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Technologie

Dass wir uns mit Erneuerbaren, Direktvermarktung, Regelenergie und verschiedenen Strommärkten auskennen, ist wahrscheinlich den meisten, die uns kennen, mittlerweile bewusst. Aber warum sind wir eigentlich ein Technologie-Unternehmen?

Das Virtuelle Kraftwerk Next Pool

Nutzen Sie unsere interaktive Grafik oder unsere Simulation, um sich einen Überblick über die Technologie in unserem Virtuellen Kraftwerk zu verschaffen.

Die Next Box: So funktioniert die M2M-Anbindung ans Virtuelle Kraftwerk

Next Box: Die M2M Lösung für das Virtuelle Kraftwerk Wir haben unsere Next Box entwickelt, um ein Problem zu lösen, das damals, in 2009, noch ein ganz Großes war: Wie schaffen wir es, Tausende von dezentralen Stromerzeugern und -verbrauchern, die über das ganze Land verteilt sind, von unserer Zentrale aus zu steuern? Dazu kamen noch einige Restriktionen, zum Beispiel: Wie kriegen wir die Einheiten außerdem dazu, uns in Echtzeit immer genau die Daten zu senden, die wir brauchen, um ihren Strom viertelstundengenau zu vermarkten? Und wie können wir garantieren, dass die Einheiten immer direkt und gemeinsam auf unser Signal hoch- oder runterfahren, damit sie zuverlässig Regelenergie bereitstellen können? Mit unserer Next Box haben wir diese Probleme gelöst – und wir sind mächtig stolz darauf, dass wir diese M2M-Technologie damals als eines der ersten Unternehmen in Deutschland entwickelt haben.

Warum die Next Box?

Kleine dezentrale Einheiten können nur gebündelt am Regelenergiemarkt teilnehmen – denn hierfür ist eine Leistung von mindestens fünf MW 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. So eröffnet sich auch die Option, Erzeugungsanlagen und Stromverbraucher strompreisorientiert und damit gewinnoptimiert einzusetzen.

Was kann die Next Box?

M2M im Virtuellen Kraftwerk: Die Next Box Die Next Box verbindet die Anlagen im Next Pool mit unserem Leitsystem mit einer birektionalen, speziell abgesicherten GPRS-Verbindung, die über eine SIM-Karte hergestellt wird und über einen eigenen Zugangspunkt zum Mobilfunknetz (APN) verfügt. An diesem Zugangspunkt muss sich die jede in einer Next Box eingebaute SIM-Karten authentifizieren, damit sie der geschlossenen Benutzergruppe für die Kommunikation mit dem Leitsystem beitreten kann.

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.

Als Machine-to-Machine (M2M)-Komponente sendet die Next Box Informationen über die Fahrweise der dezentralen Einheit an das Leitsystem; die zu übermittelnden Daten werden in der Next Box direkt verschlüsselt. So kann das über die Next Box beispielweise das Hoch- und Runterfahren von Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energie steuern. Erst in unserem Leitsystem werden die Daten erst wieder entschlüsselt und verarbeitet.

Je nachdem, welcher Anlagentyp mit ihr gesteuert werden soll, wird die Next Box individuell eingestellt: So werden Wärme- Gas- oder Wasserspeicher sowie eventuelle Fahrplan-Restriktionen gespeichert, damit die Einheit immer unter technologisch und wirtschaftlich optimalen Betriebsbedingungen laufen kann.

Was steckt dahinter?

  • Grundausstattung: SPS, Modem & Antenne
  • SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung): Ein Minicomputer, der Daten in der Anlage verarbeitet und verschlüsselt.
  • 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 wird die Next Box installiert?

Next Box: M2M in der Energiewende Die Installation 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.

Wenn die Next Box installiert ist, ist die Anlage Teil des Next Pool, unseres Virtuellen Kraftwerks. Sie kann nun alle Daten, die Grundlage der Berechnung ihrer optimalen Fahrweise sind, direkt an unser Leitsystem senden.

