Referenz

Bedarfsgesteuerte Nachtkennzeichnung (BNK) – mit WAGO Technik

  • 6/30/2021

    • Das nächtliche, rote Dauerblinken von Windkraftanlagen soll ein Ende haben. Die Lösung: bedarfsgesteuerte Nachtkennzeichnung (BNK). Sie ist in Deutschland für Windenergieanlagen an Land bis zum 31. Dezember 2022 und für Windenergieanlagen auf See bis zum 31. Dezember 2023 verpflichtend umzusetzen.


    Diese Umsetzungsfrist dafür ist bereits zum zweiten Mal verlängert worden. Die Gründe: die verzögerte Anpassung des luftfahrtrechtlichen Rahmens, aber auch die Tatsache, dass es am Markt dafür zurzeit nur eine Handvoll Anbieter gibt. Zwei von ihnen setzen auf WAGO Technik, um ihre Lösungen so flexibel, sicher und wirtschaftlich wie möglich für ihre Kunden umzusetzen – PROTEA TECH und Dark Sky. Beide haben Ende März 2021 die notwendige Baumusterprüfung bestanden.

    Wir können mit bedarfsgesteuerter Nachtkennzeichnung von Windkraftanlagen die nächtlichen Lichtemissionen von Windparks um bis zu 98 Prozent reduzieren.

    Thomas Herrholz, Geschäftsführer der Dark Sky GmbH

    Was ist bedarfsgerechte Nachtkennzeichnung, kurz BNK?

    Die bedarfsgerechte Nachtkennzeichnung bzw. bedarfsgesteuerte Nachtkennzeichnung (BNK) von Windkraftanlagen hat der Gesetzgeber bereits Ende 2018 im Energiesammelgesetz (EnSaG) beschlossen. Sie sorgt dafür, dass die roten Lichter an Windkraftanlagen nur dann blinken, wenn sich ihnen tatsächlich Flugzeuge nachts nähern – in einem Umkreis von vier Kilometern und einer Flughöhe von weniger als 600 Metern. Generell ist BNK verpflichtend für den Bestand und den Neubau von Anlagen mit mehr als 100 Metern Gesamthöhe. Diese Anlagen müssen bis zu den Stichtagen mit entsprechender Technik ausgestattet bzw. nachgerüstet werden. „Das betrifft mehr als 13.000 Anlagen“, sagt Ingo Lange, Geschäftsführer der PROTEA TECH GmbH & Co. KG aus Filderstadt bei Stuttgart. Die PROTEA-Gruppe betreibt seit mehr als 20 Jahren Windenergieanlagen und baut seit vielen Jahren als zertifizierter WAGO Solution-Provider Steuerungen für die Erneuerbaren Energien, auch BNK-Systeme.

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    Lichtemissionen senken – bis zu 98 Prozent

    Das Ziel von BNK ist, Lichtemissionen zu reduzieren und die gesellschaftliche Akzeptanz von Windkraftanlagen als Quelle erneuerbare Energien zu erhöhen. „Wir können mit bedarfsgesteuerter Nachtkennzeichnung von Windkraftanlagen die nächtlichen Lichtemissionen von Windparks um bis zu 98 Prozent reduzieren“, sagt Thomas Herrholz, Geschäftsführer der Dark Sky GmbH. Die Dark Sky, mit Sitz in Neubrandenburg, ist ebenfalls Anbieter von BNK-Systemen und gehört zur uckermärkischen ENERTRAG-Gruppe. Das Team um Geschäftsführer Thomas Herrholz hat einen langjährigen Background im Bereich der Anlagen-, Befeuerungs- und Radartechnik und vielfältige Erfahrungen in Radarprojekten gesammelt.

    Schon allein aus betriebswirtschaftlicher Sicht wird es jeder Anlagenbetreiber BNK umsetzen müssen. Sonst beschert die rote Blinkerei nachts zu viel Verluste.

    Ingo Lange, Geschäftsführer der PROTEA TECH GmbH & Co. KG
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    Keine BNK, keine EEG-Vergütung – was tun?

