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Anlagensteuerung / Daten-Management Dezentrale Energieerzeugung: die Cloud ist der Clou

Dezentrale Energieerzeugung auf Basis von Abfall oder lokal vorhandener Brennstoffe – das ist das Metier des noch jungen Unternehmens Entrade. Zusammen mit Schneider Electric realisiert das Unternehmen Anlagen mit einer kombinierten Leistung von 32 MW (thermisch) in Liverpool. IoT-Einbindung in die Konzepte für Anlagensteuerung und Daten-Management inklusive.

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Das modulare Kraftwerk in Liverpool: In jedem Container befinden sich vier der E4-Kleinkraftwerke.
Das modulare Kraftwerk in Liverpool: In jedem Container befinden sich vier der E4-Kleinkraftwerke.
(Bild: Schneider Electric)

Im Jahr 2009 nahm Julien Uhlig an einem Projekt der Deutschen Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) in Äthiopien teil, das den Aufbau von Mikrokraftwerken auf Solarbasis und von kleinen Wasserkraftsystemen in Äthiopien zum Ziel hatte. Als großes Hindernis für das Projekt erwies sich seinerzeit die Verfügbarkeit einer zuverlässigen 24/7-Grundstromversorgung, die nur mit Dieselgeneratoren realisierbar schien. Die Erzeugung von Energie mit vor Ort verfügbarer Biomasse erschien eine gute Alternative, aber kaufbare Lösungen waren zu dieser Zeit nicht erhältlich.

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Diese Erkenntnis gab den Impuls zur Gründung von Entrade mit Sitz in Pfaffenhofen: Als Leiter von Exzellenzclustern der Energieforschung für die Bundesregierung hatte Julien Uhlig Zugang zu Kapital und zu den besten Forschungslaboren des Landes. Bereits ein Jahr nach Äthiopien entstand ein vollautomatisches, transportables Kleinkraftwerk für Holzhackschnitzel im Containerformat. Es erzeugt in einem Vergasungsprozess aus Biomasse Gas zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, der einen Generator antreibt.

Von Biomasse bis Abfall – Energie aus mehr als 130 Brennstoffen

Das aktuelle Standard-Kleinkraftwerk E3 von Entrade leistet 55 kW elektrische und 120 kW thermische Energie. Es ist mit mehr als 130 unterschiedlichen Brennstoffzusammensetzungen getestet. Das Spektrum reicht von Nussschalen, bestimmten Laubarten, Plastiktüten und Plastikflaschen bis hin zu zerschredderten Autoreifen. Ständig werden neue Brennstoffe getestet und der Energiegewinnungsprozess optimiert. Angefahren wird das Kleinkraftwerk immer mit einem genormten Brennstoff. Läuft der Vergasungsprozess, beginnt die Zumischung anderer Grundstoffe. Beachtlich ist die Prozess-Sicherheit des Kraftwerks, die Verfügbarkeit liegt bei über 8000 Stunden pro Jahr.

Diese Argumente können überzeugen: Entrade expandiert, für mehrere vielversprechende Projekte ist der Startschuss gefallen. Ziel ist laut CEO Julien Uhlig weniger der Verkauf von Anlagen. Vielmehr strebt er ein Betreiber-Modell an, bei dem der Kunde Strom- oder Wärmeenergie kauft, nicht aber die Anlage selbst: „Heute entwickeln, finanzieren, besitzen und betreiben wir unsere Energiesysteme selbst, wodurch wir weit höhere Renditen generieren als mit dem bloßen Verkauf der Anlagen.“

Schlanke Unternehmensstruktur durch Einbindung starker Partner

Dennoch will sich Entrade nicht zu einem internationalen EVU-Multi entwickeln, sondern ein schlankes, ‚smartes‘ Unternehmen bleiben, bei dem Technologie und Spitzenforschung ein Schwerpunkt bildet. Julien Uhlig setzt daher stark auf die Einbindung von Partnern. Ein gutes Beispiel dafür ist eine 32-MW (thermisch)-Anlage, die zurzeit in Liverpool entsteht. Sie soll ein bisher von der öffentlichen Stromversorgung schlecht versorgtes Gewerbegebiet versorgen. 60 Container mit 240 E4-Aggregaten werden an mehreren Standorten im größten Gewerbepark in Nord-England aufgestellt.

Schneider Electric ist bei diesem Projekt Partner für die gesamte Automatisierung, den Schaltschrankbau, Mittelspannungstechnik sowie für die gesamte Überwachung der Anlage von Pfaffenhofen. Der Spezialist für Automatisierung, Anlagenbau sowie für das Verteilen und Schalten von Energie verfügt über ein umfassendes Portfolio mit tausendfach bewährten Produkten und Lösungen. Durch die Verlagerung von Steuerungs- und Visualisierungsfunktionen, Datenaustausch sowie Software-Funktionen zur Datenaufbereitung von klassischer Hardware in die Cloud konnte zudem ein richtungsweisender Ansatz für die sinnvolle Einbindung des Internets realisiert werden.

