkostenverteiler zu verwenden. Von einer Installation kann nur abgesehen werden, wenn eine Kosteneffizienz nach den Richtlinien und Regeln des jeweiligen Mitgliedstaates nicht gegeben ist. Die Bewertung der Kosteneffizienz sowie die Umlage der Kosten bei nicht vorhandenen individuellen Zählern hat nach allgemeinen und transparenten Regeln zu erfolgen, welche vom Mitgliedsstaat festgelegt werden. In neu errichteten Gebäuden ist jedoch immer der Einsatz eines individuellen Trinkwarmwasserzählers vorgeschrieben.

Grundsätzlich ist die Installation von Strom-, Wärme- und Wasserzählern noch nicht gleichbedeutend mit einer spartenübergreifenden Ablesung über das MsbG; durch die Umsetzung der Richtlinie werden die festgelegten Regeln des MsbGs nicht geändert. Eine Pflichtauslesung der Sparte Strom erfolgt erst ab einem Jahresverbrauch von 6.000 kWh pro Jahr bzw. einer Erzeugungsleistung von 7 kW §31 MsbG. Eine Auslesung von Wasserzählern ist weiterhin nicht vorgesehen. Jedoch ändert sich mit der Neugestaltung der Energieeffizienzrichtlinie das Submetering im Bereich Wärme.

Fernablesung von Heizkostenverteilern wird Pflicht

Im Zuge der Weiterentwicklung der Energieeffizienzrichtlinie sieht die EU eine verpflichtende Fernauslesung von Heizkostenverteilern vor. Demnach müssen installierte Zähler und Heizkostenverteiler, welche nach dem 25. Juni 2020 installiert werden, fernauslesbar sein. Alle weiteren Heizkostenverteiler sind bis zum 01. Januar 2027 umzurüsten oder durch neue zu ersetzen. Voraussetzung hierfür ist die technische und ökonomische Machbarkeit. In diesem Kontext steht jedem Mitgliedsstaat offen, eine Machbarkeitsstudie durchzuführen, wie es bei den intelligenten Messsystemen in Deutschland der Fall war. Da die Richtlinie schon zum 25. Juni 2020 umzusetzen ist, bleibt fraglich, ob eine Studie bereits zu diesem Zeitpunkt vorliegt. Vielmehr ist von einer Verzögerung auszugehen. Ist das Ergebnis negativ, kann der jeweilige Mitgliedsstaat von der Regelung abweichen.

Nach der nationalen Rechtslage würde dies bedeuten, dass die Fernablesung von Heizkostenverteilern oder individuellen Verbrauchszählern über das SMGW zu erfolgen hat. Nach §6 MsbG muss ab dem 01. Januar 2021 sowieso eine zusätzliche Sparte bei Liegenschaftsmodellen über das SMGW erhoben werden. Hierbei wird in §6 Abs. 1 Nr.2 MsbG explizit auf die Sparte Wärme hingewiesen. Durch die Erweiterung der Energieeffizienzrichtlinie auf alle Heizkostenverteiler sind nun nicht mehr nur Objekte im Rahmen des Liegenschaftsmodells des MsbG betroffen, sondern sämtliche Wohnungen, wodurch Wohnungseigentümergemeinschaften ebenfalls von der Mehrspartenablesung über das SMGW betroffen sind.

Submetering-Regelung

Die Abrechnung muss ab 2022 monatlich erfolgen

Im Rahmen der Rechnungsstellung hat die Abrechnung der Wärme-, Kälte- und Trinkwasserversorgung auf Verlangen des Kunden in elektronischer Form erfolgen zu können. Der genaue Aufbau der Rechnung wird im Anhang der Energieeffizienzrichtlinie beschrieben. Maßgeblich hierbei ist, dass die Rechnungsstellung auf Basis der erhobenen Werte erfolgt. Die Rechnung ist dem Kunden ab dem 25. Juni 2020 mindestens zweimal pro Jahr zuzustellen. Handelt es sich um eine Fernauslesung, hat die Abrechnung ab dem 1. Januar 2022 monatlich zu erfolgen. Die Bereitstellung kann, wie bei der Sparte Strom, die über das intelligente Messsystem ausgelesen wird, über eine Portallösung erfolgen.

Des Weiteren verfügt der Endverbraucher über das Recht, dass seine historischen Verbrauchsdaten auf Verlangen dem Energiedienstleister zur Verfügung gestellt werden. Dabei ist jedoch von jedem Mitgliedstaat eine Regelung zu treffen, wenn kein direkter Vertrag zwischen dem Endverbraucher und dem Energiedienstleister im Rahmen des Messstellenbetriebs besteht.

Beispiel einer Metering-Architektur

Unter der Annahme, dass das Gutachten zu dem Ergebnis einer technischen und ökonomischen Machbarkeit kommt, müsste die Fernauslesung nach jetziger nationaler Gesetzeslage in die Metering-Architektur integriert werden. Eine besondere Herausforderung stellt dabei die technische Integration der Heizkostenverteiler dar. Durch die dezentrale Verteilung innerhalb eines Wohnquartiers ist die Verwendung einer funkbasierten Konnektivitätstechnologie erforderlich, um bauliche Maßnahmen zu vermeiden, die auch aus ökonomischen Gesichtspunkten in keinem Verhältnis ständen. Potenzielle Technologien könnten LoRaWAN oder W-MBus darstellen. Das W-MBus ist bereits nach der TR-03109 zulässig. Eine Auslesung der Verbrauchswerte kann aber auch mittels LoRaWAN erfolgen. Hierfür wird ein LoRa-Indoor-Gateway am SMGW über die LMN-Schnittstelle implementiert. Über eine Wireless-MBus-Bridge oder LoRa-native Heizkostenverteiler könnte die Ablesung erfolgen. Gleichzeitig könnte die vorhandene Infrastruktur für die Ermittlung der Warmwassertrinkzähler verwendet werden. Die Übermittlung der Verbrauchsdaten an das Backend findet über die WAN-Anbindung des SMGW statt. Der LoRaWAN-Server übernimmt dabei das Gerätemanagement der LoRaWAN-fähigen Hardware. Die Administration erfolgt über den Smart-Meter-Gateway-Administrator (SMGWA).

