Mehr Dynamik im Verteilnetz
PV, Wind, Speicher, Wärmepumpen, E-Fahrzeuge und der Smart-Meter-Rollout erhöhen den Bedarf an Beobachtbarkeit, Automatisierung und schneller Reaktion im Verteilnetzbetrieb
BMWE-Förderung im 8. Energieforschungsprogramm
Sichere Interoperabilität für digitalisierte Stromnetze
CloudEnerChain verbindet IEDs, RTUs, Cloud-Dienste und Netzleittechnik über eine HSM- und TCN-gesicherte Integrationsschicht zu einer durchgängigen, KRITIS-konformen Vertrauenskette vom Feldgerät bis zum Leitsystem
Projektgedanke
Eine durchgängige Vertrauenskette über Station, Kommunikationsnetz, Cloud und Leitsystem ist die Grundlage für sichere digitale Anwendungen im Netzbetrieb
36 Monate
Förderzeitraum
7 Partner
Forschung, Software, Betrieb
03EI4113A
BMWE-Förderung
OT, IT, Cloud
Schnittstellen sicher verbinden
Ausgangslage
Stromnetze werden digitaler, dezentraler und sicherheitskritischer
CloudEnerChain setzt dort an, wo mehr IEDs, mehr Cloud-Anbindungen und KRITIS-konforme Cybersicherheit im Stromnetz gleichzeitig gefordert werden und bestehende Ansätze an ihre Grenzen stoßen
OT, IT und Cloud noch nicht durchgängig verbunden
Von IEDs und RTUs über SCADA-Systeme bis zu Cloud-Plattformen fehlen vielerorts durchgängige, offene Informationsmodelle. Proprietäre Lösungen erschweren herstellerübergreifende Interoperabilität
Sicherheit endet oft an Systemgrenzen
Im KRITIS-Umfeld Energie müssen Identität, Integrität und Authentizität über die gesamte Kommunikationskette nachweisbar sein. Einzelmaßnahmen wie Gateway oder VPN reichen dafür nicht aus
Prüf- und Testumgebungen
Testumgebungen entlang der Systemkette
Die Testumgebungen bereiten zentrale Ebenen im Stromnetz praxisnah auf: von der Sekundär- und Stationsleittechnik bis hin zur Netzleitstelle und digital unterstützten Betriebsprozessen.
Von der Sekundärtechnik bis zur Netzleitstelle
Datenflüsse und digitale Funktionen sollen sicher, verlässlich und interoperabel gestaltet werden
Die Feldebene anbinden
Versuchshalle
Die Anlage repräsentiert die physische Infrastruktur des Stromnetzes und bringt digitale Komponenten mit echten Anlagenteilen zusammen
Im Fokus steht die verlässliche Erfassung von Betriebsdaten für nachgelagerte Anwendungen
Informationen dort, wo sie gebraucht werden
Netzleitstelle
Hier entscheidet sich, wie vertrauenswürdige Daten und Zustandsinformationen in der Netzführung sinnvoll nutzbar werden
Eine klare Netzvisualisierung unterstützt den sicheren Betrieb aktiv
Neue Funktionen vorab prüfen
Hardware-in-the-Loop
Neue digitale Funktionen und Kommunikationskonzepte lassen sich unter realitätsnahen Verhältnissen testen, bevor sie ins Feld gehen
So werden Interoperabilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit umfassend evaluiert
Die Stationsebene datentechnisch anbinden
Digitale Ortsnetzstationen
Die Stationsebene ist der Ausgangspunkt, an dem Verteilnetzdaten gebündelt und an eine sichere Integrationsschicht weitergegeben werden
Dieser Übergang setzt den Maßstab für Sicherheit und strukturierte Daten
Bildmotive aus den Prüf- und Testinfrastrukturen des Fraunhofer-Zentrums Digitale Energie, Quelle: Fraunhofer-Zentrum Digitale Energie, überwiegend © Martin Braun. Quelle: Fraunhofer-Seite
Stand der Technik und neuer Ansatz
Vernetzte Stromnetze brauchen interoperable Architekturen und eine durchgängig abgesicherte Vertrauenskette
IEDs, RTUs, SCADA-Systeme, Cloud-Plattformen und IoT-Geräte kommunizieren über Protokolle wie IEC 61850 und IEC 60870-5-104. Die zunehmende Digitalisierung und der bidirektionale Datenaustausch erhöhen die Anforderungen an Interoperabilität, IT-Sicherheit und durchgängig nachprüfbare Kommunikationsintegrität über alle Systemgrenzen hinweg.
