Table Of ContentIT-Architekturentwicklung im Smart Grid
Hans-Jürgen Appelrath • Petra Beenken
Ludger Bischofs • Mathias Uslar (Hrsg.)
IT-Architekturentwicklung
im Smart Grid
Perspektiven für eine sichere
markt- und standardbasierte
Integration erneuerbarer Energien
Herausgeber
Hans-Jürgen Appelrath Ludger Bischofs
Bereich Energie Bereich Energie
OFFIS Institut für Informatik OFFIS Institut für Informatik
Oldenburg, Deutschland Oldenburg, Deutschland
Petra Beenken Mathias Uslar
Bereich Energie Bereich Energie
OFFIS Institut für Informatik OFFIS Institut für Informatik
Oldenburg, Deutschland Oldenburg, Deutschland
ISBN 978-3-642-29207-1 ISBN 978-3-642-29208-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-29208-8
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Springer Gabler
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Geleitwort
DieEnergiepolitikstehtvorgroßenHerausforderungen.Esgilt,dieinternationale
VerpflichtungzurReduzierungdesCO -AusstoßesunddienationaleEntscheidung
2
zum Ausstieg aus der Atomenergie gleichermaßen zu meistern. Dabei muss die
EnergieerzeugungauchzukünftigdenDreiklangWirtschaftlichkeit,Versorgungssi-
cherheitundUmweltverträglichkeitberücksichtigen.
EinwichtigesMitteldazuistdieverbesserteIntegrationdererneuerbarenund
dezentralenStromerzeugerindasStromversorgungssystem.Informations-undKom-
munikationstechnologiensindhierbeiessentielleBestandteile,umeinedezentrale,
intelligenteEnergieverteilungzurealisieren.
IntelligenteIKT-basierteEnergiesysteme,diesogenanntenSmartGrids,realisie-
rendieinformationstechnischeVernetzungvonVerbrauchern,Erzeugern,Speichern
sowieSystemenzurÜbertragungbzw.VerteilungvonEnergieundermöglichenauf
dieseWeisediekurzfristigeFeststellungdesBedarfsanEnergie,anSpeicherungetc.
ErstdieseinformationstechnischeVernetzungerlaubteineintelligente,ausgleichende
SteuerungunddamitauchdieverstärkteIntegrationerneuerbarerEnergien.Diese
intelligenteSteuerungkanndieEnergieeffizienzwesentlichverbessernunddadurch
auchzurKostendämpfungbeitragen.
DieauchinternationalvielbeachteteInitiative„E-Energy–IKT-basiertesEnergie-
systemderZukunft“desBundesministeriumsfürWirtschaftundTechnologiefördert
deshalb die Erforschung und den Einsatz von E-Energy-Technologien in ressort-
übergreifenderPartnerschaftmitdemBundesministeriumfürUmwelt,Naturschutz
undReaktorsicherheitbereitsseitmehrerenJahren.DieProjektefußenaufdemEin-
satzundderWeiterentwicklungvorhandenerTechnologienfüreinauchlangfristig
versorgungssicheres,wirtschaftlichesundRessourcenschonendesEnergiesystem.
DieRealisierungstandardbasierterIT-ArchitekturenfürSmartGridsisteinwich-
tigerSchrittzurErreichungderenergiepolitischenZiele.Umzukunftsfähigzusein,
solltedieArchitekturentwicklungIT-Sicherheitsanforderungenangemessenberück-
sichtigenundaufetablierteStandardssetzen.IndiesesBuchsindhierzuimTechno-
logieprogrammE-EnergyerarbeiteteErkenntnisseeingeflossen.EsliefertHerstellern
und Energieversorgern zahlreiche Hinweise für die sichere und standardbasierte
IntegrationerneuerbarerEnergien.
V
VI Geleitwort
Dem Buch wünsche ich die verdiente Beachtung bei der Realisierung der zu-
künftigenintelligentenEnergieversorgungunddankedenbeteiligtenExpertenaus
WissenschaftundWirtschaftfürihrEngagement.