LoRaWAN-Architektur-Metering

Nationale Gesetzgebung bleibt abzuwarten

Die weitere Entwicklung bezüglich der verpflichtenden Fernauslesung für Heizkostenverteiler bleibt im Detail abzuwarten. Eine Umsetzung der Richtlinie muss bereits zum 25. Juni 2020 erfolgen. Somit hat der deutsche Gesetzgeber ein gutes Jahr Zeit. Ob dieser auf die Durchführung einer Machbarkeitsstudie verzichtet und eine verpflichtende allgemeine Fernauslesung einführt ist bislang völlig offen. Zwar hat der Gesetzgeber diese Option auch bei der Einführung der intelligenten Messsysteme in Anspruch genommen, allerdings besteht durch die Einführung von Liegenschaftsmodellen ab dem 01. Januar 2021 sowieso eine Pflicht der Mehrspartenauslesung. Die Energieeffizienzrichtlinie verschärft somit nur das bestehende Gesetz. Gleichzeitig wird durch eine verpflichtende monatliche Abrechnung ein erhöhter Aufwand für den Messstellenbetreiber geschaffen.

 

Marcel Linnemann

Innovationsmanagement items GmbH

LoRaWAN & 450connect ein Duo mit Zukunft?

Keine Smart City ohne Connectivity

Kaum ein Tag vergeht an der nicht über die Weiterentwicklung unserer Städte diskutiert wird. Ob über die Energieversorgung von Morgen wie bei Fridays for Future, unzureichende Verkehrsinfrastruktur oder überhöhte Luftschadstoffwerte. Probleme haben unsere Städte viele, doch in einem sind sich alle einig: Die Stadt der Zukunft soll Smart bzw. Intelligent werden.

Wer nach Definitionen zum Thema Smart City sucht wird schnell feststellen, dass es Kern um die Vernetzung von Assets geht, welche miteinander agieren und kommunizieren, um einen Mehrwert für die Bürger der Stadt zu erzielen. Das erforderliche Fundament ist somit eine kostengünstige Connectivity für tausende von Assets, welche eine Smart City entstehen lassen.

Im Versorgerumfeld fallen dabei immer zwei Namen 450connect und LoRaWAN. Doch welche Technik eignet sich wann und welche Vorteile bieten die zwei Technologien?

Ein Duo mit Gegensätzen

Grundsätzlich lässt sich bei der Analyse der beiden Technologien feststellen, dass Sie grundlegend verschieden für unterschiedliche technische Anforderungen sind. LoRaWAN ist den sogenannten Low Power Area Networks zuzuordnen. Diese zeichnen sich vor allem durch ihre energiesparende Betriebsweise aus, welche jedoch nur über eine geringe Bandbreite von einigen Kilobits pro Sekunde verfügt. Als Frequenz nutzt LoRaWAN das unlizenzierte Frequenzband von 864 MHz.

Die Technologie 450connect basiert hingegen auf der CDMA-Technologie und nutzt das lizensierte 450 MHz Band, wodurch es auch LTE unterstützt. Dadurch kann ein Upload von bis zu 1,5 Mbit/s und Download von bis zu 9 Mbit/s erzielt werden. Durch die höhere Bandbreite ist jedoch keine energiesparende Betriebsweise möglich.

Der Vertrieb und Betrieb der Infrastruktur findet in Deutschland durch das Unternehmen 450connect statt, welche eine Tochtergesellschaft der Alliander aus den Niederlanden ist, die dort die 450 MHz-Infrastruktur betreibt. Die Technologie muss als Dienstleistung bezogen werden. Ein Betrieb des Netzes durch die Stadtwerke ist nicht möglich.

Grafik1.JPG
©items GmbH

Der Use Case bestimmt die Technik

Welche Technologie zu welchem Zeitpunkt notwendig ist, hängt in der Regel vom jeweiligen Use Case ab. Ist eine hohe Bandbreite wie z. B. bei intelligenten Messsystemen notwendig, wo bereits ein Firmwareupdate 100 MB groß sein kann, ist eine Umsetzung mittels LoRaWAN nicht möglich. Der Duty Cycle muss dabei auch nicht beachtet werden. Jedoch benötigen vernetzte Assets mit 450connect eine aktive Stromversorgung, was bei der Umsetzung der Use Cases zu berücksichtigen ist. Ein Use Case wie die intelligente Mülltonne könnte mit 450connect somit nicht realisiert werden, da jede Mülltonne eine Stromversorgung benötigt.

Zur Umsetzung des Use Cases Smart Waste wäre hingegen LoRaWAN viel geeigneter, da die Übermittlung eines Füllstandes eine geringe Bandbreite erfordert und LoRaWAN-Sensorik keine aktive Stromversorgung benötigt.

Herausforderung kritische Infrastruktur

Gerade im Versorgerumfeld ist zwischen zwei Arten der Infrastruktur zu differenzieren. Kritische Infrastrukturen werden in der Regel als besonders schützenswert eingestuft. Oft muss eine Überwachung oder Steuerung in Echtzeit garantiert werden, wie z. B. bei Schalthandlungen im Stromnetz. Hierfür ist eine Technologie wie 450connect sinnvoll.

Unkritische Use Cases wie z. B. der Überwachung von Mülltonnen oder Parkplätzen kann hingegen mittels LoRaWAN realisiert werden. Hier bietet das Sensorik-Ökosystem von LoRaWAN einen entscheidenden Vorteil gegenüber 450connect, dass Sensorik sich klar auf das Thema Metering fokussiert.

Ein sinnvolles Duo LoRaWAN & 450connect

Grundsätzlich ist festzughalten, dass LoRaWAN und 450connect zwei sinnvolle Bausteine für eine Smart City darstellen. 450connect legt einen besonders starken Fokus auf den Bereich kritische Infrastruktur speziell das Thema Metering und Stromnetze. Durch die hohe Bandbreite und Echtzeitfähigkeit können die hohen regulatorischen Anforderungen für kritische Infrastrukturen eingehalten werden.

LoRaWAN verfügt mit seinem Ökosystem über eine größere Anwendungsvielfalt im Kontext Smart City, wobei Use Cases auch im Batteriebetrieb realisiert werden können. Niedrige Bandbreiten verhindern jedoch zum Teil die Umsetzung von Use Cases. Beide Technologien stellen somit ein sinnvolles Duo zur Erhebung und Weiterverarbeitung von Daten dar, welche in einer IoT-Plattform zusammengeführt werden können.

Grafik 2

450connect die ungewisse Zukunft

Unsicherheit bei der Verwendung von 450connect gibt es jedoch hinsichtlich der Weiterverwendung der 450 MHz Frequenz. Bis zum Jahr 2020 verfügen lediglich zwei Unternehmen über die Nutzungsrechte. Wie eine Weiterverwendung ab dem Jahr 2020 aussieht ist bislang unklar. Es wird jedoch seitens der Energiewirtschaft eine Reservierung der Frequenz für kritische Infrastruktur durch die BNetzA angestrebt. Hierfür ist jedoch eine Umwidmung der Frequenz erforderlich.