Stand von Wissenschaft und Technik
Moderne Stromnetze verbinden Sekundärtechnik (IEDs, RTUs), Stationsleittechnik, SCADA-Systeme und Cloud-Plattformen über Protokolle wie IEC 61850, IEC 60870-5-104 und MQTT. Sicherheits- und Informationsmodelle bleiben dabei häufig herstellerspezifisch und wenig interoperabel; Vendor Lock-in verhindert durchgängige Lösungen
Zentrale Lücke
Gateways, Firewalls und VPN-Strecken sichern Teilbereiche ab, schaffen aber keine durchgängige, nachweisbare Vertrauenswürdigkeit vom Feldendpunkt über Cloud-Dienste bis zum Leitsystem. Fehlende offene Standards verstärken diese strukturelle Sicherheitslücke
Innovationsgehalt von CloudEnerChain
CloudEnerChain verbindet eine Integrationsschicht mit technologieoffenem Metadatenmodell (IEC 61850/61970), HSM-basierten Vertrauensankern und TCN-Integration. KI-gestütztes Monitoring und Endpoint-Angriffserkennung ergänzen das Konzept zu einem ganzheitlichen Sicherheitsansatz
Worum es inhaltlich geht
Sechs Themenfelder prägen die inhaltliche Arbeit des Projekts
Die Forschungsarbeit verbindet Sicherheitsarchitektur, Interoperabilität, Monitoring, digitale Anwendungen, Dateninfrastrukturen und Übertragbarkeit zu einem gemeinsamen Gesamtbild.
Arbeitsstruktur
Fünf Arbeitspakete greifen ineinander
Fünf Arbeitspakete führen Sicherheitsarchitektur, Interoperabilität, Monitoring, digitale Anwendungen, Dateninfrastrukturen und Übertragbarkeit zusammen.
- AP1 Sicherheitsarchitektur
- AP2 Interoperabilität & Cloud
- AP3 Monitoring & Assistenz
- AP4 Digitale Anwendungen
- AP5 Demonstration & Erprobung
Herstellerunabhängige Interoperabilität
Eine cloudbasierte Integrationsschicht mit technologieoffenem Metadatenmodell auf Basis von IEC 61850 und IEC 61970 verbindet heterogene Systemlandschaften aus IoT, Smart Metering und Sekundärtechnik ohne proprietäre Abhängigkeiten
Durchgängige Vertrauenskette mit HSM und TCN
HSM und TCN schaffen eine durchgängig abgesicherte Vertrauenskette vom Feldendpunkt bis zum Leitsystem, ergänzt durch Secure-by-Design-Architekturen, Endpoint Detection und reaktive Incident-Response-Mechanismen
Cloud und Edge für den Netzbetrieb
IoT-Plattformen, Smart-Meter-Gateway-Administration (SMGWA) und Edge-Computing ermöglichen skalierbare, echtzeitfähige Datenverarbeitung unter Einhaltung regulatorischer Anforderungen, ohne Abstriche bei IT-Sicherheit und Datensouveränität
Digitale Mehrwertdienste mit betrieblichem Nutzen
KI-gestützte Anomalieerkennung, Echtzeit-Lastmanagement und die Steuerung flexibler Verbraucher werden als konkrete Mehrwertdienste entwickelt, in Simulations-, Labor- und Feldtestumgebungen erprobt und auf Übertragbarkeit in unterschiedliche Netzkontexte evaluiert
KI-Monitoring und Leitwartenassistenz
Ein KI-gestütztes Assistenzsystem überwacht den Netzzustand in Echtzeit, erkennt IT-Sicherheitsereignisse und Anomalien frühzeitig und leitet konkrete Handlungsempfehlungen für das Leitstellenpersonal ab
Übertragbarkeit und Standardisierung
Alle Architekturkomponenten und Dienste werden auf regulatorische Konformität und branchenweite Übertragbarkeit ausgelegt. Die Ergebnisse dienen als dokumentierte Blaupause für die sichere Digitalisierung im Energiesektor
