Alles geregelt: Der DEA-Regler im praktischen Einsatz – im Windpark Osterrade

Alles geregelt: Der DEA-Regler im praktischen Einsatz – im Windpark Osterrade

Der Windpark Osterrade (WP Osterrade GmbH) ist einer der inzwischen zahlreich gewordenen Bürgerwindparks und bereits seit 2001 in Betrieb. Geplant und gebaut hat ihn das Ingenieurbüro Henning Holst, das bereits seit mehr als 20 Jahren im Windenergiemarkt unterwegs ist. Im Büro in der Windhauptstadt Husum arbeiten Mitarbeiter aus unterschiedlichen Fachbereichen. Das ist notwendig, denn mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien insbesondere der Windenergie sind die Projektanforderungen stark gestiegen. Die Projektplanung umfasst heute deutlich mehr als einen Standort festzulegen und den Anlagentyp auszuwählen. Für das Genehmigungs- und Projektmanagement braucht man Kenntnisse der Naturschutz-, Bau- und Immissionsschutzgesetze, wie auch der technischen Regelwerke und Normen der einzelnen Komponenten der Windenergieanlagen und wie diese ins öffentliche Stromnetz integriert werden.

Seit Juli 2001 betreibt die Windpark Osterrade GmbH in Bovenau, auf den Flächen des Gutes Osterrade, einen Windpark, ursprünglich aus sieben Windkraftanlagen vom Typ VESTAS V-66 VCS bestehend. Die Turbinen und Plattformen gelten als besonders robust und verlässlich. Insgesamt erzeugen die Windmühlen jährlich etwa 18,2 Millionen Kilowattstunden umwelt-freundlichen Strom. 2011wurde der aus sieben Anlagen bestehende Windpark nochmals erweitert. Mit den drei zusätzlichen Vestas 90-Windmühlen ist es gelungen, die Gesamtleistung um 50% nach oben zu schrauben. Die ursprünglichen Vestas-66 werden im Zuge eines Repowering sukzessive abgebaut und durch Senvion WEA ersetzt. Vier Anlagen des Hamburger Maschinenbauunternehmens vom Typ MM 100 2.0MW sind bereits in Betrieb.

Anforderungsprofil  und technische Herausforderungen

Initialzündung für den Windpark bei Bovenau war der Wille, den Ausbau der erneuerbaren Energien aktiv zu unterstützen und vor allem regionale Strukturen dafür zu schaffen. Das ist beispielsweise mit dem Modell des Bürgerwindparks möglich. Bürger aus Bovenau und den Nachbargemeinden haben sich am Windpark beteiligt und profitieren so ebenfalls von der Wertschöpfung.

Wirtschaftlich optimal Einspeisen

Um rentabel zu sein, ist das Einspeisemanagement für die Betreiber eines Windparks eine kritische Größe. In direkter Folge des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) werden die erneuerbaren Energieträger bei der Netzeinspeisung vorrangig gegenüber den konventionellen Kraftwerken behandelt. Daher kommt dem Einspeisemanagement eine wichtige Rolle zu, will man Netzüberlastungen oder gar Ausfälle verhindern und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit der einzelnen EZA im Auge behalten. Um den Leistungshaushalt der EZA zu steuern und zu regeln, setzt man sogenannte EZA-Regler ein, welche die Leistung direkt am zugewiesenen Netzverknüpfungspunkt gemäß EEG 2014 regeln.

Das ist nicht ganz trivial, vor allem dann nicht, wenn man unterschiedliche EZA in einem Mischpark vereint, oder – wie im Falle des Windparks Osterrade – Windmühlen unterschiedlicher Hersteller.

EZA-Regler sind zentrale Komponenten für die Regelfähigkeit von Erzeugungsanlagen und dienen in dieser Hinsicht als Schnittstelle zwischen Netzbetreiber und Erzeugungsanlage. Die EZA-Regler erfassen dazu die aktuelle Netzsituation am Netzverknüpfungspunkt. Hierbei werden über Strom- und Spannungswandler Werte wie Strom, Spannung, Frequenz, Wirk-, Blind- und Scheinleistung erfasst. Je nachdem wie die aktuellen Werte von den Vorgaben des Netzbetreibers abweichen, entweder im Rahmen einer Kennlinie oder einer externen Sollwertvorgabe, ermittelt der EZA-Regler die jeweiligen Sollwertvorgaben (Regelwerte) für die einzelnen Erzeugungseinheiten(EZE). Durch den permanenten Soll/Ist-Abgleich direkt am Netzverknüpfungspunkt läuft eine Erzeugungsanlage dann durchgängig in einem wirtschaftlich optimalen Betriebspunkt und eventuell witterungsbedingte Verluste werden so ausgeregelt.

Im Zuge der Erweiterungen für den WP Osterrade kommt ein sogenannter Dezentraler Erzeugungs Anlagen-Regler, kurz „DEA“-Regler, von ee technik zum Einsatz.