Daneben wäre ebenfalls eine Verlängerung der Frequenznutzugsrechte nach § 55 Abs.9 TKG möglich, wenn der BNetzA konkrete Investitionsvorhaben angezeigt werden. Eine regionale Zuteilung für jeden einzelnen Netzbetreiber ist nach § 2 Abs.2 Nr.7 TKG und § 55 Abs.5 Nr.4 TKG nicht möglich, weswegen weiterhin von einem zentralen Betriebsmodell auszugehen ist. Darüber hinaus ist bei einer Zuteilung der Frequenz für 2020 zu beachten, dass bei einer höheren Nachfrage eine Ausschreibung verpflichtend ist. Dabei entscheidet allein das höchste Gebot. Dies könnte ab dem Jahr 2020 einen Anstieg der Kosten der Datenübertragung bedeuten, um die Kosten des Vergabeverfahrens zu decken. Die weitere Entwicklung bleibt also abzuwarten.

Marcel Linnemann
Innovationsmanager Energiewirtschaft | items GmbH

 

Das Paradoxon im Bereich E-Mobility: Ladesäulen fördern und doch verhindern

E-Mobilität – jeder will sie, doch wann kommt sie?

Elektromobilität, Dieselskandal oder Feinstaubwerte sind längst keine Themen mehr, die bei den Bürgern großes Interesse hervorrufen. Schon seid knapp 10 Jahren plant die Politik die Erreichung des Ziels von mehr als 1 Millionen Elektrofahrzeugen, doch bislang sind immer noch nur ein paar Zehntausend Fahrzeuge auf dem Markt.

Auch die Diskussion, was zur Weiterentwicklung der E-Mobilität zuerst notwendig ist – die Ladeinfrastruktur oder das Elektroauto – ist eher ein leidiges Dauerthema. Die Politik beantwortet die Frage ganz klar mit der Antwort Ladeinfrastruktur. So stellen der Bund, das Land und die Kommunen unterschiedliche Fördertöpfe zum Ausbau der Ladeinfrastruktur bereit.

Der Europäische Fahrplan für Ladeinfrastruktur

Gleiches gilt für die Europäische Union, die mit dem neuen Beschluss  der Gebäude und Energieeffizienzrichtlinie im Mai 2018 einen ersten Ausbauplan für Ladeinfrastruktur vorgesehen hat. Demnach muss ab dem Jahr 2020 für alle neuen Nichtwohngebäude und die, die einer größeren Renovierung unterzogen werden sowie die über mehr als 10 Parkplätze verfügen, mindestens ein Ladepunkt bereitgestellt werden. Für jeden 5. Stellplatz müssen die notwendigen Schutzrohre für eine spätere Installation von Ladepunkten installiert werden. Die Verlegung von Schutzrohren für jeden Parkplatz gilt auch für alle neuerrichteten Wohngebäude bzw. diejenigen, die einer größeren Renovierung unterzogen werden, wenn diese über mehr als 10 Parkplätze verfügen. Ab 2025 ist darüber hinaus für alle Gebäudetypen, die mehr als 20 Parkplätze haben, eine einheitliche Regelung durch den Nationalstaat zu treffen.

Von einer Pflichtausstattung mit Ladepunkten bzw. Schutzrohren kann nur in folgenden Fällen abgesehen werden:

  • Für alle Gebäude, für die ein Antrag auf Befreiung vor dem 10.3.2021 gestellt wird
  • Bei Bedrohung der Netzstabilität
  • Wenn die Kosten für die Lade- und Leistungsinstallation die Gesamtkosten der Renovierung um mehr als 7% überschreiten
  • Öffentliche Gebäude, die ähnlichen Bedingungen der 2017/94/EU unterliegen

Bild1_EU-Winterpaket

Das E-Mobilitätsparadoxon – keine Ladepunkte im ländlichen Raum

Insgesamt scheint der Fahrplan klar. Ladeinfrastruktur wird durch Steuergelder subventioniert, um die E-Mobilität weiter voran zu bringen. Doch ist das wirklich so? Gerade der jetzige Ausbau von Ladeinfrastruktur leidet unter zwei wesentlichen Problemen: Die Art der Fördervergabe sowie der Genehmigungspflicht von Ladepunkten durch den Netzbetreiber.

Im energiewirtschaftlichen Kontext ist die Marktrolle des Ladesäulenbetreibers nicht dem Netzbetreiber oder Vertrieb zuzuordnen. Vielmehr agiert er im freien Wettbewerb und unterliegt ökonomischen Zwängen. Ladeinfrastruktur wird folglich dort errichtet, wo der bestmögliche Profit zu erwarten ist. Dadurch entsteht Ladeinfrastruktur vor allem in dichtbesiedelten Gebieten bzw. an Verkehrsknotenpunkten wie z. B. Autobahnen. Der ländliche Raum wird völlig vernachlässigt, da der Betrieb einer Ladesäule nicht wirtschaftlich realisierbar ist. Netzbetreiber können diese Aufgabe aus rechtlichen Gründen nicht übernehmen, weswegen perspektivisch von einer Ungleichverteilung auszugehen ist. Auch das sich noch in der Gesetzgebung befindende EU-Winterpaket verspricht keine Besserung. Es unterstützt weiterhin das Betriebsverbot von Ladeinfrastruktur durch den Netzbetreiber auf Grund seiner Monopolstellung.

Das E-Mobilitätsparadoxon – Zustimmungspflicht für Ladesäulen

Die wichtigste Entscheidung, die wahrscheinlich starke negative Auswirkungen auf den Ausbau von Ladeinfrastruktur hat, ist die Neufassung der Niederspannungsverordnung. Demnach muss in Zukunft jeder Ladepunkt vom Netzbetreiber genehmigt werden. Erhält der Ladesäulenbetreiber keine Genehmigung, ist eine Errichtung nicht möglich. Die Genehmigungsfrist beträgt zwei Monate, wobei dem Netzbetreiber keine Konsequenzen drohen, wenn er diese Frist nicht einhält.

Daher ist von einer Praxis auszugehen, nach der Netzbetreiber nicht auf Anträge reagieren, um den Prozess zu verzögern, und ggf. Ladeinfrastruktur des eigenen Vertriebs fördern. Genauso wird das Netz durch dieses Instrument nicht auf die zukünftigen Anforderungen vorbereitet. De facto hat der Gesetzgeber dem Netzbetreiber ein Werkzeug in die Hand gegeben, den Ausbau von Ladeinfrastruktur aktiv zu verzögern. So steht die Gefahr im Raum, dass Steuergelder in Millionenhöhe für Ladeinfrastruktur bereitgestellt, aber nicht genutzt werden können, und zudem Ladeinfrastruktur nur in Ballungsgebieten installiert wird, wo sie bereits eh schon vorgesehen sind.

