UMTS-Router sorgen für flexible und sichere Verbindung

Trafostationen übers Internet überwachen

Ein Smart Grid braucht vor allem eines: Smart Components (Bild: Alstom)

Mit dem Atomausstieg wird die konsequente Nutzung erneuerbarer Energien immer wichtiger. Dadurch erlebt die Stromversorgung hierzulande derzeit eine Veränderung, bei der die Netze teilweise nicht mitkommen. Stromkonsumenten werden gleichzeitig auch zu Produzenten, man spricht statt von Consumern nun von Prosumern. Das Smart Grid ist in diesem Zusammenhang in aller Munde. Weniger oft hört man aber von „Smart Components“ ohne die sich ein Smart Grid jedoch nicht realisieren lässt. Hier können auch scheinbar kleine Komponenten wie Datenfunkrouter eine wichtige Rolle spielen.

Im Zusammenhang mit dem Thema „Smart Grid“ gibt es ein wesentliches Problem: Der Begriff ist unscharf definiert und wird somit ganz unterschiedlich verwendet. So werden Themen, die eigentlich den „Smart Market“ betreffen mit „Smart Grid“ bezeichnet und umgekehrt. Eine vereinfachte Definition könnte lauten: Beim Grid (also dem Netz) hat man mit Netzkapazitäten (kW) oder nutzbaren Leitungsquerschnitten zu tun, während der Schwerpunkt des „Smart Marktes“ auf den bereitgestellten Energiemengen (kWh) liegt, die von entsprechenden Erzeugungsanlagen gewandelt werden. Der umfangreiche Bereich Netzwerkinfrastruktur zum „Transport“ der Energie fällt demnach unter den Begriff „Smart Grid.“

Nicht größer, sondern schlauer

Immer wieder hört man, die Stromnetze seien den heutigen Anforderungen nicht gewachsen und müssen ausgebaut werden. Spontan denkt man dabei vermutlich an mehr Überlandleitungen, an mehr oder größere Trafostationen usw. Dabei ist oft gar nicht das bestehende Stromnetz das Problem, sondern die mangelnde Intelligenz der Netze. Beim Netzaufbau wurden Trafostationen ursprünglich unabhängig voneinander so aufgebaut, dass sie jeweils einen Straßenzug, einen Ort oder Ähnliches versorgen können. Wachstum samt dem nötigen Puffer wurde eingeplant. Heute hat sich die Situation gewandelt: Netze, die für die unidirektionale Übertragung von Energie ausgelegt waren, werden nun bidirektional genutzt. Ein klassisches Beispiel sind Photovoltaikanlagen auf Privathäusern, die ihre gewandelte Energie ins Netz einspeisen. Diese sind gerade im ländlichen Raum immer öfter und in großen Dimensionen anzutreffen. Künftig wird sich die Situation wohl so verändern, dass der ländliche Raum (zu bestimmten Stoßzeiten) verstärkt einen Energieüberschuss erzielt, während gerade in Städten große Energiemengen gebraucht werden. Da die einzelnen Netzbereiche bislang aber nicht miteinander kommunizieren, ja nicht einmal die exakten Mengen benötigter, vorhandener oder überschüssiger Energie kennen, ist eine Umverteilung nahezu unmöglich. Das traurige Ergebnis sah so aus, dass 2011 viele Gigawattstunden umweltfreundlicher Energie ins Leere liefen, da die Netzbetreiber zum Schutz ihrer Netze vor Überlastung die produzierte Energie nicht oder nur teilweise abnehmen konnten.

Intelligentes Netz braucht intelligente Komponenten

Alstom entwickelt am Standort Mönchengladbach das Monitoringsystems MS 3000 für Hochleistungstranformatoren.