Grundsätzlich können die Sollwerte des Energieversorgungsunternehmen (EVU) analog, digital oder per Datenbus über eine Fernwirkanlage übermittelt werden. Der Direktvermarkter hat ebenfalls die Möglichkeit über einen Datenbus, Sollwerte vorzugeben sowie aktuelle Ist-Werte vom DEA-Regler zurück zu bekommen. Aus den gemessenen elektrischen Netzdaten und den Sollwertvorgaben werden die entsprechenden Steuerwerte ermittelt und per Schnittstelle an die jeweiligen Parkregler der EZA-Hersteller übermittelt. Auf diese Weise ist man mit dem DEA-Regler in der Lage, die Wirk- und Blindleistung am Netzverknüpfungspunkt zu regeln. Je nach dem, welcher Energieversorger als Partner fungiert, besteht die Möglichkeit sowohl die Wirkleistung als auch die Blindleistung nach unterschiedlichen Sollwertvorgaben zu regeln.

Der Netzverknüpfungspunkt für die beschriebene Erweiterung ist im Umspannwerk im Gemeindeteil Felde einige Kilometer vom Park entfernt. Dort steht eine Übergabestation, wo auch der DEA Regler installiert ist. Hier speisen die 2011 dazu gekommen Vestas V90 ein und aktuell werden zusätzlich die Senvion-Anlagen installiert. Die Einspeisung aus dieser Erweiterung des WP Osterrade beträgt insgesamt 14 Megawatt, 6 Megawatt davon liefern die Vestas-Anlagen, weitere 8 die Senvion-Windmühlen.

Wie Anlagen sich verstehen

Oftmals ist die Kommunikation zwischen verschiedenen Anlagentypen nicht ganz unproblematisch. Gleiches gilt, wenn beispielsweise ein Erneuerbares Kraftwerk eines Betreibers extern auf die Daten zugreifen will.

So auch hier. Man musste sicherstellen, dass die Vestas-Anlagen über IEC 61400-25 (das Kommunikationsprotokoll zur Überwachung und Steuerung von Windkraftwerken)mit den Senvion-Windmühlen kommunizieren. Zudem sollten diese an das Erneuerbare Kraftwerk der ARGE Netz (EEKW) angeschlossen werden. Für die intelligente Vernetzung muss das EEKW ebenfalls auf die Senvion-Daten zugreifen. Die bestehende Datenanbindung über eine Leitung der Telekom hatte dafür bei weitem nicht die erforderliche Bandbreite.

Gelöst wurde das Problem über eine analoge Schnittstelle (4..20mA) mit Senvion. Da die IEC 61400-25 Schnittstelle von Senvion nur von einem Teilnehmer verwendet werden kann, ist gewährleistet, dass das EEKW direkt auf die Daten der Senvion-Schnittstelle zugreift. Die notwendige schnelle Datenanbindung ließ sich in dieser Region am besten mit Richtfunk umsetzen. Zusätzlich sollten die bestehenden Vestas-Windenergieanlagen über das IEC 60870-5-104-Protokoll mit dem DEA-Regler kommunizieren.

Sollte es beim Übertragen der Werte zu einer Kommunikationsstörung kommen greift die Anlage auf den letztgültigen Wert zurück. Parallel dazu gibt sie eine Fehlermeldung aus, die den Betreiber und die Mitarbeiter von ee technik informiert, so dass der Fehler schnellstmöglich behoben wird.

Die Regelmodi sind beim WP Osterrade wie folgt definiert:

• P- Regelung: Umsetzung Eismansteuerung
• Q- Regelung: fester cos phi (hier variabel per Fernwirkanlage verstellbar)

Praktischer Einsatz und Fazit

Das Team der ee technik hat den DEA-Regler vor Ort selbst installiert und verdrahtet sowie zusätzlich nachträglich Kabelkanäle, Lichtschalter und Steckdosen installiert. Anschließend wurde die Hardware an die eet Leitwarte angebunden. Um die sichere Datenkommunikation zwischen eet-Leitwarte und dem DEA-Regler zu gewährleisten wird eine Firewall eingesetzt.

Die WEA-Kommunikation ist dann Schritt für Schritt aufgebaut worden:

1. IEC-Schnittstelle zu Vestas einrichten, inklusive eines Tests der Datenverbindung
2. Die Senvion IEC-61400-Schnittstelle mit dem Erneuerbaren Kraftwerk von ARGE Netz verbinden, ebenfalls inklusive eines Kommunikationstests
3. Über eine analoge Schnittstellen wurde die Senvion angebunden
4. und eine IEC-Schnittstelle zum SH-Netz (dem zuständigen Energieversorger) eingerichtet und der Datenverkehr getestet
5. Test der P-Regelstrecke und der Q-Regelstrecke
6. Regelungstest am SH-Netz, der in einem Testprotokoll dokumentiert worden ist

 Fazit:

Gemäß den geltenden Technischen Richtlinien wurde die Anlage von einem Anlagenzertifizierer (hier dem VDE) geprüft und frei gegeben. Durch das Kommunikationskonzept von ee technik sind die Anlagen und die Anlagenregelung über eine sichere Internetverbindung sowohl mit dem eet-Server als auch mit dem EEKW der ARGE Netz verbunden. Über die gesicherte Verbindung kann der EZA-Betreiber online auf die Daten zugreifen und so transparent nachvollziehen, wie der DEA-Regler genau arbeitet. Das macht es für den Betreiber besonders einfach. Der Installation lief trotz einiger Herausforderungen rund, so dass keine unvorhergesehenen Mehrkosten entstanden sind. Ganz gemäß dem ee-technik-Motto „Wir regeln das“.