Das Konzept der sicheren Datenautobahn für die Energiewirtschaft setzt auf eine deutschlandweite Funkfrequenz in Verbindung mit der passenden Hard- und Softwaretechnologie. (Bild: Welotec)
Im Rahmen der Energiewende sind Lösungen für Erzeugung, Transport und Speicherung von Energie mehr denn je gefragt. Damit Energie sinnvoll transportiert und gespeichert werden kann, muss klar sein, welche Energie wann und wo erzeugt, beziehungsweise verbraucht wird. Nur so sind Konzepte für eine sinnvolle Energieverteilung realisierbar. Das virtuelle Kraftwerk ist in diesem Zusammenhang ein weiteres Schlagwort. Hier braucht man zuverlässige Kommunikationslösungen, die im Idealfall unabhängig von Mobilfunkanbietern und Stromnetzen sind und natürlich sicher vor Angriffen von außen.
Gerade kleinere Energieversorgungsunternehmen (EVU) fordern heute Lösungen, mit denen sich Energienetze einfach und zuverlässig überwachen und fernsteuern lassen. Dabei gibt es zwei wesentliche Anforderungen an solche Kommunikationslösungen: Ausfallsicherheit ist die eine; die Datenübertragung muss fehlerfrei und schnell vonstattengehen, auch bei Stromausfall. Überlastungen des Kommunikationsnetzes und damit Fehlschaltungen sind nicht hinnehmbar. Eine weitere wesentliche Forderung ist die Datensicherheit. Manipulation der Daten zum Beispiel durch Hackerangriffe sind in diesem Bereich natürlich zwingend zu vermeiden.
Das Konzept der sicheren Datenautobahn für die Energiewirtschaft setzt auf eine deutschlandweite Funkfrequenz in Verbindung mit der passenden Hard- und Softwaretechnologie. Bild: Welotec
Sichere Datenautobahn für die Energiewirtschaft
DEF (Deutsche Energie Funk) kennt die Problematik aus eigener Erfahrung. Das Unternehmen entstand nämlich im Zuge eines entsprechenden Projektes: Das Unternehmen Bayern BHKW aus Dorfen hatte zunehmend Probleme mit der sicheren und störungsfreien Fernwartung von Blockheizkraftwerken in abgelegenen Biogasanlagen. Zusammen mit den Unternehmen BayoEnergy und Koco wurde das Grundkonzept der „sicheren Datenautobahn für die Energiewirtschaft“ entwickelt. Die Lösung hat sich mittlerweile in der Praxis bewährt. Weil die beteiligten Projektpartner großen Bedarf am Markt sehen, beließen sie es nicht bei dem Einzelprojekt. Es entstand ein eigenes Unternehmen, das das Konzept nun weiteren Energieversorgern als Gesamtlösung anbietet.
Aber was genau hat man sich unter einer sicheren Datenautobahn für die Energiewirtschaft vorzustellen? Die realisierte Lösung setzt auf eine Kombination aus einer eigenen deutschlandweiten Funkfrequenz und verschiedener Hard- und Software. An den Substationen wie etwa Windkraftanlagen, Solarparks oder Blockheizkraftwerken sammelt eine Remote Terminal Unit (RTU) Daten aus der Anlage. Diese werden dann per UHF-Modem an das Umspannwerk oder je nach Fall auch direkt an die Leitwarte des Energieversorgers übertragen. Ist dort bereits ein Leitsystem vorhanden, lassen sich die Daten einfach darin integrieren. Andernfalls wird auch ein eigener Leitstand samt Server und optionaler Datenbank angeboten.
Sixnet-RTU mit Modbus Gateway. Bild: Welotec
Daten schnell, sicher und zuverlässig übertragen
Während andere Kommunikationslösungen auf DSL, GSM, eigene Glasfasernetze oder Tetrabandfunk setzen, nutzt die Lösung von DEF ganz bewusst Schmalbandfunk. Durch den Aufbau eines eigenen Funknetzes wird man unabhängig von Stromausfällen, Zusammenbrüchen des Mobilfunknetzes oder Serverabstürzen externer Anbieter. Denn nicht selten sind es in der Energiebranche gerade diese Situationen, in denen es auf eine zuverlässige Kommunikation ankommt. Weiter eignet sich Schmalbandfunk in diesem Falle, weil im Wesentlichen nur Nutzdaten ohne großen Protokoll-Overhead übertragen werden und damit keine riesige Bandbreite gefordert ist. Gleichzeitig lassen sich beim Schmalbandfunk im Gegensatz zum Mobilfunknetz die Laufzeiten berechnen, was die Verfügbarkeit der Verbindung weiter erhöht. Zugesicherte Datenvolumina und Datengeschwindigkeiten ermöglichen eine unterbrechungsfreie Datenübertragung. Die Übertragungsdauer ist allein von der Distanz zwischen Sender und Empfänger abhängig. Und schließlich spielt die Datensicherheit eine wichtige Rolle. Auch hier punktet der Schmalbandfunk, weil ein eigenes Kommunikationsnetzwerk schon per se nicht so leicht angreifbar ist, wie ein öffentliches Netz. Unter anderem müsste der Hacker zudem vor Ort sein, um einen Angriff durchzuführen.
