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Kraftwerkspark zuverlässig managen

Regelenergie ist unverzichtbar wenn es darum geht, akute Ungleichgewichte im Stromnetz auszugleichen – ihre erfolgreiche Vermarktung indes ist anspruchsvoll. Denn das Einspeisen von Regelenergie ist an hohe Anforderungen geknüpft: Regelenergie muss innerhalb kürzester Zeit zuverlässig zur Verfügung stehen. Die Stadtwerke-Kooperation Trianel vertraut beim Betrieb ihres virtuellen Kraftwerks auf Automatisierungslösungen von WAGO – die gesamte Kommunikation läuft dabei über die Fernwirk-SPS PFC200.

Die Energiewende nimmt Fahrt auf: Nach dem Atomausstieg bereitet die Bundesregierung nun auch den Ausstieg aus der Kohleverstromung vor: Bis 2022 sollen zunächst erste Braunkohle-Blöcke abgeschaltet werden. In die entstehende Lücke drängen mit hohem Tempo erneuerbare Energieträger wie Solaranlagen und Windturbinen – ihr Anteil an der Stromversorgung soll bis 2050 von heute knapp 30 Prozent auf 80 Prozent steigen. Für das Energiesystem ist dieser Umstieg auf Ökostrom alles andere als leicht. Weil Solar- und Windenergie witterungsbedingt schwanken, muss das Stromnetz durch intelligentes Lastmanagement so austariert werden, dass es jederzeit bei einer Frequenz von 50 Hertz stabil bleibt. Hierfür setzen die großen Übertragungsnetzbetreiber die sogenannte Regel- oder Reserveleistung ein, die sie bei registrierten Anbietern beschaffen. Ist zu wenig Strom im Netz, speisen diese Anbieter Reserveenergie ein; Leistungsüberschüsse wiederum werden entzogen. Dieses Lastmanagement gelingt mittels virtueller Kraftwerke, die ihre Leistung sekundengenau hoch oder runter fahren können.

Vorteile der WAGO-Fernwirktechnik:

  • der flexible Fernwirk-SPS PFC 200 bietet höchste Rechenleistung auf kleinstem Raum
  • einen sicheren, wirtschaftlichen Zugriff auf weit entfernte Anlagen, etwa zur Überwachung von Energieverteilungsnetzen
  • die einfach zu handhabende Fernwirkschnittstelle verfügt über ein hohes Maß an Cyber Security

Virtuelles Kraftwerk aus mehreren Hundert Anlagen

Damit zu jedem Zeitpunkt ausreichend Regelenergie zur Verfügung steht, schreiben Netzbetreiber die Regelleistung als sogenannte Primär-, Sekundär- und Minutenreserve in Auktionen aus. Die Angebote mit den günstigsten Leistungspreisen erhalten den Zuschlag. Auch die Stadtwerke-Kooperation Trianel aus Aachen bietet als einer der führenden deutschen Stromhändler bei diesen wöchentlichen und täglichen Auktionen mit. Das Unternehmen betreibt seit 2013 einen Regelenergiepool und bündelt darin aktuell mehrere hundert Anlagen mit insgesamt über 700 Megawatt Leistung, darunter verschiedenste Erzeugungs- und Speichertechnologien sowie industrielle Verbraucher. „Unser virtuelles Kraftwerk steht nicht nur Stadtwerken, sondern allen Betreibern mit geeigneten Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen offen. Sie werden auf unser Leitsystem aufgeschaltet und können so im Bedarfsfall vollautomatisch eingesetzt werden“, erklärt Nico Bürker von Trianel.

Preise unter Druck

In der Praxis werden Biogasanlagen, Speicher und Co. wie gewohnt betrieben. Ruft der Netzbetreiber Regelleistung ab, wählt ein Algorithmus im Leitsystem die passenden Anlagen aus und regelt sie aus der Leitstelle. Virtuelle Kraftwerke können kurzfristige Schwankung im Stromnetz besonders gut abfedern, weil sie durch ihren Pool vieler kleinerer Anlagen über ein hohes Maß an Flexibilität verfügen. Dennoch wird es für Betreiber immer schwieriger, wirtschaftlich erfolgreich zu agieren. Da die Großhandelspreise für Strom in den Keller gerutscht sind, schauen immer mehr Energieanbieter auf den Regelleistungsmarkt. Die Folge: Das Angebot an Regelenergie steigt und die Preise sinken. „Angesichts des zunehmenden Preisdrucks ist Effizienz ist für uns maßgeblich“, sagt Bürker.

