Ethernet Powerlink Offen für intelligente Stromnetze

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

An der Energieversorgung der Zukunft arbeitet das Energy Department des AIT Austrian Institute of Technology. Es entwickelt Automatisierungskonzepte für die Energieverteilung in intelligenten Stromnetzen. Durch die heterogene, verteilte Architektur sind hier Steuerungs-Systemansätze unter Verwendung von Open Source nach IEC 61499 am besten für diese Aufgabe geeignet.

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Die künftige Energieversorgung hängt stark von der Fähigkeit von Stromnetzen zur Aufnahme von Energie aus erneuerbaren Quellen ab. Dazu braucht es intelligente Stromnetze.
Die künftige Energieversorgung hängt stark von der Fähigkeit von Stromnetzen zur Aufnahme von Energie aus erneuerbaren Quellen ab. Dazu braucht es intelligente Stromnetze.
(Bild: B&R)

Da fossile Energieträger zur Neige gehen und ihre Verbrennung zu Problemen wie der Erderwärmung geführt haben, hängt die Zukunft der Energieversorgung von der Fähigkeit zur Einbeziehung erneuerbarer Energiequellen ab. Einige davon, besonders Photovoltaikanlagen und Windparks, unterliegen wechselhaften Naturkräften und liefern Elektrizität mit weniger Regelmäßigkeit als traditionellere Erzeugungsarten. Deshalb werden mehr und bessere Speichermöglichkeiten für Energie benötigt. Zusätzlich werden Gebäude und andere Einrichtungen nicht nur immer energieeffizienter, manche davon werden zu gewissen Zeiten Energiezufuhr brauchen, während sie zu anderen Zeiten selbst Strom liefern.

Intelligente Netze sind Notwendigkeit

Dieses vielfältige Modell von Energieerzeugung und –verbrauch steht im Gegensatz zur Geradlinigkeit des traditionellen Ansatzes mit einem großen Versorger und einer Vielzahl kleinerer Abnehmer. Es benötigt daher Verteilnetzwerke, die sich von den existierenden Verbindungen insofern unterscheiden, als sie Energieflüsse in mehrere Richtungen ermöglichen müssen. Das macht intelligente Netze erforderlich mit der Fähigkeit, auf von Energiequellen, Speichereinrichtungen und Abnehmern erlangte und mit diesen ausgetauschte Informationen zu reagieren.

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Herausforderungen kontinentalen Ausmaßes wie die Entwicklung intelligenter Stromnetze kann nicht lokal begegnet werden. Deshalb hat die Europäische Union die European Electricity Grid Initiative (EEGI) innerhalb des Programms Strategic Energy Technology (SET) gestartet. Die Aktivitäten der Initiative werden vom Energy Department des AIT (Austrian Institute of Technology) koordiniert. Dieses stellt sein Expertenwissen im Bereich Intelligente Netzwerke auch dem International Smart Grid Action Network (ISGAN) und der European Energy Research Alliance (EERA) zur Verfügung.

Voraussetzung: offener Standard

„Eine der Herausforderungen, mit denen wir uns konfrontiert sehen, ist die heterogene Hardwarestruktur in intelligenten Stromnetzen”, sagt Dr. Thomas Strasser. Seit Ende 2010 leitet der Wissenschaftler mit Maschinenbau-Hintergrund ein Projekt zur Einrichtung eines Laboratoriums als universelle Test- und Simulationsumgebung für Energieverteilungs-Algorithmen sowie Komponenten und Systeme für intelligente Stromnetze. Seit dessen Fertigstellung im Jahr 2012 dient dieses Labor zur Verifizierung und Optimierung von Implementierungen verschiedener Energieverteilung-Strategien und deckt dabei alle Entwicklungsschritte von vollständiger Simulation über Emulation mit Hardware in the Loop bis zu portierten Systemen ab.

„Da IT-basierte Implementierungen zur Steuerung der Energieverteilung mit existierenden lokalen Systemen interagieren müssen und über eine lange Dauer Stabilität und Anpassungsfähigkeit benötigt, kommen proprietäre Steuerungsmechanismen und Kommunikationsprotokolle nicht in Frage. Offene Lösungen wie Powerlink sind die richtige Wahl für unser Kommunikations-Backbone.“

Die von den Wissenschaftlern in Wien verfolgten Implementierungsstrategien für IT-basierte Energieverteilungssysteme fußt auf der internationalen Norm IEC 61499. Ausgerichtet auf die Schaffung hardwareunabhängiger, portabler Steuerungsanwendungen definiert sie ein universell gültiges Modell für verteilte Steuerungssysteme. Dazu ersetzt sie das zyklische Ausführungsmodell älterer Normen durch eine ereignisgesteuerte Version unter Verwendung eines objektorientierten Ansatzes mit Funktionsblöcken. Als führendes System wird 4DIAC (Framework for Distributed Industrial Automation & Control) mit seinen Entwicklungs- und Laufzeit-Umgebungen implementiert, ein Open-Source-Steuerungssystem für verteilte Anwendungen als Abbild der IEC 61499.

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