Die HYPE-Energieplattform - IKT als Schlüsselelement

Um die verfügbaren „Energie-Elemente“ einer Stadt effizient zu nutzen, bedarf es geeigneter Informations- und Kommunikations-Technologie (IKT). Deshalb entwickelt SMART POWER HAMBURG eine skalierbare, offene IKT-Plattform. Diese vernetzt die angebundenen Anlagen und ermöglicht so die Überwachung und Steuerung im Verbund. Dieser Anlagenverbund ermöglicht sie es, an Energiemärkten teilzunehmen und zusätzliche Potenziale zu bündeln. Hinzu kommen gegenüber einem Einzelbetrieb der Anlagen Vorteile bei der Energieeffizienz. Dabei ist die Plattform passgenau auf die Bedürfnisse der verschiedenen Nutzer zugeschnitten. Zusätzliche Komponenten für spezifische Geschäftsmodelle werden iterativ entwickelt, getestet und in die Gesamtstruktur integriert. Außerdem kann der Verbund flexibler auf Änderungen am regulatorischen Rahmen sowie neue Marktsituationen reagieren.

Dieser Anlagenverbund vernetzt heute im Demonstrationsbetrieb bereits Erzeugungsanlagen und Nutzer. Aufbauend auf die daraus gezogenen Erkenntnisse entwickelt SMART POWER HAMBURG fortlaufend Betriebskonzepte und Geschäftsmodelle für die Idee des Energieverbundes.

Der Editor

Mit dem Editor können Schemata erzeugt und dargestellt werden. Diese können u.a. R&I-Darstellungen (Rohrleitungs- und Instrumenten-Schemata) aus der Anlagen- und Verfahrenstechnik (Wikipedia) oder auch Blindschaltbilder elektrischer Anlagen sein. Die Anzeige von Schemata ist ein elementarer Bestandteil der Anlagenbetriebsführung. Ingenieure und Anlagen-Servicetechniker nutzen sie, um den Zustand von Anlagen zu überwachen und zu analysieren.

Die Schemata werden dazu um Live- und Archivwerte ergänzt, die zum Beispiel von den Sensoren einer Energieerzeugungsanlage stammen. Darüber hinaus können Schemata Möglichkeiten zum Absetzen von Sollwerten bieten, indem zum Beispiel auf Mausklicks reagiert wird.

Eine Besonderheit im Forschungsprojekt SMART POWER HAMBURG ist dieser Realisierung der Visualisierung im Webbrowser. Sowohl die Darstellung als auch die Erzeugung der Schemata werden mit den modernen Webtechnologien realisiert.

Das Datenverzeichnis

Informationen über einzelne Anlagen werden detailliert aus den Anlagensteuerungen vor Ort abgefragt und der Plattform zugänglich gemacht. In dem sog. Datenverzeichnis sind die Datenpunkte nach einem einfachen Adressierungsschema einsehbar. So wie Postadressen bezeichnen wo sich ein Haushalt befindet, bezeichnen die Adressen den Anlagenteil, der durch einen Wert beschrieben wird.

Beispiel: Sph.Energiebunker.BHKW_1.Anlaogwerte.Wirkleistung.

Das Verzeichnis der verfügbaren Daten (siehe Abbildung) wird ergänzt durch eine Abfragesprache, welche es Nutzern und Programmen erlaubt, interaktiv auf Werte zuzugreifen.

Das Archiv

Die verfügbaren Werte der angeschlossenen Anlagen werden in einer Datenbank langzeitarchiviert. Die Intervalle in denen dies erfolgt, können frei konfiguriert werden. Die gesammelten Datensätze erlauben eine detaillierte Analyse der Betriebszustände der Anlagen (Link Abschnitt: „Anlagenspezifische Betriebskonzepte“). Je nach Fragestellung können die Daten aus dem Archiv variabel abgefragt werden - beispielsweise bezogen auf einen bestimmten Zeitraum, oder eine Kombination von Anlagenwerten.

Die Anlagensteuerung

Mit dem HYPE System können die angeschlossenen Anlagen ferngesteuert und Sollwertvorgaben gemacht werden. Dies dient vor allem der Betriebsführung, ist jedoch gleichzeitig Voraussetzung für die Vermarktung - zum Beispiel für die Direktvermarktung an Strombörsen oder auch als Regelenergien. Die Anlagensteuerung erlaubt Freigaben für verschiedene Leistungsstufen. Anlagen können hoch- und heruntergefahren, oder neu gestartet werden. Weiterhin können autorisierte Nutzer den Anlagen vorher definierte Fahrpläne schicken.

Anlagenspezifische Betriebskonzepte

Neben einzelnen Berechnungen für z.B. Schemata kann ein sogenannter Berechnungsserver auch für das Setzen von Anlagensollwerten verwendet werden. Ein Beispiel für die Anwendung ist die Regelung für einen modulierenden Teillastbetrieb der wärmegeführten BHKW und die Regelung für eine Netzspeicherung:
Zur Speicherung von Wärme im Fernwärmenetz gibt es zwei Möglichkeiten. Wärme kann entweder im Netzvorlauf durch eine Vorlauftemperaturerhöhung oder im Netzrücklauf durch eine Verbindung von Netzvor- und Rücklauf gespeichert werden. Um das maximale Potential auszunutzen, kann beides auch kombiniert werden. Die Abbildung zeigt die Wärmeübergabestation, die am Strangende positioniert ist. Hier wird durch ein steuerbares Ventil ein definierter Volumenstrom zwischen Vor- und Rücklauf übertragen. Damit der Betrieb „intelligent“ an den BHKW-Betrieb angepasst wird, ist auf HYPE ein Regelungskonzept für diesen Bypass und für die Vorlauftemperatur implementiert worden.

Erweiterbarkeit

Die Plattform ist durch eine serviceorientierte Architektur realisiert. D.h. feingranulare Diensterbringer realisieren Funktionen des Systems. Diese Entkopplung ist günstig für verschiedene nicht-funktionale Anforderungen, wie beispielweise Wartbarkeit, Erweiterbarkeit oder die Skalierbarkeit.

Ein Programmiermodell (.net/C#) unterstützt die Entwicklung von Diensterbringern. Die Einbindung weiterer Sprachen ist ohne weiteres möglich. Die nebenstehende Abbildung zeigt eine produktspezifische Erweiterung, in der für einen Anlagenpool potentiell mögliche Gebote für negative Minutenreserveleistung berechnet werden. Diese Gebote umfassen die Vorhaltung von Reservekapazitäten sowie die Berücksichtigung des n-1 Kriteriums (Erläuterung).

Mit diesen Mitteln ist es möglich, den gesamten Lebenszyklus einer Energiedienstleistung abzubilden. Ausgangspunkt ist die Modellierung der Verfügbarkeit von Anlagen. Es werden die Zeiträume spezifiziert, in denen Anlagen für die Vermarktung zur Verfügung stehen. Daraufhin werden potentielle Energiemengen, bzw. Dienstleistungen berechnet und vom Energiehandel bzw. Fahrplanmanagement weiterverarbeitet. Einmal im System eingegebene Fahrpläne werden vom System umgesetzt.