SMART-GRID. direct energy Information für die Energiewirtschaft und deren Zulieferindustrie Februar top. Sonderausgabe

Transkript

1 SMART-GRID Sonderausgabe direct energy Information für die Energiewirtschaft und deren Zulieferindustrie Februar 2014 Produkte, Lösungen und Know-how für das Energienetz der Zukunft ENERGIEFLÜSSE SICHER KONTROLLIEREN / Seite 13 FÜR STANDARD ZU EXTREM FÜR 750 XTR DER STANDARD / Seite 36 top NatioNaler arbeitgeber 2014 DeutschlanDs Beste arbeitgeber im Vergleich in Kooperation mit:

2 INHALT DIE LEISTUNGSBEGRENZER SOLARER KRAFTWERKE Seite 04 DER PFC200 GEHT AUF DISTANZ Seite 07 TRENN- UND MESSKLEMMEN FÜR STROMWANDLERSCHALTUNG Seite 07 ZUKUNFTSORIENTIERTE VERNETZUNG Seite 08 FERNWIRKCONTROLLER FÜR VIRTUELLE KRAFTWERKE Seite 10 ENERGIEFLÜSSE SICHER KONTROLLIEREN Seite 13 FERNWIRKCONTROLLER MACHT WAGO-I/O-SYSTEM ZUR FERNWIRKANLAGE Seite 16 NEUE FREIHEIT IN DER FERNWIRKTECHNIK Seite 19 LEISTUNGSMESSUNG IM ORTSNETZSPEICHER Seite 22 INTELLIGENTE VERNETZUNG ALS SCHLÜSSEL ZUM ERFOLG Seite 24 HISTORISCHES WASSERKRAFTWER DEZENTRAL AUTOMATISIERT Seite 27 PHOTOVOLTAIK MIT STRAHLKRAFT Seite 30 UMFASSENDER REMOTE-ZUGRIFF Seite 33 SNMP GOES IEC 60870/61850 Seite 33 INFRASTRUKTURNETZE AUTOMATISIEREN Seite 34 FÜR STANDARD ZU EXTREM FÜR 750 XTR DER STANDARD Seite 36 TRANSPARENZ MACHT SICH BEZAHLT Seite 38 INNOVATIVE ENERGIESPEICHER AUF DEM PRÜFSTAND Seite 40 IMPRESSUM Seite 44 / Seite 36 2

3 EDITORIAL Liebe Leserinnen, liebe Leser, langsam, aber sicher laufen die kleinen dezentralen Anlagen den Großkraftwerken den Rang ab. Das ist gut für die Umwelt aber eine immense Herausforderung für Energieversorger, Netzbetreiber und Stromnetze. Denn was so einfach klingt, ist in Wahrheit eine 180-Grad-Drehung bei der Stromerzeugung. Eine Auswirkung der Energiewende: Einspeiser ebenso wie vorhandene und neue Netzstationen müssen überwacht und hinsichtlich Spannungen, Frequenzen und Blindleistungen geregelt werden. Hinzu kommt eine sichere Archivierung, Auswertung und Übertragung der erzeugten Daten. Einen Großteil dieser Aufgaben werden dezentrale Automatisierungssysteme übernehmen. Die an sie gestellten Anforderungen sind folglich hoch: eine kompakte Bauweise, flexible Einsatzmöglichkeiten, die Unterstützung vieler Schnittstellen und Feldbusprotokolle kombiniert mit einer hohen Verfügbarkeit sind ein Muss. Als Entwickler des ersten dezentralen und modular aufgebauten Automatisierungssystems hat sich WAGO schon vor mehr als 20 Jahren genau diesen Vorgaben gestellt. Um auch widrigsten Bedingungen wie klirrender Kälte, großer Hitze, Erschütterungen und Überspannungen zu widerstehen, hat WAGO eine konsequente Weiterentwicklung vorgenommen: 750 XTR! Temperaturen zwischen -40 C und +70 C, Vibrationen bis 5g, Spannungs- und EMV-Festigkeit gemäß EN und IEC das neue WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR ist gemacht für schwierige Herausforderungen. Mit der Datenübertragung gemäß IEC und IEC inklusive GOOSE-Nachrichten und MMS-Kommunikation wird zudem die Sprache der Stationsleittechnik beherrscht. Auf diese Weise lassen sich unter anderem Schutzgeräte einbinden, durch die Umsetzung auf das Protokoll IEC /-104 aber ebenso die Anbindung von Leittechniken realisieren. Und das Ganze bei der gleichen Flexibilität und Kompaktheit wie das bewährte WAGO-I/O-SYSTEM 750. Mit diesen Eigenschaften ist XTR ein idealer Baustein für die Energiewende. Überzeugen Sie sich auf den nächsten Seiten selbst, welche Lösungen mit WAGO-Technik möglich sind, und zögern Sie nicht, uns auch Ihre Aufgaben anzuvertrauen. Viel Freude mit dieser spannenden Lektüre. Herzlichst, Ihr Daniel Wiese Market Management Industry & Process Energy/Smart Grid direct energy 3

4 DIE LEISTUNGSBEGRENZE Die Halberstadtwerke realisieren mit WAGO-Fernwirkt Die Wohnungsbaugenossenschaft Halberstadt hat sich ehrgeizige Ziele gesetzt: Sie arbeitet kontinuierlich daran, ihren Wohnungsbestand möglichst umfassend mit regenerativen Energien zu versorgen. Für Solarthermie, Wärmepumpen, kontrollierte Wohnraumbelüftung und Wärmerückgewinnung stellt die mehr als Mitglieder zählende Genossenschaft hierzu die Dachflächen zur Stromerzeugung mit Photovoltaikanlagen zur Verfügung. Um die dort vorgeschriebene Leistungsreduzierung nach dem Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) technisch zu ermöglichen, kommt in Halberstadt eine Fernwirklösung von WAGO zum Einsatz. Nur noch das Treppenhaus aus robustem Holz der viergeschossigen Wohngebäude an der Steinstraße in Halberstadt erscheint original. Alles andere wurde nach der Wende saniert vor allem aus energetischen Gründen. Wer mit Michael Zawisla nach oben schaut, dem fallen die dunkel schimmernden Dachflächen auf, die den Innenhof säumen. Gut 100 kw Leistung bringen die Photovoltaikanlagen auf den insgesamt vier Dächern der Siedlung. Zawisla ist Geschäftsführer der DOMICIL Energiepartner GmbH einer 100-prozentigen Tochter der Halberstädter Wohnungsbaugenossenschaft. In seinen Verantwortungsbereich fällt die komplette Haustechnik des WGH-Gebäudebestandes. Netzbetreiber stehen in der Verantwortung Mehr als 100 kw Leistung: Die auf dem Gebäudekomplex verteilte PV-Anlage fällt damit unter die Regelung des Paragrafen 6, Absatz 2, des EEG. Diese Norm schreibt eine technische Einrichtung vor, mit der sich die Einspeiseleistung ferngesteuert reduzieren lässt. Diese Reglementierung hat vor allem das Ziel, die Spannungsqualität im Verteilnetz aufrecht zu erhalten und Überlast sicher zu verhindern. So ein Fall kann zum Beispiel während der Urlaubszeit auftreten, wenn bei uns in der Umgebung Unterneh- Die Solaranlage auf den Dächern der vier Gebäude an der Steinstraße in Halberstadt liefert mehr als 100 kw Leistung, die sich laut EEG ferngesteuert reduzieren lassen muss. 4

