KRISNet: Krisensichere LEO-satellitenbasierte Kommunikationsarchitektur für das Energiesystem der Zukunft

Wie bleibt die Energieversorgung auch in Krisen stabil? Ein Team der Universität Passau unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Hermann de Meer entwickelt im Forschungsverbundprojekt „KRISNet“ eine Low Earth Orbit (LEO)-satellitenbasierte Kommunikationsarchitektur, die Energienetze selbst unter Extrembedingungen zuverlässig macht.

Eine verlässliche Energieversorgung ist für unseren Alltag unabdingbar. Jedoch werden die Systeme durch den stark wachsenden Anteil schwankender erneuerbarer Energien, zunehmend dezentralisierter Erzeugungsanlagen und stärkerer Einbindung verschiedener Sektoren immer komplexer. Gleichzeitig nehmen die Gefahreneinflüsse zu: Extremwetter, gezielte (Cyber-)Angriffe oder technische Störungen können die Versorgung beeinträchtigen. Besonders kritisch wird die Situation, wenn auch die Kommunikationssysteme ausfallen, denn ohne sie lassen sich Energienetze weder stabil steuern noch nach Störungen schnell und sicher wieder hochfahren.

Genau an diesem Punkt setzt das Forschungsverbundprojekt KRISNet an. Ziel ist es, eine besonders widerstandsfähige Infrastruktur zu entwickeln, die für digitalisierte Stromnetze und weitere kritische Infrastrukturen jederzeit eine verlässliche Kommunikation ermöglicht. Dafür verfolgt KRISNet den Aufbau eines eigenen, souveränen Satellitennetzwerks in erdnaher Umlaufbahn, das im ersten Schritt durch einen Demonstrationssatelliten erprobt wird. Das geplante spätere Satellitennetz in einer niedrigen Umlaufbahn (LEO = low Earth orbit) soll unter deutscher, beziehungsweise europäischer, Kontrolle betrieben werden und die Kommunikationsinfrastruktur gezielt stärken, um sie auch in Krisen- und Ausnahmesituationen funktionsfähig zu halten. KRISNet erforscht unter anderem, wie sich Kommunikationsnetze wie Glasfaser und Mobilfunk auf der Erde mit LEO-Satelliten engstens verbinden lassen und in Notfällen zwischen verfügbaren Netzwerken umgeschaltet werden kann, um Datenübertragungsverluste zu verhindern und so die Kommunikation mit den Energieanlagen jederzeit auch in Krisensituationen aufrecht zu erhalten. Die Ergebnisse werden gemeinsam mit den Stromnetzbetreibern der Verteil- und Übertragungsnetzen in realistischen Belastungs- und Störungsszenarien anhand von Tests und Demonstrationsanlagen erprobt, um die Praxistauglichkeit des Übertragungssystems sicherzustellen. Darüber hinaus untersucht das Projekt Kommunikations- und Datenfusionstechnologien im Weltraum, bei denen Daten bereits direkt auf Satelliten verarbeitet werden.

Im Projekt erarbeitet das Passauer Team von Prof. Hermann de Meer die methodische und technologische Basis für eine belastbare und anpassungsfähige Kommunikationslösung. Dafür werden verschiedene Krisen- und Störungslagen systematisch untersucht und in ein übergreifendes Architekturkonzept überführt, das sich auch auf andere kritische Infrastrukturen übertragen lässt. Zentrales Element ist eine softwarebasierte Kommunikationsarchitektur, die Datenwege dynamisch steuert, wichtige Informationen gezielt priorisiert und durch die parallele Nutzung mehrerer Kanäle eine zuverlässige und nahezu verlustfreie Übertragung sicherstellt. Ergänzend werden Sensordaten aus unterschiedlichen Quellen zusammengeführt und direkt auf den Satelliten im Weltraum ausgewertet, um Mehrwertdienste für eine bessere Zustandsüberwachung, frühzeitige Störungserkennung und eine effizientere Steuerung von Versorgungsnetzen zu ermöglichen.

KRISNet nutzt ein Gesamtprojektvolumen von acht Mio. Euro und wird durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen des Sicherheits-forschungsprogramms der Bundesregierung (SIFO) mit 5,9 Mio. Euro gefördert. Das interdisziplinäre Projektkonsortium umfasst zehn ausgewiesene Partner, um alle hier wichtigen Aufgaben abzudecken: mit Siemens AG (Energieübertragungs- und Verteilnetze) als Konsortialführer, Universität Passau (Energieinformatik), esc Aerospace GmbH (sichere Kommunikation), Infineon Technologies AG (Hardware-Sicherheitsanker), Giesecke+Devrient Mobile Security Germany GmbH (Sicherheitstechnik), Zentrum für Telematik Würzburg (Kleinsatelliten), Technische Hochschule Würz-burg-Schweinfurt (Smart Grids), sowie assoziierte Industriepartner wie Amprion GmbH (Betreiber Energieübertragungsnetze), ÜZ Mainfranken eG (Regionaler Energieversorger), Nokia Solutions and Networks (Kommunikationsnetze). Mit KRISNet entsteht eine wegweisende Grundlage für ein krisensicheres, souveränes und zukunftsfähiges Energiesystem in Deutschland und Europa.

Symbolbild: Adobe Stock

Bild vom Projektteam:

• Oberste Reihe (links nach rechts): Ricardo Mariense Wickert (Giesecke+Devrient Mobile Security Germany GmbH), Petr Janous (esc Aerospace GmbH), Franz Meierhöfer (Siemens AG), Anna Volkova (Universität Passau), Andreas Ebert (ÜZ Mainfranken eG), Anatoli Wellhöfer (Technische Hochschule Würzburg-Schweinfurt), Fabian Graf (Siemens AG)
• Mittlere Reihe: Eva Buchta (Siemens AG), Florian Schmid (Infineon Technologies AG), Manuela Neyer (Infineon Technologies AG), Tiago Manczak (Infineon Technologies AG)
• Untere Reihe: Timon Petermann (Zentrum für Telematik Würzburg), Klaus Schilling (Zentrum für Telematik Würzburg), Roland Weiss (Siemens AG), Hermann de Meer (Universität Passau), Robert Theinert (Amprion GmbH), Andreas Hausotter (esc Aerospace), Alexander Kleinschrodt (Zentrum für Telematik Würzburg), Elias Goller (Universität Passau)