HPEM-Empfindlichkeit von intelligenten Stromzählern als Komponenten des Smart Grid

Abstract

Die elektrische Energieversorgung ist die wichtigste kritische Infrastruktur unserer Gesellschaft. Die ständige Verfügbarkeit der Stromversorgung ist Grundlage der modernen, durchoptimierten Industrie und aller Dienstleistungen, die heutzutage ohne digitale Informationsverarbeitung nicht mehr denkbar wären. Im privaten Umfeld ist die ständige Verfügbarkeit von Strom aus der Steckdose eine Selbstverständlichkeit, über die wir gar nicht mehr nachdenken. Die Sicherung der Verfügbarkeit von elektrischem Strom ist demnach essentiell wichtig. Durch umweltpolitische Entscheidungen geht der Trend in der Erzeugung weg von fossilen Brennstoffen und zentral gelegenen Großkraftwerken hin zu in der Fläche abschöpfbaren erneuerbaren Energien. Die Umstellung der Erzeugung hat Einfluss auf die Netzregelung, denn diese muss von einer bedarfsorientierten, zentralen Kraftwerksregelung hin zu einer angebotsangepassten, dezentralen VerbraucherErzeugerregelung umgewandelt werden. In der Regelung müssen beispielsweise wetterbedingte Verfügbarkeitsschwankungen der erneuerbaren Energiequellen berücksichtigt werden. Damit bei der dezentralen Verteilung von Erzeuger und Verbraucher weiterhin ein stabiles Stromnetz zur Verfügung gestellt werden kann, soll dem flächendeckenden Stromversorgungsnetz ein IT-Kommunikationsnetz überlagert werden, das dem aufkommenden Echtzeit-Kommunikationsaufwand gewachsen ist. Die flächendeckende kommunikative Vernetzung von Erzeuger und Verbraucher bietet Potential für ein neues Regelungskonzept, das Demand-Side-Management (DSM). Hierbei sollen ausgewählte elektrische Verbraucher in Haushalten und Industriebetrieben bei Bedarf zum Lastausgleich automatisch zuoder abgeschaltet. Ergänzt um diese Erweiterung wird ein solches künftiges Stromnetz auch Smart Grid („intelligentes Stromnetz“) genannt. Im Smart Grid wird im Vergleich zum aktuellen Stromnetz die Anzahl verbauter elektronischer Geräte vervielfacht. Es sollen elektronische Zähler, IT-Knoten, Kommunikationsgateways, Messsensoren und auch moderne Fernwirktechnik verbaut werden. Damit stellt sich die Frage nach der Funktionsund Ausfallsicherheit auf einer neuen Ebene, insbesondere, wenn man Möglichkeiten zur bewussten, schädlichen Fremdeinwirkung auf moderne Elektronik komplexer Bauart in Betracht zieht. Es wurden in den vergangenen Jahrzehnten bereits umfangreiche Versuche unternommen, die Verwundbarkeit von Elektronik durch elektromagnetische Felder hoher Leistung (HPEM, „High Power Electromagnetics“) zu untersuchen [1],[2]. Im Fraunhofer Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen (INT) wurden unter anderem gezielt Kommunikationsund Überwachungssysteme sowie PC’s auf ihre Störempfindlichkeit gegenüber HPEM hin untersucht [3],[4],[5],[6]. Kriminelle nutzen bereits Hochfrequenzquellen, um mit Hilfe von IEMI („Intentional Electromagnetic Interference“) IToder Sicherheitssysteme in ihrer Funktion zu beeinträchtigen. Betrachtet man das Smart Grid im Lichte dieser Entwicklungen, so lassen sich fehlerhafte Informationen und Totalausfälle von Elektronik als eine erhebliche Gefährdung für die Stromversorgung und die Netzregelung identifizieren. Eine Manipulation des Stromnetzes durch IEMI ist denkbar und sollte als Gefährdungspotential bei der zukünftigen Netzplanung berücksichtigt werden. In diesem Beitrag werden HPEM-Empfindlichkeitsuntersuchungen an intelligenten Stromzählern (Smart Meter) vorgestellt, welche von Energieversorgern eingesetzt werden. Die Smart Meter werden aktuell nur zu Abrechnungszwecke eingesetzt und haben keinen Einfluss auf die Netzstabilität, sie bilden jedoch ein leicht zugängliches Ziel für Angreifer, welches zusätzlich eine der am häufigsten verbauten Komponenten im intelligenten Stromnetz ist. Die Untersuchungen der Smart-Meter bilden eine Grundlage für weitere Untersuchungen an kritischen Netzkomponenten.