Smart Grids ermöglichen virtuelle Kraftwerke · 2019. 12. 13. · für Smart Grids Weil immer mehr...

5

Transcript of Smart Grids ermöglichen virtuelle Kraftwerke · 2019. 12. 13. · für Smart Grids Weil immer mehr...

Page 1: Smart Grids ermöglichen virtuelle Kraftwerke · 2019. 12. 13. · für Smart Grids Weil immer mehr elektrischer Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, gilt es, die Übertragungs-
Page 2: Smart Grids ermöglichen virtuelle Kraftwerke · 2019. 12. 13. · für Smart Grids Weil immer mehr elektrischer Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, gilt es, die Übertragungs-

Energie &Technik 1/201328

Automatisierung

■ Robuste Kommunikationstechnik von der Energieerzeugung bis zur -verteilung

Zuverlässige Kommunikation für Smart Grids

Weil immer mehr elektrischer Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, gilt es, die Übertragungs- und Verteilnetze auf die zunehmende dezentrale Einspeisung vor-zubereiten und im Zuge dessen intelligent (»smart«) zu machen. Dass die dafür nötige Kommunikationstechnik die Datenübertragung und Protokolle abwickeln kann, versteht sich von selbst. Sie muss aber auch für raue Umgebungen und be-triebskritische Anwendungen gewappnet sein.

Von Gerhard Wieserner und Jochen Fielhauer, Siemens-Division Industry Automation

Der Einsatz regenerativer Energien soll die Kohlendioxid-Emissionen reduzieren und die Verknappung fossiler Brennstoffe min-dern. Stromerzeuger müssen also mit ih-ren Kraftwerken weiterhin die Grundver-sorgung gewährleisten, aber zugleich Wind- und Solarenergie sowie Wasserkraft intelligent in ihre Versorgungssysteme in-tegrieren.

Um den Energiemix effizient zu gestalten, ist eine Koordination aller Prozesse nötig. »Informations- und Kommunikationstech-niken auf Industrial-Ethernet-Basis spielen dabei eine Schlüsselrolle«, beschreibt Ste-fan Hafner, Siemens-Vertriebsleiter und ehemaliger Regional Sales Director Rugge-dcom, die Situation. Sie übernehmen die

Vernetzung aller Komponenten des ge-samten Energieversorgungssystems: »Kraftwerksleitsysteme, Steuerungen in Umspannwerken und Verbraucher wer-den vernetzt und tauschen über standar-disierte Kommunikationsprotokolle Infor-mationen aus«, sagt er. »Die bisherigen Energieversorgungsnetze mit passiven, unvernetzten Komponenten und unidirek-tionaler Kommunikation entwickeln sich zu marktorientierten, dynamischen und integrierten Systemen. Gleichzeitig müs-sen Netzwerkkomponenten, verteilte En-ergieerzeuger, virtuelle Kraftwerke, sog. Microgrids, öffentliche Ladestationen und Privathaushalte in das Smart-Grid-Kom-munikationsnetz integriert werden.«

Die dezentralisierte Energieversorgung setzt durchdachte Lösungen für die Kon-trolle und Steuerung der Einspeisepunkte

in den Übertragungs- und Verteilnetzen voraus. »Der Versorger benötigt jederzeit einen transparenten Überblick über den aktuellen Zustand seines gesamten Ver-teilnetzes«, erläutert Hafner. »Verschie-denste Daten etwa über Verbrauch, Tem-peraturen und Schalterinformation müs-sen zuverlässig übertragen und transpa-rent dargestellt werden. Zudem müssen die Systeme eine Ferndiagnose und -war-tung ermöglichen.« Die Kommunikations-Anforderungen der Smart Grids, etwa die Zählerdatenverwaltung, steigern den Kom-munikationsbedarf rapide. Die dazu nöti-gen Kommunikationsnetze erfordern eine sorgfältige Planung und Realisierung.

Das Produktspektrum »Scalance« von Sie-mens ermöglicht zuverlässige Netzwerk-lösungen für die industrielle Kommunika-tion. Unter dem neuen Begriff »Rugged

Page 3: Smart Grids ermöglichen virtuelle Kraftwerke · 2019. 12. 13. · für Smart Grids Weil immer mehr elektrischer Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, gilt es, die Übertragungs-

29 1/2013 Energie &Technik

Communication« (geprägt nach der Über-nahme von RuggedCom Inc. im Jahr 2012 durch Siemens) bietet das Unternehmen jetzt ein erweitertes Portfolio für die Kom-munikation im Bereich Energieversorgung – speziell für betriebskritische Anwen-dungen – und macht dadurch einen si-cheren, wirtschaftlichen und effizienten Netzbetrieb möglich (Bild 1).

