EU- Projekt Web2Energy und der Kommunikationsstandard IEC 61850

Transkript

1 EU- Projekt Web2Energy und der Kommunikationsstandard IEC Dr. Bernd Michael Buchholz Leiter der ETG- Task Force«Aktive EnergieNetze» Technischer Leiter EU- Projekt Web2Energy Mitglied im Europäischen Advisory Council «Smart Grids»

2 Energiewandel Ziele EU und Deutschland Die EU hat ambitionierte Ziele für 2020 ( in 2020) 1. 20% Reduktion Energieverbrauch durch Effizienzverbesserung % Senkung CO 2 - Ausstoß und 3. 20% Anteil regenerativ im Primärenergieträgerverbrauch Deutschland will mehr: 1. Wachstumspläne für regenerative Energie im Jahresstromverbrauch % - 10 % volatil (Wind, Sonne) % - 22 % volatil % - 35 % volatil 2. Abschaltung aller Kernkraftwerke bis % Reduktion allein im Stromverbrauch bis Starkes Wachstum bei neuen Verbrauchern - E- Mobile, Wärmepumpen

3 Der geplante Wandel von 2010 bis 2030 [1] [1] Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Studie 12/10 Energieszenarien für ein Energiekonzept der Bundesregierung

4 Konsequenz 1. Dislozierung Last - Erzeugung Wachsendes Ungleichgewicht Erzeuger- und Lastzentren Bedarf an Netzausbau und gesteigerte regionale Erzeugung im Süden

5 Fossil nach BMWi [1] Konsequenz 2. Extremsituationen Überschuss 15 GW/ 105 GWh Mit KWK: 30 GW, 430 GWh (VDE) (VDE)

6 Die Smart Grid Vision der EU Ein Smart Grid ist ein elektrisches Netz, das die Aktionen aller angeschlossenen Nutzer Erzeuger, Verbraucher, Speicher intelligent koordiniert um Effizienz in der nachhaltigen, ökologischen, wirtschaftlichen und zuverlässigen Stromversorgung zu gewährleisten. Koordination bedeutet Einsatz von Kommunikationstechnik auf allen Ebenen auch in Verteilungsnetzen Erzeuger und Verbraucher sind Marktakteure Netzsteuerung und Marktoperationen kommen in Wechselbeziehung DSI Demand Side Integration

7 Top down Bidirektional Herausforderungen für Verteilungsnetze Immer mehr verteilte Erzeuger mit wetterabhängiger Einspeisung Neuartige Lasten wie E-Mobile, Wärmepumpen, Klimaanlagen Gestern Bereits heute Leistungsfluss Muss der Netzausbau jede Extremsituation berücksichtigen?

8 Wirtschaftlichkeit durch Verflechtung von Netz und Markt Smart Supply Funktion Smart Grid Smart Market Netzautomatisierung Energiespeicher Lastmanagement DSM Virtuelles Kraftwerk Versorgungsqualität durch Regelbarkeit sichern Last-/Spannungsregelung auf Vertragsbasis Last-/Spannungsregelung auf Vertragsbasis Last-/Spannungsregelung auf Vertragsbasis Lastbeeinflussung DSR Last-/Spannungsregelung Variable Netzentgelte DSM Demand Side Management Diskriminierungsfreier Netzzugang Einkauf, Verkauf am Energiemarkt Angebot am Markt für Systemdienstleistungen Teilnahmeoptimierung an verschiedenen Märkten Dynamische Tarife Marktintegration Kunden DSR Demand Side Response

9 ÜN LS Verteilungsnetze brauchen Kommunikation Kommunikation heute und in Zukunft gestern IEC Vielfalt der Kommunikation ÜN morgen Abhilfe: Einheitlicher Standard der Kommunikation auf allen Ebenen plug and play Reg LS US LS ÜN Übertragungsnetz Reg Netz 110 kv US Unterstation LS Leitstelle VKW virtuelles Kraftwerk MS Mittelspannung NS - Niederspannung 110 kv MS NS ~ ~ ~ ~ VKW LS Kommunikation geht über das Verteilnetz bis zum Kunden Nutzen vorhandener Infrastruktur für die Kommunikation im Verteilnetz wie Netzkabel, Funk, Glasfaser, Kupfer... Die Kommunikation deckt die Netz- und Marktsteuerung ab

10 Am Anfang war die Kommunikation rudimentär Mosaiktafel Vorgestern Störschreiber Schutz Fernwirkgerät Parallelverdrahtung Feld Parallelverdr. Jedes Signal hatte seinen eigenen Draht!