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» Die Vielseitigkeit der Fernwirkeinheit verbunden mit dem Service eines namhaften Herstellers waren für unsere Wahl ausschlaggebend. «

Nico Bürker, Trianel

Anlagensteuerung im Fokus

Trianel reagiert, indem das Unternehmen die Prozesse und Technik seines virtuellen Kraftwerks und seine Vermarktungsstrategien stetig optimiert. Ein besonderes Augenmerk gilt dabei der Anlagensteuerung, die schnell und sicher funktionieren muss, um eine reibungslose Überwachung und Steuerung der Anlagen sicherzustellen. Trianel bindet einzelne Anlagen mit der Kompaktsteuerung PFC200 von WAGO an das eigene Leitsystem an. Der entscheidende Vorteil: Die Steuerung bringt eine hohe Performance und wichtige Sicherheitsfunktionen in einem kompakten Gehäuse unter. Damit wird sie zum unauffälligen Schlüsselspieler im virtuellen Kraftwerk, der die aktuellen Leistungsdaten der Poolmitglieder eng getaktet an die Leitwarte übermittelt und ihnen umgekehrt den Leistungsbedarf zuspielt. „Die Vielseitigkeit der Fernwirkeinheit verbunden mit dem Service eines namhaften Herstellers waren für unsere Wahl ausschlaggebend. Dass WAGO darüber hinaus auch eine komplette Lösung in Form eines Schaltschrankes liefert, gibt uns die Möglichkeit, eine Inbetriebnahme schnell durchzuführen“, begründet Bürker die Entscheidung für WAGO-Technik.

Funktionsvielfalt auf engstem Raum

In den vorkonfigurierten Wago-Systemverteilern bildet die Fernwirk-SPS (750-8202/025-001) zusammen mit einem externen Router zur Datenübertragung, Digitalein- und ausgangsklemmen, Analogein- und ausgangsklemmen , der Stromversorgung EPSITRON® COMPACT Power sowie einer Übergabeklemmleiste die Standardkonfiguration. Dabei bietet der PFC200 dank eines Cortex-A8-Prozessors höchste Rechenleistung auf kleinstem Raum. Um mit den Steuerungssystemen kommunizieren zu können, stehen zwei ETHERNET-Anschlüsse und weitere Schnittstellen wie CAN, PROFIBUS sowie RS-232 und RS-485 zur Verfügung. Die Fernwirk-SPS ist nach IEC 61131 programmierbar, unterstützt das geforderte Fernwirkprotokoll IEC 60870-5-104 ebenso wie das serielle Protokoll IEC 60870-5-101 und kommuniziert auch nach IEC 61850. Über die Entwicklungsumgebung CoDeSys lässt sich der PFC200 programmieren, auch die Prozesse können darüber visualisiert werden.

Zuverlässig – und sicher

Für das TCP/IP-basierende 104er-Protokoll stellt die Steuerung zwei getrennte ETHERNET-Schnittstellen bereit, für das 101er-Protokoll steht eine serielle Schnittstelle zur Verfügung. Damit die IEC-Kommunikation möglichst leicht eingerichtet werden kann, ist ein Software-Tool integriert, mit dem die individuellen Einstellungen lediglich parametriert werden müssen. Neben der Funktionsvielfalt bietet der PFC200 ein hohes Maß an IT-Sicherheit – ein Aspekt der in der Energieversorgung zunehmend an Bedeutung gewinnt. Hat die Bundesregierung doch erst im Vorjahr Netze und Energieanlagen infolge zahlreicher IT-Sicherheitsvorfälle als kritische Infrastruktur eingestuft. Mit der Fernwirk-SPS von WAGO lässt sich direkt über Open-VPN oder IPsec ein VPN-Tunnel aufbauen, um verschlüsselt Daten an die Leitstelle zu übermitteln. Dadurch kann ein vorgeschalteter VPN-Router entfallen.

Partner für kommende Herausforderungen

Für Trianel eine überzeugende Lösung. Automatisierungstechnik von WAGO spielt darum auch in den Zukunftsplänen von Trianel eine wichtige Rolle. Das Unternehmen erweitert seine Systeme derzeit um die Funktionalität der Primärreserve und diese Form der Regelenergie muss bereits innerhalb von 30 Sekunden im Netz verfügbar sein und nicht erst innerhalb von fünf beziehungsweise 15 Minuten wie Sekundär- und Minutenreserve, die das Unternehmen heute schon vermarktet. „Die PRL stellt an die Fernwirk-SPS zusätzliche Anforderungen hinsichtlich der Mess – und Steuerungsfunktionalitäten“, erklärt Bürker. Er ist davon überzeugt, dass WAGO auch für diese komplexeren Anforderungen die richtige Automatisierungslösung zur Hand hat.

Autor: Daniel Wiese

Foto: WAGO

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