IT-Basiskomponenten für ein dezentrales Energieversorgungssystem

Aufgrund der schnellen Entwicklung im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologie61 sowie der erhöhten Anforderungen an die heutige Netzschutz- und Leittechnik wurden im Energiebereich neue intelligente Geräte (IED, Intelligent Electronic Device) entwickelt.62 Da es keine einheitlichen Kommunikationsprotokolle für den Bereich der Schaltanlagentechnik gab, haben die Hersteller verschiedene für ihre IED optimale proprietäre Lösungen entwickelt. Der Nachteil dieses Ansatzes war, dass die Geräte nicht zueinander kompatibel waren und somit keine Informationen untereinander austauschen konnten. Kunden waren somit auf die herstellerspezifischen Lösungen angewiesen und konnten eventuelle Vorteile von Geräten weiterer Wettbewerber nur auf Kosten zusätzlicher Investitionen in Protokoll-Umsetzer oder Gateways in Anspruch nehmen.63 Des Weiteren hatten Geräte und Schaltanlagen einen kurzen Lebenszyklus, da sie einerseits nicht wirtschaftlich effizient an den Stand der Technik angepasst werden konnten und andererseits bei neueren Geräteversionen keine Abwärtskompatibilität gegeben war, was gegebenenfalls den Austausch kompletter Anlagenstrukturen erforderte.64 [...]

Die Kommunikationprotokolle in älteren dezentralen Energieerzeugungsanlagen sind noch für Feldbusse definiert. Feldbusse sind zwar lediglich für geringe Übertragungsgeschwindigkeiten ausgelegt, sie sind aber gegenüber äußeren Störungen robust und eignen sich daher für den Einsatz in der Feldebene. Da jedoch Glasfaserkabel in dieser Hinsicht auch relativ robust sind, ist der Einsatz von Ethernet mit Glasfaserkabel auch in der Feldebene empfehlenswert. Über spezielle Wandler lassen sich die Bussysteme an ein Ethernet-Netz ankoppeln. Für die Kommunikation über Fernsprechleitungen und über das Mobilfunknetz werden analoge, ISDN- und GSM-Modems eingesetzt. Da künftig an neuen Standorten dezentraler Energieerzeugungsanlagen Glasfaserleitungen verlegt werden58, könnten sich direkte LAN-Verbindungen von der Leitebene bis zur Feldebene gegenüber Fernsprechverbindungen, mittels analoge und ISDN-Modems, durchsetzen. GSM-Verbindungen werden überdurchschnittlich für die Übertragung von Störmeldungen auf mobile Endgeräte genutzt und können auch für künftige Anwendungen im Bereich von Offshore-Windparks eingesetzt werden. Die Powerline-Technik (PLC) ist entwickelt worden, um die vorhandene Infrastruktur der Niederspannungs- und Mittelspannungsleitungen als Übertragungsmedien zu nutzen. PLC wird überwiegend bei der Kommunikation zu PV-Anlagen und Brennstoffzellen angewendet. Die Kommunikation über PLC erfolgt über ein PLC-Modem und kann auch parallel zum Ethernet genutzt werden. Ein Schwachpunkt der PLC-Kommunikation ist eine mangelnde Kommunikationssicherheit, da für die Datenübertragung über elektrische Leitungen keine effektiven Kodierungsmechanismen vorhanden sind. Für die überregionale Kommunikation (WAN) empfiehlt es sich, vorhandene [...]

kurze Strecken bis ca. 100 m entweder Niederfrequenzkabel mit verdrillten (Twisted Pair) Kupfer-Doppeladern oder Hochfrequenzkabel (Koaxial) und für Strecken ab 100 m Glasfaserkabel verwendet.54 Im Vergleich zu Hochfrequenzkabeln finden Niederfrequenzkabel eine vermehrte Verbreitung, da sie kostengünstiger in der Anschaffung und in der Verlegung sind. Der Nachteil von Niederfrequenzkabeln ist einerseits die erhöhte Störanfälligkeit gegenüber elektromagnetischen Wellen und andererseits ihre begrenzte Leitfähigkeit. Daher werden Niederfrequenzkabel in lokalen Netzwerken (LAN- Local Area Network) eingesetzt. Bei überregionalen Übertragungen (WAN- Wide Area Network) und der Vernetzung von LAN's über große Distanzen werden bei der leitungsgebundenen Übertragung nichtmetallische Leiter (Glasfaserkabel) verwendet. In Glasfaserkabeln werden optische Signale durch das Prinzip der fortlaufenden Totalreflexion befördert. Sie sind unempfindlich gegenüber elektrischen und magnetischen Störungen und weisen eine hohe Übertragungskapazität auf. Im Vergleich zu metallischen Leitern sind Glasfaserkabel kostenintensiver und benötigen einen höheren Aufwand in der Verbindungs- und Verzweigungstechnik. Bei einer Freiraumübertragung werden einerseits Funkwellen (Richtfunk, Mobilfunk, Satelittenübertragung) und andererseits Lichtwellen über Infrarot oder Laser verwendet. Bei Richtfunk handelt es sich um eine gegenseitige Funkverbindung zwischen Fernmeldetürmen mittels stark bündelnder Antennen. Dabei ist eine Sichtverbindung zwischen den Antennen zwingend erforderlich. Über Richtfunk ist es auch möglich, LAN's miteinander zu vernetzen. Beim Mobilfunk (GSM, GPRS etc.) und der Satelittenübertragung werden elekromagnetische Signale ungerichtet, d.h., gleichmäßig in alle Richtungen ausgebreitet. Die [...]