Windenergie zukunftssicher betreiben und managen: Kopplung zwischen Feld und Datenbank

Das Grundproblem bei der Windenergie ist, dass die Anlagen gebaut und betrieben werden, ohne eine exakte Kontrolle oder Steuerung der eingespeisten Energie zu haben. Je mehr Windenergie in Zukunft erzeugt wird, desto wichtiger ist es, darüber nachzudenken, wie die Energie verarbeitet werden soll. Die Netzbetreiber wissen, wie viele Anlagen installiert sind, somit kann er auch die theoretische Leistung berechnen und Prognosen erstellen. Die tatsächlich eingespeiste Menge kann aber von der geplanten abweichen. Es läuft also darauf hinaus, dass in der Zukunft die Regelfähigkeit nicht nur der Windkraftanlagen vorausgesetzt wird. In Deutschland ist diese Regelung im §6 des EEG definiert. Leistung entsprechend den Vorgaben des Netzbetreibers reduzieren Dieses Gesetz stellt sicher, dass ab 2011 alle Anlagen, die entsprechend des EEG vergütet werden und eine Nennleistung von >100kW aufweisen, in der Lage sein müssen, ihre Leistung entsprechend den Vorgaben des Netzbetreibers zu reduzieren. Sobald ein Teil der Anlagen wegen einer Wartung oder aus anderem Grund stillsteht, stimmen die errechneten Werte nicht mehr mit der tatsächlich eingespeisten Menge überein. In einem wegbereitenden Projekt liefert Enertrag daher gemeinsam mit anderen Windenergiebetreibern im Rahmen der Gesellschaft für Netzintegration (GENI e.V.) seit 2009 kumulierte Minutenwerte an einen Übertragungsnetzbetreiber in Deutschland. Mit dieser Erfahrung hat Enertrag nun auch international damit begonnen, nach einer Möglichkeit zu suchen, die Daten der Windkraftanlagen und des Netzes schnell und sicher zu sammeln und in einer SQL-Datenbank zu erfassen. So entstand das Pilotprojekt, bei dem Enertrag als erster Betreiber von Windkraftanlagen dem französischen Netzbetreiber RTE detaillierte Daten zur Verfügung stellt. Durch diese Netzdatenerfassung, sowie der Erfassung der Verfügbarkeit von Anlagen, steht immer genau fest, welche Menge an Energie im Moment produziert wird, und wie viele Anlangen gerade dazu beitragen. Dabei muss auch beachtet werden, dass man umso schneller reagieren muss, je mehr Windenergie man produziert. Wenn ein Gewitter über ein Gebiet zieht, produziert die Anlage in einer sehr kurzen Zeit eine große Menge an Energie. In diesem Fall muss der Netzbetreiber unverzüglich entgegen wirken, indem er beispielsweise die Kraftwerksleistung reduziert. \“Generell geht es um die Menge der Windenergie\“, sagt Enertrag-Projektleiter Jan-Erik Peters. \“In Frankreich wurden Anlagen mit einer Nennleistung von über 4GW installiert (ein Atomkraftwerk hat ca. 1GW). Mit steigender Nennleistung wird eine Rückmeldung über den Zustand der Anlagen elementar. Bei Netzproblemen könnten die Auswirkungen europaweite Folgen haben…\“. Durch das Pilotprojekt in Frankreich war nun die Möglichkeit gegeben, alle Daten regelmäßig zu sammeln, zu erfassen und zentral in der Datenbank abzulegen. Nur wenn alle relevanten Daten zur Verfügung stehen, lassen sich Trends erkennen und exakte Prognosen erstellen. Nach einer umfassenden Marktrecherche entschied sich Enertrag für den Einsatz eines Datensammlers, für Echocollect von Inat. Einsatz des Datensammlers Echocollect misst an den Einspeisepunkten ins öffentliche Netz die aktuelle Leistung, die Blindleistung und Betriebsdaten der Windenergieanlagen. Der Netzbetreiber ist so in der Lage, mit diesen Daten die erstellten Prognosen zu vergleichen und sie künftig entsprechend anzupassen. Den Service die Prognosen zu erstellen bietet Enertrag seit Jahren. Heute gibt es konkretere Einzelinformationen, etwa wie viele Anlagen prozentual gerade arbeiten, sich im Wartungszustand befinden, Probleme haben, oder wie hoch die Windgeschwindigkeit ist. Demnach kann der Anwender die erstellten Prognosen besser abgleichen. Durch die umfassende Datenauswertung eröffnen sich auch viel mehr Möglichkeiten bei der Vorgehensweise. Bei dem aktuellen Pilotprojekt von fünf Windfeldern (das entspricht einer Leistung von etwa 55MW) wird die Datenerfassung getestet und geprüft. Der nächste Schritt bei diesem Projekt besteht darin, Steuerbefehle zu den Anlagen zu senden. Mit Hilfe der