Die OMS-Spezifikation ist bei BSI Smart Meter Gateways gesetzt

Dr. Werner Domschke, Wolfgang Esch

Mit der Verabschiedung der Technischen Richtlinie TR-03109-1 v.1.0 [ 1 ] durch das BSI [ 2 ] wurde das von der OMS Group spezifizierte Funk-Protokoll auf der LMN Schnittstelle (Local Metrological Network), der Schnittstelle zwischen Smart Meter Gateway (SMGW) und Zähler, festgelegt. Trotz dieser Entscheidung mit weitreichenden Konsequenzen für den Smart-Meter- und Smart-Home-Bereich ist der Bekanntheitsgrad von OMS noch sehr gering. Mit der vollständen Umsetzung des Energiewirtschaftsgesetzes der Bundesregierung und den damit zusammenhängenden Regulierungen, wird die OMS Spezifikation für Deutschland obligatorisch. OMS wird an Verbreitung zunehmen und in vielen Haushalten vorhanden sein. Die OMS Spezifikation hat auch für Europa eine große Bedeutung. Heute hat die OMS Group Mitglieder aus 11 Europäischen Ländern.

1. Die Open Metering System Group

Im Jahr 2006 wurde die Europäische Endenergieeffizienzrichtlinie [ 3 ] veröffentlicht. Dies war der Beginn von vielen Diskussionen und der Anlass für einige Unternehmen und drei Verbände (KNX, FIGAWA und ZVEI) im Jahr 2007 die Arbeitsgruppe „Open Metering“ zu gründen. Später wurde dann aus der Arbeitsgruppe „Open Metering“ die „Open Metering System Group“. Die Zielsetzung war die Spezifizierung eines offenen, spartenübergreifenden und herstellerunabhängigen Funkprotokolls zur Zählerfernauslesung.

Bei OMS sprechen alle Messgeräte die gleiche Sprache

Das Open Metering System besteht im Wesentlichen aus Sensoren und Aktoren (im Speziellen Messgeräte) und der Kommunikationsplattform. Das System ist medienübergreifend, d.h. Stromzähler kommunizieren nach den gleichen Prinzipien wie Wasserzähler oder Heizkostenverteiler.

Mit der OMS Spezifikation haben nicht nur Energieversorger und Stadtwerke die Sicherheit, dass die von ihnen eingebauten Messgeräte problemlos in einem Kommunikationssystem für die Fernauslesung der Verbrauchswerte zusammengeschaltet werden können (Metering), sondern auch Wohnungswirtschaftsunternehmen können ihre Messgeräte für die Heiz- und Wasserkostenverteilung in Mehrfamilienhäusern in das Fernauslesesystem integrieren (Submetering). Das spielt eine besondere Rolle, wenn z.B. das Wohnungsunternehmen Photovoltaikanlagen oder Blockheizkraftwerke betreibt und den damit erzeugten Strom an ihre Mieter zu günstigeren Konditionen verkauft als das Stadtwerk. Da ist ein Messsystem für alle Medien unumgänglich.

 

Metering und Submetering am Beispiel der Wärmelieferung

Der Umfang der zu übertragenen Messdaten aller Medien (Strom, Gas, Wasser, Wärme usw.) und Informationen sind im Rahmen der OMS Spezifikation erweiterbar. Die OMS-Spezifikation ist offen und kann von der OMS-Internetseite (www.oms-group.org) heruntergeladen werden.

Die OMS Group hat für die Kommunikation der Messgeräte Spezifikationen erarbeitet, die aus eingeführten Standards entwickelt wurden und wieder in Europäische Normen einfließen.

Die Datensicherheit spielte von Anfang an eine wichtige Rolle: So werden die Daten bei unidirektionalen Geräten[1] durch Verschlüsselung vor unbefugtem Zugriff und Manipulation geschützt. Sichere Verfahren bieten Verschlüsselungen mit Authentifizierung und einem ständig wechselnden Schlüssel. Für hohe Anforderungen werden bei bidirektionalen Geräten im Internet bewährte Funktionalitäten (TLS – transport layer scurity) in der Spezifikation vorbereitet.