5 R SOLARER KRAFTWERKE echnik die EEG-gerechte Steuerung von PV-Anlagen. men aufgrund von Betriebsferien als große Verbraucher ausfallen, berichtet Sven Bendix, Teamleiter Automatisierung bei den Halberstadtwerken. Das kommunale Unternehmen betreibt in der Region das Stromnetz und ist deshalb auch für die Netzqualität verantwortlich. Aus dieser Rolle heraus treten die Halberstadtwerke verstärkt als Komplettlösungsanbieter auf, wenn es um die Steuerung und Überwachung regenerativer Energieerzeugungsanlagen geht wie die auf den Dächern der örtlichen WGH. Die Fernwirkmodule TO-PASS von WAGO stellen hier die Verbindung her zwischen den Solar-Loggern vor Ort und dem WAGO-Fernwirkcontroller mit integriertem Web-Connector im Leitstand der Stadtwerke. Kernstück des Web-Connectors ist ein spezieller Funktionsbaustein für die CODESYS-Entwicklungsumgebung. TO-PASS liefert dabei die Signale, die vom Web-Connector gebündelt werden, um sie anschließend in ein standardisiertes Fernwirkprotokoll zu übersetzen. Diese Daten nutzen die Halberstadtwerke schließlich, um die PV- Anlagen EEG-gerecht steuern zu können. Schlanke Technik, leistungsstarke Lösung Die Technik von WAGO ist so schlank konzipiert, dass sich in Kombination mit dem Übertragungsmodul TO-PASS auch Anlagen mit einer Nennleistung zwischen 30 und 100 kw preiswert entsprechend der herrschenden Ist-Werte steuern lassen. In diesem Bereich sind häufig aus Kostengründen Rundsteuerungen mit Langwellen-Funktechnik eingesetzt. Damit lassen sich zwar auch Leistungsreduzierungen schalten, es gibt allerdings keine Rückmeldung über die tatsächlichen Betriebszustände einer PV-Anlage. Mit dem Einsatz von TO-PASS bietet sich in diesem Bereich jetzt die Möglichkeit, mit niedrigem finanziellen Aufwand die gleiche effektive Lösung zu nutzen, die bei größeren Anlagen gefordert ist. direct energy 5

6 Schaltschrank auf dem Dachboden: TO-PASS sorgt per Mobilfunk für Kontakt zur Leitwarte. Mit TO-PASS lassen sich auch kleinere Solaranlagen leistungsabhängig schalten. Passende Technik für die Kunden der Halberstadtwerke entwickelt: Sven Bendix (Halberstadtwerke), Manuel Schmidt (WAGO), Matthias Schöps (WGH-Techniker) und Michael Zawisla (DOMICIL) im Innenhof der Wohnanlage an der Steinstraße. Das kompakte TO-PASS -Gerät arbeitet innerhalb des GSM-Netzes wie ein Mobiltelefon. Damit die Investitionen an dieser Stelle nicht unverhältnismäßig zu Lasten des solaren Stromertrages gehen, waren wir auf der Suche nach einer möglichst preisgünstigen Lösung, blickt Sven Bendix zurück. Wir müssen unseren Kunden als Energiepartner schließlich passende Technik anbieten. Die Ausgaben für Hardware sind während der Betriebszeit allerdings nur ein Aspekt. Der zweite resultiert aus den monatlichen Verbindungsentgelten. Je öfter das zyklische Senden von Daten zu uns erfolgt, desto höher das Datenvolumen. Wir raten unseren Kunden deshalb, gleich eine Flatrate abzuschließen, damit es bei der Rechnung später keine Überraschungen gibt. Kommunikation zum Leitsystem Im Wohnviertel an der Steinstraße hat die DOMICIL Energiepartner GmbH den zentralen Schaltschrank für die komplette Steuerung aller vier Teilanlagen auf dem Dachboden eines Gebäudes platziert. Induktiv arbeitende Sensoren messen ständig den aktuell anliegenden Strom. WAGO bietet dafür Stromsensoren des Typs , mit einem Messbereich von 0 bis 80 A, und , mit einem Messbereich von 0 bis 140 A, an. Sie werden auf der Hutschiene montiert und geben ihre Messwerte direkt in die installierte Steuerungstechnik für die weitere Auswertung ohne dass dafür die Leitungen zu öffnen sind. Die Kommunikation zum Leitsystem erfolgt im Rahmen der genormten Übertragungsprotokolle gemäß IEC für die serielle Verbindung und IEC für die IP-Kommunikation. Der Web-Connector im WAGO-Fernwirkcontroller ist darüber hinaus in der Lage, auch Datenprotokolle entsprechend der IEC zu erzeugen und zu übertragen. Das System der Zukunft nutzt im Gegensatz zur signalorientierten Arbeitsweise der IEC die strikte Objektorientierung. Statt einzelner Signale ist es damit möglich, komplette Objekte in der Datenübertragung als Klartext zu berücksichtigen. Hierbei kann es sich zum Beispiel um den kompletten Rotor einer Windkraftanlage handeln oder wie in Halberstadt um die gesamte PV-Anlage eines Wohnkomplexes. In solchen Fällen greift dann konkret die IEC für die dezentrale Energieversorgung. Für die entsprechende Konfiguration der Fernwirktechnik bietet WAGO eine Softwareoberfläche an, die sich komfortabel per Drag-anddrop bedienen lässt und die richtigen IEC-Codes automatisch zuweist. Text: Manuel Schmidt, WAGO Foto: WAGO WAGO bietet kompakte und wirtschaftliche Lösungen zur EEG-gerechten Steuerung von PV-Anlagen. Mit TO-PASS lassen sich auch kleinere Anlagen mit einer Nennleistung zwischen 30 und 100 kw preiswert steuern. Stromsensoren von WAGO ermöglichen kontinuierliche Strommessungen der PV-Anlagen während des laufenden Betriebs. 6

7 DER PFC200 GEHT AUF DISTANZ Für kleine und große Applikationen: Mit zwei neuen PFC200-Fernwirksteuerungen wird die ganze Bandbreite moderner Fernwirklösungen abgedeckt. Kompakt, leistungsstark und universell einsetzbar: In zwei neuen Fernwirkvarianten ( / und -002) unterstützt der PFC200 die IEC-Fernwirkprotokolle , -103 und -104, sowie inklusive GOOSE-Telegrammen. Mit einem erweiterten Temperaturbereich von -20 C bis +60 C sind die PFC200-Fernwirksteuerungen mit jeweils zwei ETHERNET- und einer RS-232-/RS- 458-Schnittstelle ausgestattet. Neben Modbus TCP/UDP/RTU stehen alle gängigen Internetprotokolle zur Kommunikation mit unter- und übergeordneten Systemen zur Verfügung. Die PFC200-Fernwirksteuerungen werden in Zukunft außerdem IPsec und Open-VPN unterstützen und somit höchsten Sicherheitsstandards entsprechen. Die ECO-Variante ( / ) der PFC200-Fernwirksteuerung ist eine kostengünstige Alternative für Kunden mit kleineren Applikationen. Funktionell steht die ECO-Fernwirksteuerung in nichts nach, sie ist allerdings auf eine maximale Anzahl von vier Modulen beschränkt. Jedes der mehr als 400 Module des WAGO-I/O-SYSTEMs 750 kann uneingeschränkt genutzt werden, um zum Beispiel Trafo-Stationen fernzuschaltenn, Ortsnetzstationen zu monitoren, das Einspeisemanagement von EEG-Anlagen zu realisieren oder virtuelle Kraftwerke zu steuern. TRENN- UND MESSKLEMMEN FÜR STROMWANDLERSCHALTUNG Einfaches Messen, automatisches Kurzschließen: Die Stromwandlerklemmen von WAGO sind intuitiv und komfortabel zu bedienen. Die neuen Trenn- und Messklemmen der Serie 2007 wurden speziell für den Einsatz in Strom- und Spannungswandlerschaltungen konzipiert. Sie stehen für hohe Funktionalität bei geringsten Abmessungen von nur 99,6 mm Länge und 8,0 mm Breite. Mit ihrem orangefarbenen Trennhebel lassen sie sich intuitiv und komfortabel bedienen: Mit Schließen des Trennhebels wird der Wandler über den eingelegten Schaltungsbrücker automatisch kurzgeschlossen. Durch die offene und dennoch berührungsgeschützte Bauform lässt sich der Schaltzustand auf einen Blick erkennen. Konturengleiche Durchgangs- und PE-Klemmen runden die Serie 2007 ab. Alle Klemmen sind für 30 A und 500 V gemäß IEC beziehungsweise 300 V gemäß UL ausgelegt. Der maximale Nennquerschnitt beträgt bei Leitern mit Aderendhülse 6 mm² (AWG 10) sowie bei eindrähtigen und feindrähtigen Leitern 10 mm² (AWG 8). Die TOPJOB S-Stromwandlerklemmen verbinden hohe Funktionalität, wie das automatische Kurzschließen des Wandlers, mit der sehr kompakten Bauform, sagt Burkhard Niemann, Produktmanger ELECTRI- CAL INTERCONNECTIONS bei der WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG. direct energy 7