Vom Problem zur Lösung
Von Systemverständnis über Absicherung bis zur Erprobung
Analysieren
Bedrohungsanalyse, Anforderungserhebung und Sicherheitsarchitektur auf Basis realer KRITIS-Szenarien im Energiebereich. Angriffsvektoren werden identifiziert, das Secure-by-Design-Konzept für das Gesamtsystem definiert
Verbinden
Datenflüsse und Schnittstellen werden mit offenen Protokollen (IEC 61850, IEC 60870-5-104, MQTT) und einem herstellerunabhängigen Interoperabilitätsmodell gestaltet. TCN verankert Sicherheit in der gesamten Kommunikationskette
Absichern & Überwachen
HSM und TCN werden in Feldgeräte, Cloud-Komponenten und Leitsysteme integriert. Ein KI-gestütztes Monitoring- und Assistenzsystem erkennt Anomalien frühzeitig und leitet präventive sowie reaktive Handlungsempfehlungen ab
Entwickeln
Cloudbasierte Mehrwertdienste wie Echtzeit-Lastmanagement und Flexibilitätssteuerung dezentraler Ressourcen werden als Proof-of-Concept entwickelt und auf regulatorische Anforderungen hin bewertet
Erproben & Transferieren
Architektur und Dienste werden in Simulations-, Labor- und Feldtestumgebungen bei realen Netzbetreibern auf Praxistauglichkeit, Skalierbarkeit und Übertragbarkeit erprobt
Erwartete Projektergebnisse
Interoperabilität, Cybersicherheit und Mehrwertdienste müssen im Netzbetrieb messbar wirksam werden
Herstellerunabhängige Systemintegration
Ein technologieoffenes Metadatenmodell auf Basis von IEC 61850/IEC 61970 und standardisierte Schnittstellen reduzieren Integrationsaufwände, verhindern Vendor Lock-in und ermöglichen den nahtlosen Datenaustausch zwischen IEDs, SCADA-Systemen und Cloud-Plattformen
Erhöhte Resilienz gegen Cyberangriffe
HSM-basierte Vertrauensanker, TCN-Implementierung und KI-gestützte Anomalie- und Angriffserkennung an kritischen Endpunkten (RTUs, Gateways) erhöhen die Widerstandsfähigkeit der KRITIS-Infrastruktur gegen gezielte Cyberangriffe und kompromittierte Systeme
Operative Mehrwerte für den Netzbetrieb
Monitoring- und Assistenzsysteme sowie Mehrwertdienste für Lastmanagement und Flexibilitätssteuerung dezentraler Ressourcen liefern konkreten betrieblichen Nutzen, validiert in realen Feldtestumgebungen bei städtischen Netzbetreibern
Projektverbund
Forschung, Industrie und Netzpraxis arbeiten an einer gemeinsamen Perspektive für die sichere Digitalisierung von Stromnetzen
Partner auf einen Blick
Forschung, Software und Netzbetrieb in einem Verbund
Der Verbund bündelt Forschungskompetenz, Plattformentwicklung und betriebliche Perspektiven
Forschung
Forschungspartner decken IT-Sicherheit, Simulation und Datenmodelle für digitalisierte Stromnetze ab
Industrie
Software- und Technologiepartner bringen Plattformen, Schnittstellen und Netzleitsysteme in den Verbund ein
Netzbetrieb
Praxispartner spiegeln betriebliche Anforderungen, Umsetzbarkeit und spätere Übertragbarkeit in den Netzbetrieb
Aktuelles
Einblicke, Termine und Entwicklungen aus dem Projekt
CloudEnerChain startet mit Kick-off in Aachen
Beim Kick-off am 10. und 11. März 2026 in Aachen hat der Projektverbund gemeinsame Ziele, Anwendungsnähe und die nächsten Schritte für die sichere Digitalisierung von Stromnetzen konkretisiert.