    Windkraftanlagenbetreiber, die künftig auf BNK verzichten, riskieren ihren Anspruch auf die Marktprämie bzw. EEG-Vergütung. Von der Bundesnetzagentur heißt es dazu: „Solange der Anlagenbetreiber gegen diese Pflicht (BNK, Anm. d. Red.) verstößt, verringert sich der anzulegende Wert auf den Monatsmarktwert (§ 52, Absatz 2, Satz 1, Nummer 1a EEG 2017). Für direktvermarkteten Strom würden damit keine Zahlungen gemäß § 19 EEG 2017 mehr geleistet.“ Die Verantwortlichen von Dark Sky und PROTEA TECH wissen daher, dass die Umsetzung bedarfsgesteuerter Nachtkennzeichnung keine Ob-, sondern in den meisten Fällen eine Wann-Frage ist: „Schon allein aus betriebswirtschaftlicher Sicht wird es jeder Anlagenbetreiber tun müssen. Sonst beschert die rote Blinkerei nachts zu viel Verluste“, bemerkt Ingo Lange. Eine wesentliche Herausforderung bei BNK ist es, die Schnittstelle zwischen den BNK-Systemen und dem vorhandenen Befeuerungssystem herzustellen. Doch deswegen gleich die ganze Befeuerungsanlage austauschen? Das ist in Thomas Herrholz Augen nicht notwendig: „Wir sind sehr stark spezialisiert auf die Anbindung von Befeuerungssystemen. Aus unserer Sicht ist es nicht notwendig, die ganze Befeuerung auszutauschen, um BNK möglich zu machen. Mit unserer Infrastruktur und dem WAGO System haben wir vielfältige Anbindungsmöglichkeiten und können in vielen Fällen die bereits vorhandene Befeuerung anbinden – und das viel günstiger als viele der Pakete zur BNK-Ertüchtigung, die momentan von Windenergie-Anlagenherstellern geschnürt werden.“

    BNK: Technologieoffen – Transponder- oder Radartechnik?

    Wie die bedarfsgesteuerte Nachtkennzeichnung umzusetzen ist, beschreibt der Gesetzgeber mittlerweile bewusst technologieoffen. War bisher nur die reichweitenstarke Radartechnik für BNK zur Detektion von Flugzeugen zugelassen, sind mit der Änderung der „Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zur Kennzeichnung von Luftfahrthindernissen“ (AVV) seit Anfang Mai 2020 auch Transpondersysteme erlaubt. Der Vorteil: die Wirtschaftlichkeit. Ein Radarsystem kann schnell mal um das Zehnfache teurer sein als ein System auf der Basis von Transpondertechnik. Hinzu kommt, dass feste Radarsysteme weiterhin Emissionen aussenden und nicht so schnell, so hoch skalierbar sind. Die Mitarbeiter von Dark Sky arbeiten bereits seit 2007 an Systemen zur bedarfsgesteuerten Nachtkennzeichnung von Luftfahrthindernissen – zunächst auf der Basis von Primärradar und seit Inkrafttreten der neuen AVV auch mit Transponderempfängern. „Wir switchen in Richtung Transponder, auch weil laut neuer AVV bis zum Boden detektiert werden muss. Das ist mit einem Primärradar physikalisch kaum möglich. Nichtsdestotrotz verfügen unsere Radarsysteme über einen fünfjährigen Bestandsschutz für Neuinstallationen“, erklärt Thomas Herrholz von Dark Sky. „Und an diese Anlagen werden wir auch weiterhin WEA anbinden und integrieren“, ergänzt Sandy Schnitzer, technischer Leiter bei Dark Sky. PROTEA TECH hat von Beginn an vollständig auf die Transponderlösung gesetzt – mit einem Transpondernetzwerk. „Dabei teilen sich alle Windparks ihre Daten. So profitiert jeder Kunde von einer besseren Datenbasis und reduzierten Kosten“, sagt Ingo Lange von PROTEA TECH.

    Besonders stolz sind wir auf die von der Baumusterprüfstelle anerkannten, einfachen systembezogenen Prüfkriterien, die es uns ermöglichen, die theoretischen und praktischen Nachweise selbst zu erbringen, so wie es die AVV vorsieht.

    Dark-Sky-Geschäftsführer Thomas Herrholz und PROTEA TECH Geschäftsführer Ingo Lange.

    BNK – Baumusterprüfung zentrales Element

    Bei der Wirtschaftlichkeit der transponderbasierten bedarfsgesteuerten Nachtkennzeichnung spielt auch die Zulassungsmethodik hinein: Beim Primärradar ist immer eine lokale Abnahme jedes einzelnen Windparks erforderlich. Die bedarfsgesteuerte Nachtkennzeichnung mittels Transpondersignalen bedarf einer allgemeinen Baumusterprüfung, Einzelabnahmen durch Prüfstellen sind dann nicht mehr zwingend notwendig. Als Baumusterprüfstelle hat das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) aktuell drei zuständige Stellen benannt: die Airsight GmbH, die AviaCert GmbH und die DFS Aviation Service GmbH.