11 Digitale Schutz und Stationsleittechnik ab 1986 Baugruppentechnik, zunehmende Funktionsintegration Lichtwellenleiter, Punkt zu Punkt 8TK Zentralgerät (Floppy 1,4 MB als Massenspeicher ) Feldleitgerät Schutz Schaltfehlerschutz Kommunikation Ethernet Kompaktes Kombigerät

12 Stationsleitsysteme ab 1986, IEC Ethernet ab 2003 Leitstelle Schutz Übernehmen heute zunehmend die Aufgaben der Fernwirkgeräte plus zusätzliche Automatisierungs- und Monitoringfunktionen Verteilte Intelligenz mit Schutz- und Leitgeräten im Schaltfeld Stationsleitebene mit PC LAN / WAN Instandhaltung IEC /104 DNP V3.00 Ethernet / IEC61850

13 Die Standards IEC x waren zu unflexibel 1994 wurde eine internationale Arbeitsgruppe des IEC TC 57 gebildet. Ziele: Kurzzeitweg: Vorhandene Systematik zum Standard erheben, um schnellstens den dringenden Bedarf zum kompatiblen Anschluss der Schutztechnik an die Stationsleittechnik zu decken. VDEW - Empfehlung wird IEC Langzeitweg: Schaffung eines allumfassenden Kommunikationsstandards ohne Einschränkungen bei wenig Engineering aber mit Offenheit für Erweiterung und künftige Übertragungstechniken: IEC 61850

14 Die Ziele des IEC Standards Interoperabilität Austausch von Informationen zwischen intelligenten elektronischen Geräten (IEDs) verschiedener Hersteller Nutzen der Information für die eigenen Funktionsabläufe Freie Konfigurierbarkeit Freie Anordnung von Funktionen und Geräten Unterstützung aller möglichen Betriebsphilosophien Nachhaltigkeit Erweiterbar für zukünftige Anforderungen Offen für Fortschritte in der Entwicklung der Kommunikationstechnologie Einbindung neuer Anwendungen, Funktionen und Techniken Effizienz Reduzierung Engineeringaufwand Selbsterklärende objektorientierte Datenmodelle

15 IEC Die entscheidenden technischen Vorteile 1. Ethernet die Revolution in der Kommunikation 2. Offene objektorientierte Datenmodelle erweiterbar 3. Configuration rules - Engineering leicht gemacht 3. Neue Dienste Komfort, Sicherheit, Performance 4. 3 Protokolle auf einem Bus - Ethernet Titel bis 2011: Communication networks and systems in substations

16 IEC bietet Datenmodelle für Anwendungen bis in die Verteilungsnetze Windanlagen mspannwerke HS Leitstellen Umspannwerk e MS IEC Neuer Titel: Communication network and systems for power utility automation Verteilte Erzeuger Wasserkraft werke Neu: Verteilungsnetz

17 Durchgängigkeit der Kommunikation mit IEC 61850

18 Web2Energy (W2E) ein Europäisches Leuchtturmprojekt Netzautomatisierung 9 Ortsnetzstationen im offenen Ring Oberroden

19 Die 3 Säulen von Smart Supply Smart Grid Verteilnetzautomatisierung Smart Market Virtuelles Kraftwerk Smart Metering Spannungs- und Lastflussüberwachung zur Integration verteilter Erzeuger und E-Mobile, Spannungsregelung, Trennstellenverlagerung für Fehlerbeseitigung & Überlastreduktion Bessere Versorgungsqualität Zählwerte ¼ h, Messungen I, U, P, Q Status Schaltzustände, Schalt- und Stufungsbefehle, Status Kurzschlussstromanzeiger Rücksetzen Kurzschlussstromanzeiger, Anzeige Fern/ Nahsteuerung Aggregatiom Funktionen, Ziele Aggregation verteilter Erzeuger, Speicher und steuerbarer Lasten zur Bilanzierung und optimierter Marktteilnahme für Energie, Systemdienste, CO2 -Zertifikate zu kommunizierende Daten Zählwerte ¼ h Messungen I, U, P, Q,Pth, Est Sollwerte P, Q Fahrpläne (P,Q 96 ¼ h) Schaltbefehle, Statusinformationen E Energie, th thermisch, st thermisch gespeichert Kiunden Marktintegration der Stromkunden über dynamische Tarife Motivation zur Energieeffizienz durch Visualisierung von Tarifen, Verbrauch und Kosten. Wirtschaftliche Vorteile für Händler und Kunden Zählwerte 1h Tarifsignale Tarifprognosen day ahead, intraday Aktueller Verbrauch, Kosten, Einsparungen über WEB oder Mobilfunk

20 Die Kommunikationsarchitektur W2E

21 Einfluss auf die Lehre VDE- Seminare Smart Grid und IEC seit 2009 Aufbau von Smart- Grid- Labors und Ausbildung in den Universitäten Magdeburg, Wroclaw und Irkutsk auf Basis W2E Ab heute ist die TH Salzburg mit im Bunde!

22 Resümee Ambitionierte Strategien des Energiewandels erfordern die Netzintegration signifikanter Anteile regenerativer Erzeugung Die Wirtschaftlichkeit des künftigen Verteilnetzbetriebes erfordert die Koordination von Netz und Markt im Sinne von Smart Supply Smart Supply öffnet neue Märkte für Produkte & Dienstleistungen im Sektor der Information- und Kommunikationstechnologie (IKT) Die Deutsche Normungsroadmap definiert die perspektivischen Standards für Smart Grids: IEC ist der künftige Kommunikationsstandard für alle Ebenen der Stromnetze Erste Praxiserfahrungen für die Umsetzung von Smart Supply auf Basis der perspektivischen IEC - Standards sind im Rahmen europäischer und der deutschen E- Energy- Projekte gewonnen Die Integration der neuen Technologien in die Lehre beginnt