Pictures of the Future      Frühjahr 2008

Optimaler Fahrplan

Siemens bietet Lösungen für eine optimale Einsatzplanung großer Kraftwerke ebenso wie für die dezentrale Energieerzeugung. Die Software gibt Entscheidungshilfen und regelt den täglichen Einsatz der Anlagen.

Jeden Tag müssen Kraftwerksbetreiber auf Grundlage vieler Variablen Entscheidungen treffen. Ein Beispiel: Ist ein windiger Tag vorhergesagt, wird vermutlich viel Windenergie ins Netz eingespeist – man braucht weniger Energie aus fossilen Brennstoffen. Doch reicht die Windenergie auch für die Stromspitzen in der Mittagszeit oder ist es besser, ein Gas-Kraftwerk hochzufahren? Vielleicht ist es sogar günstiger, Energie auf dem Strommarkt dazuzukaufen? Doch hier variieren die Preise ständig…

Auch Abnahmeverpflichtungen, den Zustand des Netzes und den Handel mit CO₂-Emissionszertifikaten muss der Betreiber mit einkalkulieren. Grundsätzlich hat er stets das Ziel, Erzeugung und Verbrauch im Gleichgewicht zu halten. Früher musste sich ein Kraftwerksbetreiber dabei auf seine Erfahrungen verlassen, er hatte es aber auch etwas leichter als seine heutigen Kollegen: Die Strommärkte waren noch nicht liberalisiert, weswegen die Last, die erzeugt werden musste, recht genau feststand. Es gab keinen Strommarkt mit variierenden Preisen sowie weniger regenerative Energiequellen, die schwer zu prognostizieren sind.

Heutzutage müssen Kraftwerksbetreiber viel mehr Variablen bedenken, unterstützt werden sie durch die Informationstechnologie. "Seit Anfang der 90er-Jahre hat Siemens IT-Lösungen für die optimierte Einsatzplanung großer Kraftwerksbetreiber in Betrieb", sagt Erich Fuchs, Geschäftssegmentleiter Dezentrales Energiemanagement bei Siemens IT Solutions and Services in Wien. So gibt es etwa ein System für die kurzfristige Einsatzplanung, also für einen Tag bis zu einer Woche. Ab Mitte der 90er-Jahre wurde auch eine Lösung für die mittelfristige Planung namens Ressource Optimization entwickelt, die Zeiträume zwischen einer Woche und 15 Monaten umfasst. Sie unterstützt den Betreiber bei grundsätzlichen Entscheidungen, etwa welchen Brennstoff er kaufen soll oder welche Wartungsintervalle für seine Anlagen sinnvoll sind. "Bei der kurzfristigen Planung basieren die Lösungen auf deterministischen Wetter- und Lastprognosen, bei der langfristigen Planung wegen der Unsicherheiten auch auf Wahrscheinlichkeitsverteilungen", erklärt Fuchs. Sämtliche Informationen laufen online in der Leitwarte des Kraftwerksbetreibers zusammen.

Idealerweise sind beide Lösungen im Einsatz. Ein Beispiel: Kurzfristig mag es günstiger sein, ein Kraftwerk anzufahren und Brennstoff zu verbrennen. Für das kommende Jahr ist aber nur ein gewisses Kontingent an Brennstoff da, was wiederum die Software für die langfristige Einsatzplanung meldet. Dann sollte man besser doch Strom hinzukaufen. In Kombination lassen sich mit beiden Lösungen Kosten sparen. "Kostensenkungspotenziale anzugeben ist wegen der sehr unterschiedlichen Kraftwerkssysteme schwierig", sagt Dr. Thomas Werner, Produktmanager bei der Siemens-Division Power Distribution in Nürnberg. Bei den großen Brennstoffmengen, die in Kraftwerken gebraucht werden, können aber einige Zehntelprozent bereits einen erheblichen Beitrag ausmachen.