8 ZUKUNFTSORIENTIE In einem Pilotprojekt untersucht die SWO Netz GmbH mit Technik von W Lassen sich aufwendige Tiefbauarbeiten für den konventionellen Netzausbau durch intelligente Betriebsmittel einsparen? Diese Frage untersucht die SWO Netz GmbH, ein Tochterunternehmen der Stadtwerke Osnabrück, in einem Smart-Grid-Pilotprojekt. Zum Einsatz kommt dabei die WAGO-Lösung mit Komponenten für ein intelligentes Stromnetz. Das Smart-Grid-Pilotprojekt wurde Ende 2012 im Osnabrücker Stadtteil Wüste mit 60 Gebäuden, 125 Wohnungen und 7 EEG- Anlagen gestartet, die 38 kwp ins Stromnetz einspeisen. Das Versorgungsnetz der Stadtwerke Osnabrück gehört bei der Versorgungsqualität bundesweit zu den TOP 5. Für uns ist es eine zusätzliche Motivation, durch die Nutzung von neuen Technologien hier weiter führend zu bleiben. Mit unserem Smart-Grid-Pilotprojekt wollen wir prüfen, in welchem Umfang wir künftig in intelligente Betriebsmittel investieren sollten, berichtet Heinz-Werner Hölscher, Geschäftsführer der SWO Netz GmbH. Die WAGO-Komponenten entsprechen durch die sehr kompakte Bauweise unseren Anforderungen. Die 3-Phasen-Leistungsmessklemme mit der Möglichkeit der Oberschwingungsanalyse hat uns aber auch funktionell überzeugt, erläutert Christian Drecksträter. Leistungsfähige Mess- und Fernwirktechnik für Energienetze Für das Pilotprojekt sollten fünf Kabelverteilerschränke und eine Trafo- Station mit einer leistungsfähigen Mess- und Fernwirktechnik ausgestattet werden. In den kompakten Verteilerschränken war allerdings nur sehr wenig Platz für zusätzliche Technik verfügbar. Die SWO hatte sich Technik mehrerer Hersteller angesehen und sich schließlich für WAGO entschieden. Unser Ziel war es, die vorhandenen Betriebsmittel möglichst weiter zu nutzen und um die neue Technik zu ergänzen. Die WAGO-Komponenten entsprechen durch die sehr kompakte Bauweise unseren Anforderungen. Die neue Version der 3-Phasen-Leistungsmessklemme mit der Möglichkeit der Oberschwingungsanalyse hat uns auch von der Leistungsseite überzeugt, erläutert Projektleiter Christian Drecksträter von der SWO Netz GmbH die Entscheidung. Das feldbusunabhängige WAGO-I/O-SYSTEM gehört mit bis zu 16 Kanälen auf einer Klemmenbreite von nur 12 mm zu den kompaktesten Systemen auf dem Markt. Durch den modularen Aufbau müssen nur die für die jeweilige Aufgabe erforderlichen Komponenten eingesetzt werden. Von hochverdichteten 16-Kanal-Digitalein- und -ausgangsklemmen bis zu Spezialklemmen, wie der 3-Phasen-Leistungsmessklemme, steht eine große Vielfalt an I/O-Busklemmen zur Überwachung von Verteilerschränken oder Trafo-Stationen zur Auswahl. Die WAGO-Fernwirksteuerungen sind für die Protokolle gemäß IEC , -103, -104, IEC und vielen weiteren Standardprotokollen wie z. B. MOD- BUS geeignet. Die 3-Phasen-Leistungsmessklemmen (750-49x) liefern Spannungs- und Stromwerte für jede der drei Phasen, sie berechnen den Stromverbrauch und liefern zahlreiche weitere Werte, von der Wirkenergie bis zur Blind- und Scheinleistung. Neben der Energieverbrauchsmessung bieten die Leistungsmessklemmen mit der Oberschwingungsanalyse weitere Funktionen zur umfassenden Netzanalyse, um Störspitzen oder Verschmutzungen im Netz zu lokalisieren. Die 4-Quadranten-Anzeige gibt zudem Aufschluss über die Art der Last (induktiv, kapazitiv) und darüber, ob es sich um einen Energieverbraucher oder Erzeuger handelt. Die kompakte Bauweise des WAGO-I/O-SYSTEMs entspricht allen Anforderungen der SWO Netz GmbH. Die WAGO-Fernwirksteuerungen beherrschen nicht nur die IEC /-103/-104 und die IEC Die 3-Phasen-Leistungsmessklemmen liefern alle relevanten Spannungs- und Stromwerte für jede der drei Phasen. 8

9 RTE VERNETZUNG AGO, wie die Netzausbaukosten im Rahmen gehalten werden können. Smart-Grid-Pilotprojekt angelaufen Zum Einsatz kommen ETHERNET-Controller ( ) mit der 3-Phasen-Leistungsmessklemme ( ) und Stromwandler der Serie 855. Mithilfe dieser Technik werden im Pilotgebiet die drei Phasen überwacht, 215 Messwerte pro WAGO-Klemme/Strang abgerufen, an die Netzleitstelle übertragen und in einer Datenbank gespeichert. Zusätzlich wird das Pilotgebiet von der Netzleitstelle aus per Web-Interface in Echtzeit eingesehen. Text: Martin Ortgies, Fachjournalist Foto: WAGO In der ersten Projektphase wurde das Stromnetz des Pilotgebiets mit der WAGO-Technik zur Messung von Verbräuchen und Einspeisungen ausgerüstet. Zum Einsatz kommen ETHERNET-Controller mit der 3-Phasen-Leistungsmessklemme, Pt100-Widerstandssensoren und Rogowski-Spulen. Das Smart-Grid-Pilotprojekt ist repräsentativ für unser städtisches Versorgungsgebiet und soll helfen, Fragen nach dem weiteren Netzausbau zu beantworten. Wir wollen klären, ob die Netzausbaukosten mit intelligenter Technik im Rahmen gehalten werden können, berichtet der Projektleiter Christian Drecksträter von der SWO Netz GmbH. Durch intelligente Ortsnetzstationen werden zusätzliche Mess-, Schutzund Steuereinrichtungen in das Ortsnetz gebracht. Bisherige Pilotprojekte weisen darauf hin, dass der Ausbau der dezentralen Intelligenz eine Alternative zum konventionellen Netzausbau sein kann, da kritische Netzbelastungen nur wenige Stunden im Jahr vorherrschen. direct energy 9

