Der Wiener Energieanbieter VERBUND Solutions GmbH fasst in seinem virtuellen Kraftwerk – dem VERBUND Power Pool – dezentrale Stromerzeuger und Verbraucher für die Vermarktung am Regelenergiemarkt zusammen. Der Austausch der Prozessdaten erfolgt dabei mit Fernwirktechnik von WAGO.
entgeltliche Einschaltung
Die Bereitstellung von Strom ist bekanntermaßen ein komplexes Geschäft, das für Elektrizitätsanbieter europaweit eine technische und logistische Herausforderung darstellt. Heute mehr denn je, denn Stromanbieter haben dafür zu sorgen, dass trotz schwankender und nicht berechenbarer Verbräuche und Einspeisungen immer ausreichend Strom vorhanden ist und das Netz stabil bleibt. Um im Stromnetz eine konstante Frequenz von 50 Hz zu garantieren, die bei Versorgungsspitzen oder bei Ausfall von Kraftwerken schwankt, gibt es nationale Regelenergiemärkte. Regelenergie stellt eine Art Energiereserve dar, die kurzfristig physisch angezapft werden kann und damit einen Zusammenbruch des Stromnetzes verhindert, da durch sie die Frequenz wieder auf 50 Hz stabilisiert wird. Je nachdem, ob die benötigte Energie vom Stromerzeuger innerhalb von wenigen Sekunden, fünf oder zehn Minuten geliefert wird, spricht man in Österreich von Primär-, Sekundär- oder Tertiärregelreserve.
Europaweiter Regelenergiemarkt
Der Regelenergiemarkt eröffnet neben klassischen Stromerzeugern auch im industriellen Umfeld Lasten und Verbrauchern die Möglichkeit, nach erfolgreicher Präqualifikation durch Reduktion oder Erhöhung der Stromerzeugung sowie Aktivierung oder Deaktivierung von Lasten das Stromsystem stabil zu halten. In Österreich hat der Mineralölkonzern OMV diese Chance genutzt und sich vor rund drei Jahren als Anbieter von Tertiärregelreserve präqualifiziert.
In der Wiener OMV-Raffinerie wird nicht nur hochwertiger Sprit produziert. Es fallen auch unbrauchbare Rückstände an, die vor Ort zur Energieerzeugung genutzt werden. (Bild: OMV)
„Wir betreiben in unserer Raffinerie in Wien-Schwechat zwei Heizkraftwerke, die die gesamte petrochemische Anlage mit Strom versorgen. Verheizt werden sowohl unbrauchbare Rückstände aus der Benzin- und Dieselherstellung als auch Erd-, Rest- und Mischgas“, erzählt Alexander Radauer, zuständig für die Beschaffung von Betriebsmitteln für die OMV-Raffinerie in Schwechat, und ergänzt: „Die Kapazität unserer Heizkraftwerke dient im Wesentlichen der Deckung des Eigenbedarfs. Die Produktionsrückstände, die wir verstromen, fallen allerdings ungleichmäßig an und lassen sich nur bedingt speichern. Mit der Öffnung des Regelenergiemarktes auch für industrielle Anlagen bot sich für uns daher die Möglichkeit, überschüssigen Strom zu vermarkten.“ Nach einer einjährigen Kooperation mit dem slowenischen Energielieferanten GEN-I, kooperiert die OMV nun mit VERBUND Solutions im Rahmen des VERBUND Power Pool. Sind Überkapazitäten vorhanden, kann der Mineralölkonzern kurzfristig bis zu 15 Megawatt an Regelreserve aktivieren. Radauer: „Wir stellen lediglich das Asset zur Verfügung, die Vermarktung am Regelenergiemarkt erfolgt über den Power Pool.“
Das Asset der OMV ist eines von vielen, das bei Frequenzschwankungen Strom in das Stromnetz einspeist oder bei Überschuss bezieht. Um das Handling mit den dezentralen Stromerzeugern als auch mit Verbrauchern zu vereinfachen, fasst VERBUND Solutions die dezentralen Energieanlagen und Verbraucher im sogenannten virtuellen Kraftwerk zusammen. „Für uns als Regelreserveanbieter hat das viele Vorteile: In einem virtuellen Kraftwerk können wir alle darin zusammengefassten dezentralen Erzeuger und Verbraucher als ein großes Ganzes erfassen. So können wir die einzelnen Teilnehmer gebündelt am Regelenergiemarkt vermarkten“, erklärt Bertram Weiss, Produktmanager bei VERBUND Solutions GmbH.
