Power to Pres­su­re

Als das euro­pa­weit ein­zi­ge Druck­luft­spei­cher-Gas­tur­bi­nen­­kraft­werk 1978 in Hun­torf sei­nen Dienst auf­nahm, war an eine Ener­gie­wen­de hin zu ­Rege­ne­ra­ti­ven nicht zu den­ken. Doch heu­te könn­te das tech­no­lo­gi­sche Uni­kum ein wich­ti­ger Bau­stein hin zur All Elec­tric Socie­ty wer­den.

Wäh­rend nächt­li­cher Schwach­last­zei­ten soll­te der von Groß­kraft­wer­ken erzeug­te Grund­last­strom gespei­chert und tags­über, bei Spit­zen­last­zei­ten, abge­ge­ben wer­den. Das war die Auf­ga­be des 1978 erbau­ten Druck­luft-Spei­cher­kraft­werks Hun­torf. Zudem soll­te der Press­luft­spei­cher bei Aus­fäl­len des Strom­net­zes benach­bar­te Kraft­wer­ke mit Not­strom ver­sor­gen, denn auch die benö­ti­gen in sol­chen Situa­tio­nen Start­hil­fe. Heu­te war­ten ganz neue Auf­ga­ben auf den Kraft­werks-Oldie.

Druck in den Unter­grund

Press­luft­spei­cher hört sich ein wenig pro­fan an. Nach Press­luft­fla­schen. Druck­be­häl­tern von über­sicht­li­cher Dimen­si­on. Kennt man doch vom Tau­chen oder als Luft­druckspen­der an der Tank­stel­le. Doch die Grö­ßen­ord­nung, in der die Kraft­wer­ker in Hun­torf den­ken, hat mit die­sen Klein­tei­len nichts zu tun. „Um die­se Kaver­nen zu erzeu­gen, wur­den zwei Salz­stö­cke von 650 bis in 800 Meter Tie­fe aus­ge­solt, also aus­ge­spült“, erklärt Phil­ip Eiben. Kein Wun­der, dass für die behörd­li­che Auf­sicht der Salz­ka­ver­nen das Lan­des­amt für Berg­bau, Ener­gie und Geo­lo­gie (LBEG) Nie­der­sach­sen zustän­dig ist.

Und das hält dicht? Immer­hin wird hier Luft bis auf bis zu 72 bar ver­dich­tet. „Zwi­schen uns und den Kaver­nen lie­gen immer­hin noch min­des­tens 600 Meter Erde und Gestein“, beru­higt Eiben. Der Elek­tro­ni­ker für Betriebs­tech­nik kennt „sei­ne“ Anla­ge ganz genau, schließ­lich ist er schon seit sie­ben Jah­ren für ihren rei­bungs­lo­sen Betrieb im Ein­satz. „Die­se Lager­tech­nik ist seit Jahr­zehn­ten erprobt. Neben­an befin­den sich Lager­stät­ten für Erd­gas, auch in Kaver­nen von Salz­stö­cken. Die sind abso­lut dicht.“ Eiben zeigt auf eine in der Fer­ne zu sehen­de Anla­ge. „Von dort bekom­men wir unser Erd­gas, das wir zur Ener­gie­er­zeu­gung benö­ti­gen.“

Phil­ip Eiben

Gigan­ti­sche Luft­pum­pe

Welt­weit gibt es nur in den USA noch ein ver­gleich­ba­res Kraft­werk im akti­ven Ein­satz, sowie ein Ver­suchs­kraft­werk im Gott­hard-Basis-Tun­nel. Das Prin­zip des Druck­spei­chers ist denk­bar ein­fach: Hat man Ener­gie übrig, wird die dazu ver­wen­det, einen gewal­ti­gen Ver­dich­ter, also eine Art über­di­men­sio­na­le Luft­pum­pe, anzu­trei­ben. Der pumpt Luft in den aus­ge­höhl­ten Salz­stock. Bis zu 23.000 Ton­nen Luft fin­den in der fins­te­ren Höh­le im Bauch der Erde Platz. Braucht man jetzt Ener­gie, dann lässt man die­se Druck­luft wie­der kon­trol­liert nach oben stei­gen, um eine Gas­tur­bi­ne anzu­trei­ben.

