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26.02.2021

PROJEKTBERICHT DIGITALFUNK

Digitales Funkkommunikationssystem für die Stadtwerke Greifswald – ein deutschlandweit einmaliges Projekt

Abb.: Firmensitz der Stadtwerke Greifswald

Die Stadtwerke Greifswald GmbH (SWG) haben in einem deutschlandweit einmaligen Projekt ein digitales Funkkommunikationssystem mit Schwerpunkt auf der IP-basierten Datenübertragung und Integration in die vorhandene IT-Systemlandschaft (Leitsystem, Telefonanlage etc.) errichtet. Zum Leistungsumfang zählen die Realisierung des EEG-Einspeisemanagements und die Zählerfernauslesung aller intelligenten Messsysteme (iMSys) und lastganggemessenen Abnahmestellen (RLM-Kunden). Die Stadtwerke Greifswald wurden über den gesamten Projektzyklus von der ersten Konzeptionierung bis hin zur Endabnahme von DOK SYSTEME begleitet.

Im Netzgebiet der Stadtwerke Greifswald befinden sich aktuell 90 für das Einspeisemanagement relevante dezentrale Erzeugungsanlagen, die die Stadtwerke als Netzbetreiber gemäß EEG regulieren müssen. Mit Hilfe des digitalen Funkkommunikationsnetzes ist dies seit 2019 für die SWG möglich. Die Kombination des Funknetzes mit dem bestehenden leitungsgebundenen Datennetz und dem Leitsystem ermöglicht die intelligente Steuerung aller Anlagen im Netz der SWG.

Zu Beginn der Projektarbeit wurde nach einer nachhaltigen, zukunftsfähigen, modularen, bedarfsgerechten und wirtschaftlichen Lösung für das EEG-Einspeisemanagement gesucht. Neben der problemlosen Steuerung der dezentralen Energieerzeugungsanlagen im Netz der SWG auch im Havarie-/Schwarzfall war eine weitere wesentliche Anforderung die Sicherstellung der eigenen Netzhoheit.

Zunächst wurden im Rahmen des Systemvergleiches in einer vorgezogenen Machbarkeitsstudie die Eignung von

  • Terrestrial Trunked Radio (TETRA),
  • Code Division Multiple Access 450 MHz Evolution Data-Optimized (CDMA450 EV-DO),
  • Digital Mobile Radio (DMR) Tier III sowie
  • Öffentlichen Mobilfunknetzen für die Umsetzung

untersucht.

Das Ergebnis der Machbarkeitsstudie war die Empfehlung, aufgrund der nicht sichergestellten Verfügbarkeit im Katastrophenfall von einer auf öffentlichem Mobilfunk basierenden Lösung Abstand zu nehmen und eine – bezogen auf die drei anderen Lösungsmöglichkeiten – technologieoffene Ausschreibung durchzuführen. Eine solche Ausschreibung ermöglichte eine auf die Anforderungen der Stadtwerke Greifswald zugeschnittenen technisch-wirtschaftlichen Vergleich der Systeme DMR Tier III, TETRA und CDMA450 EV-DO, um dasjenige System zu finden, welches für die Stadtwerke Greifswald das wirtschaftlichste und zugleich zukunftssicherste System darstellt.

Abb.: Beispiel eines Maststandortes

 

Dementsprechend entschlossen sich die Stadtwerke Greifswald zu einer europaweiten, systemneutralen Ausschreibung. Letztendlich wurde die TETRA-Technologie den Anforderungen der SWG am besten gerecht. Vor Zuschlagserteilung sind zudem in einem Proof of Concept alle Leistungsparameter praktisch nachgewiesen worden.

Das ausgewählte System besteht aus:

  • einem georedundanten Vermittlungssystem (zwei Switche)
  • 8 TETRA-Basisstationen an fünf Standorten und einer Remote Unit außerhalb des Stadtgebietes
    in der Ortslage Riemser Ort
  • ca. 120 TETRA-Datenfunkmodems
  • ca. 90 Fernwirkstationen
  • ca. 130 TETRA-Handfunkgeräte
  • der Nutzung von 31 TETRA-Frequenzen (im Endausbau)
  • dem Netzmanagementsystem
  • Schnittstellen zum Leitsystem und zum Zähler-Fernauslesungssystem
  • einer Schnittstelle zur VoIP-TK-Anlage
  • den Netzelementen, die alle mit einer USV mit einer Überbrückungszeit von 12 Stunden ausgestattet sind

Die Basisstationsstandorte werden über das existierende LWL-Backbone der SWG oder über Richtfunk-Links miteinander vernetzt. Nach und nach wird nun das Datenvolumen im Funkkommunikationsnetz gesteigert und die erste Erweiterung des Frequenzpaketes in den Wirkbetrieb übernommen.