Fernwirktechnik von WAGO spielt im virtuellen Kraftwerk der VERBUND Solutions eine zentrale Rolle. (Bild: WAGO)
Herzstück Steuerungsbox
Als Kommunikationsschnittstelle zwischen Erzeuger, Verbraucher und Vermarkter dient eine Steuerungsbox, die sich im jeweiligen Kraftwerk befindet. Das Herzstück: Der WAGO-Controller PFC200. Auf Anfrage des virtuellen Kraftwerks sammelt das Steuerelement die gewünschten Kraftwerksdaten, wie beispielsweise den Status der Lieferbereitschaft und die verfügbare Leistung, und meldet diese gebündelt zurück. In umgekehrter Richtung nimmt der PFC200 Anforderungen für die Leistungsbereitstellung entgegen und übergibt sie an die Leitwarte des Heizkraftwerkes. „Die kraftwerksspezifischen Schnittstellen bestanden ursprünglich aus vielen digitalen und analogen Signalen. Nach dem Umbau werden die Informationen heute mit seriellen Zweidraht-Bussystemen, Modbus RTU, übermittelt“, erzählt Martin Kluchert von WAGO.
Die Kommunikation zwischen dem virtuellen Kraftwerk und der WAGO-Steuerung erfolgt über einen Telefon-Festnetzanschluss und ist mittels VPN-Tunnel verschlüsselt. Im Falle der OMV-VERBUND-Kooperation schickt der Mineralölkonzern rund 25 Datenpunkte an den Netzbetreiber und dieser rund zehn Datenpunkte an seinen dezentralen Stromlieferanten. Der WAGO-Controller setzt die Befehle und Informationen auf Modbus RTU um, um mit dem Prozessleitsystem der OMV kommunizieren zu können. „Das Prozessleitsystem meldet über eine Benutzeroberfläche sowie mit einem akustischen Signal dem Kraftwerksoperator die Anfrage, worauf dieser die vorhandenen Überkapazitäten durch manuelles Hochfahren der Turbinen ins Netz einspeist. Die OMV ist als Anbieter von Tertiärregelreserve verpflichtet, innerhalb von zehn Minuten den Sollwert zu erreichen“, erklärt Bernhard Vogel, zuständig für die Instandhaltung HKW Regeltechnik in der OMV-Raffinerie Schwechat. Ein direkter und automatischer Eingriff durch die Steuerungsbox in die Kraftwerksregelung ist aufgrund dieser hohen Vorlaufzeit nicht erforderlich, für den zukünftigen Einstieg in die Bereitstellung von Primärregelreserve mit wenigen Sekunden Vorlaufzeit aber in Planung.
„Für die WAGO-Steuerung spricht die hohe Betriebssicherheit, die einfache Bedien- und Erweiterbarkeit sowie die Vielzahl unterstützter Schnittstellen“, sagt Jakob Fölser, Ansprechpartner Technische Anbindung Virtuelles Kraftwerk von VERBUND Solutions und ergänzt: „Mit den vorkonfektionierten Steuerungsboxen können wir ein virtuelles Kraftwerk jederzeit und vor allem ohne Programmieraufwand um eine dezentrale Energieanlage erweitern. Das hilft, Zeit und Kosten zu sparen.“
Kommunikationsschnittstelle Controller
„Kleine, dezentrale Kraftwerke haben häufig keine einheitliche Schnittstelle, sondern Hardware-Ein- und -Ausgänge. So melden beispielsweise digitale Ausgänge Betriebszustände wie Störung, Wartung oder Lieferbereitschaft. Über analoge Signale werden aktuell bereitstellbare oder angeforderte Leistungen ausgetauscht. Aber auch Bussysteme wie Modbus oder Profibus sind häufig anzutreffen“, erläutert Martin Kluchert von WAGO. Der WAGO-Controller stellt die Kommunikationsschnittstelle zwischen kraftwerksspezifischen Schnittstellen und dem Leitsystem des virtuellen Kraftwerks dar. Die Anbindung an den Netzbetreiber erfolgt dabei über unterschiedliche standardisierte Fernwirkprotokolle. In Europa sind das je nach Anlagetyp meist IEC 60870 und IEC 61850. Es werden aber auch weiterführende Spezifikationen wie VHPready mit WAGO-Steuerungen umgesetzt. Der von WAGO mitinitiierte neue Industriestandard definiert Betriebszustände, Fahrverhalten und Datenpunkte derart exakt, dass Anlagen ohne zusätzliches Engineering in ein VHPready-Netzwerk eingebunden werden können. „In die Controller integrierte Sicherheitstechnologien von Firewall bis VPN-Client helfen dabei, kritische Infrastrukturen zu schützen. Und über ein integriertes GSM-Modem ist sogar die Anbindung abgelegener Kleinkraftwerke an ein virtuelles Kraftwerk komfortabel möglich“, ergänzt Kluchert.
VERBUND Solutions setzt bereits den VHPready- Standard in weiteren Steuerungsboxen ein und verbindet somit gleich mehrere Kleinkraftwerke in seinem virtuellen Kraftwerk. WAGO bietet hierzu eine fertige, aber erweiterbare Applikation, die VERBUND Solutions dazu befähigt, mittels grafikgestützter Konfiguration schnell und flexibel Kraftwerke anzubinden und dabei individuelle Wünsche zu berücksichtigen. Martin Kluchert: „Das modulare WAGO-I/O-SYSTEM, das hier in fertig vorverdrahteten Boxen geliefert wird, unterstützt diesen Prozess und stellt dank seiner extremen Robustheit eine lange Anlagenverfügbarkeit sicher.“
Weitere Informationen: www.wago.com