Wie bei der Fabrikautomatisierung kommunizieren Windenergieanlagen zunehmend über echtzeitfähige Ethernetsysteme wie z.B. Profinet. Daraus ergeben sich Vorteile bei Leistung, Konfiguration und Diagnose. Die Kommunikation für Antriebe, Sensoren, Steuerung und HMI kann somit über ein Netz erfolgen. Zur Konfiguration und Diagnose zieht der Anwender zusätzlich zur herstellerspezifischen Konfigurationssoftware Technologien wie Webinterfaces der Netzkomponenten und Steuerungen heran. Netzkomponenten wie z.B. Industrial-Ethernet-Switches lassen sich in die Konfigurationssoftware der Steuerung integrieren. Dies hat den Vorteil, dass auch die Steuerung die Unterbrechung einer Leitung, die z.B. an einem Switch angeschlossen ist, diagnostiziert. Zusätzlich ist die Anzeige der Netzwerktopologie möglich, die den Status der Anlage darstellt. Mögliche Entlastung für die Servicetechniker Durch den Einsatz von Ethernet sind in den Service-PCs keine bussystemspezifischen Kommunikations-Schnittstellen erforderlich. Denn da die Vernetzung der Windturbinen zum großen Teil über Ethernet erfolgt, müssen sich die Servicetechniker nicht in verschiedene Bussysteme einarbeiten. Damit sind die erforderlichen Grundlagen wie Kenntnisse über IP-Adressen oder die Physik für das Automatisierungsnetz und die Windparkvernetzung identisch. Das Pitch-Control-System (Blattverstellung) dient dazu, die Rotorblätter optimal in den Wind zu drehen um den maximal möglichen Ertrag zu erzielen. Rotor und Gondel müssen demzufolge miteinander kommunizieren. Diese Verbindung geschieht über Schleifringe. Diese sind auf der Rotorwelle montiert. Da Schleifringe jedoch verschleißen und man sie demzufolge regelmäßig warten muss, sind zukünftig wartungsarme Lösungen über Industrial-Wireless-LAN (IWLAN) und echtzeitfähige Ethernetsysteme möglich. Die herkömmliche Vernetzung von Windturbinen und Windparks Im Regelfall vernetzt man die Windturbinen eines Windparks mit Lichtwellenleiter. Dabei ist die Ringtopologie die am häufigsten anzutreffende Netzwerkstruktur. Durch die Ringtopologie entsteht ein redundantes Netzwerk, in dem bei einem Kabelbruch an einer Stelle weiterhin alle Teilnehmer im Netzwerk erreichbar sind. Niedrige Rekonfigurationszeiten spielen dabei eine wesentliche Rolle. Somit hat der Bruch eines Kabels keine negativen Auswirkungen, wie z.B. verlorene Datentelegramme. Industrial-Ethernet-Switches sind sowohl im Fuß des Turms als auch in der Gondel verbaut. Die Switches im Fuß des Turms werden über die zuvor genannte Ringtopologie vernetzt. Die Verkabelung vom Fuß zur Gondel erfolgt über eine Linienverbindung. An die Netzkomponenten in Fuß und Gondel werden z.B. Condition-Monitoring-Systeme, Messsysteme, die Turbinensteuerung, IP-Telefone und Systeme zur zentralen Steuerung von Windparks oder Service-Rechner angeschlossen. Turbinenhersteller und Betreiber verfolgen dabei unterschiedliche Konzepte. Die Kommunikation zwischen den Windturbinen und dem Leitstand kann man von der Kommunikation der Automatisierungskomponenten trennen. Trennt der Anwender die Netze, dann kann er zusätzlich die Kommunikation der verschiedenen Applikationen durch virtuelle Netzwerke (VLAN, Virtual Local Area Network) trennen. Dadurch erfolgt eine logische Trennung des Datenverkehrs auf einem physikalischen Netzwerk. Somit kann der Datenverkehr separiert werden, ohne mehrere Netzwerke aufbauen zu müssen. IWLAN im Windpark – Vernetzung mit Luft Welche Möglichkeiten gibt es, wenn die Turbinen eines Windparks auf dem Land über eine große Fläche verteilt sind? Dies ist eine