 

Marcel Linnemann

Innovationsmanager | items GmbH

Mit Blockchain zum autonomen Quartier

Vom Hype zum Realismus

Kaum eine Studie zum Thema Blockchain in der Energiewirtschaft vergeht, ohne dass eine vollständige Revolution der bisherigen Versorgungslandschaft angekündigt wird. Von der Ablösung der Rolle des Lieferanten bis zu der des Verteilnetzbetreibers, es gibt kaum eine Stufe in der Wertschöpfungskette, die angeblich nicht durch die Blockchain-Technologie verändert werden soll.

Zu Beginn des Jahres 2018 noch auf dem Höhepunkt des Gartner Hype Cycles, kehrt langsam Realismus in der Branche ein. Die Frage ist, welche Probleme wirklich mit der Blockchain gelöst werden können, denn bei der Blockchain handelt es sich um eine Technologie, die sich noch im Entwicklungsstadium befindet, auch wenn die Entwicklungsgeschwindigkeit rasant ist.

Die Vorteile einer sicheren dezentralen Datenbank verbunden mit der Funktionalität der Smart Contracts, welche die Basis für autonome, standardisierte Prozesse darstellen können, kann sicherlich ein interessantes Werkzeug für die Energieversorgungsbranche darstellen, welche die Herausforderungen einer dezentralen Energiewende realisieren muss.

Die Probleme von Morgen sind nicht mehr mit der Technologie von heute lösbar

Gerade bei der heutigen Marktentwicklung stellt sich die Frage, mit welcher Technologie die Herausforderungen der Energiewende gelöst werden können. So nimmt der Zubau Erneuerbarer Energien im Verteilnetz stetig zu. Bereits heute werden über 95% aller Anlagen dort installiert. Durch den zunehmenden Trend der Installation von Speichern und privater Ladeinfrastruktur wird es für den zuständigen Netzbetreiber immer schwieriger, sein Netz zuverlässig zu steuern. Verfahren von heute, bei denen die Regelung einzelner Assets manuell in der Netzleitstelle durch Anweisung des vorgelagerten Netzbetreibers erfolgt, werden bei der Vielzahl von Erzeugern und Verbrauchern auf einzelnen Netzsträngen in Zukunft nicht mehr möglich sein. Vielmehr ist eine Querschnittstechnologie erforderlich, die automatisiert, ohne menschliches Eingreifen, die Steuerung des Netzes übernimmt.

Diesbezüglich kann Blockchain, über die Funktionalität der Smart-Contracts, die geeignete Querschnittstechnologie darstellen. Private Walletboxen, die bislang gar nicht oder lediglich über Zeitschaltuhren gesteuert werden, könnten so beispielsweise automatisiert gesteuert werden, denn die meisten Netze sind nicht auf Basis eines Gleichzeitigkeitsgrades von 1 ausgelegt worden, damit alle Hausbesitzer zeitgleich um 17 Uhr ihr Elektromobil auftanken können. Ein Netzzusammenbruch könnte so verhindert werden.

Daneben würde die Blockchain-Technologie die Implementierung kleinteiliger, regionaler Geschäftsmodelle ermöglichen, um über den Energievertrieb neue Einnahmemöglichkeiten zu generieren. Geschäftsmodelle wie Mieterstrom oder Quartierlösungen erfordern ein anderes Vorgehen, als es heute beim üblichen Massenkundengeschäft der Fall ist.

Bild1

Der erste Pilot für die Vision von Morgen

Unter Berücksichtigung des Trends der komplexeren Netzsteuerung und der Entwicklung des Kunden zum Prosumer, kann es bereits heute Sinn machen, sich frühzeitig mit einem Piloten zu beschäftigen. Hierbei könnte ein Blockchain Mieterstrom-Share-Investing-Modell ein interessantes Projekt darstellen.

Das Ziel hierbei ist der Aufbau eines Mieterstromprojektes, bei dem die Mieter in die PV-Anlage investieren können. Abhängig vom Investment erfolgen Bilanzierung und Zuordnung des Eigenverbrauchs an die jeweiligen Parteien. Das Objekt wird vom EVU als Mieterstrombetreiber betrieben. Eine Verzinsung des Kapitals findet über einen Teil der Mieterstromzulage statt.

Statt wie bisher, haben Kunden nun die Möglichkeit, in neue Projekte zu investieren und von diesen direkt zu profitieren. Darüber hinaus profitiert der Kunde aktiv durch einen günstigeren Strompreis. Durch den Einsatz der Blockchain kann eine sachgerechte und transparente Bilanzierung des Eigenverbrauchs erfolgen, dem eingesetzten Investment gegenübergestellt werden und von jedem Akteur exakt nachvollzogen werden.

Der Feldtest umfasst eine intelligente, manipulationssichere Abrechnung, deren technologische Grundidee sich auch auf das Stromnetz übertragen lässt.

Durch den Anstieg von Assets sowohl im Bereich der Erzeugung als auch auf der Verbrauchsseite, Beispiel E-Mobility, ist eine automatische Interaktion der einzelnen Assets erforderlich. Hierfür ist insbersondere die Blockchain als Querschnittstechnologie geeignet. Durch einen Prototyp können bereits heute erste Szenarien für die Energiewelt von Morgen getestet werden. Der Prototyp kann darüber hinaus auch mit beliebigen Use-Cases wie einer intelligenten E-Ladesäule verknüpft werden. Durch einen Piloten wird die technische Grundlage für ein sich selbstverwaltendes und autonomes Quartier geschaffen, das skaliert werden kann.

Bild 2

Der Gesetzgeber schafft die Grundlage mit dem EU-Winterpaket

Die Förderung dezentraler, autonomer Quartierslösungen soll nach dem Willen des Gesetzgebers deutlich stärker als bisher ausgebaut werden. Eine Grundlage soll das neue Liberalisierungspaket der EU, das EU-Winterpaket, darstellen. In der aktuell neu beschlossenen  Erneuerbaren Richtlinie in Artikel 21, ist eine Möglichkeit des Peer-to-Peer-Handels durch den Endverbraucher vorgesehen, bei dem dieser z. B. seinen überschüssigen Strom an seinen Nachbarn verkaufen könnte, ohne dass er die Rolle des Lieferanten einnehmen muss. Gleichzeitig sollen alle Umlagen für Mieterstromprojekte fallen, um so einen möglichst schnellen Ausbau zu ermöglichen. Die Richtlinie soll zum 01.01.2020 in Kraft treten, wobei die Umsetzung in nationales Recht bis Mitte 2021 zu erfolgen hat.