    Diese Baumusterprüfung ist jedoch alles andere als trivial. BNK-Anbieter müssen dafür zum Beispiel ein zertifiziertes Qualitätsmanagementsystem gemäß DIN ISO 9001 nachweisen. So bleibt die Baumusterprüfung eine der zentralen Herausforderungen für die Anbieter von transponderbasierten BNK-Systemen. Diesen komplexen Prozess der Baumusterprüfung haben Ende März 2021 sowohl Dark Sky als auch PROTEA TECH für ihre Systeme erfolgreich abgeschlossen. „Besonders stolz sind wir auf die von der Baumusterprüfstelle anerkannten, einfachen systembezogenen Prüfkriterien, die es uns ermöglichen, die theoretischen und praktischen Nachweise selbst zu erbringen, so wie es die AVV vorsieht“, bemerken Dark-Sky-Geschäftsführer Thomas Herrholz und PROTEA TECH Geschäftsführer Ingo Lange unisono.

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    PROTEA TECH – bereit für Big Data und Heavy Traffic

    Technisch ist für die transponderbasierte bedarfsgesteuerte Nachtkennzeichnung die Signalerfassung nicht nur in Mode S, sondern auch die anspruchsvolle Verarbeitung von Mode-A/C-Daten erforderlich. PROTEA TECH baut dafür ein flächendeckendes Transpondernetzwerk von reichweitenstarken Transponderempfängern auf. „Das erlaubt uns, Luftfahrzeuge über den Horizont eines Windparks hinweg zu detektieren. Das erhöht die Sicherheit des Gesamtsystems und kann die Anzahl an benötigten Empfängern pro Windpark reduzieren – so weit, dass vielleicht gar kein Empfänger im eigenen Windpark mehr nötig ist“, erklärt Ingo Lange. Durch das Alleinstellungsmerkmal der Multilateration, auch für Mode-A/C-Signale, ist die exakte Positionsbestimmung möglich und führt dadurch zu geringeren Einschaltzeiten als bei anderen Systemen. Die dabei anfallende Datenmenge ist jedoch nicht zu unterschätzen. Selbst im Zeitraum des aufgrund von Corona ausgedünnten Luftverkehrs sammelt allein ein Empfänger bis zu 2000 Nachrichten pro Sekunde nur in Mode S und bis zu 10000 Nachrichten pro Sekunde in Mode A/C. „Alle anfallenden Daten sammeln wir dann auf einem Serversystem in Deutschland. Mit dieser Datenfülle und der zentralen Datenverarbeitung kann hier zurecht von Big Data gesprochen werden“, berichtet Ingo Lange. „Unser Kooperationspartner für die Transpondertechnik und die Auswertung der Transponderdaten, SeRo Systems, betreibt auch das Transpondernetzwerk der Eurocontrol, die europäische Organisation zur Sicherung der Luftfahrt“ führt Ingo Lange fort und unterstreicht damit die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit des Systems.

    Der WAGO PFC200 ist für den Einsatz in Anlagen der erneuerbaren Energien prädestiniert.

    Ingo Lange, Geschäftsführer der PROTEA TECH GmbH & Co. KG
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    Daten sammeln und übermitteln – flexibel und sicher

    WAGO Automatisierungstechnik fungiert hierbei als Schnittstellenmanager. Sie sorgt dafür, dass die relevanten Daten erfasst, gespeichert, weitergeleitet und ausgewertet werden können. „Der PFC200 ist für den Einsatz in Anlagen der erneuerbaren Energien prädestiniert“, urteilt Ingo Lange über den WAGO Fernwirkcontroller. Ein VPN-Router verbindet einen PFC200-Controller pro Windpark mit dem Server. „Mit seiner Protokollvielfalt wie IEC 60870, IEC 61400-25, Modbus RTU und Modbus TCP kann ich mit dem PFC200 jeden Windpark dieser Welt sicher ansteuern.“ Das Funknetzwerk zwischen den Gondeln der einzelnen Anlagen eines Windparks wird mit entsprechenden Relais und dem WAGO PFC100 realisiert. „Dafür zwei Netzwerke aufzubauen, funktioniert super einfach.“ Gerade bei hohen Stückzahlen sei es wichtig, die Komplexität herausnehmen und die teilweise kritischen Daten sicher auch an die Anlagenregler weiter entfernter Übergabestationen zu übermitteln. Das gelinge problemlos mit der eingesetzten WAGO Technik.