Da die Luft feucht ist und sich bei Aus­deh­nung abkühlt, wür­de sie jede Anla­ge zum Ver­ei­sen brin­gen. Daher wird über eine Gas­lei­tung Erd­gas zuge­führt. Das Luft-Gas-Gemisch wird in eine Gas­tur­bi­ne gelei­tet und ver­brannt. Elek­tri­sche Ener­gie wird von einem ange­kop­pel­ten Gene­ra­tor erzeugt. Der Anteil an Erd­gas beträgt im Luft-Gas-Gemisch nur rund drei Pro­zent.

Blick in die Maschi­nen­hal­le: Wäh­rend einer Revi­si­on ist die Wel­le des Ver­dich­ters zu bewun­dern

Der Wir­kungs­grad ist ver­gli­chen mit kon­ven­tio­nel­len Gas­tur­bi­nen hoch und liegt auf­grund der benö­tig­ten Erd­gas- und Druck­luft­zu­fuhr bei über 42 Pro­zent. „Die Bilanz wird noch bes­ser, wenn ansons­ten Wind­parks abge­schal­tet wer­den müss­ten, weil man nicht weiß, wohin mit der erzeug­ten Ener­gie“, zeigt sich Eiben von sei­nem Kraft­werk über­zeugt.

Schwarz­start­fä­hig

Das Kraft­werk kann drei Stun­den die vol­le Leis­tung von 321 Mega­watt abge­ben. Wei­te­re fünf Stun­den arbei­tet die Anla­ge dann mit abneh­men­der Leis­tung, ana­log dem sin­ken­den Press­luft­druck. Abge­ru­fen wird die­se Leis­tung per Fern­steue­rung aus der Düs­sel­dor­fer Ein­satz­leit­stel­le von Uni­per, dem Kraft­werks­be­trei­ber. Hier sit­zen Dis­po­nen­ten, die per­ma­nent den Strom­markt im Blick haben und bei güns­ti­gen Bedin­gun­gen die Ener­gie von Hun­torf abru­fen.

Bis zu 72 bar Druck fasst der Spei­cher

Hier­in besteht auch die wirt­schaft­li­che Auf­ga­be des Spei­cher­kraft­werks. Denn Hun­torf wird nur dann gewinn­brin­gend betrie­ben, wenn der Strom zu Zei­ten hoher Prei­se abge­ge­ben und bei gerin­gen Erzeu­ger­prei­sen gespei­chert wird.

Aktu­ell steht die Spei­cher­an­la­ge die meis­te Zeit des Jahrs in Bereit­schaft. Rie­sen­vor­teil des Spei­cher­kraft­werks ist, dass es sehr schnell gestar­tet wer­den kann. Inner­halb von nur drei ­Minu­ten läuft Hun­torf auf 50 Pro­zent, sie­ben Minu­ten spä­ter liegt Voll­last an. Und die Anla­ge ist „schwarz­start­fä­hig“, kann also im Fall eines tota­len Strom­aus­falls auto­nom hoch­fah­ren und für einen Wie­der­auf­bau des Netz­be­triebs sor­gen.

Raum­pa­trouil­le Ori­on

So alt wie das Kraft­werk sind die hier instal­lier­te Steue­rung und das tech­ni­sche Equip­ment – im Kon­troll­raum fühlt man sich an Raum­pa­trouil­le Ori­on erin­nert. Trotz regel­mä­ßi­ger War­tun­gen zeig­te sich, dass sie die zukünf­ti­gen Her­aus­for­de­run­gen nicht mehr erfül­len kön­nen.

