Virtualisierung im Energiebereich

Laut einer sehr allgemeinen Definition ist Virtualisierung nichts anderes als das Zusammenfassen von Ressourcen zu den Elementen, die diese Ressource im Wesentlichen ausmachen. Anders ausgedrückt wird eine Sache in ihre Einzelelemente heruntergebrochen, um dann wiederum auch jedes dieser Einzelelemente als etwas, das aus mehreren Teilen besteht, zu betrachten.

Seit etwa zehn Jahren ist der Bereich der Virtualisierung nun ein immer wichtigeres Gebiet für IT-Entwickler. Dies schlägt sich in zahlreichen praktischen Anwendungen nieder: virtuelle Server, virtuelle Daten, virtuelle Desktops, Cloudcomputing, etc. Einer der Hauptgründe, weshalb sich virtuelle Technologien so schnell im IT-Bereich verbreitet haben, ist, dass sie gegenüber traditionellen Strukturen viele Vorteile bieten, einschließlich eine sinnvolleren Verwendung von Hardware, die Konsolidierung logischer Ressourcen, flexiblerer Betrieb und bessere Verfügbarkeit.

In letzter Zeit sind die Vorteile von Virtualisierung auch in der sonst eher konservativ eingestellten Energiebranche angekommen. Die Vielfalt möglicher Anwendungsfelder der Virtualisierung hat sich unter dem Schlagwort „Smart Grid“ in der Branche einen Namen gemacht.

Nichtsdestotrotz waren es vor allem kleine und flexible Start-Up-Unternehmen, die, nachdem sie schon die theoretische Basis und das Anforderungsprofil entwickelt hatten, in der Lage waren, schnell genug auch praktische Lösungen für die Implementierung des Smart-Grid-Systems zu liefern.

VPP war eine der ersten, die das Potential der Virtualisierung als technologischen Prozess erkannte. Daraufhin implementierte VPP erfolgreich ihre eigene Virtualisierungsanwendung, die Akteuren der Energiebranche zahlreiche Vorteile bietet: das virtuelle Kraftwerk.

Das virtuelle Kraftwerk besteht aus einer Gruppe dezentralisierter Energieerzeugungsanlagen – wie zum Beispiel KWK-Anlagen, Windturbinen, Solarmodule, kleine Wasserkraftwerke, Back-Up-Generatoren, etc.  die alle von einer zentralen Kontrolleinheit gesteuert werden, dem Kontrollzentrum. Das Kontrollzentrum bestimmt zwar die Leistungsabgabe jeder Energieerzeugungsanlage (auf ein bestimmtes Ziel hin) individuell, aber aus Sicht der unterschiedlichen Segmente des Energiemarktes (einschließlich des ÜNB), scheint der aggregierte Strom der Gruppe insgesamt aus einer einzelnen Energieerzeugungsanlage zu stammen. So kann das Virtuelle Kraftwerk also vor allem auch als eine IT-Anwendung für die Virtualisierung von Ressourcen gesehen werden, in der ein Virtualisierungsprozess dazu verwendet wird, aus mehreren Einheiten konzeptuell eine einzelne zu machen.

Um ein virtuelles Kraftwerk zu implementieren, müssen alle Parameter der verschiedenen Betriebsstatus (gesammelte  Daten und Messungen) der physischen Kraftwerke einer Gruppe bekannt sein. Des Weiteren muss es möglich sein, diese Betriebsstatus der einzelnen Energieerzeugungsanlagen auch von außerhalb zu ändern (Fernsteuerung), die ankommenden Daten zu verarbeiten und eine Online-Regulierung zu implementieren.

