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Interoperabilität? OFDM? Vergessen Sie es (vorerst)
Verglichen mit der Situation in der jüngeren Vergangenheit steht die Energietechnik heute vor neuen Herausforderungen. In der reifen Welt wird Strom als eines der menschlichen Grundbedürfnisse propagiert. Ein normales gesellschaftliches Verhalten kann ohne Strom nicht gewährleistet werden. Die Politik der CO2-Emissionsreduzierung und die beträchtliche finanzielle Unterstützung für erneuerbare Ressourcen führt zu deren massivem Einsatz, mit allen damit verbundenen Auswirkungen.
Früher wurden geprüfte Systeme massiv eingesetzt, d.h. die Entwicklung ging der Praxis voraus. Heute ist die Situation genau umgekehrt. Die Energietechnik wartet auf die technische Entwicklung, um allen Betriebszuständen sicher begegnen zu können. Die Lage ist ernst. Ein Zusammenbruch des Stromnetzes in Mitteleuropa, der länger als 10 Tage dauert, könnte zum Beispiel das Funktionieren der gesamten Europäischen Union ernsthaft gefährden. Man kann also sagen, dass die Energietechnik in Europa der Ausrufung eines Notfalls mit all seinen Auswirkungen in gewisser Weise ständig fünf Tage voraus ist.
Wir haben also eine angespannte Gleichgewichtssituation, und außerdem gibt es neue Anforderungen für die Einführung der automatischen Messung und der Laststeuerung. Trotz dieses positiven Schrittes, der sich positiv auf die Umwelt auswirkt, reicht er nicht aus, um die Energiebilanz zu verbessern. Erstens sind diese Systeme nicht in der Lage, ausreichend schnell auf Situationen zu reagieren. Zweitens wird die groß angelegte Einführung das System finanziell belasten, und es wird wahrscheinlich an Ressourcen für die Einführung sicherer (und vielleicht finanziell anspruchsvollerer) Technologien mangeln.
Die ersten Schlussfolgerungen lassen sich aus den bereits realisierten Pilotprojekten/Rollouts ziehen. Die Nutzung des öffentlichen Betreibers (d.h. die Datenübertragung über GPRS) ist problematisch. Die Betreiber sind nicht in der Lage, die zeitliche Sicherheit der Übertragung zu garantieren. Dies hat sich beim Zusammenbruch der Übertragung über die Weihnachtsfeiertage gezeigt (SMS wurden mit großer Verzögerung zugestellt, Telefonanrufe konnten aufgrund der Netzüberlastung nicht realisiert werden). Wenn das Hauptkriterium die Betriebswirtschaftlichkeit ist, kann von einer flächendeckenden Versorgung nur auf theoretischer Ebene gesprochen werden.
Die vorhandenen Stromleitungen sind also die einzig sinnvolle Lösung für die Datenübertragung. Die positiven Aspekte der PLC Communication überwiegen eindeutig, aber zwei weitere Aspekte müssen berücksichtigt werden. Erstens gibt es rechtliche Beschränkungen (Modulationsspannungspegel und zugewiesenes Frequenzband), und zweitens besteht die Möglichkeit der Datenübertragung über den Kommunikationskanal, d.h. die Stromleitung, mit all ihren physikalischen Auswirkungen.
Tatsächlich sind sich die Regierungen der angespannten Situation in der Energiewirtschaft bewusst geworden, was sich deutlich in der Gewährung zahlreicher Subventionen und Zuschüsse zeigt, die die gewünschte Lösung bringen sollen. Diese Projekte haben jedoch den Nachteil, dass sie aus physikalischer Sicht nicht funktionieren oder sehr teuer sind. Die Ursache hierfür liegt in einem Punkt: der Interoperabilität.