Phil­ip Eiben im Gespräch mit Joel Stra­te­mann, Auto­ma­ti­ons­ex­per­te Phoe­nix Con­tact

Im Rah­men einer ers­ten Anla­gener­wei­te­rung müs­sen also wesent­li­che Betriebs­da­ten aus der bestehen­den Kraft­werks­steue­rung über das Feld­bus­pro­to­koll Mod­bus TCP aus­ge­le­sen und per web­ba­sier­ter Visua­li­sie­rung ange­zeigt wer­den. Damit das Betriebs­per­so­nal schnell auf Stö­run­gen reagie­ren kann, sol­len rele­van­te Alarm­mel­dun­gen direkt an das Smart­pho­ne der Mit­ar­bei­ter über­mit­telt wer­den. Dar­über hin­aus müs­sen der über­la­ger­ten Leit­zen­tra­le, die sich im ­Uni­per-Kraft­werk in Wil­helms­ha­ven befin­det, alle Betriebs­da­ten vor­lie­gen.

Die Anfor­de­run­gen des Betrei­bers ver­deut­li­chen, dass eine Kom­pa­ti­bi­li­tät zwi­schen dem neu­en tech­ni­schen Sys­tem und der vor­han­de­nen Leit­tech­nik erfor­der­lich ist. Gleich­zei­tig soll die Lösung zukünf­ti­ge Tech­no­lo­gi­en unter­stüt­zen. Bei der Umset­zung der Anla­gener­wei­te­rung hat sich Uni­per daher für die PLCnext Tech­no­lo­gy von Phoe­nix Con­tact ent­schie­den.

Schutz für kri­ti­sche Infra­struk­tur

Ein Bestand­teil des Eco­sys­tems stellt PLCnext Con­trol dar. Dabei han­delt es sich um eine offe­ne Steue­rungs­platt­form auf Basis eines Linux-Betriebs­sys­tems. Im Hun­tor­fer Kraft­werk liest die PLCnext-Steue­rung die wich­tigs­ten Betriebs­da­ten aus der bestehen­den Kraft­werks­steue­rung aus und lei­tet sie an die loka­le Web­vi­sua­li­sie­rung wei­ter, die über einen Stan­dard-Brow­ser auf­ge­ru­fen wer­den kann.

Kraft­wer­ke gehö­ren zur kri­ti­schen Infra­struk­tur. Daher müs­sen sie beson­ders im Hin­blick auf die IT-Sicher­heit geschützt wer­den, sodass Angrei­fer kein leich­tes Spiel haben. Ein ganz­heit­li­ches, tief inte­grier­tes Secu­ri­ty-Kon­zept bil­det hier die Basis für eine umfas­sen­de Absi­che­rung. Zur Sicher­stel­lung der Inte­gri­tät, Ver­füg­bar­keit und vor allem Ver­trau­lich­keit sämt­li­cher Daten bie­tet die PLCnext Tech­no­lo­gy des­halb Secu­ri­ty-by-Design. Die Hard- und Soft­ware wird somit bereits der­art ent­wi­ckelt, dass sie mög­lichst robust und unemp­find­lich gegen Cyber-Atta­cken ist.

Die PLCnext-Steue­rung eig­net sich bes­tens, um das Spei­cher­kraft­werk Hun­torf an das exis­tie­ren­de Leit­sys­tem anzu­kop­peln sowie die Daten dar­über aus­zu­le­sen und wei­ter­zu­lei­ten“, berich­tet Uwe Krü­ger, Head of Ope­ra­ti­ons Power Plant Group Wil­helms­ha­ven. „Die offe­ne Steue­rungs­platt­form ermög­licht es uns, die älte­ren vor­han­de­nen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­we­ge fle­xi­bel mit neu­en Lösun­gen zu kom­bi­nie­ren. Auf die­se Wei­se lässt sich das Kraft­werk ohne gro­ßen Auf­wand erwei­tern und fit für zukünf­ti­ge Her­aus­for­de­run­gen machen.“

Uni­per Ener­gy

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