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Ausgewählte Ausgabe: 3-2016 Ansicht: Modernes Layout
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VHPready 4.0

VIRTUELLE KRAFTWERKE | Eine Arbeitsgruppe des Industrieforums VHPready e. V. [1] hat Anfang September ihren Vereinsmitgliedern die Spezifikationen und Umsetzungsempfehlungen zu VHPready 4.0 zur Verfügung gestellt. Damit lassen sich virtuelle Kraftwerke realisieren, in denen erstmals eine betreiberübergreifende Interoperabilität für unterschiedliche Energieanlagen und die durch die deutschen Übertragungsnetzbetreiber geforderte IT-Security erreicht werden.


Ein wesentlicher Pfeiler für den Umbau der Energieversorgung in Deutschland – weg von Großkraftwerken, hin zu dezentralen Energieanlagen – sind virtuelle Kraftwerke (VK). Durch die intelligente Steuerung weiträumig verteilter Energieanlagen und die Möglichkeit der Speicherung elektrischer Energie in Form von Wärme bieten solche Verbundsysteme vielfältige Möglichkeiten zum Ausgleich zwischen der schwankenden Energienachfrage in öffentlichen Netzen und der Verfügbarkeit erneuerbarer Energien. So können zum Beispiel moderne Heizungssysteme (KWK-Anlagen, Wärmepumpen), Windkraftanlagen, Solaranlagen, Biosgasanlagen, steuerbare Lasten und Speichersysteme durch die Erweiterung mit einer sicheren VK-Kommunikationsschnittstelle in die öffentliche Stromversorgung eingebunden werden und dadurch einen volkswirtschaftlich und ökologisch wichtigen Beitrag zum Umbau des zentralen Energienetzes in ein zukunftsweisendes dezentrales Netz leisten.
Virtuelle Kraftwerke werden von den Betreibern für den Energiehandel genutzt. Die Zielmärkte sind über die Leipziger Energiebörse EEX (European Energy Exchange) erreichbar. Aber auch der Netzregelverbund der vier deutschen Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) 50Hertz, Amprion, TransnetBW und Tennet TSO bietet ein großes Nachfragepotenzial. Hier wird zum Beispiel die so genannte Standard-Regelleistung (SRL) benötigt, um das Gleichgewicht zwischen physikalischem Stromangebot und der Nachfrage im ÜNB-Regelverbund und damit die Stabilität der deutschen Stromnetze zu gewährleisten. SRL lässt sich sowohl über dezentrale Erzeuger (positive Regelleistung) oder auch mittels orchestrierter Lasttrennung beziehungsweise Abregelung (negative Regelleistung) mit einem Virtuellen Kraftwerk erzeugen [2; 3].

Universell nutzbare Datenpunkte

In einem virtuellen Kraftwerk werden dezentrale Energieanlagen (so genannte Technische Einheiten, TE) per Fernwirkverbindung mit einer Leitstelle (LS) verbunden. Die Spezifikationen zu VHPready 4.0 umfassen Fernwirkprotokolle, Datenpunktliste und IT-Security für die Kommunikation zwischen LS und TE.

In einem virtuellen Kraftwerk werden dezentrale Energieanlagen (so genannte Technische Einheiten, TE) per Fernwirkverbindung mit einer Leitstelle (LS) verbunden. Die Spezifikationen zu VHPready 4.0 umfassen Fernwirkprotokolle, Datenpunktliste und IT-Security für die Kommunikation zwischen LS und TE.

Den funktionalen Kern von VHPready 4.0 bildet eine umfangreiche Datenpunktliste. Sie unterstützt die Integration unterschiedlicher Energieanlagen in virtuelle Kraftwerke unter Zuhilfenahme der Fernwirkprotokolle IEC 60870-5-104 oder IEC 61850-7-420 und TCP / IP als Transport- und Netzwerkprotokolle. Neben einem Anlagenpark mit einem Verbund verschiedener Energiesysteme ermöglicht diese Datenpunktliste die Einbindung von Blockheizkraftwerken (BHKW), Windkraft- und Solaranlagen, Wärmepumpen, Batterien, Elektroheizungen, Kessel und Pufferspeicher. Darüber hinaus existieren Datenpunkte für Zähler und externe Meldekontakte. In der Datenpunktliste findet man genaue Vorgaben für die Datenformate, die zwischen Leitstelle (LS) und Technischer Einheit (TE) sowohl in Überwachungsrichtung (von der TE zur LS) als auch in Kontrollrichtung (von der LS zur TE) ausgetauscht werden. Die VHPready-Experten gingen beim Entwurf der neuen Spezifikation davon aus, dass das jeweilige Fernwirkprotokoll nicht direkt in der Anlagensteuerung (TE-Steuerung), sondern in einem vorgeschalteten Kommunikations-Gateway beziehungsweise Adapter terminiert wird. Insofern wurde beim Festlegen der Datenpunkte darauf geachtet, dass sich diese relativ einfach in andere Protokolle, wie zum Beispiel Modbus, konvertieren lassen. Mit anderen Worten: Die bereits existierende Steuerung einer Energieanlage muss für den Einsatz innerhalb eines VHPready-4.0-VK nicht verändert werden. Die Umsetzung der Datenpunkte und Protokolle erfolgt im Gateway.
Beim Entwurf der Datenpunktliste wurde des Weiteren berücksichtigt, dass mit einem virtuellen Kraftwerk unterschiedliche Energiemärkte bzw. Marktsegmente bedient werden. Neben dem Spotmarkt der EEX unterstützen die Datenpunkte die Vermarktung von Regelleistung im Netzregelverbund der vier deutschen Übertragungsnetzbetreiber. Aber auch andere Formen der Direktvermarktung sind technisch möglich.

Auf der einen Seite sehr sicher

VHPready 4.0 benutzt für die Fernwirkverbindung zwischen Leitstelle (LS) und dezentraler Energieanlage (Technische Einheit, TE) ein zweistufiges Sicherheitskonzept. Die Kommunikation erfolgt innerhalb geschlossener Benutzergruppen in Mobilfunknetzen oder kabelgebundenen MPLS-Netzen (MPLS, Multiprotocol Label Switching) und ist zusätzlich per VPN gesichert.

VHPready 4.0 benutzt für die Fernwirkverbindung zwischen Leitstelle (LS) und dezentraler Energieanlage (Technische Einheit, TE) ein zweistufiges Sicherheitskonzept. Die Kommunikation erfolgt innerhalb geschlossener Benutzergruppen in Mobilfunknetzen oder kabelgebundenen MPLS-Netzen (MPLS, Multiprotocol Label Switching) und ist zusätzlich per VPN gesichert.

Die IT-Security für ein VHPready-4.0-konformes virtuelles Kraftwerk basiert auf einem zweistufigen Konzept, wenn mit Hilfe der dezentralen Energieanlagen Sekundärregelleistung zur Verfügung gestellt werden soll. In diesem Fall muss zunächst einmal die gesamte Vernetzung zwischen Leitstelle und Energieanlagen durch eine geschlossene Benutzergruppe im Funk- oder kabelgebundenen Netzwerk eines geeigneten Anbieters erfolgen. Innerhalb dieses abgeschlossenen Subnetzwerks kommt dann zusätzlich ein Virtual Private Network (VPN) zum Einsatz. Aus der geschlossenen Benutzergruppe heraus darf aus Sicherheitsgründen keine Verbindung zum Internet existieren.

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Autoren

 Klaus-Dieter Walter

SSV Software Systems GmbH, Hannover

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