A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

IKT-Gateway als Brücke zwischen BHKW und Smart Grid

Bild 1. Das IKT-Gateway IGW/922 lässt sich flexibel an die jeweilige Aufgabenstellung anpassen

Bild 2. Das von SSV und 2G entwickelte VPN-Serviceportal hilft, mit umfangreichen Gruppenbildung-sfunktionen den Überblick über mehrere hundert Anlagen zu behalten

Bild 3. 100 % webbasierter Anlagen-Fernzugriff per Smartphone

Der Weg zum Smart Grid führt über die Zusammenschaltung von dezentralen Energieerzeugern und Verbrauchern. Dabei müssen sie innerhalb des Gesamtverbunds sinnvoll miteinander kommunizieren können. Für eine zuverlässige und performante Fernwartung stellt das eine große Herausforderung dar. SSV hat diese beim BHKW-Anlagenbauer 2G Energietechnik mit einer IKT-Gateway-basierten Lösung gemeistert.

Die von der Bundesregierung ausgerufene Energiewende bedingt, dass die Zahl dezentraler Teilnehmer in deutschen Energienetzen immer weiter steigt. Auch die Netze selbst unterliegen einem Veränderungsprozess: weg von der bisherigen Einbahnstraßentopologie, hin zu einem auf Gegenverkehr ausgelegten komplexen Netzwerk, das aus fluktuierenden Erzeugern und Verbrauchern besteht. Neben Windenergie-, Solarstrom- und KWK (Kraft-Wärme-Kopplung)-Anlagen werden zunehmend auch Wärmepumpen, Batteriesysteme und andere Systeme in die Energienetze eingebracht. All diese dezentralen Energieerzeuger müssen dann zu einem sich ergänzenden Gesamtverbund zusammengeschaltet werden und demnach miteinander kommunizieren können. Um effizient ihre Arbeit innerhalb eines Smart Grid verrichten zu können, müssen Blockheizkraftwerke (BHKW) möglichst störungsfrei und mit minimalen Stillstandzeiten betrieben werden. An dieser Stelle liefern IKT-Gateways einen wichtigen Beitrag zur leistungsfähigen Vernetzung und Fernwartung.

Fernzugriff gestern
Der BHKW-Anlagenbauer 2G Energietechnik GmbH greift seit mehreren Jahren über traditionelle Analog- oder ISDN-Verbindungen auf seine zu wartenden Anlagen zu. Im Zusammenhang mit den steigenden Ansprüchen an das Energiemanagement im Netz sollten neben 2G als Hersteller der Anlagen auch Stadtwerke, Energiehändler, Betreiber und Agrarmanager einen Fernzugriff auf die Anlage erhalten. Dies war mit dem bisherigen Anbindungsmodell jedoch nur unbefriedigend möglich. So dauerte allein schon der Abruf der steigenden Datenmengen seites 2G im Servicefall zu lange, um effektiv damit arbeiten zu können. Außerdem musste jede Anlage separat kontaktiert werden, was bei mehr als 500 verkauften Anlagen pro Jahr schnell zu einem steigenden Zeit- und Kostenfaktor wurde. Zusätzlich wollte der Anlagenbauer, beispielsweise bei Biogasanlagen, das gesamte Anlagennetzwerk und nicht nur das BHKW-Aggregat ansprechen können.

Fernzugriff heute
Abhilfe schaffte der Umstieg auf eine IP-basierte Fernwartungslösung, die auf IKT-Gateways in Verbindung mit einem Serviceportal aufsetzt. Das von SSV auf Basis des Remote Access Gateway IGW/922 (Bild 1) entwickelte Fernwartungssystem ist alternativ als DSL-, GPRS- oder UMTS-Variante erhältlich. Dadurch sind auch Anlagen ohne DSL-Anbindung über kostengünstige Datentarife per IP-basierter Edge-Übertragung erreichbar. Somit lassen sich diese Anlagen, zum Beispiel auf Basis des Fernwirkprotokolls DIN EN 61850-7-420, komplett in das Gesamtnetzwerk mehrerer Anlagen integrieren.
„Die Herausforderung der Fernwartung liegt darin, dass unterschiedliche Benutzergruppen auf eine hohe Anzahl von Anlagen zugreifen können sollen“, verdeutlicht Martin Ameling, Projektleiter Automatisierungssysteme bei 2G Energietechnik. Die Steuerung der 2G-Anlagen erfolgt über eine SPS. Hier laufen alle wichtigen Daten eines BHKW, wie Ölstände, Leistungsdaten und Temperaturwerte, zusammen. In den meisten Anlagen wird inzwischen Ethernet als einheitliches Interface verwendet, was aber nicht bedeutet, dass das gesamte Netzwerk innerhalb der Biogasanlage darüber zugänglich ist. Um auch Subsysteme eines BHKW, wie die Panel-PC oder Komponenten mit serieller Anbindung, aus der Ferne zu erreichen, sind bereits verschiedene Proxy-Serverfunktionen im Gateway vorhanden.

