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Dolmetscher: Über einheitliche Kommunikationsprotokolle verständigen sich die Energieanlagen mit der Zentrale.
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Energiedaten kommunizieren

Text: Katrin Alber, Energy 2.0 Fotos/Grafiken: Wago
Immer mehr Strom stammt aus dezentralen Anlagen. Fernwirktechnik sorgt dafür, dass das Netz stabil bleibt. Und: Mit ihr behalten die Netzbetreiber und die Betreiber von virtuellen Kraftwerken den Überblick - egal ob es sich um ein paar Dutzend oder Hunderttausende Anlagen handelt.

Weil immer mehr regenerativ erzeugter Strom, beispielsweise aus Wind- oder Solaranlagen, von vielen verschiedenen Systemen ins Netz integriert werden muss, nehmen die „Verständigungsprobleme“ zu. Denn solange die dezentralen Anlagen nur proprietäre Protokolle anbieten, kann die Kommunikation nicht gelingen.

Hier schaffen die Fernwirkprotokolle IEC 60870/61850/61400 als globaler Kommunikationsstandard für die Infrastrukturautomation Abhilfe. Sie tragen dazu bei, die Stabilität der Netze zu gewährleisten, die Lasten zu überwachen und Ausfälle zu vermeiden. „Wir haben die Protokolle in Steuerungen unseres modularen, Feldbus-unabhängigen E/A-Systems integriert und können so prinzipiell jede Anlage anbinden - egal ob Windkraft- oder Solaranlage“, sagt Daniel Wiese, bei Wago als Market Manager zuständig für Prozesse, die das Smart Grid betreffen. Dabei unterstützt die SPS für Fernwirktechnik unter anderem die Protokolle IEC 60870-5-101 für die serielle Übertragung oder gemäß IEC 60870-5-104 für die TCP/IP-basierte Kommunikation. Damit können Meldungen, Messwerte, Bitmuster, Zahlwerte und Befehle jeweils mit und ohne Zeitstempel ausgetauscht werden.

Neue Kernmärkte im Visier

Die Beschäftigung mit Stromnetzen war Wago allerdings nicht in die Wiege gelegt. Seine Anfänge hat das Unternehmen in der elektrischen Anschlusstechnik, dann kam die Interfacetechnik und schließlich das Geschäftsfeld Automation. In der Automatisierungstechnik ist Wago seit nunmehr 17 Jahren zuhause und wendet sich mit seinen Fernwirklösungen auch seit langem an Energieversorger.

Drei Kernmärkte sind dabei für den Automatisierer zunehmend von Bedeutung:

Erstens die Integration regenerativer Energieerzeuger ins Stromnetz. Dazu bedarf es einer Steuerungstechnik, die in der Lage ist, die Kommunikation mit der Energieerzeugungsanlage und der Versorgerleittechnik zu übernehmen. Um die Netze stabil zu halten, muss unter anderem die Einspeiseleistung reduziert werden können.

Zweitens die intelligenten Ortsnetzstationen. „Es gibt etwa 850.000 Ortsnetzstationen in Deutschland, wovon weit über die Hälfte aber überhaupt nicht überwacht werden. Das heißt, man weiß gar nicht, wie sich das Netz auf Ortsnetzebene gerade verhält“, so Wiese. Die Aufgabe ist hier, das Netz mittels Steuerungstechnik zu überwachen.

Dritter Zielmarkt sind die virtuellen Kraftwerke. Immer öfter schließen dezentrale Erzeuger ihre Anlagen zu einem Kraftwerk zusammen, um den Energiefluss zwischen Erzeugung und Verbrauch zu regeln, aber auch um an der Strombörse Strom zu vermarkten. „Für Stadtwerke zum Beispiel ergeben sich ganz neue Chancen, weil sie auch als Energiehändler auftreten können“, ist Wiese überzeugt. „Da agieren dann nicht mehr nur die Großen“. Auch kleine Stadtwerke, die viele dezentrale Energieerzeuger in ihrem Einzugsgebiet haben, können dann Kraftwerke aufbauen. Dazu sei natürlich Steuerungstechnik notwendig, die Einspeiseleistung und Verfügbarkeit an die Zentralleittechnik und an den entsprechenden Versorger übermittelt.

