Pictures of the Future      Frühjahr 2008

Schaltstelle für Energie und Wasser

Eine sichere und möglichst umweltfreundliche Energieversorgung basiert – wie auch die Wasserversorgung großer Städte – heute ganz entscheidend auf Computerintelligenz und einer leistungsfähigen Leit- und Informationstechnik. Kern der Lösungen ist das Netzleit- und Kontrollsystem Spectrum Power CC von Siemens.

Die Wetterdienste melden orkanartige Böen mit rasch sinkenden Temperaturen und gefährlichem Blitzeis. Vorsichtshalber stellt die Leitwarte des Energieversorgers ein Krisenmanagement zusammen. Techniker rollen riesige Papierpläne aus und versuchen herauszufinden, wo im Stromnetz am ehesten mit Ausfällen zu rechnen ist. Gearbeitet wird mit Bleistift und Radiergummi, denn die Informationslage ist unübersichtlich und genauso wechselhaft wie das Wetter. Um einen größeren Blackout zu verhindern, sind insbesondere genaue Angaben wichtig, in welchen Verteilerstationen ein Spannungsabfall entstehen könnte. Diesmal haben die Ingenieure Glück: Trotz der Eislast halten die Überlandleitungen…

Energieversorger müssen mit solchen Krisenszenarien rechnen. Allerdings verlässt sich heute kein Betreiber, wie noch vor zwanzig Jahren, auf Papier und Bleistift. Im hochautomatisierten Leitstand der Evonik New Energies GmbH in Saarbrücken beispielsweise werten Computer im Minutentakt mehrere tausend Daten aus 15 000 Messpunkten aus. Sie geben Auskunft über den aktuellen Betriebszustand des Netzes. Software-Module erzeugen am Bildschirm ein getreues Netzabbild mit allen Anlagen- und Schaltkomponenten und sie informieren darüber, was gerade in den Einheiten passiert.

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) heißt eine der wichtigen Applikationen der Systemplattform, die alle Informationen aus den Netzen zusammenträgt und aufbereitet. An den Bildschirmen in der Leitwarte erscheinen dann farbige Prozessbilder und graphische Pläne vom Versorgungszustand des Netzes.

Die Programm-Module kennen die festgelegten Grenzwerte und rechnen in wenigen Sekunden aus, wo und wann sie überschritten wurden: "Eine zentrale Netzleitstelle ist in der Lage, das komplette Energieversorgungsnetz optimal zu überwachen und zu steuern", versichert Thomas Vogl, Produktmanager für die Netzleitsysteme bei der Siemens-Division Power Distribution in Nürnberg.

Virtuelle Kraftwerke. Mit Hilfe von intelligenten Überwachungs- und Analysewerkzeugen koordiniert die Evonik New Energies GmbH in Saarbrücken drei große Steinkohlekraftwerke mit 2 000 MW Gesamtleistung. Dazu kommen mehr als 100 MW Kraftwerksleistung aus 21 bundesweit verstreuten kleineren Anlagen, darunter Biomasse-Kraftwerke, Windkraftanlagen und eine Geothermieanlage im oberbayerischen Erding.

"Wir haben die dezentralen Anlagen über alle Regelzonen miteinander vernetzt und können daher eine sehr hohe Versorgungssicherheit garantieren", unterstreicht der Chef der Energieleitzentrale, Franz-Josef Blug. Kernstück der Leitwarte ist das Netzleit- und Kontrollsystem Spectrum Power CC von Siemens, das die Prozessdaten aus den Kraftwerken sowie den dezentralen Energieerzeugungsanlagen in einem virtuellen Regelkraftwerk zusammenführt und auswertet.

Bei Spectrum Power CC laufen nicht nur die Fäden für eine optimale Steuerung zusammen, sondern auch die Planungsdaten für den Kraftwerkseinsatz und die Kontakte mit externen Energiehändlern. In der Warte flimmern über die Monitore aktuelle Berechnungen der Netzauslastung, sowie Simulationen, die Aufschluss über den kostengünstigsten und effizientesten Einsatz der Erzeugungseinheiten geben. Auch lässt sich ziemlich genau anhand von Kennzahlen feststellen, wie der aktuelle Energieaustausch mit Partnern aussieht. Mit Hilfe speziel- ler Prognosefunktionen blicken die Software-Werkzeuge sogar in die Zukunft: So lassen sich aus dem täglichen Energieverbrauch verschiedene Verbrauchsmuster nach Regionen oder Abnehmergruppen herausfiltern, die Rückschlüsse auf den zukünftigen Verbrauch zulassen. Mit Hilfe mathematischer Verfahren entstehen daraus Lastprognosen, die ziemlich genau den wöchentlichen Strombedarf einer Region oder eines größeren Abnehmers wiedergeben. Diese Auswertungen sind die Basis für zusätzliche Stromgeschäfte: "Wir sind nicht nur Energieerzeuger, sondern Dienstleister und Contractor für Industriekunden, die ihre Energieversorgung komplett an uns auslagern", erläutert Blug.