Das Unternehmen
Welotec
1969 als Ingenieurbüro gegründet, hat sich Welotec im Laufe der Jahre zu einem Systemanbieter für erklärungsbedürftige Produkte weiterentwickelt. Inzwischen liefert das Unternehmen nicht nur Technik und Produkte, sondern steht seinen Kunden mit Beratungs- und Serviceleistungen bei der Verwirklichung ihrer Lösungen zur Seite, um so deutlich mehr Sicherheit in allen Entscheidungsfragen vor, während und nach einer Projektierung zu schaffen. Heute gelten die Münsterländer international als anerkannte Spezialisten für industrielle Kommunikation, Wireless-Lösungen und industrielle Automatisierung. Der große Branchenschwerpunkt von Welotec liegt seit Jahren in der Energiewirtschaft.
DEF wählt für die Datenkommunikation in Smart-Grid-Anwendungen bewusst Schmalbandfunk zur Anbindung kritischer Systeme. Sie ist ein Garant für Quality of Service, echtzeitfähige, schnelle Übertragung, hohe Sendeleistungen und schnelle Datenverarbeitung. Über serielle Schnittstellen zu den Anlagen wird mit Modbus RTU, eines der schlanksten und sichersten Protokolle aus dem klassischen Anlagenprotokoll, in die M2M-Kommunikation überführt. Durch die Übertragung reiner Modbus-Register-Einträge in kleinen, verschlüsselten Datencontainern ist ein Ausspähen von Inhalten extrem erschwert und ein Einbruch zur Systemmanipulation nahezu unmöglich.
Datenfunkmodems mit 128-bit-Verschlüsselung
Zuverlässige Konzepte lassen sich aber nur mit zuverlässiger Hardware realisieren, das gilt auch für den Schmalbandfunk. Die Anwendung setzt daher auf Satel-Funkmodems aus dem Hause Welotec. Stefan Lichy, Geschäftsführer bei DEF berichtet dazu: „Bei Bayern BHKW hatten sich die Funkmodems dieses Herstellers bereits in der Praxis bewährt. Da war es naheliegend, auch bei der neuen Lösung auf diese zuverlässigen Geräte zu setzen.“
UHF-Funkmodem Satellar 1DS mit Netzwerkmanagement und integrierter 128-bit-AES Verschlüsselung. Bild: Welotec
Die erste Anwendung nutzt Satelline 3AS Modems. Bei weiteren Anwendungen ist das Funkmodem Satellar 1DS angedacht. So liegt eine Besonderheit des Modems in der erhöhten Sicherheit: es bietet eine 128-bit-AES-Verschlüsselung auf der Funkschnittstelle. Satellar arbeitet ebenso wie Satelline mit einer transparenten Funkverbindung, um Kabel für klassische RS-232 Verbindungen zu ersetzen. Zudem lassen sich viele Topologien realisieren, von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bis zu landesweiten Ketten mit multiplen Verzweigungen, so auch Netzwerke mit bis zu 200 Substationen. Die Reichweite bei Punkt-zu-Punkt-Verbindungen liegt bei bis zu 15 Kilometern – bei optimalen Bedingungen aber auch bis zu 30 Kilometer. Zudem lässt sich die Reichweite mit Hochleistungsantennen, Verstärkermodulen und Funkrepeatern erhöhen.