    Cloudbasierter Ansatz

    Der konsequente cloudbasierte Ansatz von PROTEA TECH wird vom PFC200 vollumfänglich unterstützt. „Alle PFC200 bekommen die gleiche Programmierung, wir müssen nur unsere Seriennummer eingeben und dann holt sich der WAGO Controller seine individuelle Konfiguration aus der Cloud und aktiviert damit die notwendigen Module und Schnittstellen. Seine Statusmeldungen hinterlegt er später auch in der Cloud. Dieser moderne Ansatz ist das Kernelement für die Umsetzung von hohen Stückzahlen beim BNK-Rollout und dem Betrieb unseres Systems und mit WAGO haben wir dafür den richtigen Partner gefunden“ erläutert Ingo Lange den technischen Aufbau der BNK-Lösung von PROTEA TECH. Interessant ist auch, dass „unsere BNK-Steuerung zu einem EZA-Regler ausgebaut werden kann. Dadurch können Windparkerweiterungen, Repowering, Batteriespeicher und vieles mehr problemlos integriert werden“, sagt Ingo Lange.

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    Dark Sky – dezentrales System aus gutem Grund

    Nach der politischen Weichenstellung hin zu transponderbasierten Systemen hat Dark Sky gemeinsam mit den Partnern Becker Avionics, der Deutschen Telekom und Clausohm Software das dezentrale System „BNK 2020“ entwickelt und bis April 2021 bereits 20 Projekte damit ausgerüstet.

    Bei diesem dezentralem Ansatz wird auf jede einzelne Windenergieanlage ein Transponderempfänger gebaut und die Anbindung an die Befeuerung direkt vor Ort realisiert. Damit umgehen wir insbesondere die zeitkritische Informationsstruktur komplett. „So können wir über den Mobilfunk den Status jedes einzelnen Empfängers an einen Server übermitteln – interessant für Einzelanlagen, ältere und kleinere Windparks sowie bei Windparks mit weit verteilten Anlagen verschiedener Hersteller.“

    Die Erfahrung in unseren Radarprojekten hat gezeigt, dass die meiste Zeit bei der Abstimmung der Kommunikationsnetzwerke verloren geht.

    Sandy Schnitzer, technischer Leiter bei der Dark Sky GmbH
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    Komplexe Netzwerkproblematik umgehen

    Dieser dezentrale Ansatz von Dark Sky hat den Hintergrund, dass in der Radartechnik der Vergangenheit ein zentraler Ansatz vorherrschte – mit einem großen Sensor zentral im Windpark. „Bei der transponderbasierten Lösung hat sich jedoch gezeigt, dass ein dezentraler Ansatz sinnvoller ist, da die Empfangstechnik relativ günstig und die Netzwerkproblematik in einem Windpark sehr komplex ist“, bemerkt Thomas Herrholz. Der Grund: In den seltensten Fällen und insbesondere bei Bestandsanlagen liegen gut dokumentierte Netzwerke vor. „Vielmehr haben wir es mit Netztopologien zu tun, die wir nicht kennen oder zu denen wir aus IT-Sicherheitsgründen keinen Zugang haben.“ Außerdem kostet es Zeit, diese Kommunikationsnetzwerke abzustimmen, weiß Sandy Schnitzer, technischer Leiter bei Dark Sky: „Aufgrund der Erfahrung in unseren Radarprojekten haben wir uns angeschaut, wo die meiste Zeit verlorengeht – und das ist bei der Abstimmung der Kommunikationsnetzwerke.“ Hinzu kommt, dass die Projekte gezeigt haben, dass bei der Neukonfiguration von Anlagen in Betrieb meist nicht an die BNK-Signalanbindung gedacht wird – „und auf einmal ist das Licht wieder an“. Doch diese Fehlerquelle können wir nun ausschließen, weil ‚BNK 2020‘ nicht von diesen Kommunikationssysteme abhängig ist“, sagt Sandy Schnitzer.

