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Sichere Leistungs­steuerung in der dezentralen Energiewelt

Bild 1. Um die Leistung von EEG-Anlagen vor Ort steuern zu können, hat Enviam mit Wago-Technik eine kompakte und anbaufertige Lösung entwickelt

Bild 1. Um die Leistung von EEG-Anlagen vor Ort steuern zu können, hat Enviam mit Wago-Technik eine kompakte und anbaufertige Lösung entwickelt

Bild 2. Das Wago I/O-System 750 sammelt alle möglichen Formen von Daten ein und schickt sie gesammelt an einen Router

Bild 2. Das Wago I/O-System 750 sammelt alle möglichen Formen von Daten ein und schickt sie gesammelt an einen Router

Bild 3. Geht es um die Lieferantenauswahl, sind Sven Papst, Gunar Deitert und Kristian Leibrich (von links) von Enviam langfristige Partnerschaften wichtig

Bild 3. Geht es um die Lieferantenauswahl, sind Sven Papst, Gunar Deitert und Kristian Leibrich (von links) von Enviam langfristige Partnerschaften wichtig

Der Anteil dezentraler Energieerzeugungsanlagen im Stromnetz nimmt in Deutschland immer stärker zu. Ob Sonne, Wind oder Biomasse: Die zur Regelung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien im Markt erhältlichen Systeme sind ausgereift und verfügbar. Dies gilt auch für die wegweisende Fernwirklösung, die der führende regionale Energiedienstleister in Ostdeutschland, die Envia Mitteldeutsche Energie AG, gemeinsam mit Wago auf den Weg gebracht hat.

Stromnetze haben bekanntlich den Nachteil, dass sie ­physikalisch nicht in der Lage sind, Energie zu speichern. Daraus folgt, dass durch ein professionelles Kraftwerksmanagement sicherzustellen ist, dass die produzierte Leistung der von den Verbrauchern entnommenen Leistung inklusive der Leitungsverluste entspricht. Jede Unter- und Überversorgung würde andernfalls zu einer Frequenzveränderung im Stromnetz führen. Die Betreiber der Übertragungsnetze achten deshalb strikt darauf, dass Erzeugungs- und Verbrauchsleistungen miteinander im Einklang stehen. Dies erfolgt über sogenannte Regelleistungen, auch Reserveleistungen genannt. Bei diesen handelt es sich um Erzeugungsleistungen, die zum einen bei einer Unterversorgung kurzfristig ins Netz gespeist und zum anderen bei einem Überangebot gedrosselt werden. Eine wichtige Rolle spielen darüber hinaus die Verbraucher, die je nach Bedarf mehr oder weniger Leistung beziehen.

Zeitliche Verfügbarkeit entscheidend
Wenn von Regelleistung gesprochen wird, stecken dahinter drei Formen elektrischer Leistung, die sich in einem Punkt maßgeblich voneinander unterscheiden: der Reaktionsschnelligkeit, mit der die Übertragungsnetzbetreiber auf sie zugreifen können. Über die Primärregelleistung – mindestens 2 % der aktuellen Stromerzeugung – ­müssen die Übertragungsnetzbetreiber innerhalb von maximal 30 s verfügen können. Im Fall der Sekundärregelleistung haben die Kraftwerksbetreiber bis zur Lieferung 5 min Zeit. Diese Reserve muss zudem innerhalb von 15 min in der Lage sein, die Primärregelleistung zu ersetzen, damit diese wieder zur Verfügung steht. Die dritte Form der Regelleistung ist die Minutenreserve. Sie muss innerhalb von 15 min verfügbar sein.
Auch die Envia Mitteldeutsche Energie AG leistet ihren Beitrag zur Sicherstellung der Sekundärregelleistung und Minutenreserve. Der führende regionale Energiedienstleister in Ostdeutschland mit Sitz in Chemnitz hat Zugriff auf rund 150 dezentrale Stromerzeugungsanlagen in der Regelzone des Übertragungsnetzbetreibers 50Hertz. Dabei handelt es sich unter anderem um Blockheizkraftwerke, Gaskraftwerke sowie Biogasanlagen.
Um die Sekundärregelleistung und Minutenreserve bestmöglich zu gewährleisten, hat Enviam gemeinsam mit Wago eine technische Lösung entwickelt, mit der die unterschiedlichen Anlagenarten und Herstellertypen einheitlich zu steuern sind, um so die Anforderungen verlässlich zu erfüllen (Bild 1). Nehmen wir als Beispiel Blockheizkraftwerke, die mit Biogas betrieben werden: Ihre Betreiber – im Falle der Enviam sind dies überwiegend Agrargenossenschaften – haben die Möglichkeit, dem Unternehmen ihre Erzeugungskapazität ganz oder teilweise als ­Sekundärregelleistung oder Minutenreserve zur Verfügung zu stellen. In der Regel erzeugt ein Biogas-Blockheizkraftwerk eine Leistung von 500 kW. Beträgt der Stromanteil, der von Enviam als Sekundärregelleistung oder Minutenreserve benötigt wird, beispielsweise 40 % der Gesamtleistung, die vom Biogas-Blockheizkraftwerk erzeugt wird, so gewährleistet der Betreiber, dass ­innerhalb von 5 min beziehungsweise 15 min 200 kW abgerufen werden können. Sinkt die Netzfrequenz, speist das Blockheizkraftwerk in das Stromnetz ein, steigt die Netzfrequenz, wird die Anlage heruntergefahren und das biologisch erzeugte Gas kurzfristig zwischengespeichert.

