Oberösterreichische Wasserkraftspezialisten setzen Meilenstein in der Automatisierungstechnik

Autor: Roland Gruber , 16.10.2019

Mit der Entwicklung des Automatisierungssystems HEROS konnte der oberösterreichische Wasserkraftspezialist GLOBAL Hydro Energy GmbH bereits in den letzten Jahren wesentliche Akzente in der Evolution der...

... Automatisierungstechnik bei Wasserkraftwerken setzen. Ursprünglich als reiner Turbinenregler konzipiert, vollzog das System mit der Verwirklichung von HEROS 4.0 nun den Schritt hin zu einer vollwertigen Kraftwerksautomatisierung. Es lassen sich damit alle Komponenten einer Anlage steuern und überwachen sowie sämtliche Parameter visualisieren und evaluieren. Parallel dazu entwickelten die Software-Spezialisten des Mühlviertler Wasserkraft-Allrounders unter dem Markennamen HEROS Connect ein übergeordnetes IoT SCADA, das es ermöglicht, mehrere Kraftwerke auf einer einzigen Plattform zu steuern, zu visualisieren und zu evaluieren. Dieses System wird in offener Form angeboten. Das heißt, es funktioniert auch zwischen Kraftwerken, die HEROS 4.0 noch nicht installiert haben.

Niedrige Einspeisetarife auf der einen, hohe Kosten für Wartungen und Betrieb auf der anderen Seite stellen heute eine zunehmend größere Herausforderung für viele Kraftwerksbetreiber dar. Dies bringt in weiterer Folge auch neue und komplexere Anforderungen für Steuerungs- und Automatisierungssysteme mit sich. Der oberösterreichische Wasserkraftspezialist GLOBAL Hydro Energy GmbH hat darauf reagiert und eine Automatisierungslösung entwickelt, die sämtliche Anforderungen eines modernen Control-Managements erfüllt. „Im neuen HEROS 4.0 sorgen intelligente Algorithmen dafür, dass die Turbinen im Betrieb am Optimum betrieben werden und somit maximalen Ertrag liefern“, erklärt Thomas Stütz, Leiter der Abteilung Electrical Engineering and Software Development bei GLOBAL Hydro und erläutert dies im Detail: „Nehmen wir das Beispiel Kaplan-Turbine: Nur ein optimales Zusammenspiel von Leitschaufeln und Laufradflügeln gewährleistet Effizienz einerseits und den Schutz vor Kavitation anderseits. Herkömmliche Turbinenregler mit fixen Zuteilungen können somit nie auf wechselnde Fallhöhenbedingungen reagieren. Ganz im Gegensatz zu HEROS 4.0, das auf Basis einer 3D-Kurve die bestmöglichen Betriebsbedingungen sicherstellt. Analog gilt dies auch für die anderen Turbinentypen.“

Redundanz und Sicherheit
Neben der Effizienz stand für die Softwarespezialisten von GLOBAL Hydro die absolute Zuverlässigkeit des Systems im Fokus ihrer Tätigkeit. Hardware kann kaputtgehen, Software kann ausfallen. Es galt Redundanzen zu schaffen. Thomas Stütz: „Bei der Entwicklung lag Priorität darauf, dass wir eine Software-Architektur schaffen, die die Turbine auch dann noch in Betrieb hält, wenn bereits Teile des Kontrollsystems ausgefallen sind.“ Aus diesem Grund wurde gegenüber den Vorgängermodellen dahingehend eine Änderung vorgenommen, dass man das ganze Softwaresystem auf ein datenbankbasiertes System mit dezentraler Software umbaute. Der wesentliche Vorteil dieser dezentralen Software-Struktur liegt darin, dass verschiedene Softwarepakete auf unterschiedlicher Hardware installiert werden können. Auf diese Art werden Redundanzen geschaffen, die die Verfügbarkeit einer Anlage erhöhen.
Im Vergleich zu den früheren Versionen von HEROS wartet HEROS 4.0 auch mit einem überarbeiteten System für die digitalen Wartungs-, Logbook- und Störungsmeldungen auf. So kann jederzeit nachvollzogen werden, wer wann und wo notwendige Wartungen durchgeführt hat. Zusätzlich wurde die Behebung von Störungen vereinfacht. Exakte Dokumentation und eine bedarfsgerechte Planung von Wartungen machen Kraftwerke auf diese Weise noch effizienter.