10 FERNWIRKCONTROLLER FÜR Der WAGO-Fernwirkcontroller mit lec-kommunikation ü bei der Automatisierung von Infrastrukturnetzen. 10 É É É Wärmepumpe É Dezentrale Stromerzeuger in einem virtuellen Kraftwerk Seit dem Herbst 2010 sind zwei virtuelle Kraftwerke der TSB aktiv am Netz. Beide zusammen bündeln derzeit rund 100 dezentrale Stromerzeuger wie Blockheizkraftwerke, Notstromaggregate und Gasturbinen zu einem Kraftwerk mit einer Gesamtleistung von jeweils mehr als 20 Megawatt. Die erzeugte Energie dieser Anlage wird von einem Stromhändler als Regelenergie zum Ausgleich für Energieschwankungen oder für Prognoseabweichungen an der Strombörse gehandelt. Die technologische Herausforderung für die TSB bestand darin, die dezentralen Aggregate in der Steuerung und Überwachung zu einem großen Kraftwerk zu vereinen. Im Ergebnis werden diese Anlagen jetzt von einer zentralen Stelle aus ständig überwacht, Störungen gemanagt, Signale gebündelt und Anlagen an- und ausgeschaltet. Seit dem Beginn des Projektes vor sieben Jahren hat die Transferstelle Bingen viele Erfahrungen gesammelt, wie Smart-Grids überwacht und gesteuert werden. Dabei ist die TSB auf WAGO als Anbieter von Automatisierungstechnik und modularen Feldbussystemen aufmerksam geworden. Daraus hat sich dann eine kontinuierliche Zusammenarbeit unter anderem mit dem Einsatz des WAGO-Fernwirkcontrollers entwickelt. Blockheizkraftwerk É Die TSB hat im Auftrag des Landes RheinlandPfalz das Kompetenzzentrum Smart Grids/Virtuelle Kraftwerke aufgebaut und dafür die Netzwerkbetreuung übernommen. Im Fokus dieses Zentrums liegen praxisbezogene Technologieentwicklungen unter anderem in den Bereichen Smart-Grids, virtuelle Kraftwerke, Regelenergie, Stromspeicher sowie zur Steuerung von Nachfrage und Stromangebot. É É Intelligente Steuerungen für dezentrale Stromerzeuger in einem Smart-Grid sind ein zentrales Thema der Transferstelle Bingen (TSB). Ein aktuelles Projekt der TSB einem Institut an der Fachhochschule Bingen ist die Steuerung eines virtuellen Kraftwerks. Dafür hatte die TSB einen geeigneten Fernwirkcontroller gesucht. Latentspeicher Wärme Strom Viele verschiedene Mikrokraftwerke werden zu einem virtuellen Kraftwerk zusammengeschlossen, einerseits um Regelenergie intern zur Verfügung zu stellen und sie andererseits an der Strombörse zu handeln.

11 R VIRTUELLE KRAFTWERKE É überzeugt die Transferstelle Bingen Holzpelletkessel É É É É Photovoltaikanlage Thermische Solaranlage Schema virtuelles Kraftwerk 11 Fernwirktechnik für virtuelles Kraftwerk Nach dem Versteigerungsvorgang an der Strombörse muss die Leistung des virtuellen Kraftwerks auf Vorhaltung gesetzt werden. Anschließend erfolgt der Abruf durch einen Übertragungsnetzbetreiber wie Amprion mit der Vorgabe der zu liefernden Menge. Mit der Steuerungstechnik der TSB werden dann die angeschlossenen dezentralen Systeme gestartet. Während des Anfahrprozesses wird die Leistung überwacht, aus den Messwerten Summen gebildet und in Minutenwerten an die Leitzentrale übermittelt. Die Vorgabe lautet, dass das virtuelle Kraftwerk spätestens innerhalb von 15 Minuten seine Maximalleistung erreichen muss. Der Fernwirkcontroller von WAGO sorgt für die verlässliche Übermittlung der Messwerte an den Übertragungsnetzbetreiber. Bei der Auswahl der am besten geeigneten Fernwirktechnik hatte die TSB im Vorfeld mehrere Kriterien definiert und überprüft. Es mussten sowohl die technischen Vorgaben der Übertragungsnetzbetreiber erfüllt werden als auch die SmartGrid-Anforderungen des virtuellen Kraftwerks. Maßgeblich war zunächst das IEC-Protokollformat für die Anbindung an die Leitzentralen der Übertragungsnetzbetreiber. Innerhalb des TSBNetzwerks war die TCP/IP-Übertragung (MODBUS) vorgegeben. Im Fernwirkcontroller sollten die Daten vom IP-Format in das IEC-Fernwirkprotokoll umgewandelt werden. Eine weitere Aufgabe betraf die Protokollierung von Störungen mit Hilfe von Digitalausgangsklemmen und deren Visualisierung über ein Web-Interface des Controllers. Die Technik musste außerdem nachweislich sicher und zuverlässig sein und gleichzeitig dem Kostenrahmen kleiner dezentraler Anlagen gerecht werden. Für diese Anforderungen war die WAGO-Technik bestens geeignet. direct energy 11

12 Fernwirken und automatisieren in Smart-Grids Wir haben uns für den WAGO-Fernwirkcontroller entschieden, weil er die lec-kommunikation beherrscht und als Element für die Automatisierung von Infrastrukturnetzen ideal geeignet ist. Außerdem hatte er das beste Preis-/Leistungsverhältnis, erläutert der Projektleiter Virtuelles Kraftwerk bei der TSB, Tobias Langshausen. Für die Anforderungen von Smart-Grids ist nach seiner Erfahrung eine innovative Fernwirktechnik im Vorteil. Der WAGO-Controller beherrscht die Fernwirkprotokolle IEC (seriell), IEC (TCP/IP-basiert) oder IEC für die Schutz- und Leittechnik in elektrischen Schaltanlagen der Mittel- und Hochspannungstechnik beispielsweise bei Windenergieanlagen (IEC 61400) oder bei einer verteilten Energieerzeugung (IEC ). Der WAGO-Fernwirkcontroller ist eine Komponente des modularen, feldbusunabhängigen I/O-Systems zur Einbindung von Sensor- und Aktorsignalen. Das System wird seit Jahren sehr erfolgreich in der Automatisierungstechnik eingesetzt. Dabei werden die feldseitigen Messwerte über angereihte I/O-Module erfasst. Durch die vielfältigen industriellen Anforderungen stehen mehr als 400 verschiedene I/O-Module zur Verfügung. Vorteilhaft ist zudem die direkte Kontaktierung, sodass der Platz für eine zusätzliche Klemmenleiste eingespart werden kann. Über die I/O-Module sind auch weitere Leistungen integrierbar, wie die Steuerung der Gebäudetechnik. sagt Projektleiter Langshausen. Er bestätigt, dass der Fernwirkcontroller absolut zuverlässig funktioniert und in der Handhabung logisch und übersichtlich ist. Auch die Anforderungen der Übertragungsnetzbetreiber seien problemlos erfüllt worden. Aus Sicht der TSB ist die Modularität des Systems maßgeblich für den flexiblen Einsatz. Da es wie in einem Baukastensystem für jedes Signal eine eigene Klemme gibt, kann alles an den Controller angereiht und über nur einen Datensatz abgerufen werden. Zusätzliche separate Baugruppen sind nicht erforderlich. Auch die Parametrierung und Visualisierung mit CODESYS (Code Development System von 3S-Smart Software Solutions GmbH) ist nach den Erfahrungen des Projektleiters einfach und nachvollziehbar. Die integrierten Beispielprojekte sind bei der Umsetzung sehr hilfreich. Text: Volker Allgeier, WAGO Foto: WAGO Technik muss zuverlässig und flexibel sein Als relativ kleines Institut haben wir es bei den großen Herstellern meistens schwer, mit unseren speziellen Anforderungen durchzudringen. Umso überraschter waren wir über den Support von WAGO. Unsere Ideen und Smart-Grid-Erfahrungen wurden von der Produktentwicklung unmittelbar aufgegriffen und umgesetzt, berichtet Christian Pohl, Geschäftsführer der Transferstelle Bingen. Der sehr gute Support habe schnell und effizient geholfen, alle anstehenden Probleme zu lösen. Der Fernwirkcontroller hat sich laut TSB in der Praxis gut bewährt. Die aus der Automatisierungstechnik kommende Flexibilität ist für uns von großem Vorteil. Das System verfügt über einen gut nachvollziehbaren roten Faden und alle Aufgaben sind bestens zu lösen, Aus Sicht der TSB ist die Modularität des Systems maßgeblich für den flexiblen Einsatz in einem Smart-Grid. Da es wie in einem Baukastensystem für jedes Signal eine eigene Klemme gibt, kann alles an den Controller angereiht und über nur einen Datensatz abgerufen werden. WAGO-Fernwirktechnik sorgt für die verlässliche Übermittlung der Messwerte an den Übertragungsnetzbetreiber. Die Fernwirksteuerung erfüllt alle technischen Vorgaben und die Smart-Grid-Anforderungen des virtuellen Kraftwerks. 12 TSB Bingen profitiert vom modularen Aufbau und den flexiblen Einsatzmöglichkeiten des WAGO- I/O-SYSTEMs.