Berlin,Februar2012 StefanKapferer
StaatssekretärimBundesministerium
fürWirtschaftundTechnologie
Geleitwort
Die Energiewirtschaft steht – besonders in Deutschland – vor einem nachhalti-
genWandel,deralleihreBereichewieEnergieerzeugung,-transport,-speicherung,
-effizienzund-verbrauchgrundlegendverändernwird.DieVorgabenaufgrundder
Einspar-undEnergiemixzielederEuropäischenKommissionundBundesregierung,
derAtomausstiegunddieÄnderungrechtlicherRahmenbedingungenstellenkom-
plexe Anforderungen an technische Anlagen und Stromnetze, vor allem aber an
dieVerteilnetzeimMittel-undNiedrigspannungsbereich.DerTrendzudezentra-
len, vor allem regenerativen Einspeisern und die Auswirkungen einer sich entwi-
ckelnden Elektromobilität bringen Herausforderungen für die Versorgungssicher-
heit,dieEnergieverteilungunddieStabilitätderNetze.NurderEinsatzmoderner
Informations-undKommunikationstechnik(IKT)kanndiesenAnforderungenbegeg-
nen.DieschnelleVerbreitungdesInternetsmitseinenglobalverfügbarenDatenund
DienstenschafftzusätzlicheVoraussetzungenfürintelligenteLösungenzurEnergie-
einsparungundfürnutzerorientierteDiensteinVerbindungvonKostenmodellenim
Energiebereich,diezeitgenauaufAngebotundNachfragezugeschnittensind.Das
schafft neue Möglichkeiten in einem deregulierten Energiemarkt. Die technische
RealisierungbirgtneueundschwierigzulösendeHerausforderungenfürdasdazu
erforderlicheSoftwareEngineeringzurErarbeitungangemessenerSoftwarearchitek-
turen.
In Folge hält immer mehr IKT Einzug in die Energienetze der Zukunft – vor
allem bei den Versorgern aber auch bei den Verbrauchern. Es entstehen hybride
Software- und Hardwaresysteme, so genannte Cyber Physical Systems, in denen
softwareintensiveeingebetteteSystememitoftkomplexerSensorikaufBasisweit-
läufigerdigitalerKommunikations-undVersorgungsnetzeverbundenwerden.Im
GegensatzzuherkömmlichenIT-SystemensindfürCyberPhysicalSystemsgerade
nicht-funktionaleEigenschaften– wieSicherheit,Zuverlässigkeit,Langlebigkeit,
hoheInteroperabilität,verteilteundenergieeffizienteAusführung–unddaszeitliche
VerhaltennebenläufigerProzessevonbesondererBedeutung.Diesgiltverstärktfür
diekritischeInfrastrukturderStromnetze,diezurobustenhochverfügbarenSmart
Gridsentwickeltwerdenmüssen.
VII
VIII Geleitwort
DieBundesregierunghatseit2008mitihremstarkbeachtetenFörderprogramm
„E-Energy–IKT-basiertesEnergiesystemderZukunft“einewichtigeInitiativezur
EntwicklungvonIKT-basiertenSmartGridsundihrenneuenMärktengeschaffen.
IndiesemKontextwurdeauchdasProjekteTelligencedurchgeführt,indemdiein
diesemBuchbeschriebenenErgebnisseentstandensind.DiesesFörderprogramm
warVorreiterfürInitiativen,diesichjetztauchaufderEU-EbenemitAktivitäten
wiedemMandatM/490zeigen.ZielderArbeitenaufEU-EbeneistdieEtablierung
einersicheren,aufStandardsbasierten,technischenReferenzarchitektur,dieneben
einemkonzeptuellenModellauchdieInformationsflüssezwischendenAkteurenund
SystemenimeuropäischenVerbundnetzerfasstundaufInteroperabilitätausgerichtete
SchnittstellenzurVerfügungstellt.DieAbschlussergebnissedesMandatsM/490
werdendaherauchzurZielerreichungeinesCyberPhysicalSmartGridfürEuropa
beitragen.
AufBasiseinerkonsequentimProjekteTelligenceverfolgtenForschungsmetho-
dikpräsentiertdiesesBuchArbeitenzuThemenwieReferenzarchitekturen,Sicher-
heitskonzeptenundInteroperabilität.EsadressiertmitdendargestelltenErgebnissen
wichtigeKernbestandteilezukunftsfähigerEnergiesystemeund-märkte.
DieArbeitendesProjektseTelligencestelleneinenwichtigenMeilensteinauf
demWegindieEnergienetzederZukunftdar.IchwünschedemBuchdieverdiente
BeachtunginderSmartGridCommunityundweitüberderenGrenzenhinaus.
München,Februar2012 Prof.Dr.Dr.h.c.ManfredBroy
TechnischeUniversitätMünchen
FakultätfürInformatik
LehrstuhlIV:Software&SystemsEngineering
Vorwort
Weltweit–mitDeutschlandinführenderRolle–gibteszunehmendeBestrebungen,
denKlimawandelunddessenmöglicheFolgenvorallemdurchdenAusbauerneu-
erbarerEnergienaufzuhalten.PolitischvorgegebeneKlimaschutzzielewerdenaber
nurerreichbarsein,wenndieregenerativenEnergiequellenmöglichstjederzeitund
animmerneuenStandorteneffizientindasbestehendeStromnetzeinspeisenkönnen.