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    Robuste Hardware, einfache Anbindung, vielfältige Sprachen

    In seiner Lösung setzt Dark Sky 24-Volt-Netzteile von WAGO ein, die die 230-Volt-Spannung runterregelt. Die Hauptkomponente ist jedoch der WAGO PFC100, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) in der Version mit erweitertem Temperaturbereich, da der Schaltkasten oben auf der Windkraftanalage sitzt. „Dieser PFC100 erfüllt die Anforderungen, die wir in diesem Außenbereich haben“, sagt Sandy Schnitzer. Ein weiterer Vorteil sei die einfache Kommunikationsanbindung und Konfiguration über die Engineeringsoftware in verschiedenen Sprachen zur jeweiligen Befeuerung. „Wir finden bis zu 17 Jahre alte Befeuerungsanlagen in allen Zuständen und von verschiedenen Herstellern vor. In unseren Radarprojekten hat sich bewährt, dass wir die WAGO Technik supergut dafür einsetzen können, die Befehle so zu übersetzen, dass auch bestehende Befeuerungen das Signal einfach verstehen und wir sie damit schalten können.“ Das ermögliche, ein flexibles System anzubieten, da es übers CODESYS intuitiv zu bedienen und damit einfach anpassbar sei für vielfältige Befeuerungssysteme – ohne spezielle Softwareerweiterungen.

    WAGO: einfach zu handhabende Technik – gute Unterstützung

    Thomas Herrholz ergänzt: „Die Gründe für WAGO waren ganz einfache: Modbus® als BNK-Standard, eine Echtzeituhr, eine funktionierende Visualisierung und eine einfache Anwendbarkeit, auch aus Sicht eines weniger versierten Experten. Wir haben ein buntes Team aus Servicetechniker für Windenergieanlagen über Bauingenieure und Elektrotechniker bis hin zu Maschinenbauern und wollten nicht noch Programmierer beschäftigen, um die wenigen Logikfunktionen, die wichtig sind, sicherzustellen.“ Das WAGO System sei in dieser Hinsicht einfacher zu handhaben als Wettbewerbssysteme, die sehr stark auf den industriellen Automatisierungsbedarf abgestimmt seien. „Außerdem haben wir von WAGO eine gute Unterstützung bekommen bei den ersten Versuchen.“

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    Die Gründe für WAGO waren ganz einfache: Modbus® als BNK-Standard, eine Echtzeituhr, eine funktionierende Visualisierung und eine einfache Anwendbarkeit.

    Thomas Herrholz, Geschäftsführer der Dark Sky GmbH

    Hintergrund und Sonderregelungen
    zur BNK-Befreieung

    Zeitdruck abgemildert

    Der anstehende Nachrüstmarathon von Bestandsanlagen fordern von den BNK-Anbietern sehr spezialisiertes Wissen und hohe Einsatzkraft. Auch wenn der Zeitdruck nun abgemildert worden ist, so lassen die zweimaligen Fristfestlegungen vermuten, dass es ein Wettlauf gegen die Zeit bleibt. Zur Erinnerung: Bereits einmal hat die Bundesnetzagentur die Frist zur Umsetzung um ein Jahr verlängert: vom 1. Juli 2020 auf den 30. Juni 2021 (Az.: BK6-19-142). Auch auf Druck von Windkraftverbänden Mitte Juli 2020 in einem gemeinsamen Schreiben an die Bundesnetzagentur hat die Beschlusskammer 6 der Bundesnetzagentur eine weitere Fristverlängerung geprüft und Anfang November 2020 die neue Frist differenzierter festgelegt – für Anlagen an Land und auf See (Az.: BK6-20-207). Das Ergebnis: Nun gilt es die Aus- und Nachrüstung mit BNK für Windenergieanlagen an Land bis zum 31. Dezember 2022 und für Windenergieanlagen auf See bis zum 31. Dezember 2023 umzusetzen.

    Sonderregelungen und BNK-Befreiung

    Bei der Fristüberarbeitung sind auch Anträge auf die Befreiung von der bedarfsgesteuerten Nachtkennzeichnung noch einmal nachjustiert und finanziell konkretisiert worden. So lässt die Bundesnetzagentur im Einzelfall auf Antrag insbesondere für kleine Windparks Ausnahmen zu, sofern die Erfüllung der Pflicht wirtschaftlich unzumutbar ist. „Mit Inkrafttreten der novellierten EEG-Ausschreibungsgebührenverordnung (EEGAusGebV) werden für Entscheidungen über die Bewilligung von Ausnahmen von der bedarfsgesteuerten Nachtkennzeichnung gemäß § 9, Abs. 8, Satz 5, EEG Gebühren und Auslagen in Höhe 1.736 Euro erhoben. Dies gilt für alle Anträge, die nach dem 20. Januar 2020 gestellt werden. Im Fall einer Ablehnung verringert sich diese Gebühr auf 1.302 Euro“, heißt es von der Beschlusskammer 6 der Bundesnetzagentur dazu (Az.: BK6-19-059).