13 ENERGIEFLÜSSE SICHER KONTROLLIEREN In einem virtuellen Kraftwerk von Vattenfall kommuniziert die Fernwirk-SPS PFC200 verschlüsselt über OpenVPN mit der Leitstelle. Die Vattenfall Europe Wärme AG hat in ihrem virtuellen Kraftwerk kleine dezentrale Stromerzeugungseinheiten wie Blockheizkraftwerke und steuerbare Stromverbraucher wie Wärmepumpen zu einem flexibel regelbaren Anlagenverbund zusammengeschlossen. Ziel ist die Bereitstellung flexibel einsetzbarer Kraftwerksleistung, um zum Ausgleich temporärer Schwankungen im Stromnetz beizutragen und erneuerbare Energien besser in die Energieversorgung zu integrieren. Für die zentrale Steuerung der vielen dezentralen Anlagen und des Stromspeichers kommen Automatisierungskomponenten von WAGO zum Einsatz, darunter die neue Fernwirk-SPS PFC200. Im Zuge der Energiewende vollzieht sich derzeit nicht weniger als der Umbau des gesamten Energiesystems in Deutschland. Aus einer zentral gesteuerten Versorgung auf Basis großer Kraftwerke wird zunehmend ein dezentrales System mit vielen kleinen Anlagen, unter anderem Blockheizkraftwerken (BHKW). Die größte Herausforderung stellt die mitunter stark schwankende und daher nur schwer planbare Energie aus regenerativen Quellen wie Sonne und Wind dar. Für eine stabile und sichere Energieversorgung sind daher Lösungen zur Steuerung und Speicherung gefordert. Die Vattenfall Europe Wärme AG bietet mit ihrem virtuellen Kraftwerk eine Lösung, die auf eine Energieform setzt, die sich schon heute gut speichern lässt: Wärme. Virtuelles Netzwerk gewährleistet Netzstabilität Vattenfall schaltet in dem virtuellen Netzwerk stromerzeugende BHKW und stromverbrauchende Wärmepumpen in einem großen Verbund zusammen. Das virtuelle Kraftwerk erfüllt zwei Aufgaben, die in einem Kraftwerk bisher nicht vereinbar waren: Es ermöglicht die bessere Integration erneuerbarer Energien in die Strom- und Wärmeversorgung und sorgt für einen Ausgleich des Über- und Unterangebots im Netz. Liefern Wind und Sonne weniger Strom als erwartet, erzeugen die gasbetriebenen BHKW die fehlenden Kilowattstunden und produzieren dabei Wärme, die an ihren jeweiligen Die Mini-Blockheizkraftwerke erzeugen nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung sowohl Strom als auch Wärme. Die Anlagen arbeiten dadurch sehr effizient und ermöglichen eine Brennstoffausnutzung von mehr als 90 %. Standorten sofort genutzt oder gespeichert werden kann. Bei einem Überangebot werden die stromverbrauchenden Wärmepumpen angesteuert. In das virtuelle Kraftwerk von Vattenfall ist ebenfalls ein Stromspeicher eingebunden, der im Februar 2013 in Berlin-Treptow in Betrieb ging. Der 2MW-Speicher kann Strom bei entsprechendem Überschuss speichern und ihn bei Bedarf wieder ins Netz abgeben. Aus dem Batteriesystem kann Regelleistung besonders flexibel und klimafreundlich bereitgestellt werden. Pro eingesetztes Megawatt werden jährlich bis zu Tonnen CO 2 eingespart. An der Einbindung weiterer Anlagentypen wird gearbeitet Die zentrale Steuerung des virtuellen Netzwerks erfolgt in der Vattenfall Wärmeleitwarte in Berlin. Dort werden neben den großen Fernwärmekraftwerken des Unternehmens auch die dezentralen Anlagen überwacht, gesteuert und optimal gefahren. direct energy 13

14 WAGO-Steuerungen seit Projektstart dabei Mitte 2013 wurden bereits mehr als Wohneinheiten in der Metropolregion Hamburg und Berlin über das virtuelle Kraftwerk versorgt. Schon seit Projektstart im Jahr 2010 dienen Fernwirksteuerungen von WAGO als Steuerungs- und Kommunikationseinheiten zwischen den dezentralen Anlagen und der Wärmeleitwarte. Vattenfall hatte sich seinerzeit für WAGO entschieden, da die Steuerungen von einem namhaften Hersteller stammen sollten. Sie sollten darüber hinaus kompakt, programmierbar und flexibel sein sowie die Kommunikation gemäß IEC ermöglichen. Die große Modularität und die Vielseitigkeit der WAGO-Steuerungen war ein weiterer Entscheidungsgrund. Zwischenzeitlich sind rund 100 dezentrale Anlagen mit den WA- GO-Steuerungen ( und ) an die Wärmeleitwarte angebunden. Auch die 2MW-Batterie ist über einen Fernwirk-IPC von WAGO mit der Leittechnik verbunden. Der Industrie-PC ( ) mit PROFIBUS-Master-Schnittstelle liest die Prozesswerte aus der S7-Steuerung des Stromspeichers aus, wandelt diese protokollvariabel auf IEC und bindet so die Batterie an die Leittechnik an. Auch bei einer aktuellen Ausschreibung von Vattenfall für komplett verdrahtete Systemverteiler für die dezentralen BWHK und Wärmepumpen konnte WAGO ein bedeutendes Los gewinnen. In den insgesamt 163 Systemverteilern wird die neue Steuerungsgeneration PFC200 standardmäßig verbaut. Die Fernwirk-SPS ( / ) bildet zusammen mit einem GSM-Modem, einigen Digitalein- und -ausgangsklemmen, Analogeingangsklemmen, der Stromversorgung EPSITRON COMPACT Power sowie einer Magnetfußantenne die künftige Standardkonfiguration. Die neue Kompaktsteuerung PFC200 von WAGO bietet neben einer hohen Performance wichtige Security-Funktionen. Viel Leistung klein verpackt Der PFC200 als Bestandteil des modularen WAGO-I/O-SYSTEMs 750 bietet dank Cortex-A8-Technologie eine hohe Rechenleistung auf kleinem Raum. Zur Kommunikation mit Steuerungssystemen stehen zwei ETHERNET-Anschlüsse parat und abhängig von der Produktvariante weitere Schnittstellen wie CAN, PROFIBUS sowie RS-232/RS-485. Die neue Fernwirk-SPS ist gemäß IEC programmierbar, unterstützt das geforderte Fernwirkprotokoll IEC ebenso wie das serielle Pendant gemäß IEC und kommuniziert auch gemäß IEC Mit der CODE- SYS-Entwicklungsumgebung kann man die Steuerung nicht nur programmieren, sondern bei Bedarf auch die Prozesse visualisieren. Die SPS stellt zwei ETHERNET-Schnittstellen für das TCP/IP-basieren- Die fertig verdrahteten WAGO-Systemverteiler beinhalten die Fernwirk-SPS PFC200 sowie angereihte Digitalein- und -ausgangsklemmen für das komplette Management der Anlagensteuerung. Sie reduzieren die Montagezeiten und unterstützen eine fehlerfreie Installation. 14