Zum Ausgleich vernetzt

In einem virtuellen Kraftwerk sind unterschiedliche regenerative Energieerzeuger, Energiespeicher und Verbraucher online miteinander vernetzt, werden dort überwacht und koordiniert. Windparks, Photovoltaik-Anlagen, Biogasanlagen und BHKW werden über die Plattform zusammengeführt und gesteuert. Überschüsse und ein Mangel an Energie lassen sich über Speicherlösungen, wie zum Beispiel Wärmepumpen, regeln. Das funktioniert so: An Tagen mit Stromüberschuss - wenn also viel Wind weht und zudem die Sonne scheint - aktiviert die Leitwarte gezielt Wärmepumpen, die den Strom in Wärme umwandeln und in Speichern zum späteren Gebrauch vorhalten. Bei einem Energiemangel lässt das virtuelle Kraftwerk in dezentralen Blockheizkraftwerken Strom aus Gas erzeugen und kompensiert so den fehlenden Wind- oder Solarstrom.

Um solch ein virtuelles Kraftwerk in das bestehende Netz zu integrieren, bedarf es einer Steuerung als Gateway zu den vorhandenen BHKW und Wärmepumpen, die die Anbindung an die zentrale Leitwarte des Versorgers ermöglicht. „Virtuelle Kraftwerke sind ein Markt, der sich rasant entwickelt, und in dem wir hohes Potenzial für unsere Technik sehen“, meint Wiese.

Durch den flexiblen Aufbau der Steuerungen ist es auch kein Problem, die unterschiedlichsten Anlagen in ein virtuelles Kraftwerk einzubinden. „Wir haben über 400 E/A-Module, die es möglich machen, jedes Prozesssignal auszuwerten oder in die Steuerungstechnik einzubringen, ohne es umwandeln zu müssen. Dadurch sind wir in der Lage, diese Vielzahl der Signale fernwirktechnisch so aufzubereiten, dass sie mit der Leittechnik über IEC-Protokolle kommunizieren können.“

Auch der Energieversorger Vattenfall Europe Wärme AG betreibt seit 2010 ein virtuelles Kraftwerk, mit Steuerungstechnik des Automatisierungsunternehmens. Ende 2011 hat es 100.000 Wohneinheiten versorgt, in den nächsten Jahren sollen etliche tausend weitere angeschlossen werden.

Virtuelle Kraftwerke - aber sicher!

Im Normalfall erfasst das virtuelle Kraftwerk Mess- und Zählerdaten in Echtzeit und erstellt anhand von Erzeugungs- und Lastprognosen Fahrpläne für die Energieversorgung. Aber auch im Falle einer Störung, wenn sich zum Beispiel ein Windrad nicht dreht, bekommt das der Anlagenbetreiber mit, und kann reagieren, indem er zum Beispiel Mitarbeiter zur Wartung der Anlage schickt. „Oder ich lebe als Betreiber mit vorübergehend weniger Einspeiseleistung“, so Wiese. „Das ist nicht so das Problem, wenn ich das virtuelle Kraftwerk als reines Kraftwerk fahre, also als Energiehändler.“ Schwieriger werde es, wenn das Kraftwerk im Hinblick auf Regelenergie betrieben wird und Energie an der Börse gehandelt wird. „Die Summe X muss dann auch vorhanden sein, ansonsten muss ich mir eine Notfalllösung ausdenken, zum Beispiel ein paar Systeme auf Stand-by zu fahren, die in der Lage sind, einen Ausfall zu kompensieren.“

Viel schlimmer als der Ausfall einer Anlage wäre ein Ausfall eines gesamten virtuellen Kraftwerks. Die Angst ist groß, es könnte durch kriminelle Energie von einer auf die andere Sekunde alles dunkel werden. Zum Beispiel wenn sich jemand in den Datenkanal eines großen virtuellen Kraftwerks hackt und die Systeme auf einen Schlag herunterfährt. Ein Blackout könnte die Folge sein.

Wenn es darum geht, über GPRS oder DSL Daten an die Leittechnik anzubinden, setzen die meisten Versorger daher auf VPN-Tunnelung. „Um den Schutz von der Leitwarte bis zur Steuerungstechnik zu gewährleisten, wird das Thema Sicherheit noch wesentlich mehr Einfluss erhalten“, ist sich Wiese sicher. „Nicht nur auf der Kommunikationsebene, sondern bis in die Steuerungsebene hinein.“

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