Interoperabilität ist definitiv ein erstrebenswertes Ziel. Die heutigen Systeme für den Datenaustausch zwischen Zählern, die die Eigenschaften des Kommunikationskanals nicht widerspiegeln und technisch veraltet sind, sind ungeeignet, und ihre Anforderungen an die Eigenschaften des Kommunikationskanals sind fast tödlich. Dies war der Fall bei Systemen, die für die Datenübertragung die Breitbandmodulation OFDM verwenden. Die Verwendung dieser Modulationsart im dedizierten Frequenzbereich 9-132 kHz, in dem die einzelnen Unterträger nacheinander gequetscht werden und sich nur aufgrund der Orthogonalität des Systems nicht gegenseitig stören, ist fragwürdig.
Die DLMS-Standardimplementierung bedeutet, dass alle Unterträger einzelne Teile der Daten der übertragenen Nachricht übertragen. Es besteht eine fast 100%ige Wahrscheinlichkeit, dass eine Störung die Unterträgerfrequenz trifft, was zum Verlust der gesamten Nachricht führt.
Ein solches System ist sehr störungsempfindlich, wie Tests und Vergleichsmessungen sowie die ersten Installationen von Systemen auf der Grundlage der OFDM-Technologie wie PRIME oder G3 gezeigt haben. In den Präsentationen fehlen viele wichtige Informationen, z. B. die Beschreibung der Übertragungsbedingungen (Art des Kommunikationskanals – Kabel, Freileitung, gemischt, Alter usw.), die Anzahl der Kommunikationen mit einzelnen elektronischen Zählern (Übertragung von 15-m-Profilen, Zeitverzögerung bei der Befehlsausführung) und die Rollout-Ergebnisse.
Messungen haben ergeben, dass Systeme mit einer solchen OFDM-Kommunikation (insbesondere in gemischten Leitungen mit alten Anlagen) im Vergleich zur Schmalbandkommunikation deutlich schlechter sind. Wenn die in anderen OFDM-Systemen üblichen Methoden verwendet werden (größerer Abstand der Unterträger und Redundanz der Datennachrichten oder ihrer Teile), ist das der richtige Weg. Eine deutliche Verringerung der Übertragungsrate ist jedoch eine unvermeidliche Folge.
Es ist notwendig, eine Schlüsselfrage zu beantworten: Brauchen wir eine zuverlässige und robuste oder eine schnelle Kommunikation? Beide Zustände in einem solchen begrenzten Kommunikationskanal schließen sich gegenseitig aus. Wenn wir die physikalischen Eigenschaften eines physischen Kanals berücksichtigen, müssen wir überlegen, welche Größen wir übertragen wollen. Die Übertragung aller Informationen an das Kontrollzentrum und die anschließende Entscheidungsfindung ist eine utopische Vorstellung. Wenn wir die physikalischen Regeln berücksichtigen, müssen wir den entgegengesetzten Ansatz wählen: die Verteilung der Kontrolle auf die niedrigstmögliche Ebene. Elektronische Zähler und ihre steuernden Datenkonzentratoren sollten nicht einzelne Daten, sondern Berichte an die Leitstelle senden. Je nach den vorbereiteten Szenarien sollten sie dem System helfen, einen sicheren Betriebszustand aufrechtzuerhalten.
Forschung und Entwicklung sind der Weg, um Fortschritte zu machen und Fehler zu bewerten. Es ist notwendig, von einer einzigen Lösung auszugehen und die wesentlichen Anforderungen genau zu definieren, um alle Bedürfnisse der Teilnehmer des Energiesystems zu erfüllen und gleichzeitig die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Übertragung und die Systemstabilität zu beachten. Betrachtet man die Entwicklung von Systemen in anderen Bereichen, so stellt man fest, dass die Forderung nach Interoperabilität erst ganz am Ende auftaucht, nachdem alle technischen Anforderungen erfüllt sind. Die Energietechnik wird mit einem ähnlichen Prozess konfrontiert: Zunächst muss ein Datenübertragungssystem geschaffen werden, das die Übertragungseigenschaften des verwendeten Kanals und die zeitlichen Anforderungen der Betriebszustände des Stromnetzes widerspiegelt. Dieses System kann zum Standard werden. Aber es ist leider klar, dass es nicht möglich ist, in die entgegengesetzte Richtung zu gehen.