DiesbedarfallerdingseinerintelligentenSteuerungdessichinsbesondereaufder
VerteilnetzebeneindramatischemWandelbefindlichenStromnetzes,daansonsten
dieNetzstabilitätgefährdetwerdenkönnteoderderAusbauerneuerbarerEnergien
gedrosseltwerdenmüsste.
DieSchaffungsolcherintelligenterEnergiesysteme,derSmartGrids,wirderst
durchdenEinsatzvonInformations-undKommunikationstechnologien(IKT)mög-
lich.ÜberIKTkanndasnotwendigeInformationsmanagementrealisiertwerden,das
dieErzeugung,Verteilung,SpeicherungundNutzungvonEnergiefunktional,sicher
undenergieeffizientsteuert.DieelektrotechnischeInfrastrukturzurÜbertragungvon
StrommussdaherdurcheineumfassendeInformationsinfrastrukturzuihrerÜber-
wachungundSteuerungergänztwerden.ZwarwurdenauchinderVergangenheit
EnergiesystemeüberIKTgesteuert,dieEntwicklungderSmartGridsintendiertaber
einewesentlichstärkereIntegrationverschiedenerEnergieversorgungskomponenten
undIKT-gestützterSoftwaresysteme.
DiestärkereKopplungundAbstimmungdieserbeidenSystemweltenistfürein
effektivesManagementzurErzielungvonEnergieeffizienznotwendig,führtaufder
anderenSeiteaberauchzursteigendenKomplexitätdereingesetztenIT-Systeme.Ziel
diesesBuchesistes,dieseKomplexitätderIT-SystemeinSmartGridszudiskutieren
undAnsätzezuihrerLösungvorzustellen.
FürdieIT-ArchitekturentwicklunginSmartGridswerdenindiesemBucheine
Referenzarchitektur,SicherheitsaspekteundAspektederInteroperabilitätüberStan-
dardsaufgezeigt.DerersteTeilwidmetsichderArchitekturrealisierungaufBasis
vonReferenzarchitekturenundderZweitebefasstsichmitAspektenzurpraktischen
UmsetzungvonIT-ArchitektureninSmartGrids.EingeleitetwerdendiebeidenTeile
durch die Beschreibung des Kontextes, in dem die Ergebnisse erarbeitet wurden.
DieserRahmenwurdemaßgeblichdurchdasvomBundesministeriumfürWirtschaft
IX
X Vorwort
undTechnologie(BMWi)initiierte undgeförderteProgramm E-Energy gesteckt,
in dessen Projekt eTelligence auch die Herausgeber und Autoren dieses Buches
eingebundensind.
ErfahrungenundErgebnisseauseTelligenceflossenindieKonzeptiondernach-
folgendvorgestelltenReferenzarchitektureinundwerdenauchbeieinerArchitektur-
realisierunginKapitel9ausführlichbehandelt.DasFörderprogrammE-Energyhat
esinsgesamtunddamitaucheTelligenceermöglicht,inModellregionenKonzepte
fürIKT-basierteEnergiesystemezuentwerfenundschrittweiseinsFeldzubringen.
ThematischübergreifendzuallenräumlichdisjunktenE-Energy-Projektenexistieren
gemeinsamgetrageneFachgruppen,dieeinewillkommenePlattformzumAustausch
derProjektarbeitenundihrerZwischenergebnissedarstellt.
AusdenE-Energy-FachgruppenSystemarchitekturundInteroperabilitätnehmen
daseTelligence-ProjektundauchdieAutorendiesesBuchesinteressanteAnregungen
mit.Wirsinddavonüberzeugt,dassdiekonzeptionellfundierteundingenieurmäßig
professionelle Entwicklung von IT-Architekturen eine zentrale Aufgabe bei der
ErstellungvonSmartGridsdarstellt.Wirhoffen,dassdamitbefassteSoftwarearchi-
tektenund-entwicklerdasvorliegendeBuchmitInteresseundGewinnlesen.
Leider ist der Leiter der E-Energy-Fachgruppe für Interoperabilität, Herr
Dr. Thomas Hagen, während der Projektlaufzeit unerwartet verstorben. Dies ist
eingroßerVerlust.WirfühlenmitseinerFamilieundwissen,dassThomasHagen
nichtnurbeiE-EnergyeinegroßeLückehinterlässt.
Oldenburg,Februar2012 Prof.Dr.Dr.h.c.H.-JürgenAppelrath
UniversitätOldenburg
DepartmentfürInformatik
PraktischeInformatik–AbteilungInformationssysteme
Dr.-Ing.MathiasUslar
Dr.PetraBeenken
Dr.-Ing.LudgerBischofs
OFFIS–InstitutfürInformatik
BereichEnergie