Alstom entwickelt am Standort Mönchengladbach das Monitoringsystems MS 3000 für Hochleistungstranformatoren.
Bild: Alstom

Der erste Schritt auf dem Weg, um das künftig zu vermeiden, ist also, dass die tatsächlich vorhandenen Energiemengen und der Bedarf bekannt sind und zwar großflächig. Das weltweit agierende Unternehmen Alstom hat jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung und Produktion von innovativen Lösungen für den Netzausbau. So wundert es nicht, dass das Unternehmen an entsprechenden „Smart Components“ arbeitet, um die Entwicklung des Smart Grids voranzutreiben. Am Standort Mönchengladbach beispielsweise wird das Monitoringsystem für Leistungstransformatoren MS 3000 produziert. Dieses ermöglicht es den Betreibern von Umspannstationen und Elektrizitätskraftwerken, ihre Transformatoren während des Betriebs zu überwachen und ihren Zustand zu bewerten. Auf diese Weise wird der Betrieb der Transformatoren optimiert und die Effizienz ihrer Wartung gesteigert. Hierzu werden von MS 3000 unter Verwendung von intelligenten Sensoren Zustandsdaten erfasst, mit Hilfe von komplexen Algorithmen verarbeitet und die Ergebnisse anschließend einer zentralen Leitwarte zur Verfügung gestellt. Für die Anbindung des Monitoringsystems werden je nach Anforderungen der Kunden unterschiedliche Datenübertragungstechnologien und -protokolle wie zum Beispiel IEC61850, IEC60870-5-104 oder andere Feldbusprotokolle eingesetzt. Mit immer weiter voranschreitendem Ausbau von Mobilfunknetzen und höher werdenden Übertragungsraten ist es heute ebenfalls möglich, alternatv zu kabelbasierten Verbindungen die weltweite Kommunikation mit Monitoringsystemen drahtlos zu realisieren. Das im Rahmen einer Weiterentwicklung von MS 3000 umgesetzte Konzept zur mobilfunkgestützten Datenübertragung via GPRS/UMTS/HSPA bietet somit noch eine weitere Möglichkeit, das Monitoringsystem in die Leitebene einzubinden.

Kabellose Datenübertragung für Anwendungen in aller Welt

Lösungen im Umfeld des Smart Grids sind ein idealer Einsatzbereich für die TK-Router. Die robusten Geräte eignen sich dank Zuverlässigkeit und weitem Temperaturbereich für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen. (Bild: Welotec)

Lösungen im Umfeld des Smart Grids sind ein idealer Einsatzbereich für die TK-Router. Die robusten Geräte eignen sich dank Zuverlässigkeit und weitem Temperaturbereich für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen.
Bild: Welotec

Es war also eine kabellose Lösung zur Datenübertragung gefragt, die mit dem rauen Umfeld in Umspannstationen zurechtkommt und sich möglichst weltweit einsetzen lässt. Bei der Suche nach dem geeigneten Datenfunkrouter kamen die Experten für kabellose Datenübertragung der Welotec GmbH aus Laer im Münsterland ins Spiel. Deren Router konnten die, wie im industriellen Umfeld üblich, anspruchsvollen Anforderungen gut erfüllen. Gefragt waren maximale Zuverlässigkeit und Sicherheit der Datenübertragung, robuste und langlebige Verarbeitung, ein weiter Temperaturbereich und der Einsatz desselben Routers, egal wo auf der Welt das Monitoringsystem arbeiten wird.

Die Wahl fiel auf die UMTS-Router der TK-Serie im robusten Metallgehäuse. Die Geräte eignen sich für den Einsatz unter Umgebungstemperaturen zwischen -25 °C und +70 °C und werden in zwei Varianten mit einem oder vier Ethernet Ports angeboten. Wo kein UMTS zur Verfügung steht, schalten die Router automatisch auf GPRS um und sind damit für den weltweiten Einsatz bestens gewappnet. Felix Mamutov, Test & Development Engineer bei Alstom Grid, war an der Entwicklung der Funktion zur drahtlosen Datenübertragung in Monitoringsystemen und somit bei der Wahl des Routers maßgeblich beteiligt. Er ergänzt: „Eine global einsetzbare, Mobilfunkprovider-übergreifende Lösung mit permanenter Verfügbarkeit, hoher Datenübertragungsrate und Datensicherheit war die Grundvoraussetzung für das Konzept. Deshalb war es notwendig, dass der eingesetzte Router den Aufbau sicherer privater Netzwerke unterstützt.“ Auch hier konnten die TK-Router mit standardmäßigem OpenVPN, IPSec, PPTP, L2TP und GRE punkten. Eine Firewall und spezielle Authentifizierungsmethoden erhöhen die Kommunikationssicherheit zusätzlich. Selbstverständlich lassen sich serielle Geräte über eine integrierte RS-232- oder alternativ RS-485-Schnittstelle an die Router anschließen. „Wichtig war uns natürlich auch eine einfache Integration des Routers in unser System“ so Mamutov weiter. „Dank des guten Supports von Welotec und der reibungslosen Zusammenarbeit konnten wir den Router mit geringem Aufwand entsprechend unseren Anforderungen konfigurieren.“