Die Zentrale
Der Zugriff auf die Anlagen erfolgt über das zugehörige VPN-Serviceportal aus der 2G-Zentrale heraus. Das Portal selbst besteht im Kern aus einem VPN-Server, der als virtuelle Maschine auf einem hochverfügbaren Server (oder wahlweise auch einem Cloud Data Server) installiert ist. Damit ist das Portal in Bezug auf das Hosting und die mögliche Anzahl der angeschlossenen Systeme (Clients) nahezu unbegrenzt skalierbar. Sollte zukünftig also einmal mehr Rechenleistung benötigt werden, wird einfach weitere Hardware dazu gebucht und eine weitere Instanz des bestehenden VPN-Servers gestartet.
Der Hosting-Server selbst basiert auf einem Debian-Linux sowie der Verschlüsselungssoftware „openVPN“. Beide Komponenten sind für den Betreiber frei von Lizenzkosten. Das SSV-Serviceportal erlaubt eine einfach konfigurierbare Verwaltung der im Feld installierten Anlagen, zum Beispiel nach Kunde oder Benutzergruppe. So kann der Hersteller nach dem Login auf alle Anlagen seiner Kunden zugreifen. Der jeweilige Kunde, zum Beispiel ein Energiehändler, hat jedoch lediglich auf die zu ihm gehörigen Anlagen Zugriff.

Schnelle Inbetriebnahme und sichere Verbindung
Alle Gateways der 2G-Anlagen werden mit derselben Systemkonfiguration ausgeliefert. Bei der Inbetriebnahme vor Ort spielt der Servicetechniker beim IKT-Gateway die entsprechenden Schlüsseldateien auf. Das Gateway baut anschließend automatisch eine abgesicherte Verbindung mit der Zentrale auf und verrichtet seinen Dienst. Alle Anlagen sowie auch komplette Netze eines Betreibers mit mehreren Standorten sind danach mithilfe einer Adressumsetzung administrierbar und geordnet nach Gruppen direkt über das Portal erreichbar (Bild 2).
Besonderes Augenmerk wurde auf den Zugriffsschutz gelegt. Neben SSL- und „IPsec“-basierten VPN-Funktionen ist bereits eine Firewall in die Firmware eingebettet, über die der Fernzugriff individuell abgesichert wird. Ist die VPN-Verbindung aufgebaut, wird sie permanent über sogenannte „Keep alive“-Signale aufrechterhalten und im Fall eines Verbindungsabbruchs sofort automatisch wieder hergestellt. Da von der Anlage selbst ausschließlich Verbindungen in Richtung Serviceportal ausgehen und nicht umgekehrt, sind seitens der Betreiber keinerlei Änderungen an Firewalls oder Softwareinstallationen notwendig.

Dem Mobilitätsgedanken Rechnung getragen
Neben dem PC ist der Zugriff per Smartphone (Bild 3) für die Betreiber ein interessantes Feature. Die von 2G verwendete Fernwartungslösung stellt daher beide Zugriffsarten zur Verfügung und erlaubt dem Herstellerservice zudem im Fehlerfall eine schnelle Diagnose. Das IKT-Gateway in der Anlage verbindet dabei das BHKW der Biogasanlage über das DSL- oder Mobilfunknetz mit der Außenwelt und stellt die entsprechenden Daten über angepasste Webseiten zur Verfügung. „Häufig möchte der Landwirt oder Betreiber mit dem Handy nur mal kurz nachschauen, ob alles in Ordnung ist oder wann der nächste Service ansteht“, weiß M. Ameling aus Erfahrung. Da diese Lösung komplett webbasiert umgesetzt ist, ist sie unabhängig vom verwendeten Endgerät.

Möglichkeiten zur Strom-Direktvermarktung
Darüber hinaus bietet die 2G-Lösung interessante Möglichkeiten, um der Strom-Direktvermarktung Rechnung zu tragen. Dazu zählt beispielsweise die direkte Integration der Kommunikation mit Direktstromvermarktern und virtuellen Kraftwerken, wie das VHP Ready von Vattenfall, sowie die direkte Anbindungsmöglichkeit von elektronischen Stromzählern. Damit stellt das IGW/922 über einen einzigen Netzzugang – entweder per DSL oder Mobilfunk – Möglichkeiten zur Laststeuerung, Fernwartung und Anlagenvisualisierung zur Verfügung.
Hintergrund dabei ist, dass sich mit der Einführung des EEG 2012 der Markt zur Bereitstellung von Regelenergie geöffnet und neue Akteure und Geschäftsmodelle hervorgebracht hat. Davon sind seit dem 1. Januar 2012 vor allem größere Anlagen, wie Biogasanlagen mit beispielsweise 500 kW, betroffen. Seitdem ist es den Anlagenbetreibern freigestellt, ob sie für ihren Strom eine festgelegte Zahlung erhalten oder die neuen Möglichkeiten der Direktvermarktung mit Marktprämie und Flexibilitätsprämie nutzen möchten. Für Biogasanlagen >750 kW, die nach dem 31. Dezember 2013 in Betrieb genommen werden, ist die Direktvermarktung dann bereits Pflicht.

Für zukünftige Anforderungen gerüstet
Die Möglichkeiten, Stromzähler direkt anzubinden und Fernwirkprotokolle zu integrieren, machen das System über die Fernwartung hinaus besonders in Bezug auf die Laststeuerung und Anlagenintegration in den Smart Grid interessant. Eine zusätzliche Erweiterung, um auch Daten zum Wärmespeicher direkt in das Gateway zu integrieren, ist bereits in Vorbereitung.

Der Beitrag als pdf

Autor: Dipl.-Red. Jörg Neumann ist im Bereich Vertrieb & Marketing für die SSV Software Systems GmbH in Hannover tätig.