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Referenz

Digitalisierung als Basis der Sektorenkopplung

Sektorenkopplung, Digitalisierung und Kundenzentriertheit: Das steht im Fokus des Energiedienstleisters Avacon Natur. Es steigert die Effizienz der Energieanlagen und Fernwärmenetze und stellt bedarfsgerecht Informationen zur Verfügung. Vor allem die Sektorenkopplung – die integrierte Steuerung für Wärme, Strom und Elektromobilität – bedarf einer digitalen Datenerfassung.

„Die Digitalisierung ist der Klebstoff, der die Sektorenkopplung zusammenhält und effiziente Lösungen für Quartiere und Stadteile erst möglich macht“, sagt Andreas Klesse, Geschäftsführer der Avacon Natur GmbH. Das Unternehmen ist eine Tochter des zu E.ON gehörenden regionalen Energiedienstleisters Avacon AG und betreibt Blockheizkraftwerke, Wärmenetze, Wärmeserviceanlagen und ein großes Portfolio an Erneuerbare-Energien-Anlagen in Sachsen-Anhalt, Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen und Hessen. Es beschäftigt derzeit gut 80 Mitarbeiter und ist weiter auf Wachstuskurs.

Energiewende wird vom Kunden getrieben

Nachdem die erste Phase der Energiewende hauptsächlich im Stromsektor stattfand und auf Ausbauvorgaben erneuerbarer Energien fokussierte, wird die zweite Phase vom Kunden getrieben – und dessen Bedürfnisse wandeln sich. Der Kunde wird immer mehr zum Prosumer und nimmt eine aktive Rolle im Energiesystem ein. Dadurch verschieben sich die Aufgaben von einer reinen Energielieferung hin zu integrierten Lösungen für Wärme, Strom und Elektromobilität.

Besonders effizient lassen sich innovative Energielösungen umsetzen, wenn neue Wohn- und Gewerbegebiete erschlossen werden. Denn es ermöglicht bereits während der Planungsphase eine integrative Betrachtung der Energiebedürfnisse, was zu einer optimierten Energieversorgung eines sogenannten Quartiers führt. Nichtsdestotrotz setzt die Avacon Natur diese Lösungen sowohl im Neubau als auch in Bestandsgebieten um.

Die Herausforderung liegt in der Abstimmung des Angebotes an Strom und auch Wärme aus Blockheizkraftwerken, Photovoltaikanlagen und anderen Wärmeerzeugern mit der Nachfrage der Kunden im Quartier. Dazu bedarf es genauer Daten, die digital gesammelt und verarbeitet werden. Perfekt für die Datenerfassung geeignet sind Systemverteiler von WAGO, die Avacon Natur hierfür einsetzt.

Klimaschutzfreundliche Energielösungen

Im Stadtgebiet von Salzwedel testet das Unternehmen bereits solche klimaschutzdienlichen Energielösungen. Dort betreibt die Avacon Natur eine komplexe Energieerzeugungsstruktur mit Blockheizkraftwerken (BHKW), Photovoltaikanlagen und Power-to-Heat-Anlagen. Hier wird erfolgreich eine Kombination aus zentraler und dezentraler Wärmeerzeugung umgesetzt. Auch die Bewohner profitieren: Denn mittels sogenannter Mieterstrommodelle wird ihnen eine kostenoptimierte Stromversorgung ermöglicht. Darüber hinaus sind an dem Salzwedeler Fernwärmenetz dezentral kleinere BHKW angebunden, die in Kombination mit einer Photovoltaikanlage effizient Strom und Wärme bereitstellen. Die erzeugte Wärme wird bei Überschuss in das bestehende Wärmenetz eingespeist.