Virtuelles Kraftwerk. Mit neuen Technologien und infolge der Deregulierung und Liberalisierung auf dem europäischen Strommarkt gewinnt die dezentrale Energieerzeugung an Bedeutung. Hier sind verstärkt erneuerbare Energien im Fokus sowie die Kraft-Wärme-Kopplung, die sowohl Strom als auch Nutzwärme erzeugt. Doch mit erneuerbaren Energien ist es noch schwieriger, exakte Prognosen zu erstellen. Wie lange wird in den nächsten Tagen die Sonne scheinen, wie stark der Wind wehen? Gedämpft werden die Fluktuationen, wenn man mehrere kleine Erzeuger zu einem virtuellen Kraftwerk kombiniert. Damit wird nicht nur ein größeres Marktgewicht erzielt, sondern es lassen sich auch präzisere Prognosen treffen und die Produktionsmengen flexibler regeln.

Seine Vorteile ausspielen kann ein virtuelles Kraftwerk aber nur mit einem klugen Energiemanagement. "Dafür haben wir die Lösung DEMS (dezentrales Energiemanagementsystem) entwickelt", sagt Thomas Werner. Damit lässt sich die Versorgung eines Gebietes energetisch, ökonomisch und ökologisch nach vorgegebenen Kriterien optimieren. Handelt es sich etwa um ein virtuelles Windkraftwerk, erhalten die Betreiber vom Wetterdienst Prognosen über die Windstärke und -richtung für den Standort ihrer Anlagen. Anhand dieser Daten und weiterer Parameter, mit denen sich die wahrscheinlich notwendige Erzeugungsmenge für ein bestimmtes Gebiet voraussagen lässt, erstellt DEMS einen Einsatzplan. Die Lösung berücksichtigt dabei alle Möglichkeiten für die Verbrauchssteuerung und macht Vorschläge: Anlagen zu- oder abschalten, Speicher optimieren und vieles mehr. Der Betreiber kann verschiedene Szenarien modellieren. Am Bildschirm hat er alles im Blick: die Prognosen über die zu deckenden Lasten, seine Liefer- und Bezugsverpflichtungen und die Einsatzfahrpläne aller seiner Anlagen. "So lässt sich ein optimaler Fahrplan erstellen, an dem die Anlagen ausgerichtet werden können", beschreibt Thomas Werner.

Im ersten Einsatz ist DEMS seit 2003 bei der Papier- und Zellstofffabrik SAPPI Austria Produktions-GmbH & Co. KG in Österreich, die ein eigenes kleines virtuelles Kraftwerk nutzt. Eine intelligente Software war dringend notwendig: wegen der vertraglichen Auflagen der Energiebezugsverträge für Strom und Gas, wegen der Abnahmeverpflichtungen für Stein- und Braunkohle sowie wegen der im Produktionsbetrieb anfallenden und zu verwertenden Biomasse. DEMS berechnet abhängig vom Produktionsplan die individuellen Lastprognosen sowie die zu erwartende Eigenstromproduktion, und zwar für maximal sieben Folgetage in einem fünfzehnminütigen Raster. Damit sind die Fahrpläne erheblich genauer geworden.

Öko-Strom im Kommen. "Das Interesse an DEMS steigt deutlich, es gibt vermehrt Nachfragen", sagt Thomas Werner. Allerdings sind eine derartige Lösung und das dahinterstehende Geschäftsmodell immer auch abhängig von der jeweiligen nationalen Energiepolitik. Derzeit sieht es etwa in Deutschland viel versprechend aus. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz aus dem Jahr 2000 soll den Ausbau von Anlagen vorantreiben, die aus erneuerbaren Quellen gespeist werden. Es dient vorrangig dem Klimaschutz und gehört zu einer Reihe von Gesetzen, mit denen die Bundesregierung die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und von Energieimporten verringern will. So soll der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung bis zum Jahr 2020 auf mindestens 20 % steigen. Zum Vergleich: Im Jahr 2006 lag ihr Anteil bei etwa 12 %. Mit einem Inlandsumsatz von 22,9 Mrd. € im Jahr 2006 sind die erneuerbaren Energien bereits zu einem wichtigen Wirtschaftsfaktor geworden – ob Biomasse, Solar- oder Windenergie.

"Eine globale Lösung für die Energiegewinnung wird es sicher nicht geben", prognostiziert Werner, "aber die dezentrale Energieerzeugung wird künftig neben den großen Kraftwerken eine wichtige Rolle spielen." Eines ist klar, meint der Siemens-Experte: "Solche Anlagen brauchen ein intelligentes Energiemanagementsystem." Dann hat man freie Fahrt, um alle Energiequellen optimal zu nutzen.
                                                                                                                  Gitta Rohling