Durch die Schaffung eines rechtlichen Rahmens, der die regulatorischen Hürden für einen dezentralen Energiehandels senkt, verbunden mit einer finanziellen Subventionierung, könnte die Blockchain-Technologie ein realistisches Szenario darstellen. Ein Grund mehr, bereits heute mit dem ersten Piloten zu beginnen.

 

Marcel Linnemann

Innovationsmanagement

Mal wieder was ausgeh(a)ckt: Tech-Visionäre beim Münsterhack 2018

* function jovel (city, n+1) */

Schon seit etlichen Jahren ist bekannt, wie lebenswert Münster ist. So wurde die Westfalenmetropole 2004 als erste deutsche Großstadt mit der Goldmedaille des LivCom-Awards als lebenswerteste Stadt der Welt ausgezeichnet. In diesem Jahr bescheinigt eine ZDF-Studie, dass die höchste Lebensqualität in Nordrhein-Westfalen in Münster zu finden ist.
Doch ist diese Stadt auch schon perfekt? Finden sich nicht immer wieder Potenziale, um gute Dinge noch besser zu machen? Manchmal sind es kleine Optimierungen in unserem täglichen Doing, die uns aufatmen lassen – kleine, smarte und innovative Ideen, die uns unser Tägliches erleichtern.

Also her mit den kreativen Köpfen, den bunten Ideen und dem frischen Blick auf das, was Münster weiterhin lebens- und liebenswert machen soll.
Der 2. Münsterhack war die perfekte Plattform für die digitale Stadtentwicklung mit visionären Impulsen.

Ein Hackathon der Leidenschaft

Am 5. und 6. Oktober 2018 war es soweit. Auf dem zweiten Münsteraner Hackathon stellten sich viele kreative Köpfe den Herausforderungen des Alltags und der Idee, mit charmanten Impulsen Münster unter Einsatz von IT noch lebenswerter zu machen. Der Münsterhack wurde wie im Vorjahr von der items GmbH und dem Digital Hub Münster organisiert.

IMG_0187
Teilnehmer des Münsterhack bei der Anmeldung © Foto items GmbH

Unter der Schirmherrschaft des Oberbürgermeisters Markus Lewe hatten die 58 Teilnehmer 36 Stunden Zeit, sich neue, innovative Ideen für Münster auszudenken und diese den über 200 Gästen auf der Abendveranstaltung am 6. Oktober zu präsentieren.

Dem Jury-Team, bestehend aus Bernadette Spinnen, Leiterin des Münster Marketing; Mirko Czesla, Leiter F+E Mobile, viadee; Dr. Thomas Haiber, Prokurist der Stadtwerke Münster, Ludger Hemker, Geschäftsführer der items GmbH, Marcus Krüger, Geschäftsführer der cronos Unternehmensberatung GmbH und Marc Zahlmann, Leiter Marketing/Abos des Aschendorff-Verlages, fiel es nicht leicht, unter all den tollen Ideen drei Gewinner auszuwählen. Und so wurde über eine Stunde hinter verschlossenen Türen verhandelt, welche Innovation wohl Münster am ehesten voranbringt.

Münster_Hack_Jury
Hackathon-Jury 2018 © Foto: Sputnik GmbH | Nils Dietrich

Die Gewinnerthemen des Münsterhack: Fischsterben, frustfreies Busfahren und Taschengeldbörse

Dank des Gewinnerteams Hack(a)Tonne besteht für die überlebenden Fische im Münsteraner Aasee, die in diesem Jahr zu tausenden verendet sind, nun die Möglichkeit im Sommer wieder Luftholen zu können .
Die Hack(a)Tonne wurde als eine Messtonne zur Gewässeranalytik entwickelten, um einem erneuten Fischsterben entgegen zu wirken.

Gewinner_Team_Hackatonne
Das Gewinnerteam von Hack(a)Tonne © Foto: Sputnik GmbH | Nils Dietrich

Platz zwei der Prämierten wurde von Team Bussistant belegt. Ihre App sagt zuverlässig, auf Basis von Verkehrs- und Twitterdaten die Abfahrtszeiten der Buslinien per Sprachassistent vorher, um ein frustfreies Busfahren zu ermöglichen.

Münster_Hack_Bussistant.jpg
Bussistant belegt Platz 2 des Münsterhacks © Foto: Sputnik GmbH | Nils Dietrich

Die drittplatzierten Gewinner des Hacks beschäftigten sich mit der Optimierung der Taschengeldbörse und kreierten eine Schnittstelle zwischen der Agentur und den privaten Dienstleistern, um eine reibungslose und effiziente Kommunikation und Abwicklung der kleinen Hilferufe sicher zu stellen.

Münster_Hack_Taschengeldbörse
Das Team der Hack-Idee Taschengeldbörse © Foto: Sputnik GmbH | Nils Dietrich

Mit dem Nachhaltigkeitspreis wurde das Unternehmen Leihleeze gewürdigt, welches im letzten Jahr den ersten Platz auf dem Münsterhack 2017 mit einer Fahrradsharing-Platform errang und mittlerweile erfolgreich gegründet wurde.

Der zweite Münsterhack war ein voller Erfolg und für das nächste Jahr entwickeln sich bereits einige bahnbrechende Ideen in den Köpfen der Münsteraner. Wer den Esprit des diesjährigen Hackathons gern nachempfinden möchte..

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

Wir als items freuen uns, auch 2019 wieder als Impulsgeber und kreativer Teil des Münsterhacks, den Technologiestandort Münster weiter auszubauen und visionäre, leidenschaftliche Menschen auf dem MS-Hack zusammenzuführen.

Herzliche Grüße

Silke Gärtner | Managerin Marketing & Corporate Communications | items GmbH

Impuls #2 – Paywall an der Ampel: Wie wichtig ist uns Datensouveränität?

Das Wettrennen um die vernetzte Stadt

Soziale Netzwerke, eCommerce und Vermittlungsdienste sind in fester Hand von einigen, wenigen (vor allem amerikanischen) Konzernen. Die hieraus entstehende Marktmacht wird im öffentlichen Diskurs zunehmend präsenter und die negativen Folgen absehbarer. Darüber hinaus erfasst die Digitalisierung vermehrt auch die Vernetzung unserer öffentlichen Infrastruktur wie Müllwirtschaft, Mobilität oder Energie – die sogenannte Smart City entsteht. Bisher vor allem in weltweiten Hotspots wie Barcelona präsent, nimmt das Thema auch in Deutschland Fahrt auf. Doch wer ist hier eigentlich Treiber und wie könnten zukünftige Modelle aussehen?