Digitalisierung des Wärmenetzes

Im Bestand schreitet die Digitalisierung ebenfalls voran. Hierbei geht es darum, die Effizienz der Fernwärmenetze zu steigern. Avacon Natur stattet zurzeit etwa 100 Energieanlagen mit WAGO Systemverteilern zur Datenerfassung aus. Eine davon am Standort Lüneburg-Bockelsberg versorgt die Leuphana Universität und ein anliegendes Wohngebiet mit Wärme und zusätzlich das Audimax der Universität mit Kälte für die Serverräume und die Klimatisierung der Hörsäle. Das Avacon-Nahwärmenetz an dem Standort besteht aus drei Teilnetzen und ist 3,3 Kilometer lang. Es enthält 55 Übergabestationen im Wohnviertel und eine zentrale Wärmeübergabestelle für die Universität. Das nachgeschaltete Netz auf dem Hochschulgelände liegt in der Verantwortung der Leuphana Universität.

Die Teilnetze werden mit unterschiedlichen Vorlauftemperaturen betrieben. Die dort installierten Blockheizkraftwerke bilden das Herz der Wärmeerzeugung und werden mit erneuerbaren Energien in Form von Bioerdgas versorgt. Sie sollen durch die Digitalisierung des Wärmenetzes ihr Potential an Kraft-Wärme-Kopplung durch eine noch intelligentere Betriebsweise voll ausschöpfen. Häufiges Anund Abfahren der Motoren geht zu Lasten der Lebensdauer und des Wirkungsgrades. Auch das kann die Digitalisierung abstellen.

Die Heizzentrale des Fernwärmenetzes Lüneburg-Bockelsberg liegt genau neben dem Audimax-Gebäude der Leuphana Universität.

Mehrwert durch die Cloud

„Wenn wir wissen, welche Temperaturen effektiv im Netz vorhanden sind, können wir die Blockheizkraftwerke effizienter steuern“, erläutert Geschäftsführer Andreas Klesse. Darum koppelt Avacon Natur die Temperaturdaten des Netzes mit den prognostizierten Lastverläufen und den Daten aus der Heizzentrale. Hier sammelt der Systemverteiler von WAGO alle wichtigen Werte wie die Wärmemengen, Durchflüsse, Vorlauf- und Rücklauftemperaturen. Hinzu kommen die Motorendaten der Blockheizkraftwerke.

Zentraler Bestandteil des spezifizierten WAGO Systemverteilers ist der Controller PFC200. Er enthält ein Netzgerät, einen Leitungsschutz, 16 digitale Eingänge, 4 analoge Eingänge, ein M-Bus-Master-Modul sowie die Übergabeklemmleiste für die Sensorik und die Aktorik. Auch ein SD-Karten-Steckplatz ist vorhanden, mit dem zum Beispiel ein Software-Update ganz einfach vorgenommen werden kann.

Mit dieser Konfiguration des Systemverteilers ist sichergestellt, dass alle Anforderungen der unterschiedlichen Avacon-Energieanlagen mit einer Hardware abgedeckt sind. „Der von uns spezifizierte WAGO Systemverteiler, die Avacon-Natur-Cloud- Box, bietet uns eine maßgeschneiderte Lösung, die trotzdem beliebig skalierbar ist“, sagt Lars Baumann, Teamleiter Asset-Management der Avacon Natur.

Neben der spezifizierten Hardware wurde auf Basis der Vorgaben von Avacon Natur durch WAGO eine CODESYS Applikation erstellt. So kann über die Weboberfläche des PFC200 die Anbindung von M-Bus-Zählern konfiguriert sowie die digitalen Eingänge als Impulszählereingang oder Störmeldeeingang parametriert werden. Die Installation und Inbetriebnahme wird durch das Kompetenzteam für Mess- und Regelungstechnik der Avacon Natur durchgeführt. Jörn von Hörsten, Mitglied dieses Teams, ergänzt: „Die Weboberfläche ist besonders bei der Inbetriebnahme enorm praktisch. Man erhält sofort einen Überblick, wie die Energiedaten an die Cloud-Umgebung versendet werden.“

Das WAGO System bietet uns somit die Möglichkeit, neben dem Einsammeln von Daten über offene Schnittstellen auch steuerungs- und regelungstechnische Funktionen abzubilden.