»Bei Energieversorgern wächst die Nach-frage nach Kommunikationsnetzen auf IP-Basis, weil sie schneller und flexibler sind, aber auch mehr Funktionalität als

viele serielle Übertragungsmedien bieten«, führt Hafner aus. Umspannwerke werden zunehmend automatisiert und von den Leitzentralen der Versorger gesteuert und überwacht. Grundlage dafür ist heutzuta-ge der Standard IEC 61850, der u.a. eine einheitliche Kommunikations-Infrastruk-tur auf Basis von Ethernet definiert und den Datenaustausch zwischen den Kom-munikationspartnern weiter vereinfacht. Die Kommunikationssysteme müssen ex-akt an die im IEC-Standard festgelegten Anforderungen angepasst werden: z.B. elektromagnetische Verträglichkeit (EMV-

Festigkeit), erweiterter Betriebstempera-turbereich, sehr hohe Betriebsstundenzahl und Zeitsynchronisation. Wichtig sind zu-dem kurze Rekonfigurationszeiten des Kommunikationsnetzes und geringe Ver-zögerungen bei der Datenübertragung. Auch der wachsende Bandbreitenbedarf ist zu berücksichtigen (Bilder 2 und 3).

Die »Ruggedcom«-Produktlinie ist speziell für die robuste Ethernet-Kommunikation innerhalb der Nieder-, Mittel- und Hoch-spannungs-Infrastruktur ausgelegt. Sie umfasst Netzwerk-Router, Ethernet-Swit-

Smart Grids ermöglichen virtuelle Kraftwerke Der Zusammenfassung mehrerer Anlagen pri-vater und öffentlicher Anbieter zu einem virtu-ellen Kraftwerk eröffnet laut Gerhard Wieserner und Jochen Fielhauer folgende Möglichkeiten:Ein großer Energieversorger hat Anlagen privater und öffentlicher Anbieter zu einem virtuellen Kraftwerk zusammengefasst. So lässt sich die elektrische Energie von Kleinerzeugern kontrol-

lieren und bedarfsgerecht ins zentrale Stromnetz einspeisen. Landwirte erzeugen Energie unter anderem mit Biogasanlagen und Windturbinen. Bei Spitzenlasten kann das Versorgungsunter-nehmen beispielsweise auch Notstromaggregate von Industrieanlagen zuschalten. Die verschie-denen Energiequellen sind über intelligente Kommunikationslösungen mit der Leitzentrale

des EVU (Elektrizitäts-Versorgungs-Unterneh-men) verbunden. Addiert man die Potenziale dieser Kleinerzeuger, erhält man die Leistung eines mittleren konventionellen Kraftwerks. Mit den alternativen Ressourcen deckt das EVU Last-spitzen sehr gut ab, ohne bei Versorgungsspitzen weitere Fremdleistung zukaufen zu müssen.

Bild 1: Mit dem »Ruggedcom«-Portfolio bietet Siemens ein umfassendes Produktspektrum für alle Bereiche im Energiemarkt, auch für betriebskritische Anwendungen unter rauen Bedingungen.

Page 4: Smart Grids ermöglichen virtuelle Kraftwerke · 2019. 12. 13. · für Smart Grids Weil immer mehr elektrischer Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, gilt es, die Übertragungs-

Automatisierung

Energie &Technik 1/201330

Leistungsstark? …dann sind Sie hier richtig!Der Marktplatz für Entwickler und Innovatoren.Hier entsteht Zukunft!

Internationale Messe und Konferenzfür Leistungselektronik, Intelligente Antriebstechnik,Erneuerbare Energie und EnergiemanagementNürnberg, 14. – 16.05.2013

_09VVV_Mesago_ET1.pdf;S: 1;Format:(210.00 x 100.00 mm);02. Jan 2013 12:00:06

ches, serielle Server und Medien-Wandler, die besonders für betriebs- und zeitkri-tische Anwendungen geeignet sind. Seri-elle Schnittstellen sowie WAN- und Ether-net-Ports sind für den Anschluss über

Glasfaser- und Kupferkabel vorgesehen. Die für den rauen Einsatz entwickelten Geräte halten vielen »Extrembedingungen« zuverlässig stand, so auch großen Tempe-raturschwankungen von –40 bis +85 °C

und Vibrations- oder Schockeinwirkungen. Zudem lassen sich bestehende Anlagen-teile und Infrastrukturen, die noch seriell vernetzt sind, in neue Netzwerke auf Ethernet-Basis einbinden.