Kraftwerks-Multitasking leicht gemacht
Die Idee, gleich mehrere Kraftwerke auf einer Plattform zu monitoren und zu steuern, war der Ausgangspunkt für die Softwareentwickler aus dem Hause GLOBAL Hydro bei der Entwicklung von HEROS Connect. Dabei ist es gelungen, ein übergeordnetes IoT SCADA zu schaffen, das Betreibern heute die Möglichkeit gibt, von jedem Punkt aus alle ihre Anlagen zu kontrollieren, zu steuern und auch zu evaluieren – weltweit. Dabei stehen unter anderem Funktionen zur Verfügung, die Vergleiche zwischen den einzelnen Anlagen und sogar einzelner Turbinen ermöglichen. „Dadurch wird häufig bislang nicht gehobenes Verbesserungspotenzial bei einzelnen Anlagen offensichtlich“, so Thomas Stütz. Auf einer Übersichtsseite, die im großen Maßstab als Weltkarte dargestellt ist, sind etwa sämtliche Anlagen sichtbar. Zusätzlich werden hier bereits die wichtigsten Informationen im Hinblick auf den Betriebsstatus, oder den Leistungs-Output angezeigt. Weiterführende Informationen und Steuerungsoptionen erhält der Betreiber, sobald er eine seiner Anlagen anklickt. Auf diese Weise können sehr einfach Betriebsparameter und -einstellungen verändert werden. Überdies lassen sich nicht nur die aktuellen, sondern auch Betriebsdaten der Vergangenheit auslesen. Eine ausgereifte Visualisierung sowie die Möglichkeit, ein personalisiertes Bedienungsfeld zu kreieren, stellen die Grundlage für eine benutzerfreundliche Oberfläche dar. Bei der Entwicklung von HEROS Connect legten die Programmierer großes Augenmerk auf dessen offene Architektur. „Zahlreiche Betreiber besitzen Anlagen, die mit unterschiedlichen Steuerungssystemen ausgestattet sind. Daher war es für uns von zentraler Bedeutung, eine Plattform zu schaffen, in der so gut wie alle gängigen Systeme integrierbar sind“, sagt Thomas Stütz. Um die Vorteile von HEROS Connect zu nutzen, ist es somit nicht zwingend erforderlich, dass HEROS 4.0 installiert ist.

Erfolgreich am Markt
Mit HEROS 4.0 und HEROS Connect ist es dem oberösterreichischen Wasserkraftspezialisten GLOBAL Hydro Energy GmbH gelungen, erneut Maßstäbe in Sachen Steuerungs- und Automatisierungstechnik zu setzen. Beide Softwareprodukte behaupten sich bereits seit ihrer Einführung erfolgreich am Markt. Als erste Referenzanlagen werden ein 21 MVA-Kraftwerk in Südost-Asien, ein 16 MVA-Kraftwerk oder ein 15 MVA-Kraftwerk in Südamerika genannt.

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Das neue HEROS 4.0 ist weit mehr als ein Turbinenregler, es handelt sich um ein umfassendes Steuerungssystem, das ein komplettes Kraftwerksmanagement ermöglicht.

Grafik: Global Hydro Energy

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Daneben hat GLOBAL Hydro mit HEROS Connect ein übergeordnetes IoT SCADA System entwickelt, um mehrere Kraftwerke von einer Plattform aus zu steuern, zu überwachen und zu evaluieren.

Grafik: Global Hydro Energy

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Betreiber mit mehreren Kraftwerken können in Echtzeit auf alle ihre Anlagen zugreifen (Bild rechts oben) und dabei steht ihnen eine Vielzahl an steuerungstechnischen Funktionen zur Verfügung.

Grafik: Global Hydro Energy