 Ohne die Echtzeitverarbeitung der Daten und deren detaillierte grafische Darstellung ist ein umfassendes Energiemanagement nicht zu realisieren. Das betrifft auch das Störungs- und Ausfallmanagement. Während es früher häufig Stunden dauerte, bis die Ursache für einen Spannungsabfall erkannt wurde, erhalten Techniker jetzt Störungsmeldungen in Lichtgeschwindigkeit: Die Erzeugungs- und Verteilstationen des gesamten Energienetzes lassen sich über Lichtwellenleiterkabel mit dem Leitsystem verbinden. Die übermittelten Messdaten aus den Stationen unterzieht Spectrum Power CC einer Auswertung hinsichtlich Fehlerort und betroffener Netzteile und übermittelt das Ergebnis an das Bedienpersonal. Ein so genanntes Schaltfolgen-Management prüft in einer Simulation die günstigste Reihenfolge für das Abschalten von Leitungssegmenten – was eine gute Orientierung für den Einsatzplan der Wartungsmannschaft ist.

Digitaler Wassermanager. Auch bei Wassernetzen spielen intelligente Software-Werkzeuge von Siemens eine entscheidende Rolle, vor allem wenn es um ein besseres Verteilen knapper Ressourcen oder das Aufspüren von Lecks geht. Der viertgrößte Wasserversorger der Welt, das halbstaatliche Unternehmen Sabesp in São Paulo, Brasilien, setzt das Kontroll- und Überwachungssystem Siemens Power CC ein, um den Wasserverbrauch der Millionenmetropole besser in den Griff zu bekommen. Die brasilianische Siemens-Tochter Chemtech hat in weniger als einem Jahr in São Paulo das modernste Wasserverteilsystem Südamerikas realisiert. Statt ständig die Reservoirs nach jeder Entnahme wieder randvoll mit Wasser zu pumpen, geht die Siemens-Software völlig neue Wege: Sie steuert anhand von typischen Verbrauchsprofilen die Wassermengen der einzelnen Speicherbecken. "Durch den Abgleich der Pegelstände in den Wasserreservoirs mit dem tatsächlichen Bedarf sinken die Bereitstellungskosten", sagt Ingo Goldak, Vertriebsbeauftragter bei Siemens in Nürnberg. Der Grund: Die Pumpen laufen nicht mehr so lange wie früher zu Zeiten hoher Energiepreise.

Der wesentliche Knackpunkt sind vergleichende Messungen des Wasserdrucks in den Leitungen, die das Überwachungssystem zu verschiedenen Tages- und Nachtzeiten vornimmt. Ähnlich wie in Strom- oder Gasverteilnetzen wertet Power CC seit Herbst 2006 in der brasilianischen Metropole die Messdaten aus den Pumpstationen, den Speicherbecken und den Entnahmestellen im Leitungsnetz aus. Dazu kommen Wetterdaten wie Außentemperaturen oder Niederschläge. Aus diesen Informationen erstellt das System Verbrauchsprognosen, die den Technikern als Anhaltspunkt für den Pumpenbetrieb dienen.

Das ist aber nicht alles. Steigt der Verbrauchspegel eines Wohngebiets zu einem bestimmten Zeitpunkt über ein statistisches Mittelmaß, schlägt das Kontrollsystem Alarm: Auf den Überwachungsmonitoren von Sabesp erscheinen rot unterlegte Warnhinweise. Mit einem Blick sieht die Bedienmannschaft, an welcher Stelle des weitverzweigten Wassernetzes ein ungewöhnlicher Druckabfall entsteht. "Dank dieser Technologie können wir fast jede Störung verfolgen und sie viel schneller beheben als bisher", versichert der bei Sabesp zuständige Ingenieur für die Wasserverteilung, Hélio Luiz Castro.

Neue Horizonte öffnen. Neue Herausforderungen an die Netzleitsysteme bringt die Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Partnern mit sich: etwa der Leitstelle, von Fachabteilungen und externen Geschäftspartnern. "Ein offener Strommarkt erfordert neue Applikationen mit betriebswirtschaftlicher Ausrichtung", betont Vogl. Erste Ansätze sind Internet-Portale, auf denen Verkäufer von elektrischer Energie oder von nutzbaren Übertragungskapazitäten ihre Angebote öffentlich ausschreiben. Das Contracting setzt eine sehr genaue Kenntnis der eigenen Ressourcen, der Ausfallsicherheit auf den Übertragungswegen und der vertraglichen Zusicherung von Liefermengen voraus. Aus technischer Sicht gelingt ein solcher Handel nur über eine homogene IT-Landschaft mit standardisierten Kommunikationsverbindungen und Datenformaten. "Ein zukunftsfähiges Netzleitsystem beruht auf internationalen Standards und kompatiblen Datenmodellen", fasst Vogl zusammen.
                                                                                                           Andreas Beuthner