Virtuelle Kraftwerke
Ein virtuelles Kraftwerk ist ein Zusammenschluss dezentraler Erzeuger, etwa von Biogas-, KWK-, Windenergie-, Solar- und Wasserkraftanlagen auf der einen, und dezentraler Lasten (z.B. Wärmepumpen, Prozesserhitzer, Batteriespeicher) auf der anderen Seite zum Zweck der Übernahme von Systemdienstleistungen, z.B. zur Bereitstellung von Regelenergie. Ein virtuelles Kraftwerk kombiniert dezentrale Energieanlagen zu einem vernetzten, flexibel regelbaren und zentral gesteuerten Anlagensystem, und ermöglicht den Ausgleich von Schwankungen durch das koordinierte Zusammenwirken der dezentralen Energieressourcen (DER) und Lasten. Beispielsweise können BHKWs Strom ins Netz einspeisen, wenn die erneuerbaren Energieanlagen gerade zu wenig produzieren, und die Wärmepumpen können überflüssigen Strom aus dem Netz entnehmen, wenn die erneuerbaren Energieanlagen zu viel Strom erzeugen. Über eine zentrale Leitwarte werden alle im virtuellen Kraftwerk vernetzten und regelbaren Anlagen angesprochen. Die Kommunikation zwischen DER und der Leitwarte war bisher nicht vollständig standardisiert worden. Der Kommunikationsstandard VHPready sorgt jetzt dafür, dass sich Leitwarte und Anlage dabei auch verstehen. VHPready gewährleisten ein nahtloses, sicheres und wirtschaftliches Zusammenwirken aller steuerbaren Komponenten und deren Kompatibilität, und bilden die Grundlage für flexible Aggregationen dezentraler Energieanlagen zu virtuellen Kraftwerken.
Ethernet für die Stromnetze
VHPready (Virtual Heat and Power Ready) ist ein offener Industriestandard für die Fernsteuerung und den Zusammenschluss von dezentralen Strom- und Wärmeerzeugungsanlagen, Verbrauchern und Energiespeichern zu virtuellen Kraftwerken. Das von Vattenfall initiierte Protokoll wird mittlerweile von dem Industrieforum VHPready e.V. spezifiziert, eine Industrieallianz von über 35 Unternehmen aus den verschiedenen Bereichen des Energiemarktes (Betreiber von virtuellen Kraftwerken, Energieversorger, Übertragungsnetzbetreiber, BHKW-Hersteller und Anbieter von industriellen Kommunikations-Gateways) mit dem Ziel, den Industriestandard für die Vernetzung dezentraler Energieanlagen, das Zertifizierungsprogramm und dazugehörige Prüfwerkzeuge zu entwickeln. Die kommunikationstechnische Basis bildet Ethernet in zwei Varianten: das TCP/IP-basierte und signalorientierte Fernwirkprotokoll IEC60870-5-104 oder ein ebenfalls TCP/IP-basierter, objektorientierter Ansatz gemäß IEC61850. Die Sicherheit der Datenübertragung wird durch den Aufbau eines virtuellen privaten Netzwerks (VPN) auf Basis von OpenVPN mit SSL/TLS-Verbindungen (Secure Sockets Layer, Transport Layer Security) gewährleistet.
Fernwirk-Gateways
Die verteilten Energieanlagen und Lasten müssen mit der Leitwarte vernetzt werden. Die dafür notwendigen Fernwirk-Gateways müssen einerseits mit der Zentrale über Ethernet oder Mobilfunk (GPRS/3G) verbunden sein, und andererseits müssen sie auch mit der SPS der Anlage vor Ort kommunizieren. Die Kommunikation mit der Leitwarte findet mit Fernwirkprotokolle statt (VHPready, IEC61850, IEC60870-5-104), während für die Kommunikation mit der lokalen Steuerung im Feld in der Regel Standards aus der Fabrikautomation wie Modbus, Profibus oder Profinet zum Einsatz kommen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat HMS die Labline-SG-Fernwirk-Gateways für virtuelle Kraftwerke und Lastmanagement entwickelt. Die Produktfamilie ermöglicht die Fernwartung elektrischer Systeme, das Steuern und Überwachen von Anlagen, Systemen und Prozessen im Feld, das Protokollieren von Anwendungsdaten oder Energieverbrauch, sowie die Darstellung von Daten oder Betriebszuständen. Mit der Leitwarte kommunizieren die SG-Gateways über VHPready, entweder über IEC60870-5-104 oder mit dem modernen IEC61850-Standard. Für die Kommunikation mit der lokalen SPS im Feld steht eine Anybus-CompactCom-Schnittstelle zur Verfügung, mit der jeder beliebige Feldbus oder Industrial-Ethernet-Standard unterstützt wird (z.B. Profibus, Profinet oder Ethernet/IP). Dadurch erhält der Anwender einen universellen Schlüssel, um mit der SPS zu kommunizieren. Außerdem werden Modbus, M-Bus und mehrere E/As unterstützt, um beliebige Geräte im Feld anzuschließen.
