EEBus

Der EEBus (gesprochen: „E-Ebus“) beschreibt die Nutzung bestehender Kommunikationsstandards, -normen und Produkte mit dem Ziel, Energieversorgern und Haushalten den Austausch von Anwendungen und Diensten zur Erhöhung der Energieeffizienz zu ermöglichen. Er ist ein Ergebnis des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) und dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) aufgelegten Förderprogrammes E-Energy und dort im Rahmen des Teilprojekts „Smartwatts“ entwickelt worden.

Ausgangssituation

Künftige Systeme der elektrischen Energieversorgung werden stärker von volatilen Quellen wie Wind- oder Sonnenenergie geprägt und dezentraler organisiert sein als heute. Diese Entwicklung wird einen intensiveren Informationsaustausch zwischen allen Teilnehmern erforderlich machen. Insbesondere Privathaushalte werden dabei aktivere Rollen als bisher einnehmen. Derzeit diskutierte Möglichkeiten sind u.a.:

• Sie treten nicht nur als Verbraucher, sondern auch als Erzeuger auf, z.B. mit eigenen Photovoltaikanlagen oder Blockheizkraftwerken. Diese Erzeugungsanlagen sind eventuell als virtuelle Kraftwerke organisiert. Das schließt die Möglichkeit ein, den benötigten Strom von vornherein vorzugsweise lokal zu erzeugen und damit zur Netzentlastung beizutragen.
• Sie stellen die Akkukapazität ihrer am Netz hängenden Elektrofahrzeuge als Puffer für den Ausgleich kurzfristiger Produktions- und Verbrauchsschwankungen zur Verfügung.
• Sie richten ihren Verbrauch an der aktuellen Stromerzeugung aus, indem der Betrieb leistungsstarker Verbraucher in Zeiten großen Stromangebots verlagert wird. Für diese Lastverschiebung eignen sich alle Haushaltsgeräte, deren Betriebszeitpunkte ohne Funktionseinbuße variiert werden können, z.B. Wärmepumpen, Kältegeräte, Spülmaschinen etc. Laut der BDEW-Jahresstatistik aus dem Jahre 2009 entfallen rund 80 % des häuslichen Stromverbrauchs auf diese Kategorie. Nach einer Studie ^[1] würden solche Verlagerungen auch vom Nutzer akzeptiert. Indem der Energieversorger mit variablen Tarifen den Strombezug bei großem Angebot und/oder geringer Netzauslastung verbilligt, schafft er den Anreiz für die Lastverschiebung.

All diese Szenarien setzen voraus, dass sämtliche Teilnehmer untereinander Informationen zum Energiemanagement austauschen können:

• Lokal können sich alle zum Haushalt gehörenden Erzeuger und Verbraucher untereinander über Produktions- und Verbrauchswerte, Lastgänge, -prognosen etc. verständigen und ihre Betriebszustände aufeinander abstimmen.
• Zwischen Energieversorger und Haushalt bis hin zum einzelnen Haushaltsgerät findet ein bidirektionaler Austausch u.a. von Tarifinformationen und Messwerten statt, der weitgehend automatisiert und ohne persönliches Eingreifen des Nutzers erfolgt.

Struktur des EEBus

Die Struktur des EEBus

Der EEBus bildet die Schnittstelle zwischen hausinterner Kommunikation und dem Datenaustausch mit dem Energieversorger. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist noch nicht abzusehen, welche Form des Hauszugangs sich für den Austausch von Energiemanagementfunktionen etablieren wird. In der Diskussion sind u.a. intelligente Zähler für Strom alleine oder für mehrere Sparten (Multi-Utility-Counter, kurz: MUC), so genannte Energy Management Gateways oder reine DSL-Routerlösungen. Deshalb ist der EEBus auf keine bestimmte Gerätegattung festgelegt.

Der Kommunikationsweg ist zweigeteilt in einerseits den lokalen Datenaustausch innerhalb des Hauses und andererseits die Verbindung zwischen Energieversorger und Hauszugang. Beide Abschnitte sind von unterschiedlichen Anforderungen und Voraussetzungen geprägt:

• Für die Kommunikation innerhalb des Hauses existieren bereits zahlreiche Standards, EEBus berücksichtigt davon aktuell KNX, ZigBee und TCP/IP. KNX stellt unterschiedliche Übertragungsmedien bereit, von denen EEBus derzeit die Datenübertragung via Stromleitung (KNX Powerline oder kurz KNX PL) und via Funk im 868-MHz-Band (kurz KNX RF) einsetzt. ZigBee dient als Funklösung im 2,4-GHz-Band. Ethernet mit TCP/IP kommt schließlich zum Zuge, wenn ein vorhandenes Rechnernetzwerk mitgenutzt werden kann (vgl. „Inbound communication layer“ in der Grafik). Für jedes dieser Systeme gibt es im EEBus sowohl die passende Hardware-Plattform für die physische Ankopplung als auch einen eigenen Software-Adapter zur Einbindung des jeweiligen Protokolls. Dieser modulare Aufbau erlaubt künftige Ergänzungen.
• Die Unterschiede in der technischen Ausstattung der Haushalte sind breit gefächert. Der Energieversorger kann bei seiner Kommunikation mit ihnen nicht jede Variante berücksichtigen, sondern benötigt eine möglichst einheitliche, vom individuellen Gerät abstrahierte Sicht auf den Haushalt. Für diese Aufgabe wird XML bevorzugt (vgl. „Outbound communication layer“ in der Grafik).

Der Core oder „Network Layer“ hat zwei Aufgaben: Hier findet erstens die Übersetzung zwischen den vom Energieversorger stammenden abstrahierten XML-Daten und der konkreten Situation im Haushalt statt, indem z.B. Strompreissignale in die Protokolle der Haushaltsgeräte übersetzt werden. Die zweite Aufgabe ist der hausinterne Datenaustausch, mit dem sich die Geräte über Protokollgrenzen hinweg beispielsweise darüber verständigen, in welcher Gewichtung sie zu einer Leistungsreduzierung beitragen.

Erweiterungen bestehender Standards

Der EEBus nutzt die genannten Standards und erweitert sie, wo erforderlich:

Für die zu übertragenden Informationsmengen zu Tarifen, Messwerten etc. reicht die in KNX PL spezifizierte Bandbreite nicht aus. Der neue physical layer KNX PL+ des EEBus nutzt das Cenelec B-Band aus (s. auch hier:^[2] ) und wendet darin das OFDM-Verfahren an, mit dem sich eine ca. 15-fach höhere Datenrate als bisher erzielen lässt. Die Abwärtskompatibilität zu herkömmlichen PL-Geräten ist sichergestellt.

Der Einsatz für Energiemanagementfunktionen erfordert standardisierte Beschreibungen u.a. für Preisinformationen, Messdaten oder auch Geräteklassifizierungen, die angeben, in welcher Weise ein Endgerät am häuslichen Energiemanagement teilnehmen kann. Diese Angaben bilden das gemeinsame Verständnis aller teilnehmenden Geräte und sind die Grundlage ihrer Zusammenarbeit. Fehlen sie, können keine Anwendungen oder Dienste ausgetauscht werden. Solche Funktionsbeschreibungen zum Energiemanagement sind z.B. in ZigBee teilweise vorhanden, in KNX hingegen praktisch noch nicht. Der EEBus ergänzt diese fehlenden Definitionen.

Zur besseren Abstimmung dieser Ergänzungsarbeiten haben EEBus und KNX im November 2010 die „Allianz für Smart Energy Solutions“ gegründet.^[3]

Normung

Die Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE, kurz: DKE, hat im Mai 2010 eine Normungsroadmap^[4] zum Themenbereich E-Energy / Smart Grid veröffentlicht. Mit seiner Nutzung bestehender Standards und der derzeitigen Konzentration auf die Kommunikationswege Powerline, Funk und Ethernet entspricht der EEBus den dort für Lastmanagement bzw. Gebäudeautomation formulierten Empfehlungen.

Die genannten Erweiterungen werden in Abstimmung mit den jeweiligen Standardisierungsorganisationen ausgearbeitet. Sie sollen zum nächstmöglichen Zeitpunkt offizielle Bestandteile dieser Standards werden bzw. in die zugehörigen Normen einfließen. Den weiteren Normierungsprozess für den EEBus wird der DKE-Arbeitskreis Inhouse Automation begleiten.

Einzelnachweise

1. ↑ Consumer acceptance of smart appliances. Studie im Rahmen des mit EU-Mitteln geförderten Smart-A-Projekts.
2. ↑ Elektronik-Kompendium: Powerline-Communication U.a. tabellarische Darstellung der CENELEC-Bänder
3. ↑ Pressemitteilung zur Gründung der „Allianz für Smart Energy Solutions“
4. ↑ Normungsroadmap der DKE Downloadseite für das Dokument

Weblinks

• Modellprojekt Smartwatts im Rahmen des E-Energy-Vorhabens
• Weitere Informationen zum EEBus
• Homepage der KNX Association
• Homepage der ZigBee Alliance
• Homepage der DKE