Sichere, manipulationsfreie Datenübertragung ist in kritischen Anwendungen ein Muss. Hier punkten die TK-Router mit standardmäßigem OpenVPN, IPSec, PPTP, L2TP und GRE (Bild: Alstom)

Sichere, manipulationsfreie Datenübertragung ist in kritischen Anwendungen ein Muss. Hier punkten die TK-Router mit standardmäßigem OpenVPN, IPSec, PPTP, L2TP und GRE.
Bild: Alstom

Von groß nach klein

Der weltweite Einsatz der Router in Anwendungen wie zum Beispiel das Monitoringsystem für Leistungstransformatoren ist für die Datenfunkexperten ein wichtiger Schritt. Langfristig sehen sie, dass ihre Geräte in vielen Bereichen des Smart Grids ihre Vorteile ausspielen können. Die Bundesnetzagentur geht in ihrem „Eckpunktepapier zu den Aspekten des sich verändernden Energieversorgungssystems“ derzeit davon aus, dass ein flächendeckender Einsatz von Smart Metern aus Netzsicht für ein Smart Grid nicht erforderlich ist. Vielmehr sei es ausreichend, die erforderlichen Netzzustandsdaten an einigen besonders kritischen Punkten zu erfassen und diese ggf. auch um weitere Daten zu ergänzen, z.B. die Einspeiseleistung dezentraler Erzeuger. Weiter heißt es: „Sollten diese kritischen Messpunkte sinnvollerweise überhaupt durch Smart Meter realisiert werden, wäre ein weitergehender Rollout intelligenter Zähler zum Aufrechterhalten eines stabilen Netzbetriebs nicht erforderlich.“

Daniel Maurice: „Generell sehen wir gute Anwendungsbereiche für unsre TK-Router im gesamten Smart Grid Management aber auch im Micro Grid, Smart Equipment und natürlich im Bereich der erneuerbaren Energien. Mittelfristig gehen die Einsatzfelder für unsere Router also bis hinunter in Trafostationen einzelner Dörfer“ (Bild: Welotec)

Daniel Maurice: „Generell sehen wir gute Anwendungsbereiche für unsre TK-Router im gesamten Smart Grid Management aber auch im Micro Grid, Smart Equipment und natürlich im Bereich der erneuerbaren Energien. Mittelfristig gehen die Einsatzfelder für unsere Router also bis hinunter in Trafostationen einzelner Dörfer.“
Bild: Welotec

Daniel Maurice, Director Sales bei der Welotec GmbH ergänzt dazu: „Es gibt verschiedene zentrale Stellen im Netz, an denen sich Netzzustandsdaten sinnvollerweise ermitteln lassen. Ein Beispiel sind Ortsnetzstationen. Wir gehen derzeit davon aus, dass unsere Router bald nicht nur Einsatz in Leistungstransformatoren finden, sondern künftig auch vermehrt bei der Überwachung kleinerer Transformatorstationen helfen. Generell sehen wir gute Anwendungsbereiche für die Geräte im gesamten Smart Grid Management aber auch im Micro Grid, Smart Equipment und natürlich im Bereich der erneuerbaren Energien. Mittelfristig gehen die Einsatzfelder für unsere Router also bis hinunter in Trafostationen einzelner Dörfer.“

Laut Bundesnetzagentur ist der Umbau der Stromnetze zum Smart Grid weniger ein revolutionärer Schritt als vielmehr ein evolutionärer Prozess. Scheinbar kleine Komponenten wie die genannten UMTS-Router können eine wichtige Rolle dabei spielen, dass Stromnetze stabiler laufen und umweltfreundliche Energie künftig noch besser genutzt wird.

Titelbild: Alstom

 


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