Ein Szenario wäre, wir überlassen die Vernetzung unserer öffentlichen Infrastruktur großen Digitalkonzernen. Die Entwicklungsgeschwindigkeit, finanzielle Schlagkraft und weltweite Skalierbarkeit spricht für diese Entwicklung. Doch was spricht dagegen? Datensouveränität. Wollen wir Bürger unsere öffentliche Infrastruktur und durch Vernetzung entstehende Daten abgeben und der Geschäftsmodelloptimierung überlassen?

Etwas abwegig, aber wie könnte eine intelligente Verkehrsflusssteuerung in der Zukunft aussehen? Könnte es nicht ein Geschäftsmodell sein, eine grüne Welle in der Stadt buchen zu können, um extra schnell mit dem Auto durch die Stadt zu fahren? In der Konsequenz stehen all diejenigen im Stau, die nicht über die finanziellen Mittel verfügen.

Grafik

Die Betrachtung öffentlicher Infrastruktur aus dem Blickwinkel der digitalen Geschäftsmodelle kann zu absurden Strukturen führen. Hier sollte Einhalt geboten werden und die Souveränität unserer Daten und Infrastrukturen im Vordergrund stehen. Die öffentliche Infrastruktur dient dem Zusammenleben innerhalb unserer Gesellschaft – diskriminierungsfrei, nachhaltig, sozial und effizient. Daher ist es an der Zeit, dass lokale Player das Thema „Vernetzte Stadt“ in die Hand nehmen und die technischen Möglichkeiten in Einklang mit dem Gemeinwohl bringen. Hier können Stadtwerke als Betreiber öffentlicher Infrastrukturen ein sehr entscheidender Akteur sein. Einige haben das Potential bereits  erkannt und gehen in die Verantwortung. Ich hoffe, es springen noch viele auf den Zug auf.

Alexander Sommer

Leiter Innovation und Transformation | items GmbH

LoRaWAN: Das Ende des Turnschuhprinzips im Messwesen?

Das Prinzip Turnschuh – die treue Instanz im Messwesen

Das Turnschuhprinzip im Messwesen: wer kennt es nicht? Jedes Jahr die gleiche Prozedur. Ein freundlicher Mitarbeiter mit einem Logo des Stadtwerks läuft von Haustür zu Haustür und fragt, ob er im Rahmen der jährlichen Abrechnung einmal den Zählerstand ablesen könnte. Gerade in Zeiten zunehmender Gerätevernetzung ist die Frage erlaubt, ob das eigentlich sein muss oder es nicht viel mehr Sinn macht, den Zähler aus der Ferne abzulesen. Schließlich ist der Endkunde oft nicht zu Hause, wenn der Zähler abgelesen werden soll und sowohl für das Stadtwerk als auch für den Endkunden bedeutet es organisatorischen Mehraufwand. Was liegt also näher, als den Zähler zu vernetzen, um das Prinzip Turnschuh endlich abzuschaffen.

LoRaWAN und Metering – ein Pärchen mit Zukunft?

Auch Stadtwerke stellen sich durch die zunehmende Vernetzung und die Einführung von intelligenten Messystemen (iMsys) zunehmend Überlegungen, ob das Prinzip Turnschuh noch Zukunft hat. Mit dem Messstellenbetriebsgesetz (MsbG) hat der Gesetzgeber in den letzten zwei Jahren Fakten geschaffen und die Grundlage für den vernetzten Zähler, das intelligente Messsystem, gelegt. Doch hierbei wird oft vergessen, dass eine Ausstattungspflicht mit einem Smart-Meter-Gateway (SMGW) nur für einen Bruchteil der Zählpunkte gilt. Als Daumenwert wird oft 15% genannt. Alle anderen Zählpunkte werden lediglich mit modernen Messeinrichtungen versehen und das Turnschuhprinzip wird weiterhin angewandt, bis die Sohlen qualmen.

Aus diesem Grund beschäftigen sich immer mehr Versorger mit der Fragestellung, ob es nicht alternative Lösungen im Meteringumfeld gibt, wobei vor allem die Frage nach der adäquaten Kommunikationstechnologie im Vordergrund steht, da diese sowohl kosteneffizient sein soll, als auch die notwendigen technischen Eigenschaften erfüllen muss. Eine ideale Technologie könnte hierfür die Technologie LoRaWAN sein. Bei LoRa handelt es sich um eine freie unlizenzierte Frequenz im 400 MHz-Bereich. Durch das Niederfrequent-Band ist LoRa in der Lange, mit einem Sendemast eine Reichweite von mehreren Kilometern zu erzielen, und das bei einer hohen Gebäudedurchdringung bis in den Keller. LoRa verfügt bereits heute über ein großes Hardware-Ökosystem mit der LoRa-Alliance und wird weltweit verwendet. Durch die Energieeffizienz von LoRa-Geräten können Batterielaufzeiten von bis zu 10 Jahren erreicht werden.

Eigentlich eine ideale Technologie zur Verwendung im Bereich des Submeterings, da Zählpunkte oft schwer zugänglich sind. Doch bei der Vernetzung von Zählpunkten sind gerade durch das Messstellenbetriebsgesetz gewisse regulatorische Anforderungen zu beachten, welche auch für LoRa gelten.

LoRa und das MsbG – eine Beziehung mit Gegenwind

Wird beispielsweise ein Zählpunkt mit einem Messgerät mittels LoRaWAN vernetzt, handelt es sich im juristischen Sinne um ein Messystem (§2 Nr.13 MsbG). Laut Definition reicht es aus, wenn ein Zähler in ein Kommunikationssystem (hiermit wäre LoRa miteingeschlossen) eingebunden wird. In welcher Sparte die Messwerte erhoben werden ist in diesem Kontext irrelevant.

Da es sich bei einer Vernetzung eines Zählers mit LoRa um ein Messsystem nach dem MsbG handelt, sind bestimmte technische Anforderungen nach §19 MsbG zu erfüllen. Der Paragraph verweist dabei auf dieselben Anforderungen, wie sie auch für SMGWs und iMsys nach §21 und §22 MsbG gelten. Dies schließt auch die technische Richtlinie 03109 für das Smart-Metering mit ein. Das bedeutet, dass die Messwerte aus dem Bereich Strom einer jeden Messeinrichtung über das SMGW übermittelt werden müssen, da diese im Anwendungsfeld des MsbG liegen.