Sollte es tatsächlich einmal zu einem flächendeckenden Stromausfall (Schwarzfall) in Greifswald kommen, ist die Kommunikation der Stadtwerke Greifswald durch das digitale Funkkommunikationssystem weiterhin gewährleistet. Gerade in sensiblen Versorgungsbereichen und im Katastrophenschutz ist das unverzichtbar.

Innerhalb des TETRA-Netzes können unterschiedliche geschlossene Benutzergruppen über Funk kommunizieren, ein Einbinden von zusätzlichen Nutzern – wie z. B. anderen Unternehmen der Region – ist jederzeit möglich.

Im Vordergrund steht weiterhin die Regulierung der dezentralen Erzeugung. Längerfristig soll aber auch das Zählerauslesen im Stromnetz über das digitale Funkkommunikationssystem möglich sein, sodass zeitabhängige Tarife leichter gesteuert werden können.

Gerade bei diesem Sachverhalt spielt natürlich auch der Datenschutz bei der Einrichtung und Planung des Projekts eine nicht zu vernachlässigende Rolle. In der momentanen Planungs- und Genehmigungsphase setzen die Stadtwerke Greifswald auf eine Kanalverschlüsselung, also eine Verschlüsselung der Luftschnittstelle innerhalb des Funknetzes. Die Bundesnetzagentur prüft hingegen noch, ob eventuell doch eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung notwendig ist.

Neben seinen Grundfunktionen bietet das Funknetz die Möglichkeit der Nutzung von Fernwirktechnik zur Überwachung und Regelung weiterer Anlagen der Stadtwerke Greifswald. So könnten beispielsweise die Messeinrichtungen an Trinkwasserbrunnen oder die Verdichterstationen der Gasversorgung über Funk ausgelesen werden. Auf diese Weise können Personalressourcen eingespart und effizienter genutzt werden. Die Sprachkommunikation, die mittels Handfunkgeräten innerhalb des Funknetzes stattfindet, wird nur 5 % des Gesamtverkehrsaufkommens ausmachen.

Das Konzept des digitalen Funkkommunikationssystems der Stadtwerke Greifswald ist in der nun realisierten Form jederzeit auf andere Energieversorger übertragbar.

Abb.: Montage Panelantenne am Mast

 

Bei der Umsetzung eines solchen Projektes sind allerdings die langfristige Planung, der umfassende Ausschreibungsprozess und die ortsgegebenen Umstände zu berücksichtigen. Da die Stadt Greifswald in Boddennähe liegt, ergab sich daraus beispielsweise eine hohe Anforderung an die Funkplanung, um die Störreichweitenproblematik mit Polen, Dänemark und Schweden abzustimmen. Extreme Verzögerungen im Genehmigungsverfahren für die BTS-Standorte entstanden durch die Forderungen der unteren Naturschutzbehörde z. B. in Form der Erstellung von Gutachten. Die Einrichtung eines digitalen Funkkommunikationssystems wird auch von nicht beeinflussbaren Rahmenbedingungen geprägt, wie beispielsweise der Verfügbarkeit von Funkfrequenzen.

Dem stehen allerdings die deutlichen Vorteile eines digitalen Funkkommunikationsnetzes gegenüber:

  • Realisierung des EEG-Einspeisemanagements
  • Zählerfernauslesung aller intelligenten Messsysteme
  • Fernauslesung der lastganggemessenen Abnahmestellen (RLM-Kunden)
  • Sprachkommunikation im Netzgebiet – besonders Notfallkommunikation bei Ausfall der öffentlichen Kommunikationssysteme
  • Nutzung von Fernwirktechnik zur Überwachung und Regelung weiterer Anlagen der Stadtwerke Greifswald

Mit dem digitalen Funkkommunikationssystem leisten die Stadtwerke Greifswald einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Als Unternehmen mittlerer Größe sind sich die Stadtwerke ihrer Verantwortung bewusst und übernehmen gerne die Führerschaft in diesem Bereich – denn erst durch das digitale Funkkommunikationsnetz können erneuerbare Energien effizient genutzt werden.