15 de 104er-Protokoll und eine serielle Schnittstelle für das 101er-Protokoll zur Verfügung. Zur Konfiguration der IEC-Kommunikation ist ein Software-Tool integriert, mit dem nur noch parametriert werden muss. Ein SPS-Programm regelt die Anlage zur Sicherung der Wärmeversorgung bei Ausfall der Kommunikation selbstständig. Die PFC200 berechnet den Energiegehalt des Wärmespeichers (in kwh) und überträgt ihn an die Leitwarte. Von dort erhält die Steuerung einmal täglich einen Tagesfahrplan, um die angeschlossenen Aggregate selbstständig über 24 Stunden zu steuern. Auf Nummer sicher Neben einer hohen Performance bietet der PFC200 auch wichtige Vorteile in puncto IT-Sicherheit. Aus der SPS kann direkt über Open- VPN oder IPsec ein VPN-Tunnel aufgebaut werden, um verschlüsselt Daten an die Leitstelle zu übermitteln und von dort zu empfangen. Ein vorgeschalteter GSM-VPN-Router entfällt. Dies bedeutet nicht nur zusätzliche Sicherheit, sondern durch den Wegfall des Routers auch eine deutliche Kosteneinsparung. Nun kann über ein einfaches serielles GSM-Modem mit der Leitwarte kommuniziert werden. Das WAGO-I/O-SYSTEM entspricht außerdem der neuesten Version 3.0 des offenen Industriestandards VHP-Ready (Virtual Heat & Power Ready) von Vattenfall für dezentrale Energieversorgungsanlagen. Der technische Standard für Blockheizkraftwerke und Wärmepumpen ermöglicht die einfache Einbindung in das virtuelle Kraftwerk. Anlagen, die die technischen Voraussetzungen von VHP-Ready erfüllen, können ohne weitere Installationsmaßnahmen an der Anlage angeschlossen werden. Zusammen mit Fraunhofer FOKUS arbeitet Vattenfall an der unternehmensübergreifenden Weiterentwicklung des Standards: Mit dem Kooperationspartner soll ein Industrieforum VHP-Ready gegründet werden, an dem sich weitere Marktpartner beteiligen können. Fazit Das virtuelle Kraftwerk von Vattenfall schließt dezentrale Energieanlagen wie Blockheizkraftwerke, Wärmepumpen sowie den 2MW- Stromspeicher zu einem vernetzten, flexibel regelbaren und zentral gesteuerten Anlagensystem zusammen. Erneuerbare Energien lassen sich damit optimal in die Stromversorgung einbinden. Eine Beteiligung an dem virtuellen Kraftwerk bietet den Kunden von Vattenfall Versorgungssicherheit, einen effizienten Anlagenbetrieb und die Möglichkeit, einen aktiven Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Das virtuelle Kraftwerk nutzt bereits seit 2010 Automatisierungskomponenten von WAGO. Eine wichtige Komponente ist die neue Fernwirk- SPS PFC200 mit IEC-Kommunikation. Die ebenso leistungsstarke wie kompakte Steuerung kommuniziert verschlüsselt über das Protokoll IEC direkt mit den dezentralen Anlagen. Text: Daniel Wiese, WAGO Foto: Vattenfall, WAGO Das WAGO-I/O-SYSTEM entspricht der neuesten Version 3.0 des offenen Industriestandards VHP-Ready. Der PFC200 ( / ) kann direkt über OpenVPN oder IPsec einen VPN-Tunnel zur Leitstelle aufbauen. Anbindung einer 2MW-Batterie über den Fernwirk-IPC ( ) von WAGO an die Leittechnik. direct energy 15

16 FERNWIRKCONTROLLER WAGO-I/O-SYSTEM ZUR Dezentrale Steuerung und Fernwirkeinrichtung: Bei de greift die Thüringer Energie AG auf Automatisierung v Abgekündigte Modemstandleitungen führten am Netzkoppelpunkt Bodelwitz zur Umstellung auf das FernwirkprotokolI IEC und damit zu einer Modernisierung der Station. Ursprünglich wurden die Funktionen mit verschiedensten, teils analogen Komponenten realisiert und die Daten per Modemverbindung zur Leitstelle übertragen. Das WAGO-I/O-SYSTEM überzeugte die Thüringer Energie AG, da es nicht nur SPS-Funktionalität hat, sondern über den Fernwirkcontroller verschiedenste Fernwirkprotokolle wie z.b. gemäß IEC oder IEC unterstützt. Am Netzkoppelpunkt Bodelwitz im thüringischen Saale-Orla-Kreis treffen die Hauptdruckleitungen der Erdgastransportgesellschaft Thüringen-Sachsen mbh (ETG) und der Thüringer Energie AG aufeinander. Sie haben hier einen Netzübergang zum nachgelagerten Gasnetz der Gasversorgung Pößneck GmbH. Die TEN Thüringer Energienetze GmbH ist ein Verteilnetzbetreiber, über dessen Netz die Thüringer Energie AG ihre Funktion als Erdgasgrundversorger in weiten Teilen Thüringens wahrnimmt. Ausgenommen sind der südwestliche Teil Thüringens und selbstständige Stadtwerke. Alle für den Prozess und für die Verrechnung erforderlichen Daten werden redundant ermittelt. Die Gasmengen, die über diesen Koppelpunkt bezogen werden, gibt das Leitsystem in Erfurt vor. Bislang wurden die Daten über Modemstandleitungen übertragen. Als diese abgekündigt werden sollten, stand die Modernisierung dieser Fernwirkunterstation an. Die Thüringer Energie AG suchte in diesem Zusammenhang nach einem geeigneten Automatisierungssystem, das sowohl dezentrale Steuerung als auch Fernwirkeinrichtung ist. Zudem sollte das System auch Signale aus explosionsgefährdeten Bereichen verarbeiten können. Die Wahl fiel auf das WAGO-I/O-SYSTEM und den Fernwirkcontroller. 16

17 MACHT FERNWIRKANLAGE r Modernisierung eines Netzkoppelpunktes on WAGO zurück. Am Netzkoppelpunkt Bodelwitz treffen zwei Hauptdruckleitungen (> 25 bar) zusammen. Gleichzeitig ist hier der Ausspeisungspunkt für die Mittel- (16 bar) und Niederdruckebene (1 bar). Das WAGO-I/O-SYSTEM vereint klassische Automatisierungs- und Fernwirkanwendungen in einem System. Redundanter Aufbau: Die Fernwirksteuerung kommuniziert gemäß IEC mit bis zu vier Leitsystemen. Ohne Komponenten zur Ex-Trennung: Verarbeitung von Ex- und Nicht-Ex-Signalen in einem Knoten. direct energy 17