Die Spezifikationen werden in einzelnen Arbeitsgruppen (AG) ausgearbeitet.

Die AG1 definiert die drahtlose Kommunikation zwischen den Zählern (Aktoren und Sensoren) und dem Smart Meter Gateway.

Die AG2 war am Anfang für die Spezifikation der Gateways zuständig und ruht derzeit.

Die AG3 legt die Testspezifikation zur Erlangung einer Zertifizierung fest.

Die AG4 beschreibt das Anwendungsprofil für den Draht-M-Bus (wired M-Bus). Das Ziel besteht wie für den wireless M-Bus, die Interoperabilität aller drahtgebundenen M-Bus Geräte zu gewährleisten. Die AG4 wurde auf vielfachen Wunsch von Herstellern und Anwendern Mitte 2013 unter dem Dach der OMS Group gegründet.

Die erste OMS Spezifiktion wurde 2009 veröffentlicht. Darauf bauten die ersten MUC´s (Multi Utility Communcation Controller) und Zähler auf, die heute in verschiedenen Installationen im Einsatz sind, wie z.B bei der Rheinenergie in Köln mit rund 30.000 Zählern.

Eine wichtige Zielsetzung der OMS Group ist die Interoperabilität aller Geräte und Systeme von unterschiedlichen Herstellern und Medien. Um dies sicher zu stellen, erfolgt eine Zertifizierung von OMS-Geräten in unabhängigen Prüfstellen. Nur zertifizierte Geräte werden von der OMS Group gelistet und dürfen das OMS Logo tragen.

Derzeit hat die OMS Group 53 Mitglieder aus 11 europäischen Ländern.

Mitgliedsländer der OMS Group (Stand August 2014)

2. BSI und OMS

Mit der Novellierung des Energiewirtschaftsgesetzes im Jahr 2011 hat die Zählerfernauslesung noch einen zusätzlichen Impuls bekommen. Das BSI hat mit dem Schutzprofil für ein Smart Meter Gateway [ 4 ] klare Regeln für die Sicherheit der Kommunikation gesetzt. Mit den Erweiterungen der OMS Protokollstruktur hinsichtlich der Datensicherheit, die in enger Zusammenarbeit mit dem BSI in die Spezifikation eingeflossen sind, wurde in der Technischen Richtlinie zum Schutzprofil für ein Smart Meter Gateway die OMS Spezifikation für die LMN-Schnittstelle als Funkprotokoll verpflichtend.

Die OMS Group hat die notwendigen Anpassungen mit der OMS Generation 4 veröffentlicht. Auf Grund der vorangeschrittenen Arbeiten und der engen Zeittermine im BSI für die europäische Zertifizierung der Technischen Richtlinie, verweist diese noch auf die OMS-Generation 3, jedoch mit dem Hinweis, den Encryption Mode 7 für die unidirektionale Übertragung und den Encryption Mode 13 (TLS) für die bidirektionale Übertragung zu verwenden.

Darüber hinaus hat es in der OMS Generation 4 signifikante Verbesserungen gegeben, die nicht nur das BSI berühren. Z.B. wurde ein neuer Annex B eingeführt, der die harmonisierten M-Bus-Datenpunkte listet und der neue Annex O beschreibt die Frequenzen, die außerhalb Europas anwendbar sind. Der besseren Übersicht halber wurden in der neuen Version auch OMS-Security Profile eingeführt.

Security-Profile A (Mode 5) Security-Profile B (Mode 7) Security-Profile C (Mode 13)
BSI SMGW Nicht erlaubt Nur unidirektional Nur  bidirektional
Andere SMGW Uni- und bidirektional Uni- und bidirektional Bidirektional

 

Diese Änderungen, die sich in den Encryption Modi zeigen, sind signifikant und führen zu einer Unterteilung von Geräten, in

  • BSI-konforme Geräte (Security Profile B und C) und
  • nicht BSI-konforme Geräte (Security Profile A, B und C ).