Neben einer zuverlässigen Datenübertragung waren auch robuste Remote Terminal Units (RTUs) für ein ausfallsicheres Gesamtkonzept gefordert, die in den einzelnen Subanlagen Daten sammeln und zur Übertragung über das Modem bereitstellen. Hier setzt die Anwendung auf Sixnet-RTUs. Lichy dazu: „Auch bei der Wahl der richtigen Router haben uns die Experten von Welotec konzeptionell sehr gut beraten. Wichtig war in erster Linie natürlich, dass die RTUs ausreichend digitale I/Os zur Verfügung stellen und wir die RTUs selbst mit geringem Aufwand programmieren konnten, um sie an die jeweiligen Gegebenheiten anzupassen.“
Technik im Detail – Die Hardware
Satelline 3AS
Das Satelline 3AS ist ein Halbduplex-Funkmodem, das für eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich der Datenübertragung geeignet ist, insbesondere für Applikationen, die große Reichweiten, hohe Präzision und zuverlässige Geschwindigkeit erfordern.Satellar 1DS
Das Satellar 1DS bietet gegenüber herkömmlichen UHF-Datenfunkmodems einige Vorteile. So ist der Tuningbereich mit 45 MHz besonders groß. Eine weitere Besonderheit liegt in der erhöhten Sicherheit. Das Modem verfügt über eine 128-bit AES-Verschlüsselung auf der Funkschnittstelle. Hinzu kommt, dass für den Zugriff auf das Funknetz örtliche Nähe und entsprechende Hardware nötig ist.
Damit ist es eine geeignete Lösung für sicherheitskritische Infrastrukturanwendungen. Das Modem arbeitet mit transparenter Funkverbindung, um Kabel für klassische RS-232 Verbindungen zu ersetzen. Zudem lassen sich viele Topologien umsetzen, von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bis zu landesweiten Ketten mit multiplen Verzweigungen.
Die RTUs von Sixnet sind eine flexible, sichere Plattform zur Fernüberwachung und Kontrolle und eignen sich für Anwendungen im Energiebereich. Ein eingebauter Modbus Gateway bildet eine nahtlose Schnittstelle zu vorhandenen RTUs und PLCs. Die Geräte überzeugen durch Redundanz, hohe Netzwerksicherheit und zuverlässiges Netzwerkmanagement. Somit leisten sie einen wesentlichen Beitrag für die in der Anwendung geforderte ausfallsichere Kommunikation. Lichy resümiert: „Unseres Wissens ist unsere sichere und gut an individuelle Gegebenheiten anpassbare Datenautobahn für die Energiewirtschaft eine bislang einmalige Kombination aus deutschlandweiter Funkfrequenz in Verbindung mit der passenden Hard- und Softwaretechnologie.“ jl
ke NEXT hakt nach
Drei Fragen an Dr. Reinhard Lülff, Welotec
Dr. Reinhard Lülff ist Geschäftsführer bei Welotec. Bild: Welotec
Sie sagen, Energiemanagement muss auf Verbraucherseite ansetzen, um eine erfolgreiche Energiewende zu ermöglichen. Können Sie das kurz erläutern?
Jein, die Energiewende muss auf beiden Seiten ansetzen: Einerseits muss Energie umweltschonend erzeugt werden, damit die CO2-Belastung eingegrenzt wird, andererseits ist beim Thema Energieeffizienz ein enormes Optimierungspotenzial vorhanden. Viele Unternehmen kennen ihre Energiekosten nur grob und Investitionen in energiesparende Maschinen lassen sich nur verifizieren, wenn die Energiedaten der Maschinen aufgenommen werden. Das Thema Energiemanagement hingegen muss auf der Verbraucherseite ansetzen, da nur hier Energieeinsparungen möglich sind.
Registrieren Sie eine hohe Nachfrage nach Ihrer Energiemanagementlösung?
Auf der Messe SPS IPC Drives in Nürnberg haben wir unsere Energiemanagementlösung erstmalig vorgestellt und sind auf reges Interesse gestoßen. Gerade kleine und mittlere Unternehmen waren sehr begeistert von unserer Lösung. Daher rechnen wir damit, dass wir im nächsten Jahr im Bereich des Energiemanagements hohe Wachstumsraten sehen werden.
Was müssen Kommunikations-Lösungen besonderes für ein effizientes Energiemanagement leisten?
Wir haben auf der Messe gemerkt, dass viele Kunden ein einfaches und schnell zu installierendes Werkzeug für das Energiemanagement wünschen. Außerdem muss dieses Werkzeug flexibel sein, um Energieverbraucher auch temporär messen zu können und das Messgerät danach an einem anderen Energieverbraucher anklemmen zu können. Außerdem wünschen viele Kunden eine umfassende Beratung zum Thema Energiemanagement, die von der Identifizierung der Messstellen über die Auswahl geeigneter Zähler bis hin zur Zertifizierung nach DIN EN ISO 50001 reicht. Auf all diese Punkte haben wir unser Energiemanagementsystem bereits ausgelegt. Aus den Messekontakten gingen weitere Optionen und Zusatzfunktionen hervor, die wir im Laufe des nächsten Jahres angehen möchten – zum Beispiel das Lastmanagement.