§1 MsbG: Dieses Gesetz trifft Regelungen

  1. zur Ausstattung von Messstellen der leitungsgebundenen Energieversorgung mit modernen Messeinrichtungen und intelligenten Messsystemen,
  2. zur Ausgestaltung des Messstellenbetriebs und zur freien Wahl eines Messstellenbetreibers,
  3. zur Aufgabentrennung von Messstellenbetrieb und Netzbetrieb,
  4. zu technischen Mindestanforderungen an den Einsatz von intelligenten Messsystemen,
  5. zur energiewirtschaftlichen Datenkommunikation und zur allgemeinen Datenkommunikation mit Smart-Meter-Gateways,
  6. zur Erhebung, Verarbeitung und Nutzung von Messwerten und weiteren personenbezogenen Daten zur Erfüllung von vorvertraglichen Verpflichtungen, von Verträgen, rechtlichen Verpflichtungen und zur Erfüllung von Aufgaben im öffentlichen Interesse.

Der Bereich Wasserzähler liegt hierbei allerdings nicht im Scope des MsbG, weswegen der Einsatz von LoRa zur Auslesung der Zähler rechtlich möglich wäre. Gleiches gilt für das Thema Heizkostenabrechnung, außer es handelt sich um ein Liegenschaftsmodell. Dann ist eine Anbindungspflicht nach §6 MsbG zu prüfen.

Abbildung_01_LoRa_Metering
Abbildung 1 LoRa und das MsbG – Regulatorische Anbindungsverpflichtungen für Messeinrichtungen an das SMGW

Somit wäre eine Mehrspartenauslesung mittels eines zentralen LoRaWAN-Netzes für die gesamte Stadt nach dem MsbG nicht möglich. Vielmehr müsste eine IT-Architektur geschaffen werden, bei der ein dezentrales LoRaWAN-Netz implementiert ist.

LoRa und MsbG: Wo bleibt das Happy End?

Die Auslesung von modernen Messeinrichtungen im Bereich Strom würde immer über eine klassische Meteringarchitektur erfolgen. Die Messwerte werden am Zähler erhoben und über Wireless-MBus an das SMW durch den SMGWA an das jeweilige MDM-System übermittelt. Die Messwerte der Wasserzähler oder Heizkostenzähler würden über LoRaWAN an das SMGW unidirektional an das SMGW über das LMN erfolgen. Eine Anbindungspflicht für das Gas ist hingegen von der Frage abhängig, ob es sich um eine Liegenschaftsmodell nach §6 MsbG handelt. Diesbezüglich könnte eine IT-Systemarchitektur wie folgt aussehen:

Abbildung_02_LoRa_Metering
Abbildung 2 LoRa und das MsbG – Metering-Systemarchitektur über ein SMGW

Alternativ könnte eine getrennte Systemarchitektur errichtet werden, wodurch kein dezentrales LoRaWAN-Netz erforderlich wäre. Das LoRaWAN wäre als MAN aufgebaut. Durch die klare Trennung der Smart-Metering- und LoRaWAN-Infrastruktur könnten regulatorische Mehraufwände vermieden werden. Eine ökonomische Prüfung wäre aber unerlässlich.

Abbildung_03_LoRa_Metering
Abbildung 3 LoRa und das MsbG – Metering-Systemarchitektur über zwei getrennte Netze

LoRa und Metering – Entscheidung, ohne rosa Brille

Auch wenn LoRaWAN über die idealen technischen Voraussetzungen im Bereich Metering verfügt, eignet es sich aufgrund der regulatorischen Vorschriften nur bedingt für dessen Einsatz. Vor einem Einsatz sollte geprüft werden, welche technischen Gegebenheiten im jeweiligen Objekt zulässig und möglich sind. Gerade bei größeren Objekten, welche über eine große Anzahl schwer anbindbarer Zählpunkte verfügen, könnte LoRa eine potentielle Alternative sein. Jedes Stadtwerk und jeder Messstellenbetreiber sollte sich die Frage stellen, inwieweit LoRa im eigenen Geschäftsfeld geeignet ist.

Marcel Linnemann
Innovationsmanager Energiewirtschaft | items GmbH

Smarte Städte, smarte Daten, smartes Stadtwerk

Ein Blick in die Glaskugel: Unsere Städte von Morgen

Urbanisierung, postfossile Gesellschaft, Care City: Ein Blick in die Glaskugel vieler Experten offenbart Begriffe, deren Bedeutung noch nicht entschlüsselt ist. Vor allem smart soll sie werden, die Stadt der Zukunft, und vernetzt agieren. Doch was heißt eigentlich smart? Was bedeutet es, im Zusammenhang mit Stadtentwicklung von intelligent und vernetzt zu sprechen? Gibt es bald nur noch fliegende Autos, deren Verkehrswege sich bis unter das Dach riesiger Häuser erschließen, automatisierte Mülleimer, die ihren Inhalt selbstständig zur Deponie bringen oder Kühlschränke, die geduldig in Reih und Glied an der Supermarktkasse stehen, um sich selbst zu befüllen?
An kreativen Visionen mangelt es auf jeden Fall schon mal nicht. Die Stadt der Zukunft kann alles sein. Auf jeden Fall wird sie zusammenhängender agieren als sie es heute zu leisten vermag. Automatisierung und sich selbst optimierende Systeme bestimmen dann den Lebensalltag bis in die kleinste Zelle und zwar ineinander verzahnt und selbststeuernd.
Denken Sie an die Werbespots mancher Unternehmen, in denen Autos von alleine bremsen, wenn ein Kind auf die Straße läuft, oder sich sämtliche Fahrzeuge innerhalb einer Stadt gegenseitig steuern und kontrollieren.

Doch bei allen Zukunftsszenarien bleibt eine Frage völlig offen: Wie schafft man es, eine Stadt erfolgreich zu vernetzen und zu steuern und woher kommen die Daten, um die beschriebenen Zukunftsszenarien zu realisieren?

Smart Data: der Rohstoff der Zukunft

Bevor wir im Zeitalter fliegender Autos und sich selbst verwaltender Städte ankommen, werden noch viele Jahre vergehen. Denn der intelligente Umgang und das Bewusstsein für den Einsatz großer Datenmengen für urbane Stadtentwicklung muss erst erlernt und getestet werden. Einige mutige Schritte sind dazu schon getan worden und
auf den ersten Erfahrungen wurzeln neue Visionen und Ziele.
Das Allesnetz (IoT), das Internet der Dinge, ist das Zuhause vieler Technologien, die den Wandel unserer Gesellschaft zu einer globalen Informationsgesellschaft ermöglichen werden, inklusive einer Infrastruktur, die dies unterstützt.
Denn bei IoT geht es vor allem um eins: Den Bewohnern einer Stadt sinnvolle Mehrwerte zu schaffen, ohne dass es ihnen bewusst ist. Dies gelingt durch die Verzahnung von Assets, wodurch diese miteinander interagieren können.