Die OMS Group empfiehlt für Neuentwicklungen nur noch OMS Generation 4 (insbesondere Vol. 2 – Primary Communication – V4.02) zu verwenden. In Europäischen Ländern, die keine so hohen Sicherheitsanforderungen wie Deutschland stellen, kann auch noch die OMS Generation 3 angewendet werden.

3. Aktueller Stand und Aussichten von Smart Meter Anwendungen

Im Sommer 2013 wurde die Kosten-Nutzen-Analyse (KNA) [ 5 ] vorgestellt, die im Auftrag des BMWi [ 6 ] von Ernst & Young erarbeitet wurde. Darin sind unterschiedliche Szenarien und Kosten für einen flächendeckenden Rollout von Smart Metern und intelligenten Zählern im Strombereich beschrieben. Favorisiert wird das Szenario plus mit dem intelligenten Stromzähler. Der FNN [ 7 ] arbeitet derzeit an einer Spezifikation für diesen Zähler.

Mit der Veröffentlichung der TR-03109 lag die technische Spezifikation für die Entwicklung von BSI Smart Meter Gateways vor. Mit dieser Vorgabe starteten überwiegend die Firmen, die man auch schon als MUC-Anbieter kannte, mit der Entwicklung der BSI-SMGW und stellten die ersten Hardwareversionen auf der E-World 2014 vor. Derzeit sind lt. BSI Veröffentlichung 7 Firmen gelistet, die an einem Smart-Meter-Gateway arbeiten.

Anfang 2015 sollen erste Pilotprojekte mit dem BSI SMGW in Verbindung mit Netzwerk-administratoren installiert werden.

In Summe liegt die deutsche Planung für Smart-Meter-Anwendungen im Europäischen Maßstab allerdings zurück. In Frankreich wurde ein Smart-Meter-Projekt mit 12 Millionen Gaszählern im Frühjahr vergeben. In Italien findet derzeit eine Ausschreibung über ca. 8 Millionen Gaszähler statt. Im Bereich Strom ist Italien nahezu zu 100% mit Smart Metern ausgerüstet.

Neben den Verzögerungen, bedingt durch die zu erarbeitenden Vorschriften und den daraus folgenden technischen Umsetzungen, gibt es noch keine klare Prognose zur Preisstruktur, Kosten und Energieeinsparungseffekte bei der Einführung von Messsystemen. In der KNA von Ernst & Young sind Abschätzungen für die Kosten für den Letztverbraucher genannt, die sich in der Praxis aber erst noch bewähren müssen. Alle bisherigen Marktuntersuchungen zeigen keine signifikanten Einsparpotentiale, bezogen auf Anwendungen im Stromverbrauch; zumal in Deutschland die Jahres-Stromkosten i.d.R. wesentlich geringer sind als die Kosten für Wärme und Warmwasser.

In einen 4 Personen Haushalt in Deutschland betragen die durchschnittliche Kosten für Wärme und Warmwasser 77% und für Strom 23% (nach DESTATIS [ 8 ])

Trotz vieler Hinweise in Richtung einer Gesamtenergiebetrachtung wird dieser Gesamtlösungsansatz vom Gesetzgeber nicht aktiv verfolgt. Dabei ist es offensichtlich, dass eine Einsparung von z.B. 3% Wärmeenergie sowohl für den Letztverbraucher als auch gesamtwirtschaftlich viel höhere Effekte bringt als 3% Einsparung im Strombereich (vgl. Abbildung 4).

Aufgrund der verwendeten OMS-Technik wäre es ein Einfaches, bestehende Heizkostenverteiler, Wasser-, Wärmemengen- oder Gaszähler und auch Umweltsensoren in komplette Systeme zu integrieren und auszuwerten. Damit würde sich sofort eine bedeutende Kostenreduzierung gegenüber der reinen strombezogenen Betrachtung zeigen.

