Technologie des Virtuellen Kraftwerks
So funktioniert unser Next Pool
Ob PV-Anlage, Windpark, BHKW oder Biogasanlage: Das Virtuelle Kraftwerk (VPP) bündelt eine riesige Anzahl dezentraler Stromproduzenten sowie flexibler Stromverbraucher und Speichersysteme. Erfahren Sie mehr über die Technologie, die unser VPP antreibt.
Was ist das Ziel eines Virtuellen Kraftwerks?
Im Virtuellen Kraftwerk sind tausende Stromproduzenten und Stromverbraucher digital vernetzt. Durch die Vernetzung wird die Leistung der Teilnehmenden gebündelt – zahlreiche kleine Anlagen an verschiedenen Standorten können von einem zentralen Ort gesteuert und koordiniert werden. Mit diesem Pool an flexibel steuerbaren Stromproduzenten lassen sich Frequenzschwankungen ausgleichen und das Stromnetz stabilisieren. Das VPP schafft zugleich die Voraussetzung für die Integration der Erneuerbaren in die Strommärkte und ihre Teilnahme am Regelenergiemarkt. Aufgrund schwankender Erzeugungsprofile können einzelne kleine Anlagen meistens keine Regelenergie erbringen oder ihre Flexibilität an den Strombörsen vermarkten. Durch das Bündeln der Leistung mehrerer Einheiten eröffnet das VPP den Teilnehmenden neue Marktchancen. Ermöglicht wird die Koordination und Steuerung der Anlagen durch zwei Komponenten: das zentrale Leitsystem, in dem alle Prozesse zusammenlaufen, und die Next Box, über die die einzelnen Anlagen in das Virtuelle Kraftwerk eingebunden werden.
Leitsystem: Leistungsstarke Datenverarbeitung
Das Leitsystem ist das technologische Herzstück des Virtuellen Kraftwerks. Alle Anlagen, die im VPP vernetzt sind, können durch das zentrale Leitsystem effizient überwacht, koordiniert und gesteuert werden. Steuerbefehle und Daten werden über gesicherte Datenverbindungen übertragen, die durch Verschlüsselungsprotokolle vom übrigen Datenverkehr abgeschirmt sind. Das Leitsystem speichert alle Daten, die zur Berechnung der optimalen Betriebsfahrpläne für Stromerzeuger und -verbraucher benötigt werden. Dies sind zum Beispiel:
Ist-Leistung
Bereitschaft der Anlage oder des Stromverbrauchers
Leistungsband für die Regelenergie
Gas- oder Wärmespeicher
Ist-Temperatur (z.B. bei einem Kühlhaus
Wasserfüllstände (z.B. bei einer industriellen Pumpe)
Die Datenverarbeitung wird an zwei Server-Standorten durchgeführt, die an zwei verschiedene Mittelspannungsleitungen angeschlossen und über redundante Leitungen miteinander verbunden sind. So entstehen Server-Cluster mit jeweils paarweise redundanten Servern. Wenn einer der Server ausfällt, springt automatisch sein Gegenstück ein. Durch diese verschiedenen Sicherheitsmaßnahmen stellen wir sicher, dass auch bei unterschiedlichen Störungsfällen das Leitsystem und damit der Next Pool reibungslos weiterlaufen.
Das Leitsystem verarbeitet ebenfalls die notwendigen Daten für die Bereitstellung von Regelenergie und für eine strompreisoptimierte Fahrweise von Anlagen. Für die Berechnung des Regelenergie-Angebots nutzen wir Optimierungs-Algorithmen. Mit diesen schreiben wir die Fahrpläne und füttern sie zurück ins Leitsystem. Auf Basis dieser Daten wissen wir, wie viel Leistung in unserem Virtuellen Kraftwerk bereitsteht und wie viel Regelenergie wir anbieten können.
Bei der strompreisorientierten Fahrweise von Anlagen werden auf Basis von Strompreissignalen im Intraday-Handel der Strombörse EPEX Spot flexible Stromerzeuger wie BHKWs viertelstundengenau hoch- und runtergefahren. Die Anlagen produzieren also immer nur so viel Strom, wie gerade im Netz benötigt wird. Durch diese flexible Fahrweise können Anlagenbetreibende lukrative Erlöse erzielen.
Next Box: Die sichere Verbindung zum VPP
Kleine dezentrale Einheiten können nur gebündelt am Regelenergiemarkt teilnehmen – denn hierfür ist eine Leistung von mindestens fünf Megawatt erforderlich und diese muss zuverlässig und schnell abrufbar sein. Die Next Box macht das möglich, denn sie bündelt die Einzelanlagen im Next Pool und sorgt dafür, dass sie alle zentral steuerbar sind wie ein einziges Kraftwerk.
Die Next Box verbindet die Anlagen im Next Pool mit unserem Leitsystem über eine bidirektionale, speziell abgesicherte Mobilfunkverbindung. Diese wird über eine SIM-Karte hergestellt und verfügt über einen eigenen Zugangspunkt zum Mobilfunknetz (APN). An diesem Zugangspunkt muss sich jede in einer Next Box eingebaute SIM-Karten authentifizieren, damit sie der geschlossenen Benutzergruppe für die Kommunikation mit dem Leitsystem beitreten kann.
Die Next Box besteht aus drei Kernelementen:
- SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung): Die SPS ist einem kleinen Computer inkl. Betriebssystem vergleichbar. Sie dient der Umwandlung von Informationen aus dem Betrieb des Stromerzeugers/-verbrauchers und der Gewährleistung eines sicheren Datenaustausches zum Virtuellen Kraftwerk.
- Modem: Stellt eine Kommunikationsverbindung zwischen dezentraler Einheit und Leitsystem her.
- Antenne: Verstärkt den Signalempfang und kann bei Bedarf bis zu 15m weit von der Next Box entfernt montiert werden, zum Beispiel auf einem Gebäudedach.
Wie alle Komponenten der hochkritischen Energie-Infrastruktur muss die Next Box nach den Transmission Codes der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) aufgebaut sein. Diese Bestimmungen wurden gemeinsam mit dem TÜV entwickelt und sind auch mit den Anforderungen des Bundesamtes für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) konform.
Die Installation der Next Box ist simpel. Sie kann zum Beispiel von den Wartungsfirmen der Anlage vorgenommen werden. Hierzu gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, je nach den Gegebenheiten vor Ort. So ist eine Installation in einem bereits vorhandenen Schaltschrank, direkt an der Anlage oder an der übergeordneten Anlagensteuerung möglich.
Da Solar- und Windkraftanlagen (noch) keine Regelenergie anbieten dürfen, sind hier die Anforderungen an die Technologie geringer als bei flexibel steuerbaren Einheiten. Die Installation der Next Box ist dort in der Regel nicht nötig. Stattdessen können wir Solar- und Windkraftanlagen mit einer gesicherten Verbindung über bestehende Protokollschnittstellen fernsteuerbar machen. Eine Liste der Hersteller, zu denen wir bereits standardmäßig Protokollschnittstellen vorhalten, finden Sie auf unseren Produktseiten.
