Smart Grid – das Nervensystem der Energiewende

Die Energiewende ist der Weg in eine sichere, umweltverträgliche und wirtschaftlich erfolgreiche Zukunft. Im Jahr 2013 lag der Anteil an erneuerbaren Energien am jährlichen Stromverbrauch bereits bei 26 Prozent. Die große Koalition plant bis zum Jahr 2050 einen Ausbau auf 80 Prozent. Diese Zahlen verdeutlichen, dass ein Umbau der gesamten Energieinfrastruktur notwendig ist. Das Nervensystem dieser Energieinfrastruktur ist ein intelligentes, leistungsstarkes und für eine dezentrale Energieerzeugung ausgelegtes Stromnetz. Die klassische Struktur des Netzes besteht aus Energieerzeugung (Großkraftwerken), Energieübertragung und -verteilung auf Hoch-, Mittel- und Niederspannungsebene bis hin zum Endverbraucher. In diese bestehende Infrastruktur speisen mehr und mehr kleine und mittlere Energieerzeugungsanlagen wie Windkraft-, Photovoltaik- und Biogasanlagen ihre Energie ins Netz ein. Hierdurch befindet sich das Stromnetz in Deutschland in einem umfassenden Änderungsprozess – hin zu einem flexiblen Stromnetz, dem Smart Grid.

Das Smart Grid ist die Kombination des energieverteilenden Stromnetzes mit einem leistungsstarken Kommunikationsnetz, welches eine intelligente Vernetzung aller angeschlossenen Akteure ermöglicht. Ein solches Kommunikationsnetz existiert bereits im Höchst- und Hochspannungsbereich, um den Energiebedarf durch die Großkraftwerke sicherzustellen und die Last im Netz sicher zu verteilen. Die Millionen von neuen kleinen und mittleren Energieerzeugungsanlagen speisen ihre Energie aber auf Mittel- und Niederspannungsebene ein. Ein auf dieser Ebene aufzubauendes, intelligentes Stromnetz muss den aktuellen Zustand von den Energieerzeugern und deren Einspeisung, von Übertragungsleitungen und Zwischenstationen sowie von angeschlossenen Verbrauchern und deren Bedarfen kennen. Intelligente Monitore, sogenannte Smart Meter, schalten auf Basis von Netzstatusinformationen Endverbraucher und in Zukunft mehr und mehr dezentrale Energiespeicher genau dann ein, wenn Strom zu günstigen Preisen verfügbar ist. Die unzähligen Energieerzeugungsanlagen und Energiespeicher können zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen und dynamisch ab- oder zugeschaltet werden. Aus diesen technischen Randbedingungen ergeben sich natürlich hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Reaktionszeit des Kommunikationsnetzes.

Stellt die Vernetzung der Energieversorgungssysteme einerseits eine Stärke dar, beinhaltet sie andererseits auch Risiken. Mit dem Ausbau eines Smart Grid explodiert die Zahl der Akteure und damit auch die Zahl möglicher Einfallstore für Hacker und kriminelle Angreifer. Daher kommen der IT-Sicherheit und dem Schutz der Privatsphäre bei der Umgestaltung der Energieinfrastruktur eine besondere Rolle zu.

Intelligente Geräte ermöglichen es, in den Energieverbrauch steuernd und überwachend einzugreifen und auch Verbrauchsdaten direkt auszulesen. Unsere hochtechnisierte Lebensweise ist geprägt von ständigem Verbrauch von Energie, sodass eine zeitaktuelle Information über den Energieverbrauch Rückschlüsse auf Lebensgewohnheiten zulässt. Die Nutzung und Verarbeitung persönlicher Daten bergen die Gefahr des Datenmissbrauchs und der unberechtigten Weitergabe von Daten, sodass sich Gefährdungen der Vertraulichkeit und der Privatheit ergeben können. Wie verwundbar beispielsweise intelligente Stromzähler sind, zeigten Experten bei der Sicherheitskonferenz „Black Hat Europe 2014“. Ihnen war es gelungen, in Spanien in mehr als 8 Mio. Haushalten eingesetzte intelligente Stromzähler zu hacken.

Potenzielle Bedrohungen reichen so von Zählermanipulationen zur Erlangung finanzieller Vorteile und Angriffen auf Kontrollelemente der Netzbetreiber zur Störung des Betriebes bis hin zur großräumigen Abschaltung des Stromnetzes oder dem methodischen Aufbau von Lastspitzen, die zu einem Kollaps im Stromnetz führen können – beispielsweise aus terroristischen Motiven.

Welche dramatischen Folgen ein größerer und länger anhaltender Stromausfall für unsere heutige Gesellschaft haben kann, hat das Büro für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag bereits im Jahr 2011 in einem ausführlichen Bericht analysiert. Schon nach wenigen Tagen Stromausfall in einer deutschen Region ist die flächendeckende Versorgung mit lebenswichtigen Gütern und Dienstleistungen nicht mehr sicherzustellen.

Das Smart Grid ist also das Nervensystem der Energiewende. Die entscheidenden Bausteine des Smart Grid zur Vernetzung von Millionen Akteuren sind leistungsstarke Kommunikationsnetze und ein hohes Maß an IT-Sicherheit. Erst deren Kombination kann für eine zuverlässige Energieversorgung garantieren und die Energiewende zum Erfolg führen.

 

Dr. Rainer Moorfeld, VDI/VDE Innovation + Technik GmbH
rainer.moorfeld@vdivde-it.de
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Dr. Rainer Moorfeld ist in der VDI/VDE-IT Experte für Kommunikationssysteme im Bereich Kommunikationssysteme und Mensch-Technik-Interaktion.

 

Dr. Kerstin Reulke, VDI/VDE Innovation + Technik GmbH
kerstin.reulke@vdivde-it.de
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Dr. Kerstin Reulke ist in der VDI/VDE-IT Expertin für IT-Sicherheit im Bereich Kommunikationssysteme und Mensch-Technik-Interaktion.