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 unserer Partnerseite.

Leitsystem

Das Leitsystem ist das technologische Herzstück des Virtuellen Kraftwerks Next Pool und wird vollständig von unseren eigenen Systemingenieuren verwaltet. Hier kommen alle Informationen zusammen, welche die Next Boxen aller Einheiten und die Übertragungsnetzbetreiber via Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) an uns übermitteln. Sobald die Daten im Leitsystem angekommen sind, werden sie von einem Router-Cluster mit Firewall erneut authentifiziert, entschlüsselt und an der richtigen Stelle abgelegt.

Die Datenverarbeitung wird an zwei Server-Standorten, 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 (im Stromnetz, in der Verbindungsleitung zwischen den Servern, in den Servern selbst…) das Leitsystem und damit der Next Pool reibungslos weiterlaufen. Und das ist wichtig – schließlich bieten wir mit den Anlagen im Next Pool Regelenergie an, um das Stromnetz zu allen Zeiten stabil zu halten. Unsere Technologie muss deshalb immer einsatzbereit sein.

Das Leitsystem in schematischer Darstellung

Leitsystem Virtuelles Kraftwerk M2M Kraftwerkszentrale Köln Next Kraftwerke Das Leitsystem des Next Pool steuert alle Vorgänge im Virtuellen Kraftwerk weitgehend automatisiert per M2M-Kommunikation. Zwischen ÜNB, Strommärkten, Stromproduzenten und Stromverbrauchern werden kontinuierlich auf besonders abgesicherten Kommunikationswegen Daten ausgetauscht. Durch doppelte Redundanz ist eine zudem eine unterbrechungsfreie Betriebsbereitschaft des Virtuellen Kraftwerks sichergestellt.

Welche Daten werden im Leitsystem verarbeitet?

Wie in der Grafik zu sehen werden alle Daten hinterlegt und verarbeitet, die nötig sind, um die optimalen Fahrpläne der Stromerzeuger und -verbraucher zu berechnen.

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)

Mit Optimierungs-Algorithmen, die unsere Systemingenieure gemeinsam mit unseren Kooperationspartnern entwickelt haben, 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. Unsere bezuschlagten Regelenergiegebote, die Vergabeergebnisse, müssen während der Vorhaltungszeit stets im Next Pool bereitstehen.

Hierzu wird permanent eine weitere Optimierungsschleife durchgeführt: Das Leitsystem validiert alle Daten aus den Einzelanlagen, indem es prüft, ob und mit welcher Leistung die Anlagen verfügbar sind. Diese Werte werden mit den ÜNB-Sollwerten abgeglichen. Und schließlich werden die Optimierungs-Sollwerte über eine Kommunikationsschnittstelle via M2M-Mobilfunk und SIM-Karte an die Einzelanlagen geschickt, die ihre Leistung entsprechend anpassen.

Aber nicht nur für die Regelenergie spielt das Leitsystem eine zentrale Rolle. Hier werden auch auf Basis von Strompreissignalen im Intraday-Handel der Strombörse EPEX Spot flexible Stromerzeuger wie BHKWs viertelstundengenau hoch- und runtergefahren. Diese Anlagen produzieren also immer nur so viel Strom, wie gerade im Netz benötigt wird. Und auch flexible Stromverbraucher wie Industriepumpen fahren durch diesen Mechanismus strommarktorientiert, denn sie verbrauchen ihren Strom dann, wenn er besonders günstig und die Gesamtnachfrage niedrig ist. So kann unser Leitsystem bereits zur Stromnetzstabilisierung beitragen bevor der Einsatz von Regelenergie überhaupt nötig wird.

Weitere interessante Links

  • Unsere Blogserie "Markttag", in der wir genauer darauf eingehen, wie die Vermarktung des Stroms aus einem Virtuellen Kraftwerk abläuft
  • Wissenswertes über den Intraday-Handel und wie er funktioniert
  • Mehr Details darüber, was Minuten- und Sekundärreserve sind