Abb.: Schornstein-Montage Panelantenne

 

Herausforderungen im Projekt

Vor dem Hintergrund der sich rapide ändernden Realisierungsprozesse der Energiewende sind die neuen und zukünftigen Belange in der Betriebsführung durch die Stadtwerke Greifswald GmbH analysiert und bewertet worden, hierzu zählten insbesondere die sich aus dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ergebenden Forderungen.

Das im Versorgungsgebiet der SWG eingeführte digitale Funkkommunikationssystem sichert die sich aus Erfordernissen und Herausforderungen der Elt.-Energiewirtschaft ergebenden neuen Steuerungs- und Führungsprozesse ab. Dazu wurde ein völlig neues, bislang unbekanntes Anforderungsprofil erarbeitet, das ausschließlich den Spezifika der Elt.-Energiewirtschaft gerecht werden muss.

Im Rahmen der Untersuchung zur Nutzung einer geeigneten Kommunikationstechnologie wurden die zur Verfügung stehenden Kommunikationsnetze – und dabei besonders die Netze des öffentlichen Mobilfunks – als ungeeignet ermittelt, insbesondere in Bezug auf deren Lastverhalten und Stabilität im Schwarzfall und beim Teilausfall der öffentlichen Stromversorgung.

Bei einem Ausfall der Stromversorgung in Teilen der Stadt Greifswald im Oktober 2013, von dem ca. 7.000 Haushalte betroffen waren, war es nur noch unter erschwerten Bedingungen möglich, die mit Mobilfunkgeräten eines öffentlichen Mobilfunkbetreibers ausgerüsteten Einsatzkräfte zu führen.

Das beschriebene Verkehrslastmodell schließt die bisher bekannten und zu beherrschenden Szenarien ein.

Zu den Hauptprozessen gehören neben den Maßnahmen der Aufrechterhaltung der Netzstabilität unter allen Lagebedingungen auch die Handlungen zum Netzwiederaufbau nach einem Störungsszenario, vgl. hierzu VA 4-21 Technisches Havarie-Management (krisenhafte Auswirkungen, Katastrophe).

Die Wiederherstellung der Verfügbarkeit der Stromversorgung erfordert in einem urban geprägten Versorgungsgebiet schnelle, ausfallsichere Reaktions- und Abstimmungsaktionen aller Beteiligten.

Dazu zählen, neben den Elt.-Verantwortlichen aus der Netzleitstelle und den vor Ort zu führenden Netzmonteuren, auch die Versorgungsträger:

  • Energieerzeugung
  • Wärme- und Wasserversorgung
  • Abwasserentsorgung

Insbesondere der Bereich der Abwasserentsorgung stellt, aufgrund der bei einem Elt.-Versorgungsausfall drohenden Verschmutzung durch Brauchwasser oder Fäkalien, einen hoch sensiblen Ver- und Entsorgungsbereich dar. Der Betrieb einer Abwasserdruckleitung in Verbindung mit geringen im Stadtbereich befindlichen Aufnahmekapazitäten von Abwässern machen eine gleichzeitige Einbeziehung vieler Beteiligter in einem Stadtwerkeverbund notwendig.

Die in 25 Jahren Betriebserfahrung gewonnenen Kenntnisse im Umgang mit großflächig veranlagten Elt.-Versorgungsausfällen führten letztlich zu der Forderung nach 20 gleichzeitig zu führenden Duplex-Telefongesprächen im Havariefall.

Neben dem sofortigen Informationsbedarf, der sich im TETRA-Standard komfortabel durch die Gruppenrufbildung realisieren lässt, müssen und werden neben den 12 Elt.-Mitarbeitern auch Mitarbeiter der anderen Ver- und Entsorgungsträger gleichzeitig von der Netzleitstelle der Stadtwerke Greifswald geführt.

Die Stadtwerke Greifswald GmbH hat als eine der Ersten die neuen Anforderungen an die Notfallkommunikation, die sich aus den geänderten Anforderungen der Energiewende ergeben, erkannt und umgesetzt. Im Energiewirtschaftsbereich gibt es aktuell keine vergleichbaren Referenzen auf diesem Gebiet.

Stephan Plaspohl
Management Consultant |
plaspohl@doksysteme.de

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