Auch wird eine zentrale Datenverarbeitungseinheit (Datenzentrum) eingerichtet, die dem Berichtssystem dient. Um die Virtualisierung der Daten, eine Überwachung des Systems und Eingriffe von außen zu ermöglichen, ist auch eine Überwachungsanlage (Verteilerzentrale) notwendig. Das aus all diesen Komponenten bestehende System wird bei VPP Kontrollzentrum genannt, was sich im Endeffekt auf die physische Plattform bezieht. Das Kontrollzentraum ist in der Lage, jedwede Anzahl logischer Einheiten abzubilden, d.h. Virtuelle Kraftwerke.

Das Kontollzentrum besteht aus traditionellen und einfach verfügbaren Technologien:

  • das Sammeln von Messungen und Daten der Energieerzeugungsanlagen sowie die Fernsteuerung durch Interfaces, die nach Standard-Industrie-Protokollen arbeiten.
  • Daten werden über einen geschützten Onlinekommunikationskanal oder über eine direkte Verbindung (via geleastes Kabel) an das Datenzentrum übermittelt.
  • Die redundanten Hardware-Elemente des Datenzentrums befinden sich in gesonderten Serverparks in angemessener, geographischer Entfernung.
  • Das modulare Design der Software und das Datenverarbeitungssystem dienen beide dazu, zeitgleich die Online-Verarbeitung von Daten, die Virtualisierung sowie deren Archivierung sicherzustellen und die Daten an das Überwachungssystem weiterzuleiten.

 

Was könnte die Ziele und Vorteile der Virtualisierung zu sein?

1. Wertschöpfung und bessere Rentabilität

Indem die physischen Kleinkraftwerke in einer einzige logischen Einheit zusammengefasst werden, werden sie in die Lage versetzt, Dienstleistungen anzubieten, die höhere Gewinne erzielen (in sowohl technischer als auch ökonomischer Sicht) als jede Einheit als einzelne individuell erzielen könnte. Das Virtuelle Kraftwerk ermöglicht den Stromerzeugungsanlagen Dienstleistungen auf Märkten anzubieten, zu denen sie als einzelne und ohne diese Technologie keinerlei Zugang hätten.

Eine dieser Dienstleistungen ist das Netzlastmanagement auf der Systemebene. Da ein System nur dann einen größeren Anteil schwer vorhersagbarer, da wetterabhängiger Energieerzeugungsanlagen (Wind- und Solaranlagen) integrieren kann, wenn das Gleichgewicht im Netz auch wetterunabhängig aufrecht erhalten werden kann, also egal ob diese Anlagen mehr – oder weniger – Energie produzieren als erwartet, steigt mit der Energiewende die Nachfrage nach einer solchen Dienstleistung. Es ist in diesem Fall nicht das Virtuelle Kraftwerk, das für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts im Netz verantwortlich ist, sondern es ist der ÜNB (Übertragungsnetzbetreiber), der direkt über eine abgeschirmte Ringleitung mit dem Kontrollzentrum kommuniziert. Für den ÜNB ist das Virtuelle Kraftwerk ein willkommenes Werkzeug, die Kapazitäten des Netzes zu regeln.

Früher war es nur Kraftwerken mit vorhersagbaren Kapazitäten auf höchstem Niveau möglich, eine solche Dienstleistung auf Systemebene anzubieten. Doch jetzt wird es durch die Virtualisierung möglich, Virtuelle Kraftwerke so aufzustellen, dass sie es mit der Leistung von Energieerzeugungseinheiten großer traditioneller Kraftwerke mit Kapazitäten von mehreren hundert Megawatt aufnehmen können. Natürlich entstehen dadurch für den Betreiber von Kraftwerkseinheiten eine große Anzahl völlig neuer Herausforderungen, denn die Teilnahme am Regelenergiemarkt fordert definitiv dynamischere Veränderungen im Betriebsablauf des Kraftwerks als die frühere „Produktion nach Fahrplan“. Anstelle fest eingebauter Kapazitäten verschiebt sich der Schwerpunkt nun immer mehr auf dynamisch verfügbare Kapazitäten, die gezielt gesteuert werden können.