Zielgerichtet schalten und abschalten
Die für die Leistungsregelung notwendige Fernsteuerung gewährleistet Enviam mit einem einbaufertigen Kompaktschaltschrank. Dieser enthält das I/O-System 750 (Bild 2) sowie ein Netzteil von Wago und einen Insysmoros VPN-Router. Seine Aufgabe besteht beispielsweise darin, die aktuelle Leistung eines Blockheizkraftwerks abzufragen, um damit letztlich eine Planungsgröße für die zur Verfügung stehende Leistung zu erhalten. „Es geht darum wie viel ich schalten und abschalten kann“, bringt es Kristian Leibrich (Bild 3) aus dem Bereich Energiedienstleistungen bei Enviam auf den Punkt. Realisiert wird das Ganze in der Praxis über Analogsignale, deren Stromstärke einer Soll-Leistung der Erzeugungsanlage entspricht, die zuvor mit dem Betreiber vereinbart worden ist. Auf diese Weise kann die Enviam-Leitwarte mit Sitz in Markkleeberg das Blockheizkraftwerk entsprechend des Bedarfs an Regelenergie ans Netz bringen. Über weitere Eingänge des I/O-Systems von Wago sammelt die Einheit Stör- und Bereitschaftsmeldungen. „Damit weiß ich, ob eine von uns angesteuerte Anlage überhaupt zur Verfügung steht“, erklärt K. Leibrich.

Kundenfreundliche Schnittstellen schaffen
Mehr als 150 dezentrale Anlagen sind in der 50Hertz-Regelzone mit genau einem Leitsystem für die Steuerung gekoppelt. Dieses Verhältnis macht schnell klar, dass es sich bei der Schnittstelle zwischen den Anlagensteuerungen vor Ort und dem zentralen System in der Leitwarte der Enviam um eine anspruchsvolle Angelegenheit handelt. Man könnte deshalb annehmen, dass der Energiedienstleister von den Anlagenbetreibern die Einhaltung gewisser Standards verlangt, die darüber entscheiden, ob ein Anbieter an das Regelleistungssystem angebunden wird oder nicht. Bei Enviam gehört es jedoch zur Geschäftspolitik, dass sich der Energiedienstleister an die heterogenen Anlagen seiner Kunden anpasst – und nicht umgekehrt. „Wir sprechen hier von Kundenfreundlichkeit“, bringt es Gunar Deitert, Fachreferent Energiedienstleistungen, auf den Punkt.
Mit dem Wago I/O-System 750 nutzen die Chemnitzer eine Lösung, die einfach jedes x-beliebige Signal oder Kommunikationsprotokoll einsammelt, verarbeitet und gebündelt per IEC-60870-5-104-Protokoll an den Router schickt, der es dann sicher an die Industrie-PC von Wago überträgt. Diese zentralisieren dann die Wago-Unterstationen, also die Steuerungen in den Kundenanlagen. Sie sind das Bindeglied zur Leittechnik, die redundant über das IEC-60870-5-101-Protokoll angebunden ist. Das ­erhöht die Sicherheit und reduziert die Ausfallwahrscheinlichkeit erheblich. „Wir haben mit Wago eine sehr schöne Lösung gefunden, die uns dank der freien Programmierbarkeit und Kombinationsfähigkeit unterschiedlicher I/O-Scheiben viele Möglichkeit eröffnet“, erklärt G. Deitert und lobt die gute Zusammenarbeit: „Wir brauchen Partner, die uns weiterhelfen in entscheidenden Momenten. Da nutzt uns keine Lösung, mit der wir uns monatelang personalintensiv beschäftigen müssen, bis es läuft.“ Seinem personell schlank aufgestellten Team sei es bei der Lieferantenauswahl wichtig, „dass es gerade bei Problemen außerhalb von Hochglanzprospekten einen Ansprechpartner gibt, der einen auffängt. Der Dienstleister muss nicht sofort eine Antwort haben, aber er muss sich kümmern und wir müssen das Gefühl haben, dass sich auch wirklich jemand mit unseren Themen beschäftigt und uns entsprechende Rückmeldungen gibt. Ist dies gegeben, arbeiten wir mit unseren Geschäftspartnern gern über viele Jahre zusammen.“

Fazit
Die Lösungen von Enviam sind ein Praxisbeispiel dafür, wie sich das komplexe Thema Energiewende mit stan­dardisierter Industrietechnik auf der Steuerungs- und Kommunikationsebene einfach realisieren lässt. Die Verwendung von offenen Schnittstellen schafft in ­Verbindung mit einem breit aufgestellten Baukasten an I/O-Modulen die Grundlage dafür, sich ohne großen Engineeringaufwand an die Besonderheiten von Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien anzupassen. (no)

Daniel Wiese ist Global Key Account Manager Smart Grid bei der Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG in Minden  daniel.wiese@wago.com

Daniel Wiese ist Global Key Account Manager Smart Grid bei der Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG in Minden daniel.wiese@wago.com