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One-stop-shopping sichert weltweite Komponenten-Verfügbarkeit

Die Partnerschaft mit einem Komplettanbieter verschafft Entrade eine Lösung für eine Herausforderung, die mit jedem weiteren weltweit ausgelieferten E3-Aggregat wächst: Schneider Electric zeichnet sich für Layout, Montage, Dokumentation und Test jedes Schaltschranks verantwortlich. Dieser umfasst zu über 97 Prozent Standard-Produkte, die weltweit unter einheitlichen Referenznummern bestellbar und kurzfristig verfügbar sind.

Das gleiche gilt für die gesamte Mittelspannungstechnik. Schneider Electric kann bis hin zum Fernwirkanschluss alles aus eigenen Produktprogrammen liefern, bis hin zum Einspeisepunkt auf Basis der T300-Technologie. Darüber hinaus übernimmt der weltweit bekannte Spezialist für Verteilen und Schalten von Energie mit Hilfe von zertifizierten Partnern die komplette Planung und den Aufbau vor Ort.

Die Steuerung jedes E3 und E4 basiert auf einer SPS des Typs Modicon M241. Sie gehört zu einer neuen Generation von Kompaktsteuerungen mit einer für diese Steuerungsklasse überdurchschnittlichen Rechengeschwindigkeit und einem auf moderne Kommunikationsaufgaben ausgerichteten Schnittstellenangebot. Sie steuert alle Prozesse eines E3, so etwa die Altivar-Umrichter für die diversen Gebläse zur Brennstoff-Trocknung, Luftzufuhr des Vergasers oder für die kontrollierte Verbrennung des entstehenden Gases bei Betriebsstörungen des Gasmotors. Die Modicon-SPS generiert auch Meldungen und versendet diese per E-Mail an den Entrade-Service, etwa wenn Störungen auftreten oder Wartungen bevorstehen.

Für die lokale Steuerung der Gesamtanlage greift Schneider Electric auf bewährte Steuerungs-Hardware aus dem Portfolio für Anlagenbau und Gebäudeautomation zurück: Alle 100 Modicon M241 sind über Modbus TCP unter einem Smart-Struxure-Automation-Server zusammen gefasst. Er speichert und protokolliert die lokal anfallenden Daten und erstellt die entsprechenden Datensätze bzw. Datenformate, die dann in die Cloud hochgeladen werden. Die Verbindung zur Cloud wird über einen sicheren VPN-Tunnel hergestellt, kommuniziert wird über OPC UA.

Bewährte Konzepte und Funktionen in die Cloud verlagert

Ein neuer Ansatz ist die Installation der nächsthöheren Steuerungsebene samt dem gesamten Datenmanagement in der Cloud, anstatt wie bisher auf einer lokal installierten Server-Hardware. So befindet sich am anderen Ende der VPN-Verbindung – bereits in der Cloud – ein VPN-Gateway. Es verbindet die lokale Anlage mit der nächsthöheren Steuerungsebene – dem Enterprise Server. Diese Steuerung ist ein reines Software-Produkt, nun installiert in der Cloud. Der Enterprise Server kanalisiert die Daten, die in der Datenbank – natürlich auch in der Cloud – gespeichert werden. Und er ist die Steuerung, mit der von der Entrade-Zentrale aus aktiv Einfluss auf die Anlage genommen werden kann: Programm-Updates, Zustandsänderungen und vieles mehr.

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Eine maßgebliche Komponente für die komfortable Steuerung jeder Anlage ist die Visualisierung. Hier wurden parallel mehrere Optionen installiert:

  • Der für die lokale Steuerung zuständige Automation Server bietet eine Visualisierung vor Ort an.
  • Von beliebigen Standorten aus besteht via Web-Visualisierung – etwa von Tablets aus – der mobile Zugriff auf die Steuerungen der einzelnen E3-Aggregate.
  • Der Enterprise Server umfasst eine Visualisierung, über die von einem beliebigen Standort aus die Anlage bis auf Ebene der einzelnen E3-Aggregate einsehbar ist. Zudem besteht – ebenfalls von beliebigen Standorten aus – voller Zugriff auf alle generierten und in der Cloud gespeicherten Daten.

Vorbeugende Wartung und Smart Grid – alles mit einem Tool

Ebenfalls in der Cloud befindet sich der Resource Advisor, ein mächtiges Tool zur Verwaltung, Monitoring und Aufbereitung von Daten für unterschiedlichste Zwecke. Entrade und Schneider Electric stehen hier noch am Anfang der Überlegungen, welche Dienste und Funktionen Sinn machen. So können die vielfältigen Analyse- und Statistikfunktionalitäten des Tools beispielsweise zur Auswertung aller Anlagen- und Zustandsdaten für die vorbeugende Wartung heran gezogen werden. Die Erfassung der verbraucherseitig abgerufenen Energie über die Zeit und die darauf basierende Erstellung von Energieprofilen ist eine weitere Option. Sie können Grundlage sein für Maßnahmen zur Anlagenoptimierung, bis hin zum Management der Personal-Dienstpläne.

Der Beitrag erschien zuerst auf dem Portal unserer Schwestermarke elektrotechnik.

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