Lars Baumann, Teamleiter Asset-Management der Avacon Natur

Freie Programmierung, höchste Sicherheit

Für das WAGO System sprächen zudem der Industriestandard, die Unterstützung offener Protokolle, die Feldbusoffenheit sowie die Flexibilität durch die freie Programmierung über CODESYS. „Das WAGO System bietet uns somit die Möglichkeit, neben dem Einsammeln von Daten über offene Schnittstellen auch steuerungs- und regelungstechnische Funktionen abzubilden“, sagt Baumann. „Wir haben mit WAGO einen starken Partner gefunden, mit dem wir partnerschaftlich unsere Projekte und die dafür optimale Programmierung weiterentwickeln können“, betont Klesse. Avacon Natur nutzt zur ersten Datenauswertung seiner Energieanlagen und Wärmenetze die auf der Cloud-Computing-Plattform Microsoft Azure basierende WAGO Cloud Data Control. So können nicht nur Mitarbeiter vom Asset-Management in der Firmenzentrale, sondern auch die dezentralen Mitarbeiter in der Fläche jederzeit die Daten aller Energieanlagen überprüfen. Die WAGO Cloud Data Control speichert alle Messdaten und dient als Schnittstelle zum bestehenden, ebenfalls in der MS-Azure-Plattform betriebenen Energiedaten-Managementsystem der Avacon Natur. Dieses Energiedaten- Managementsystem führt automatisch Plausibilitätsprüfungen der Zählerstande durch, überwacht die Effizienz der Energieanlagen und wird für das Reporting verwendet. Neben den funktionalen Aspekten wurde auch das Thema Sicherheit beleuchtet. Dank einer gehärteten Firmware und der Verschlüsselung aller Daten ist praktisch ausgeschlossen, dass Dritte Zugriff auf die Daten in der Cloud erhalten.

Jörn von Hörsten überwacht die Messund Regeltechnik bei Avacon Natur.

Wir haben mit WAGO einen starken Partner gefunden, mit dem wir partnerschaftlich unsere Projekte und die dafür optimale Programmierung weiterentwickeln können.

Andreas Klesse, Geschäftsführer der Avacon Natur GmbH

Prognosebasierte Netzsteuerung

In Bockelsberg testet Avacon Natur außerdem in einem Pilotprojekt, inwieweit Wetterprognosen die Effizienz des Wärmenetzes steigern können. Auf der Basis historischer Lastgänge und der Wetterlage wird der Lastgang des kommenden Tages prognostiziert und die Wärmeerzeugung darauf abgestimmt. In Kombination mit einem Wärmespeicher wird das Speichermanagement optimiert, um die kurzzeitigen Lastspitzen zu kappen – immer mit dem Ziel, das Kraft-Wärme-Potential zu maximieren.

Avacon denkt mit dem prognosebasierten Verfahren aber noch weiter in die Zukunft und wird darüber hinaus auch Strommarktdaten für die Optimierung einbeziehen. Denn solche Verfahren sind nötig, wenn man dezentrale, zeitlich fluktuierende Wärmeerzeuger wie Sonnenkollektoren und Power-to-Heat-Anlagen oder auch industrielle Abwärme in ein Wärmenetz einbinden will.

Neben der Sektorenkopplung in neuen Quartieren und Effizienzsteigerung im Bestand nennt Geschäftsführer Andreas Klesse noch einen weiteren Grund für die Digitalisierung von Wärmenetzen: Sie ermöglicht es, Kunden bestimmte Daten zur Verfügung zu stellen. Wohnungsgesellschaften beispielsweise können damit ihre Mieterabrechnungen zuverlässig und schnell erledigen.

Text: Lars Kühn | WAGO
Foto: Dirk Eisermann

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