Energiesicherheit und die flächendeckende Versorgung durch erneuerbare Energien sind längst nicht mehr neu auf den Agenden von Wirtschaft, Politik und auch Privatpersonen. Weltweite politische und wirtschaftliche Spannungen verleihen der Thematik zusätzliche Dynamik.
Technologien und Konzepte für dezentrale Energieversorgungen mit regenerativen Energien existieren längst, auch die Umsetzung nimmt zunehmend Fahrt auf. Ein wichtiger Aspekt dafür, dass Zukunftskonzepte Realität werden können, ist die Aus- und Weiterbildung qualifizierter Fachkräfte. Wer sonst soll all die Anlagen bauen, installieren, warten, vernetzen und bedienen, die für die erfolgreiche Klimawende so dringend benötigt werden?
Zukunft gestalten
Die Handwerkskammer (HWK) Potsdam hat diesen Bedarf erkannt und 2013 auf dem Bildungs- und Innovationscampus Handwerk in Groß Kreutz ein bundesweit einmaliges Projekt initiiert: das Kompetenzzentrum für Energiespeicherung und Energiesystemmanagement. Im April 2022 eröffnet, sollen hier zukünftig vor allem Handwerkerinnen und Handwerker praxisnah zu allen Themen der Umsetzung nachhaltiger dezentraler Energiesysteme und ihrer Installation in Industrie, Handwerk und Wohngebäuden qualifiziert werden. Dazu wurde der Campus hinsichtlich der Energieversorgung in zwei Hälften geteilt, damit eine Hälfte von der öffentlichen Stromversorgung abgetrennt und autark als Inselnetz betrieben werden kann.
„Wir haben elf Photovoltaikanlagen mit insgesamt 144 kWp, eine Windanlage, mehrere Ladesäulen und verschiedene Hausspeicher auf dem Campus installiert. Damit die Anlagen jedoch in Betrieb gehen konnten, benötigten wir einen Batteriegroßspeicher von 640 kW sowie ein intelligentes Energiemanagementsystem“, erläutert Christian Leest, Technischer Leiter am Bildungs- und Innovationscampus Handwerk (BIH) der Handwerkskammer Potsdam.
In einer europaweiten Ausschreibung suchte die HWK Potsdam daher einen Spezialisten für die Lieferung, Entwicklung und Installation beider Kernkomponenten. Mit dem mecklenburgischen Versorgungsnetzbetreiber Wemag im Verbund mit ihrem Partner Scada-Automation fand die HWK dafür die idealen Partner – mit umfassender Erfahrung und Know-how in der Steuerung von Großspeichern und dazu der idealen Software für die Entwicklung eines innovativen Leitsystems im Gepäck: Zenon von Copa-Data. Scada-Automation ist Systemintegrator für Leitsystem- und Automatisierungslösungen in Industrieanlagen für Energieerzeugung und Produktion sowie Energiemanagement in Unternehmen.
Das „österreichische Taschenmesser“
Das Microgrid EMS zeigt den Nutzern auf einen Blick alle Verbraucher im Inselbereich mit ihrem aktuellen Verbrauch an. Neben der auf Zenon basierenden Steuerung des von Wemag gelieferten Batteriegroßspeichers ist es besonders das Energiemanagementsystem Microgrid EMS, mit dem Scada-Automation die zukunftsorientierte Weiterbildung bei der HWK Potsdam möglich macht.
Es verknüpft alle Erzeuger und Verbraucher in einem virtuellen Kraftwerk, stellt die lückenlose Energieversorgung des Campus sicher und visualisiert anschaulich alle Energieströme. Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung des EMS war die Vielseitigkeit der existierenden Anlagen auf dem Campus und ihre unterschiedlichen Hersteller, Systeme, Clouds und Protokolle. Alle Komponenten galt es, in einem Steuerungssystem zu vereinen. Keine leichte Aufgabe.
„Die Flexibilität von Zenon war ein entscheidendes Erfolgskriterium des Projekts“, erklärt Jens Ramlow, Geschäftsführer und Control Systems Architect von Scada-Automation. „Sie ermöglicht, die unterschiedlichen Anlagen mit dem Standard VHPready unter Verwendung der Protokolle IEC 60870-5-104, IEC 61850 und Modbus in einem Microgrid EMS zu verknüpfen und auch eigenprogrammierte Erweiterungen anzubinden. Zenon ist quasi das ‚österreichische Taschenmesser‘ – vielseitig einsetzbar, anpassungsfähig und sehr flexibel“, ergänzt Martin Spiegel, Geschäftsführer und Control Systems Engineer bei Scada-Automation.