Durch die zunehmende Einspeisung elek-trischen Stroms aus regenerativen Quellen erfolgt der Stromfluss nicht mehr nur in einer Richtung (vom Energieerzeuger zum Verbraucher), sondern bidirektional. »Viele bisher unvernetzte Ortsnetzverteil-stationen müssen daher modernisiert wer-den, um einen Datenaustausch zwischen den verschiedenen Systemen und der Leit-warte zu ermöglichen«, verdeutlicht Haf-ner. »Smart Grids setzen eine flächen-deckende Kommunikation vom jeweiligen Stromzähler über die Schaltanlagen der Umspannwerke bis zu den Leitstellen der Energieerzeuger voraus. Flexible Kommu-nikationslösungen verbessern dabei die Überwachung und Steuerung der Netzin-frastruktur. Sie erhöhen die Transparenz von Lastfluss und Lastverteilung, so dass Stromproduktion und Stromverbrauch aufeinander abgestimmt sind.« (Bild 4)

Bild 3: Die Geräte der »Ruggedcom«-Produktlinie wurden speziell für den Betrieb in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen entwickelt und zeichnen sich unter anderem durch hohe EMV-Festigkeit, erweiterte Betriebstemperaturbereiche und Zeitsyn-chronisation aus.

Bild 2: Die in Mittelspannungsschaltanlagen

eingesetzten Kommunikationslösungen müssen zunehmend die im IEC-61850-Standard

festgelegten Anforderungen erfüllen.

Page 5: Smart Grids ermöglichen virtuelle Kraftwerke · 2019. 12. 13. · für Smart Grids Weil immer mehr elektrischer Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, gilt es, die Übertragungs-

Leistungsstark? …dann sind Sie hier richtig!Der Marktplatz für Entwickler und Innovatoren.Hier entsteht Zukunft!

Internationale Messe und Konferenzfür Leistungselektronik, Intelligente Antriebstechnik,Erneuerbare Energie und EnergiemanagementNürnberg, 14. – 16.05.2013

_09VVV_Mesago_ET1.pdf;S: 1;Format:(210.00 x 100.00 mm);02. Jan 2013 12:00:06

Das EoVDSL-Portfolio (Ethernet over VDSL) von Siemens erlaubt die Vernet-zung von Ortsnetzverteilstationen über vorhandene Zweitdrahtkupferleitungen der Energieversorger. Zusätzlich gestatten integrierte serielle Schnittstellen eine An-bindung bestehender Infrastruktur und optimieren den Aufwand bei einer Moder-nisierung.

»Überall dort, wo die Installation von In-frastrukturen für die drahtgebundene Kommunikation über Kupfer- oder Glasfa-ser-Kabel zu aufwändig ist, setzen Ener-gieversorger bevorzugt auf drahtlose Lö-sungen«, stellt Hafner fest. Mit 2G- und 3G-Lösungen (Mobilfunk 2. und 3. Gene-ration) werden unkritische Daten über öffentliche Kommunikationsnetze über-tragen. Für betriebskritische Anwen-dungen im Smart Grid kommen Lösungen auf WLAN- und 4G-Basis (Mobilfunk 4. Generation) für private Netze zum Ein-satz. »Damit lassen sich zuverlässige Netzwerke problemlos auch über größere Entfernungen aufbauen«, so Hafner.

Permanent gehen neue Onshore- und Offshore-Windenergieanlagen sowie So-larparks in Betrieb. Auch hier ist eine in-telligente Kommunikation der einzelnen Komponenten nötig, um den Anlagenbe-treibern die Leistungs- und Zustandsdaten

in Echtzeit bereitzustellen und eine effizi-ente Steuerung der Anlagen sowie einen zuverlässigen Betrieb des Energienetzes zu ermöglichen. Innovative Leitsysteme für den Straßen- und Schienenverkehr sind ebenfalls abhängig von leistungsfä-higen Kommunikations-Infrastrukturen. Entlang den Schienentrassen findet man eine Vielzahl von Umspannwerken und Unterstationen, deren Ausrüstungen (Tra-fos, Schaltanlagen, Leistungs- und Trenn-schalter etc.) mit denen der öffentlichen Energieversorger vergleichbar sind.

»Zweifellos werden sich Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung in den kom-menden Jahren weiter verändern«, betont Hafner. »Zukunftsorientierte Infrastruk-turen für die Kommunikation auf Ether-net-Basis versetzen die Betreiber in die Lage, schnell und flexibel auf sich än-dernde Anforderungen des Energiemarkts zu reagieren. Siemens bietet hier mit den »Ruggedcom«-Produkten ein speziell auf die besonderen Herausforderungen des Energiesektors ausgelegtes und abge-stimmtes Produkt-Portfolio an.« (ak)

Bild 4: Die geplante Energiewende verändert den Markt: weg von einem unidirek-tionalen hin zum bidirektionalen Strom- und Informationsfluss, weil immer mehr private Teilnehmer regenerative Energien in das Stromnetz einspeisen, steuerbare Abnehmer werden und als potenzielle Speicher fungieren.