18 Das WAGO-I/O-SYSTEM nimmt alle relevanten Messgrößen über I/O- Busklemmen auf, auch die aus explosionsgefährdeten Bereichen. Der programmierbare Fernwirkcontroller bildet einen Softwareregler ab und setzt die Daten in das erforderliche Fernwirkprotokoll um. Gasbezug- und Gasdruckregelung Feldgeräte wie Druck- und Temperaturmesser liefern die Eingangswerte der Steuerung. All in one: Fernwirken und Automatisieren... Wir haben uns für WAGO entschieden, weil wir mit dem Fernwirkcontroller sowohl klassische Automatisierungs- als auch Fernwirkanwendungen mit einem System realisieren können, begründet Ulf Quasnica die Entscheidung. Der Fernwirkcontroller setzt Prozessoder Fernwirkgrößen gemäß IEC (seriell) oder IEC (TCP/IP-basiert) in Daten um. Möglich wird das durch eine entsprechende CODESYS-Programmierung im Controller und eine implementierte CODESYS-Bibliothek. Die Programmierung berücksichtigt außerdem einen redundanten Aufbau der Kommunikation, sodass der Controller mit bis zu vier Leitsystemen gemäß IEC kommunizieren kann. Viele Funktionen, die vorher von unterschiedlichen Komponenten realisiert wurden, werden jetzt durch das WAGO-I/O-SYSTEM und dem Fernwirkcontroller übernommen. Die am Controller angereihten I/O-Busklemmen nehmen über Analogeingangs-/-ausgangsklemmen und Digitaleingangs-/- ausgangsklemmen alle relevanten Messgrößen wie Druck, Temperatur, Durchfluss und Füllstand auf. Daneben werden Energiedaten der Gasverteilstation wie Spannung, Strom, Leistung, cos phi usw. über 3-Phasen-Leistungsmessklemmen direkt erfasst. Da der Standort Bodelwitz jetzt über eine DSL-Verbindung verfügt, kann das IP-basierte 104er-Fernwirkprotokoll zur Kommunikation mit der Leitstelle verwendet werden....bis in den Ex i-bereich Der Fernwirkcontroller und die daran angereihten I/O-Busklemmen reduzieren die lokale Steuereinheit auf ein einziges System, was das Handling sehr vereinfacht. Besonders die Signalaufbereitung aus dem Ex-Bereich ist mit den Ex-i-Busklemmen komfortabel gelöst, da wir keine weiteren Komponenten zur Ex-Trennung wie Zener-Barrieren benötigen, ergänzt der Spezialist der TEN Thüringer Energienetze GmbH. Den Umbau der Fernwirkstation führte die Streicher GmbH Tief- und Ingenieurbau Jena durch. Roland Pfeifer, Leiter Service ELT und Automation bei Streicher, ist von der Einfachheit der Lösung überrascht und fasst die Vorteile prägnant zusammen: Beim WAGO-I/O-SYSTEM können die Signale aus dem explosionsgefährdeten Bereich direkt auf spezielle Busklemmen verdrahtet werden. Dadurch werden weniger Baugruppen benötigt und der Verdrahtungsaufwand verringert sich. Weiterhin übernimmt das System alle Funktionen, die in der Station benötigt werden: Generieren von Odorierimpulsen, Steuern der Gasvorwärmung sowie des Drucks und der Gasmenge, dazu die Fernwirkfunktionalität und die Visualisierung der Prozesse. PI-Regler im Fernwirkcontroller implementiert Bei der Gasbezugs- und Gasdruckregelung ersetzt eine leistungsfähige Softwareregelung im Controller den separaten Industrieregler mit Analogschnittstelle. Die Programmierung stammt von 3S-Smart Software Solutions GmbH und ist als Steuerungsapplikation im Controller hinterlegt. Die Programmierung erfolgte über CODESYS gemäß IEC und umfasst die Funktionen Zählerschutz, Regelung der Bezugsmenge und des Drucks, stoßfreie Umschaltung, Aussetzbetrieb, Handsteuerung sowie die Adaption an die vorhandene Anlagentechnik. Durch die dezentrale Steuerfunktion des Controllers und der Visualisierung vor Ort lässt sich die Station bei Ausfall der Kommunikation wie eine Endstelle überprüfen und steuern. Text: Ulrich Menzel, WAGO Foto: WAGO 18

19 NEUE FREIHEIT IN DER FERNWIRKTECHNIK WAGO bietet mit dem Fernwirktechnik-Gateway eine gewerkeübergreifende und herstellerunabhängige Anbindung von bis zu 64 Fernwirkunterstationen an die Leittechnik. Egal ob in der Wasser-, Strom- oder Gasversorgung die Bedeutung dezentraler Teilnehmer und die Komplexität von Steuerungssystemen nehmen stetig zu. Gefragt sind hier intelligente, flexible Fernwirklösungen. Mit den neuen, kompakten Fernwirktechnik-Gateways von WAGO lassen sich jetzt bis zu 64 Unterstationen in einer offenen Struktur an die Leitebene anbinden. Damit gewinnen Anwender ein ganz neues Maß an Freiheit, Transparenz und Kosteneffizienz. Der dynamische Ausbau regenerativer Energien hat dazu geführt, dass die Anzahl dezentraler Energieerzeuger massiv gestiegen ist. Der Trend geht heute von Stromnetzen mit überwiegend zentraler Stromerzeugung hin zu Strukturen mit zahlreichen heterogenen Anlagen wie Blockheizkraftwerken, Solar- oder Windparks sowie Biogas- oder Wasserkraftanlagen. Diese neuen Herausforderungen verlangen nach modernen, intelligenten Stromnetzen zur Steuerung, Lastenverteilung, Speicherung und Erzeugung von elektrischer Energie sogenannten Smart Grids. Ähnliche Entwicklungen sind auch in anderen Bereichen der Leittechnik wie Gasverteilung, Wasserversorgung und Abwasserentsorgung zu beobachten. Häufig entsteht so ein unübersichtliches Netz mit unterschiedlichen Schnittstellen verschiedener Hersteller und einer Vielzahl an geschlossenen, herstellergebundenen Systemen für den Kunden gleichbedeutend mit einer Blackbox. Anwender sind daher gezwungen, bei jeder Systemanpassung, Programmierung oder Parametrierung den Leittechnikhersteller mit einzubeziehen. Das führt zu unflexiblen Strukturen und zusätzlichen Servicekosten. Bisher müssen Anwender in der Regel bei der Kommunikation von der Feld- zur Leitebene immer auf Produkte des Leittechnikherstellers zurückgreifen. Ihnen stehen daher kaum Möglichkeiten zur Verfügung, sich nach günstigeren und besseren Produktalternativen umzusehen. Diese kunden- und marktunfreundliche Situation könnte sich nun mit den neuen Fernwirktechnik-Gateways (WTG) von WAGO ändern. direct energy 19

20 Marktliberalisierung Das WTG führt erstmalig eine offene Übertragungsebene zwischen den Teilnehmern im Feld und der Leitebene ein. Dafür verbindet ein Industrie-PC mit WAGO-Fernwirk-Software als Kommunikationsgateway die maximal 64 Fernwirkunterstationen (gemäß IEC /104) mit der Leitebene (gemäß IEC ). Zur seriellen Kommunikation ins Feld können bis zu zwölf RS-232-Module an den Industrie-PC angereiht werden. Das WTG kann überall zum Einsatz kommen, wo Fernwirkunterstationen herstellerunabhängig angeschaltet werden sollen oder die Beschränkung der Leittechnik hinsichtlich der Anzahl möglicher Verbindungen aufgehoben werden soll. Die Anbindung zur Feldebene ist über Standleitung, Wählverbindung oder transparente TCP/IP-Verbindung (DSL oder GPRS-Router) und zur Leitebene via ETHERNET- oder serieller Kommunikation möglich. Die Daten werden eins-zu-eins zuverlässig und sicher an die Leitstelle kommuniziert, sodass keine zusätzliche Parametrierung erforderlich ist. Auch ein optionaler redundanter Aufbau über eine TCP/IP-Anbindung von zwei IPCs an eine Leittechnik ist möglich. Das sorgt für erhöhte Sicherheit bei kritischen Anwendungen wie in der Abwasserentsorgung, wo eine Verunreinigung der Umwelt um jeden Preis verhindert werden muss. Ebenso lassen sich zwei Leittechniken an einen IPC anschließen. Skalierbarkeit und Kosteneffizienz Das WTG ermöglicht das hersteller- und gewerkeübergreifende Sammeln von Daten aller Fernwirkunterstationen und die zentrale Weiterleitung zur Leitebene. Neben der Bündelung des Datenverkehrs unterstützt das WTG auch die Koordination von eingehenden und ausgehenden Analog-, GSM- oder ISDN-Wählverbindungen zu den Unterstationen. Für den Betrieb ist keine spezielle Parametrier- Software notwendig. Via Web-Based-Management (WBM) können Anwender innerhalb ihrer Lizenzvereinbarung eigenständig Teilnehmer hinzufügen und Systemanpassungen vornehmen. Das vereinfacht die Installation von Fernwirkunterstationen und senkt den Integrationsaufwand. Unnötige Kosten durch externe Serviceleistungen entfallen. Durch eine verbesserte Datentransparenz können Anwender mögliche Fehler an Geräten im Feld nun bereits an der Übertragungsebene erkennen und oft selbständig beheben. Das WAGO-Fernwirktechnik-Gateway stellt damit in jeder Hinsicht eine kosteneffiziente Fernwirklösung dar, die durch Einsparungen bei den Servicekosten, einen attraktiven Anschaffungspreis sowie eine anwendungsspezifische Skalierbarkeit überzeugt. Neben der WTG-Ausführung mit bis zu 64 Unterstationen gibt es eine Light - Variante, die auf vier Linien ins Feld begrenzt ist und eine Einbindung von bis zu 16 Fernwirkunterstationen ermöglicht. Funktional ist das WTG Light nicht eingeschränkt. Diese schlanke Ausführung eignet sich besonders für den dezentralen Einsatz in der Erzeugung regenerativer Energie wie in Solar- oder Windparks und stellt im Leittechnikmarkt ein Novum in Sachen Skalierbarkeit dar. Modularität und Flexibilität Das WTG ist Teil des feldbusunabhängigen WAGO-I/O-SYSTEMs, das mit seinem feinmodularen Design den Anforderungen an Feld- Leitebene WAGO-Fernwirktechnik Gateway gemäß IEC und IEC Übertragungsebene Router mit fester IP WAGO-Fernwirktechnik Gateway light für bis zu 16Unterstationen Feldebene Übertragung gemäß IEC via IP-Sec-VPN-Tunnel Übertragung IEC /-103/-104 Übertragung IEC /-103/-104 GSM Modemanbindung Fernwirkunterstationen 1 16 Fernwirk unterstationen mit Modemanbindung 20