Inat-Software werden die Daten kontinuierlich über einen Trigger geschrieben und aus der Datenbank gelesen. Es geht also nicht nur darum, die Kraftwerke zu beobachten (Monitoring), sondern auch um das ereignisbedingte Reagieren, z.B. im Fall einer Netzüberlastung. Die Windenergie lässt sich aufgrund der aktiven Blattverstellung moderner Anlagen sekundenschnell runter- bzw. hochregeln. Die Netzbetreiber wären so künftig in der Lage, die Leistung, die sie von der Netzzentrale einzelnen Windfeldern bzw. Netzknoten vorgeben könnten, zu reduzieren. Wieso Echocollect? \“Die Vorgabe war eine schnelle und stabile Lösung. Deswegen haben wir uns für das Echocollect entschieden. Diese kleine gelbe Box kann von verschiedenen Feldbussen lesen, und die Verbindung zur SQL war uns auch sehr wichtig. Echocollect arbeitet transparent als eine Art Gateway. Hier wollten wir keine Lösung, die lange programmiert werden muss, damit sie funktioniert\“, so Peters. Anwendung Zu einem festen Bestandteil jedes Windparks gehört ein zentraler PC, etwa ein Scada-Server, der sämtliche Daten erfasst. Die Schwierigkeit dabei ist, dass in den Windanlagen keine Schnittstelle vorhanden ist. Hier stellen die Anlagenhersteller nichts bereit. Dadurch fällt die Möglichkeit aus, direkt aus der Steuerung zu lesen. Aus Sicherheitsgründen wird, wenn es der Anlagentyp zulässt, dem Kunden zentral eine Schnittstelle zur Verfügung gesellt. Nur die Daten dieser so genannten Kundenschnittstellen, sind offen gelegt. Die Umsetzung ist von Hersteller zu Hersteller verschieden. Die Herausforderung besteht in der großen Vielfalt an Protokollen und Feldbussen. Das Ziel für die Zukunft ist es ein einheitliches Protokoll zu erschaffen, damit die Kommunikation transparenter wird. Bereits jetzt ist durch den Einsatz des Enertrag-PowerSystems die Verarbeitung der gemessenen Informationen genauer als bei anderen Dienstleistern. Nur an dem Übergabepunkt vom Windfeld zum Netzbetreiber ist die Netzdatenerfassung sinnvoll. Hier misst ein Gerät und stellt diese Daten an einer Modbus-Schnittstelle für diesen Netzknoten zur Verfügung. Die Informationen aber waren der Enertrag zu ungenau. Die Anforderung war die Daten noch aufgeschlüsselter auszuwerten, so z.B. Mittelwerte zu bilden. Hier überzeugte echocollect durch die Handhabung: das Lesen von Modbus RTU auf der einen, das Ablegen der Daten in die SQL-Datenbank auf der anderen Seite – und beides, ohne aufwändig programmieren zu müssen. Die Anforderung an die gelbe Box ist es, stabil, zuverlässig und autark vor Ort, draußen im Feld, diese Minutenmittelwerte zu generieren und weiterzuleiten. Bei Enertrag hat sich mittlerweile das PowerSystem etabliert. In das System fließen europaweit Daten von über 700 Windenergie- und Biogasanlagen ein. Die Daten werden je nach Bedarf erfasst, zum Beispiel alle zehn Minuten; die Intervalle sind optimal, damit man entsprechend reagieren kann. Der Netzbetreiber erhält allerdings Minutenwerte, da er damit besser rechnen kann. Wichtiger ist hier jedoch die schnellstmögliche Rückmeldung über den Zustand der Windenergie. Es interessiert den Netzbetreiber nicht, welche Anlage stillsteht, sondern wie viele Anlagen betroffen sind. Weiterverarbeitung der Daten Direkt über VPN werden die Daten auf einem SQL-Server gespeichert, der aktuell in Deutschland, in Dauerthal, steht. Momentan wird aber ein redundantes Netz in Frankreich aufgebaut, damit die Daten im Falle eines Fehlers nicht den \’Umweg\‘ über Deutschland nehmen müssen. Das DSL in Frankreich ist zwar sehr stabil, trotzdem ist es nur eine Leitung. Wenn also diese einmal ausfällt, existieren keine Daten. Deswegen wird die Verbindung sorgfältig beobachtet, überprüft. Es handelt sich hier um keine Industrieanlage, bei der das normale Netzwerk \’lebt\‘ und immer verfügbar ist. Es kann hin und wieder vorkommen, dass die Verbindung zum SQL-Server abbricht. \“Das war auch einer der Anfangseffekte: Nachdem die Verbindung weg war, wurde sie vom echocollect nicht mehr automatisch aufgebaut. Die Entwickler von Inat haben aber darauf reagiert. Die Anforderung wurde in das echocollect integriert und steht seitdem zur Verfügung\“, sagt Peters. Das System wertet die Werte jede Sekunde aus