Vorgänge visualisieren
Im Bereich „Energiemanagement“ fasst das EMS alle relevanten Energiewerte übersichtlich zusammen. Im Microgrid EMS werden alle Energieströme lückenlos dokumentiert. Auch Faktoren wie Temperatur, Niederschlag, Wind und Sonnenstand werden berücksichtigt. Das ist essenziell für die effektive Steuerung der Energieströme – und für den Bildungsanspruch der Betreiber.
Auch hier kommen die Qualitäten von Zenon zum Tragen, denn die vielfältigen grafischen Möglichkeiten machen eine neue Dimension der Visualisierung möglich. Im Sankey-Diagramm können Kursteilnehmende in Echtzeit und in plakativen Energiebalken feingliedrig die Energiemengen und -ströme an den unterschiedlichen Erzeugungs- und Entnahmepunkten verfolgen. Balken unterschiedlicher Farbe und Dicke machen die verschiedenen Anlagen und die Menge des fließenden Stroms intuitiv auf Anhieb erkennbar.
„Unser Anspruch war es, die Energieströme so darzustellen, dass das EMS ein begeisterndes Nutzungserlebnis bietet und relevante Faktoren auch von Einsteigern auf einen Blick erfasst werden können. Das ist wichtig für die breitgefächerte Zielgruppe der Handwerkskammer“, betont Ramlow.
Ein Erfolgskriterium der Realisierung war die umfangreiche Template-Bibliothek, die das Team von Scada-Automation während der letzten Jahre und im Zuge zahlreicher Projekte mit Zenon aufgebaut hat und die kontinuierlich weiterwächst. „Bei der Entwicklung unsere Templates können wir oftmals auf bestehende Vorlagen in Zenon zurückgreifen und sie flexibel nach unseren Anforderungen parametrieren. Auch das ist ein Vorteil unserer kontinuierlichen Zusammenarbeit mit Copa-Data“, erklärt Spiegel.
Energiemanagement mit Lerneffekt
Das Sankey-Diagramm im Microgrid EMS visualisiert anschaulich alle Energieflüsse von Erzeugern zu Verbrauchern. Weiteres Alleinstellungsmerkmal des Microgrid EMS ist, dass das System tatsächlich als Steuerungssystem agiert. Es greift automatisiert in das Netz ein und reguliert Energieströme im Rahmen definierter Werte. Zum Beispiel schaltet es Erzeuger zu oder ab, sichert Grenzen der Einspeisung aus dem öffentlichen Netz sowie den Füllstand des Großspeichers. Dabei bezieht das System historische wie prognostizierte Werte mit ein und agiert vorausschauend.
„Auch hinsichtlich der Steuerung wussten wir, dass wir uns auf Zenon verlassen können. Da geht es nicht nur um Big Data, sondern um den praktischen Einsatz erhobener Daten zur effizienten Verbrauchsoptimierung“, erläutert Spiegel. Und ganz besonders profitieren die Lernenden von der Ausbildung an dem real arbeitenden System. Die Lehrenden haben viele Möglichkeiten, Parameter manuell zu verändern, um die Auswirkungen im Microgrid, an den Energiespeichern und Netzanschlusspunkten bewerten und veranschaulichen zu können. Ein USP, der auch die Betreiber begeistert.
„Am Anfang eines Projektes dieser Dimension kann man nie genau abschätzen, wo die Reise hingeht. Heute können wir sagen: Wir sind mehr als zufrieden mit dem Microgrid EMS und den vielfältigen Möglichkeiten, die es im Zusammenspiel mit unseren Anlagen und dem neuen Speicher für unser Zentrum und unser Kursangebot bietet“, sagt Leest vom BIH. „Wir freuen uns sehr, nun aktiv in den Lehrbetrieb einzusteigen und unseren Beitrag dazu zu leisten, dass die Energiewende erfolgreich gelingen kann.“
Versorgungssicherheit
Auch für die Zukunft ist die Handwerkskammer Potsdam bestens gerüstet. Das Microgrid EMS kann jederzeit weiterentwickelt werden, sei es mit weiteren Anlagen oder mit zukünftigen Energiesystemen. Das ist auch der klare Anspruch der Betreiber, um langfristig eine zukunftsweisende Weiterbildung im Bereich Energiemanagement anbieten zu können.
Und auch das Team von Scada-Automation blickt optimistisch in die Zukunft: Weitere Unternehmen denken bereits darüber nach, ihre Energieversorgungssicherheit selbst in die Hand zu nehmen und sich über dezentrale Inselnetze unabhängig zu machen. Ohne intelligente Energiemanagementsysteme in Kombination mit leistungsstarken Großspeichern, wie das Team von Jens Ramlow und Martin Spiegel sie anbieten, wird das nicht möglich sein.