Kostenaufteilung der Gateway- und Kommunikationsinfrastruktur pro Zählpunkt

 

In der nebenstehenden  Abbildung sind beispielhaft die anteiligen Kosten pro Zählpunkt in einem durchschnittlichen Sechsfamilienhaus für drei Fälle dargestellt:

  • 6000kWh/a: Wenn einer der Bewohner einen jährlichen Verbrauch von 6000kWh oder mehr hat, wird bei ihm ein Messsystem installiert. Die Kosten für das Gateway und die Kommunikationsinfrastruktur werden zu 100% auf das eine Messsystem umgelegt.
  • Alle Stromzähler: Wenn alle Stromzähler (6 Familien + 1 Allgemeinstromzähler) in des Messsystem integriert werden, fallen pro Zählpunkt 1/7 der Kosten an, also 14,3%.
  • Alle Zähler: Wenn die Wasserzähler, Heizkostenverteiler, Stromzähler und Wärmezähler integriert werden, fallen pro Zählpunkt nur 2,8% der Kosten an.

Zu diesem Ergebnis kommt auch der GdW – Bundesverband deutscher Wohnungs- und Immobilienunternehmen e.V. – und bezieht in seinem Positionspapier vom Juli 2014 „Flächendeckender Rollout Smart Meter und Smart Gateway“ [ 9 ] dazu Stellung.

Die Einbeziehung aller Energiearten und Stoffströme (Wasser) in ein Messsystem bringt andererseits weitere Vorteile und eröffnet neue Geschäftsmodelle für Dienstleistungen nahe der Wohnungswirtschaft.

In viele Veröffentlichungen, u.a. auch in der KNA, wird immer wieder hingewiesen, dass nur der bewusste Umgang mit Energie zu wirklichen Einsparungen führen wird. In der Europäischen Richtlinie zu Energieeffizienz und Energiedienstleistungen und auch im §21 EnWG wird gefordert, dass „dem jeweiligen Anschlussnutzer […Messeinrichtungen einzubauen sind, die…] den tatsächlichen Energieverbrauch und die tatsächliche Nutzungszeit widerspiegeln“. Das bedeutet, dass der Nutzer über seine Verbrauchsdaten in kurzen Zeitintervallen informiert werden muss. Eine jährliche Abrechnung ist hier nicht mehr zeitgemäß.

Im Konzept des BSI- Smart Meter Gateway ist für diesen Fall eine HAN Schnittstelle (Home Area Network) vorgesehen. Über diese Schnittstelle können Informationen z.B. über den aktuellen Verbrauch an die Nutzer übermittelt werden.

Die LMN-, HAN- und WAN- Schnittstellen eines Smart Meter Gateways

Die Übermittlung der Verbrauchswerte an die einzelnen Bewohner in einem Mehrfamilienhaus fordert ein gesondertes System. Hier bieten sich Gebäude- und Home Automation Systeme für die Visualisierung an. Die KNX Technologie geht noch einen Schritt weiter und bietet neben der Visualisierung eine bedarfsgerechte Steuerung des Energieverbrauchs im Haus an. Diese bringt Vorteile, wenn z.B. eine private Photovoltaikanlage kostenoptimal betrieben werden soll oder zeitvariable oder lastvariable Tarife durch das Energieversorgungsunternehmen angeboten werden [ 10 ].

Darüber hinaus sollte auch die Kombination mit anderen Diensten betrachtet werden. Die sichere Übertragung mittels SMGW stellt einen hohen Sicherheitsstandard zur Verfügung über den auch andere personenbezogene Daten, wie sie z.B. in AAL-Lösungen [ 11 ] zu sehen sind, übertragen werden können.