21 bussysteme in der Energieversorgung und -verteilung, der Wasserund Gasversorgung sowie der Abwasserentsorgung in besonderem Maße Rechnung trägt. Im Rahmen des WAGO-Systems stehen über 400 I/O-Busklemmen zur Erfüllung der vielfältigen Anforderungen für die unterschiedlichen analogen oder digitalen Ein- und Ausgänge zur Auswahl von hochverdichteten 16-Kanal-Digitalklemmen bis zu Spezialmodulen wie den 3-Phasen-Leistungsmessklemmen. Auch die Kommunikation per Funk und Lösungen für explosionsgefährdete Bereiche mit eigensicheren Baugruppen (Ex-i-zertifiziert) sind integrierbar. Mit dem flexiblen I/O-System bietet WAGO Komponenten für eine optimale Überwachung in Energieübertragungs- und -verteilungsnetzen zur Sicherstellung der Energieversorgung auf Basis eines effizienten und zuverlässigen Systembetriebs. Denn das I/O-System spricht die Sprache der Versorger: die IEC-Protokolle und -104 sowie IEC 61850/ Ein Konfigurator erlaubt es, ohne umständliche Programmierung IEC-Meldungen zu generieren. Das WTG bildet somit selbst in einem gemischten Netzwerk eine einheitliche Hardwarebasis zur sicheren Datenübertragung und sorgt für Planungssicherheit auf Seiten des Betreibers. Erhöhte Wirtschaftlichkeit Das WTG ermöglicht eine gewerkeübergreifende und herstellerunabhängige Anbindung von bis zu 16 beziehungsweise bis zu 64 Fernwirkunterstationen an die Leittechnik. Damit erhöht es auf einzigartige Weise den Handlungsspielraum und die Wahlfreiheit der Anwender. Diese können dank verbesserter Transparenz technische Störungen auf der Feldebene ohne Hinzuziehen des Leittechnikherstellers beheben. Außerdem können sich Betreiber bei Systemerweiterungen nun frei und herstellerunabhängig entscheiden. Das birgt Einsparpotential und erleichtert Systemmodifikationen. Als einfach zu handhabende Fernwirkschnittstelle für zuverlässige Datenübertragung dient das WTG der effizienten Steuerung komplexer Leittechniksysteme und bietet Betreibern gleichzeitig eine besonders wirtschaftliche Lösung. Text: Kay Miller, WAGO Foto: WAGO Das WTG führt erstmalig eine offene Übertragungsebene zwischen den Teilnehmern im Feld und der Leitebene ein. Die vereinfachte Installation von Fernwirkunterstationen via Web-Based-Management senkt den Integrationsaufwand. Novum in Sachen Skalierbarkeit: WTG Light eignet sich besonders für den Einsatz in der Erzeugung regenerativer Energie. direct energy 21

22 LEISTUNGSMESSUNG IM Könnte Teile des Netzausbaus überflüssig machen: Zur En IBC SOLAR auf Automatisierungstechnik von WAGO. Die Energiewende in Deutschland macht grundlegende Änderungen in der Erzeugung und der Verteilung von elektrischer Energie notwendig. Solar- und Windenergieanlagen sowie der Netzausbau sind dabei die am häufigsten diskutierten Themen. Zusätzlich ist auch eine Speicherung elektrischer Energie auf lokaler oder regionaler Ebene ein wichtiger Baustein, der sogar einen Teil des Netzausbaus überflüssig machen könnte. Für seine Lösungen zur Energiespeicherungen in Ortsnetzen setzt IBC SOLAR Controller und Leistungsmessklemmen von WAGO ein. Maßnahmen zum Netzausbau sind zum Teil mit sehr hohen Kosten verbunden. Ideal ist es daher, wenn man die elektrische Energie direkt dort verbrauchen kann, wo sie erzeugt wird. Hier macht sich ein Nachteil von Photovoltaik- und Windenergieanlagen schmerzlich bemerkbar: Strom erzeugen diese nämlich nur, wenn die Sonne scheint und der Wind weht. Hinzu kommt, dass gerade in ländlichen Gebieten das Niederspannungsnetz in vielen Fällen relativ schwach ausgelegt ist und so eine Einspeisung zurück auf die Mittelspannungsebene ohne Netzausbau oft nicht möglich ist. Sind viele Photovoltaikanlagen in einem Ortsnetz in Betrieb, stößt das Netz bei maximaler Einspeisung schnell an seine Grenzen. Gerade zur Mittagszeit kann es zu einem erheblichen Spannungsanstieg kommen. Eine sinnvolle Alternative zur Rückspeisung in die Mittelspannungsebene und den Ausbau des Ortsnetzes ist der Einsatz eines lokalen Energiespeichers, der die überschüssige Energie in den Mittagsstunden aufnimmt und abends bei Bedarf wieder abgibt. Ortsnetzspeicher als Pilotprojekt In einem Pilotprojekt in dem zu Neustadt bei Coburg gehörenden Ortsteil Fechheim haben die SWN Stadtwerke Neustadt und der im Nachbarlandkreis ansässige Photovoltaikspezialist IBC SOLAR einen Energiespeicher in das Ortsnetz eingebunden. Der Ortsnetzspeicher, der im September 2012 in Betrieb ging, besteht aus Bleibatterien mit einer Gesamtkapazität von 236 kwh, bidirektionalen Wechselrichtern und einer umfangreichen Mess- und Regeltechnik. Zentrales Element der Mess- und Regeltechnik ist das WAGO-I/O- SYSTEM 750: Der programmierbare ETHERNET-Controller ( ) ist mit I/O-Klemmen für die serielle Kommunikation mit den Wechselrichtern sowie einer Drei-Phasen-Leistungsmessklemme ( ) ausgestattet. Diese misst sowohl die Spannungen als auch die Ströme aller drei Phasen und lässt sich damit ideal in einem Energieverteilnetz einsetzen. Die Betriebsstrategie des Ortsnetzspeichers basiert letztendlich darauf, dass wir die Spannung auf einem gewissen voreingestellten Wert regeln, erläutert Marco Siller, der das Projekt bei IBC SOLAR verantwortet. Dazu muss man die genauen Spannungen im Niederspannungsnetz kennen. Steigt die Spannung zu stark an, so werden die Batterien des Speichers geladen. Dies passiert je nach Sonneneinstrahlung zwischen Vormittag und frühem Nachmittag. Wenn in den Abendstunden die Photovoltaikanlagen nicht mehr einspeisen, geben die Batterien die gespeicherte Energie wieder in das Ortsnetz ab. Ein Ortsnetzspeicher in Fechheim macht den Ausbau des Ortnetzes trotz vieler Photovoltaikanlagen überflüssig. 22