wichtige Frage, denn Kabel für die Kommunikation zu verlegen, ist ein großer Aufwand, der Kosten mit sich bringt. In diesem Fall ist ebenfalls eine Vernetzung mit Industrial-Wireless-LAN möglich. Dabei wird z.B. ein kleiner Teil der Windturbinen über einen Lichtwellenleiterring vernetzt. Abhängig von den Erfordernissen wird dieser Ring als Fast-Ethernet-Ring (100Mbit/s) oder 1Gbit/s-Ring ausgeführt. An den im Ring vernetzten Turbinen installiert man IWLAN-Access-Points. Es kommen Geräte mit ein bis drei integrierten Funkkarten zum Einsatz. Somit können mit einem Access Point bis zu drei Funknetze aufgebaut werden. Die restlichen Turbinen bindet man mit Hilfe von IWLAN-Client-Moduls an. Die Antennentechnik überbrückt Distanzen von 2 bis 3km. Es ist bereits ein erster Windpark mit dieser Technologie ausgerüstet worden; weitere Windparks mit diesem Konzept sind geplant. In derartigen Windpark werden z.B. nur 8 von mehr als 100 Turbinen mit einem Lichtwellenleiterring vernetzt. Der Einsatz von optischen LD-Schnittstellen (Long Distance) überbrückt Entfernungen von bis zu zehn Kilometern. Verwendet man Access Points mit mehreren Funkkarten, ist durch eine entsprechende Planung der Funkkanäle innerhalb eines Frequenzbereichs (2,4GHz oder 5GHz) ein störungsfreier Betrieb möglich. Großen Entfernungen überbrückt man mittels Richtantennen. §6 EEG 2009: die nachträgliche Vernetzung Ab 01.01.2011 gilt für die Betreiber von Windenergieanlagen mit einer Leistung von mehr als 100kW eine neue Verordnung. Demnach müssen auch Altanlagen mit einer Einrichtung versehen sein, die eine ferngesteuerte Reduzierung der Einspeiseleistung bei Netzüberlast und/oder ein Abrufen der jeweiligen Ist-Einspeisung ermöglichen. Bei Altanlagen sind die erforderlichen Steuerungskomponenten zum Teil nicht vorhanden. Im Rahmen einer Modernisierung der Windturbinen könnte man diese Komponenten jedoch relativ kostengünstig nachrüsten. Da die meisten Windenergieanlagen aber noch relativ \’jung\‘ sind, fällt diese Möglichkeit in der Regel weg. Zudem ist die nachträgliche Verkabelung mit erheblichen Kosten verbunden. Für diesen Fall könnten Industrial-Wireless-Telecontrol-Systeme auf Basis von GPRS (General Packet Radio Service) eine Lösung sein. Es ist ein paketorientierter, internetfähiger Dienst zur Datenübertragung in Mobilfunknetzen. Über diesen Dienst ist eine bidirektionale Kommunikation möglich. So kann man die Daten der einzelnen Turbinen zu einer zentralen Warte oder auch Steuerungsbefehle von einer zentralen Warte zu den Turbinen übertragen. SMS-Nachrichten informieren über etwaige Störungen Die Steuerbefehle beeinflussen z.B. über das Pitch-Control-System die Einspeiseleistung. In der Turbine kommen für diesen Fall modulare Kleinsteuerungen zum Einsatz. An diese wird ein GPRS-Modem angeschlossen. In der Zentrale bildet ein HMI-System zusammen mit einem Internet-Zugang die Gegenstelle. Der Datenverkehr kann in beide Richtungen erfolgen. Somit erfüllt der Anlagenbetreiber die gesetzlichen Vorgaben. Zusätzlich kann das System zur Diagnose, zum Service und zur Wartung eingesetzt werden. Über das GPRS-Modem kann man auch SMS-Nachrichten absenden, um den Betreiber oder einen Service-Mitarbeiter über Anlagenzustände oder Störungen zu informieren. Derartige Telecontrol-Lösungen gehören im Bereich der Wasser- und Abwassertechnik seit langem zum Standard. Zur Erfüllung der zuvor genannten gesetzlichen Vorgaben bieten sie auch im Bereich der Windernergieerzeugung eine wirtschaftliche Lösung – auf bewährter Basis. Halle 1, Stand D 13
Siemens AG