2. Regelung in Lastausgleichsgruppe 

Ein weiteres Ziel eines virtuellen Kraftwerks, das dem Konzept des Smart Grid entspricht, ist es, eine Lastausgleichsgruppe zu regeln. Das Ziel ist ein anderes als das soeben beschriebene, aber die Lösung ist dieselbe. In diesem Fall stellt das virtuelle Kraftwerk eigenständig das Gleichgewicht einer Lastausgleichsgruppe sicher – das heißt, dass das virtuelle Kraftwerk allein für das Aufrechterhalten des Gleichgewichts zwischen Erzeugung und Verbrauch innerhalb einer Lastausgleichsgruppe verantwortlich ist. Das virtuelle Kraftwerk der VPP garantiert, dass die Zeitpläne von Energieerzeugern und Energieverbrauchern eingehalten werden – in Echtzeit, 365 Tage im Jahr, 24 Stunden am Tag. Das Regeln von Lastausgleichsgruppen dient dabei unterschiedlichen Zielen: einerseits kann es das Gleichgewicht im Netz unterstützen, andererseits ist es ein neuer, profitabler Vertriebskanal für die Partner des Virtuellen Kraftwerks.

3. Technische Vorteile

Es bleibt zu erwähnen, dass die Virtualisierung neben der Eröffnung neuer Möglichkeiten auf dem Energiemarkt auch ganz klar technische Vorteile mit sich bringt. Das virtuelle Kraftwerk bietet allen Beteiligten eine höhere Verfügbarkeit, denn sollte es zu einem Ausfall in einem der physischen Kraftwerke kommen, beeinflusst das nur in der Höhe der eingebauten Kapazität dieses Kraftwerks die Energie, die dem virtuellen Kraftwerk zur Verfügung steht. Die Geschwindigkeit der Leistungsveränderung – eine höchst relevante Größe auf dem Regelleistungsmarkt – kann um einige Größenordnungen höher sein als die von traditionellen Kraftwerken, da sich die Gradienten der Kleinkraftwerke innerhalb des virtuellen Kraftwerks kumulieren. Alles in allem wird die Energieeffizenz so wesentlich verbessert: Im Fall einer Teillast können, beispielsweise, nur genau die dezentralisierten Energieerzeugungsanlagen ausgewählt werden, die gleichzeitige Wärmerückgewinnung bieten.

Abschluss

Virtualisierung ist daher ein bereits verfügbares und absolut sicheres Werkzeug, das in Kombination mit dem Smart-Grid-Konzept in der Energieindustrie angewandt werden kann, und das gleichzeitig neue Absatzmöglichkeiten für Akteure innerhalb des Systems bietet. Dennoch darf man nicht vergessen, dass es immer noch echte, greifbare Kraftwerke sind, die hinter dem Virtuellen Kraftwerk stehen, und dass die erfolgreiche Anwendung der Virtualisierung daher auch eine große Bandbreite an Ingenieurskunst, Erfahrungen im Kraftwerksbetrieb und bei Kraftwerksentwicklung sowie einer konstanten Weiterentwicklung des Systems erfordert, so dass das virtuelle Kraftwerk immer in der Lage ist auf Veränderungen des Marktes effektiv zu reagieren und auf dem neuesten Stand der Technik zu sein. VPP besitzt alle diese Kompetenzen und viele Fähigkeiten weit über die Implementierung der Technik zur Virtualisierung hinaus – mit dem obersten Ziel, den Erfolg der Kunden voranzutreiben.

Technischer Aufbau

Die Virtuelle Kraftwerkslösung von VPP (VPPS) basiert auf einer äußerst zuverlässigen IT-Struktur, dem VPP-Kontrollzentrum.

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Geschäftskonzept

Über das 360° Energiemanagementsystem profitieren Energieerzeuger von Mehrerlösen und Energieverbraucher vom Zugang zu günstigerer Energie.

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