Die Mehrzahl der Technologien und deren Anwendungs- und Geschäftsfälle basieren dabei auf Algorithmen, welche zur zukunftsweisenden Optimierung vor allem eins brauchen: Daten, Daten und Daten. Sie sind der Grundrohstoff der Use-Cases. Doch woher kommen diese Daten? In der Praxis liegen diese meist unzureichend oder in inkonsistenter Form vor. Bislang war es schlicht und einfach zu teuer, permanent Daten zu erheben, da dies mit einem hohen manuellen Aufwand oder hohen Kommunikationskosten verbunden war. Daher ist es zu Beginn wichtig, die Assets in einer Stadt zu vernetzen, um eine ausreichende Datengrundlage zu schaffen. Erst dann können neue Geschäftsmodelle erfolgreich umgesetzt werden.
Doch gibt es überhaupt eine solche Technologie, die kostengünstig implementiert werden kann, die über die technisch notwendigen Eigenschaften verfügt und zu einem späteren Zeitpunkt Hunderttausende oder gar Millionen Geräte vernetzen kann?

Bei der Abwägung und Auswahl gibt es viel zu beachten. Differenzierte Blicke sind notwendig, um Entscheidungsvorlagen herzustellen, die alle Kriterien in Bezug auf Hardware, Infrastruktur, IT-Anforderung und betriebswirtschaftliche Anforderungen beinhalten.

Abbildung_02_LoRa_Allgemein
Abbildung 01: Vergleichskriterien IoT-Netze

Smarte Städte und smarte Daten: LPWAN-Technologie und LoRaWAN

Low Power Wide Area Networks (LPWAN) sind Netze, die seit zwei Jahren zunehmend an Aufmerksamkeit gewinnen. Eine Netz-Technologie, welche darunter besonders hervorsticht, ist LoRaWAN. Dabei handelt es sich um eine LPWAN-Technologie, welche den 400 MHz- und 800 MHz-Bereich nutzt und dadurch eine gute Gebäudedurchdringung bis in die Keller aufweist. Bei der Technologie LoRaWAN ist zwischen den Begrifflichkeiten LoRaWAN und LoRa zu unterscheiden. Ersteres beschreibt die grundlegende Systemarchitektur des Netzwerkes sowie das verwendete Kommunikationsprotokoll. LoRa stellt hingegen die Übertragungsschicht dar, welche die Kommunikation über größere Entfernungen ermöglicht. LoRaWAN ist mit seiner Netzwerkarchitektur und seinem Protokoll hauptverantwortlich für den energieeffizienten Betrieb des Netzwerks.
Implementierte Sensorik kann bei LoRaWAN ohne Stromanschluss eine Lebenszeit von bis zu 10 Jahren erreichen, so dass ein aufwendiger Wechselprozess innerhalb kurzer Zeitabstände entfällt. Kosten können so minimiert werden. Ein einzelnes Gateway kann bis zu 40.000 Assets verwalten und eine Reichweite über mehrere Kilometer abdecken.
Bereits heute verfügt LoRa über ein großes Ökosystem an Hardware und mit der LoRa-Alliance über ein großes Unterstützernetzwerk. Durch den Open-Source-Ansatz ist es zudem möglich, selbstständig ein IoT-Netz für die eigene Kommune zu betreiben.
Aber es gibt nicht nur LoRaWAN, sondern auch viele weitere Technologien wie z. B. Sig Fox oder NB-IoT, welche sich jedoch innerhalb eines geschlossenen Ökosystems bewegen. Genauso könnte über LTE als zusätzliche Technologie nachgedacht werden, diese ist jedoch aufgrund der Energieintensivität sowie den Kosten weniger geeignet. Einen Vergleich der verschiedenen Technologien gibt die folgende Abbildung wieder:

Abbildung_01_LoRa_Allgemein
Abbildung_02: Vergleich der LoRaWAN-Technolgien mit LTE, sigFox, NB-IoT

Digitale Infrastruktur smarter Städte: Das ist doch was für Stadtwerke!

Seit mehr als 100 Jahren sind Stadtwerke in einem Gebiet besondere Experten: dem Betrieb von Infrastruktur. Strom-, Wasser- und Gasnetze stellen wesentliche Lebensadern unserer Städte dar, ohne die eine öffentliche Versorgung zusammenbrechen würde. Mit der zunehmenden Vernetzung unserer Städte wird jeder Stadt eine neue Lebensader hinzugefügt. Was läge also näher, als dass Stadtwerke die Aufgabe des Betriebs eines IoT-Netzes übernehmen und das infrastrukturelle Wachstum der City zukunftsweisend steuern.
Ob zur eigenen Prozessoptimierung oder als Grundlage für neue Geschäftsmodelle – die Einsatzszenarien mit IoT-Netzen sind vielfältig und bereiten den Weg für ein nachhaltiges Verantwortungsmanagement in den Händen eines kommunal verankerten Dienstleisters. Die Übernahme der zukünftigen Daseinsvorsorge für die eigene Kommune, bei gleichzeitiger Erweiterung des Produktportfolios außerhalb des klassischen Stromvertriebs, ist eine lohnende Vision, die es zu durchdenken gilt.
Viele Versorger stehen durch die steigende Wechselbereitschaft ihrer Versorgungskunden und die Änderungen, welche die Energiewende mit sich führt, vor der Fragestellung langfristig erfolgreicher Vertriebsmargen. Der Betrieb eines IoT-Netzes, beispielsweise durch LoRaWAN, würde völlig neue Möglichkeiten für Kommunen und Städte erschließen: Smart Parking, intelligente Abfallentsorgung oder dem intelligenten Schloss für Fahrräder oder Strandkörbe – der Fantasie sind hierbei keine Grenzen gesetzt und den Handlungsfeldern der Stadtwerke der Zukunft auch nicht.

Abbildung_03_LoRa_Allgemein
Abbildung_03: Potentiale für Stadtwerke durch IoT

 

Was meinen Sie? Wie sieht die Stadt der Zukunft aus und welche Technologien weisen den Weg in diese Richtung? Welche Rolle besetzen Sie in diesem Szenarium?

Diskutieren Sie mit uns und lassen Sie uns darüber austauschen, wie man die Glaskugeldeutungen der Experten im wahren Leben verankern kann.

Jede Stadt kann smart werden, es braucht nur den Willen und den Mut es umzusetzen!

 

Marcel Linnemann
Innovationsmanager Energiewirtschaft | items GmbH

 

——————————————————————————————————————————–

+++Stadtwerke bauen das digitale Gehirn der Stadt +++
Die Stadwerke Lübeck entwickeln eine städtische Infrastruktur für Daten
powerd by items

Hier geht es zum Beitrag aus der LNONline vom 16.07.2018