Vor Jahren war das Internet einmal ein kleines Netzwerk, eine Anwendung für wenige spezielle Nutzer. Um weitere Netze anzubinden, entstanden mit der Zeit kompatible Standards wie TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) oder HTTP (Hypertext Transfer Protocol). Sie waren Auslöser für eine schnelle Verbreitung des Internets. Das Smart Grid befindet sich auf einem ähnlichen Weg. Immer mehr dezentrale Energieerzeugungsanlagen, Speicher und Verbraucher werden zusammengeschlossen. So entsteht ein intelligentes Netz, in dem Stromangebot und -verbrauch flexibel aufeinander abgestimmt werden können.
Die von Windrädern oder Photovoltaikanlagen erzeugten Kapazitäten müssen ins Stromnetz, vor allem in die Mittel- und Niederspannungsnetze, integriert werden. Die Volatilität der erneuerbaren Energien kann zu Auswirkungen auf die Frequenz im Netz führen: Es wird instabil, Erzeuger und Mittelspannungsschaltanlagen schalten sich ab und es könnte zum Netzausfall kommen.
Anlagen einfach miteinander vernetzen
Virtuelle Kraftwerke schaffen Abhilfe. Dafür werden dezentrale Energiesysteme mit einer zentralen Leitstelle informationstechnisch vernetzt. Neben Windkraft- und Photovoltaikanlagen können Blockheizkraftwerke, Wärmepumpen, steuerbare Lasten oder Speicher Teil eines virtuellen Kraftwerks sein. Dieses steuert als übergeordnete Instanz die einzelnen Anlagen bedarfsgerecht, die Kommunikation erfolgt automatisiert über Datennetze. Allerdings nutzen die Systeme herstellerspezifische Standards. Da jede Anlage also individuell eingebunden werden muss, übersteigt der zeitliche und technische Aufwand der Integration noch häufig den wirtschaftlichen Nutzen.
Mit VHPready (Virtual Heat and Power Ready) steht allerdings ein offener Industriestandard für den Aufbau und Betrieb eines virtuellen Kraftwerks zur Verfügung. Die neueste Version VHPready 4.0 wurde im September 2015 veröffentlicht und soll für ein kostengünstiges, einwandfreies und sicheres Zusammenarbeiten aller steuerbaren Komponenten sorgen. „Mit VHPready wird die Anbindung einzelner Anlagen an ein virtuelles Kraftwerk deutlich erleichtert und verkürzt“, sagt Ulrich Hempen, Arbeitsgruppenleiter beim Industrieforum VHPready und Leiter Market Management Industry & Process bei Wago. Das Forum ist ein Zusammenschluss von Herstellern und Anwendern dezentraler Energieanlagen, Energieversorgern und Netzbetreibern, die unter dem neutralen Dach des Forschungsinstituts Fraunhofer FOKUS (Fraunhofer-Institut für offene Kommunikationssysteme) den Standard weiterentwickeln. „Der Standard sorgt neben der leichten Einbindung auch für eine gute Steuermöglichkeit virtueller Kraftwerke und eine leichte Überprüfbarkeit“, so Hempen. Zudem sei ein Wechsel einzelner Anlagen in ein anderes virtuelles Kraftwerk einfacher möglich. Eine weiterführende Einsatzmöglichkeit für VHPready liegt beim Monitoring des Energienetzes, wobei Transformatorstationen in Bezug auf Spannung, Wirk-, Blind- und Scheinleistung oder Lauffrequenz überwacht werden müssen.
Technisch gesehen basiert VHPready auf den Fernwirkprotokollen IEC 60870 und IEC 61850. Die Version 4.0 beinhaltet eine umfangreiche Liste an Datenpunkten, für die die Protokolle ausgewählt wurden. „Bisher funktionierte die Kommunikation mit einem Set von Variablen. Mit VHPready werden die Variablen der unterschiedlichen Kommunikationsprotokolle standardisiert und eindeutig deklariert. VHPready sorgt dadurch für eine Interoperabilität und Kompatibilität aller Kommunikationsgegenstände innerhalb des virtuellen Kraftwerks“, erklärt Hempen. „Das ist ein wesentlicher Vorteil von VHPready.“ Beim Aufbau eines virtuellen Kraftwerks müsse nur noch das jeweilige Profil benannt werden. Projektspezifische Absprachen zu den Details der Normen würden weitgehend überflüssig.
Globale Verbreitung des Standards
Gegründet wurde das Industrieforum VHPready Anfang 2014. Aktuell besteht es aus 44 Mitgliedern (Stand Januar 2016), darunter beispielsweise die Energieversorger Vattenfall und Lichtblick, der Netzbetreiber 50Hertz, der Prüfdienstleister TÜV Rheinland und Hersteller wie Wago oder Bosch. „Technologisch haben wir mit VHPready 4.0 einen Stand, mit dem wir virtuelle Kraftwerke vernetzen können“, sagt Hempen. Die von Ulrich Hempen geleitete Arbeitsgruppe 4 sorgt für die internationale Standardisierung von VHPready. Noch stehe man damit ganz am Anfang. Aber bislang gebe es am Markt kaum Konkurrenz. „Wenn wir weltweit schauen, finden sich nicht viele Protokolle, die eingesetzt werden. Wobei Deutschland auch eines der führenden Länder der Smart-Grid-Technologie ist“, so Hempen.
Einen relevanten Marktbegleiter gibt es allerdings: den Smart-Grid-Standard OpenADR (Open Automated Demand Response). Er wurde in Kalifornien entwickelt. Es entstand auf pragmatische Weise ein Protokoll, mit dem der Netzbetreiber bei möglichen Engpässen in der Energieversorgung oder bei Energieausfällen Informationen und Anweisungen an einzelne Verbraucher schickt. Das sind etwa Nachrichten wie „bitte größere Verbraucher abschalten“ oder „alle Verbraucher ausschalten“.
„Die Abstimmung unter beiden Organisationen hat ergeben, dass OpenADR eher ein Protokoll zum Einsatz auf der letzten Meile, also zwischen Erzeuger und dem Verbraucher, ist. VHPready befindet sich davor - es wird in der Verteilnetzautomation eingesetzt“, sagt Hempen. Es sei vor allem auf den Anschluss und Betrieb eines virtuellen Kraftwerks ausgerichtet. „So kann man beide Protokolle abgrenzen. Sie ergänzen sich eher, als dass sie im Wettbewerb stehen.“ Das Forum erarbeitet derzeit ein Whitepaper, um die beiden Standards eindeutig zu positionieren.
In einem nächsten Schritt soll die Verbreitung von VHPready forciert werden. Es existiert zudem eine Service-Gesellschaft, die für die Zertifizierung von Komponenten und Anlagen gemäß VHPready in akkreditierten Prüflabors zuständig ist. „VHPready muss jetzt ausgerollt werden, damit klar ist, da gibt es einen offenen Standard für virtuelle Kraftwerke", betont Hempen. Er geht davon aus, dass der Industriestandard „die richtige Wahl ist“ und sich in der Verteilnetzautomatisierung auch international etablieren wird. „Deutschland ist hier Vorreiter. VHPready könnte ein Exportschlager deutscher Smart-Grid-Technologien werden.“