4. Schlussfolgerungen

Eine ausschließliche Beschränkung von Smart Metering Systemen auf die Elektrizitätswirtschaft macht das System wenig attraktiv und steht einer breiten Akzeptanz im Weg. Die Öffnung hin zur gesamten Energieerfassung im Haushalt wird die Kosten pro Teilnehmer deutlich reduzieren und eine Erweiterung mit anderen Diensten kann zu einer Erfolgsstory führen. Hier steht die Wohnungswirtschaft an erster Stelle. Allein die im GdW zusammengeschlossenen Unternehmen bewirtschaften ca. 6 Millionen Wohnungen.

Die OMS Group mit ihren Mitgliedern arbeitet aktiv an der gesamtheitlichen Energiebetrachtung und sieht in diesem Thema eine Möglichkeit, die Energiewende erfolgreich umzusetzen. Dadurch würden die Kosten für den einzelnen Nutzer bzw. Mieter in einen akzeptablen Bereich gebracht und es würden sich Vorteile für die Reduzierung des Energieverbrauchs ergeben.

Der von Anfang an gesetzte Anspruch der OMS Group, eine spartenübergreifenden und offenen Protokollstruktur zu schaffen, bietet dafür den richtigen Ansatz. OMS kann damit zum Standardprotokoll in der Metering-Branche werden und neben den Zählern auch weitere Sensoren und Aktoren einbinden.

Wenn sich die angestrebten 22 Millionen SMGWs in Deutschland im Rollout befinden, wird OMS als Schnittstelle in jedem Messsystem vorhanden sein.

Das Open Metering System entspricht auch den hohen Sicherheitsansprüchen, dem ein personenbezogenes Übertragungssystem gerecht werden muss. Das eröffnet Möglichkeiten für neue Geschäftsmodelle bei wohnungswirtschaftlich nahen Dienstleistungen.

Geräte, die nach OMS zertifiziert sind, haben auch in Europäischen Märkten eine größere Chance. So werden beispielsweise in der Türkei bei Ausschreibungen Messgeräte gefordert, die die OMS Spezifikation erfüllen.

5. Literatur

[ 1 ] BSI TR-03109 – Technische Vorgaben für intelligente Messsysteme und deren sicherer Betrieb (https://www.bsi.bund.de/DE/Themen/SmartMeter/TechnRichtlinie/TR_node.html)

[ 2 ] Bundesamt für Sicherheit in der Informationsverarbeitung (https://www.bsi.bund.de/DE/Home/home_node.html)

[ 3 ] RICHTLINIE 2006/32/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 5. April 2006 über Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen

[ 4 ] Schutzprofil für ein Smart Meter Gateway (BSI-CC-PP-0073) (https://www.bsi.bund.de/DE/Themen/SmartMeter/Schutzprofil_Gateway/schutzprofil_smart_meter_gateway_node.html)

[ 5 ] Kosten-Nutzen-Analyse für einen flächendeckenden Einsatz intelligenter Zähler Ernst & Young 2013

[ 6 ] Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (http://www.bmwi.de/)

[ 7 ] Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN) http://www.vde.com/de/fnn/Seiten/default.aspx

[ 8 ] Statistisches Bundesamt (https://www.destatis.de/DE/Startseite.html)

[ 9 ] GdW Position: Flächendeckender Rollout „Smart Meter“ Förderung des Einsatzes von mehrdirektionalen elektronischen Messeinrichtungen in Umsetzung der Europäischen Richtlinie zu Energieeffizienz und Energiedienstleistungen (EDL 2006/32/EG) Artikel 13 Mai 2014

[ 10 ] White Paper: Realisierung von steuerbaren lokalen Systemen basierend auf EN50090 KNX Association Februar 2014.

[ 11 ] Bundesministerium für Bildung und Forschung: „Assistenzsysteme im Dienste des älteren Menschen“ Berlin 2009

[1] unidirektionale Geräte übertragen ihre Daten nur in eine Richtung, d.h. sie besitzen einen Sender aber keinen Empfänger

 

Veröffentlicht am 24. September 2014 in SmarterWorld  (http://www.smarterworld.de/smart-energy/smart-meter/artikel/113045/)