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Opel Austria Powertrain bekam
ABB Mittelspannungs-Schaltanlage
«aufs Dach»: ABB Energiebündel
der Superlative
Haken: Die Entlüftungen führten ebenfalls
über das Dach. Das hatte zur Folge, dass die
abgesaugte, in Spuren ölhaltige Luft in die
Schaltanlage eindringen konnte.
Über die Jahre hinweg hat sich ein
hauchdünner Ölfilm auf Lasttrennschaltern
und Sammelschienen gelegt. Damit wuchs
das Risiko von Kriechströmen und Überschlägen. «An den Isolierkörpern hat man
Funken mit freiem Auge beobachten können», erinnert sich Ing. Roman Szegner, bei
Opel Austria Powertrain für die Planung der
elektrischen Anlagen verantwortlich. Deshalb seien häufig Revisionen erforderlich
Stromversorgung von oben herab: Die neue von ABB errichtete MittelspannungsSchaltanlage auf dem Dach des Opel Werks
gewesen.
Mittlerweile liegt der Leistungsbedarf bei
27 MW und wird absehbar weiter steigen,
Für die Fachleute von ABB Buildings &
Die Installation auf dem Dach war mit
wenn die Produktion des neuen Sechsgang-
Manufacturing Systems und für die Planer
Bedacht gewählt worden, weil dort oben
getriebes starten und innerhalb weniger
der elektrischen Anlagen bei Opel Austria
kein Platzmangel herrschte und die Anlage
Monate zum Dreischichtbetrieb hochgefah-
Powertrain wurde der Sommer 2002 in
mit der steigenden Kapazität des Werkes
ren wird. Schon heute ist die Betriebsstätte
doppelter Hinsicht heiß: In die Periode der
bequem mitwachsen konnte. Die Leitungen
mit einem jährlichen Stromverbrauch von
Hundstage fiel auch die «heiße Phase» der
brauchten nur hinunter in die Halle verlegt
rund 150 GWh (Gigawattstunden) einer der
Inbetriebnahme einer neuen Stromversor-
werden. Aber die Sache hatte auch einen
größten Kunden von Wienstrom.
gungszentrale: Die 20 kV gasisolierte Schaltanlage ist die größte ihrer Art in Österreich
und eine der leistungsfähigsten in der euro-
Die 66 neuen gasisolierten 20-kV-Felder vom Typ ZX 1.2
päischen Automobilindustrie.
Schon bei seiner Errichtung Anfang der
achtziger Jahre bekam das Motoren- und
Getriebewerk von Opel (damals noch unter
dem Firmennamen General Motors) in
Wien-Aspern eine aufs Dach: eine luftisolierte Mittelspannungs-Schaltanlage von BBC.
Sie wurde so dimensioniert, dass sie den
ursprünglichen Bedarf von 16 MW (Megawatt) leicht deckte.
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ABB Technik 4/2002
«Wir haben mit ABB immer gute Erfahrungen gemacht und daher den Bau einer
neuen Schaltanlage an unseren langjährigen
Partner vergeben», erläutert Ing. Szegner.
Der Auftrag umfasst die Errichtung einer
gasisolierten Schaltanlage mit 66 Mittelspannungsfeldern einschließlich einer neuen
Leittechnik. Lorenz Göttfried, Projektmanager bei ABB Buildings & Manufacturing
Systems und verantwortlicher Projektleiter
für diese neue Anlage, beschreibt das Projekt im Detail: «Die gasisolierte MS-Schaltanlage wurde gewählt, um die Anlage vor
Umwelteinflüssen zu schützen. Zudem
stehen der Schaltraum und der Kabelboden
unter einem leichten Überdruck, um Immissionen zu verhindern. Die neue Leittechnik
erlaubt die Steuerung der Anlage von der
Kabelanschlussraum
Leitwarte aus. Früher konnten aus der Ferne
nur Schaltzustände überprüft und ein NotAus-Schalter betätigt werden.»
«Bisher haben wir von der Schaltanlage
selbst wenige Daten gehabt», ergänzt Ing.
Roman Szegner. «Nun können wir den Energieverbrauch über einen längeren Zeitraum
Zum Schluss wird ein Isolierschlauch über
zu übertragen, die zum Teil noch mit der
das Kabel gezogen, der unter Wärmeein-
alten Leittechnik verbunden werden». Eine
wirkung schrumpft und dicht abschließt.
große Herausforderung auch für Ing. Heinz
Darüber hinaus sind noch sämtliche Steue-
Hofbauer von der Engineeringabteilung bei
rungs-, Verriegelungs- sowie Anzeigewerte
ABB und E-Planer dieser neuen Anlage.
verfolgen» – ein wichtiger Schritt zur Energieoptimierung. Unmittelbar zu Buche schlagen die verminderten Wartungskosten.
Die neue Anlage wurde in zwei Etappen
in Betrieb genommen, wobei die «heiße
Phase» mit den Betriebsferien ab 29. Juli
startete. Hinter dem Begriff «umschalten»
verbergen sich komplexe Arbeiten für die
Monteure vor Ort. Göttfried: «Für die stärksten Leitungen werden je Phase drei Kabel
mit einen Querschnitt von 300 mm2 verwendet. Das sind somit neun Kabel. Jedes einzelne muss gemufft werden. Bei dieser Verbindung schiebt man die aus der Isolierung
geschälten, blanken Leiter von beiden Seiten
in ein Kupferrohr, das anschließend verpresst wird. Das umhüllende Schirmgeflecht
aus Kupfer muss von Hand verdrillt werden.
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News
Großtechnische Speicherung
elektrischer Energie
Eine ruhige Ecke im Südosten Englands
weltweit die größte ihrer Art. Die primäre
steht derzeit im Mittelpunkt des Interesses
Aufgabe der neuen Energiespeicheranlage
speichern?
der Elektrizitätswirtschaft. Der Grund hierfür
von Little Barford ist die Lieferung der elek-
Strom ist die wichtigste Ware des 21. Jahr-
ist eine neue Form von Energiespeicher-
trischen Energie, die für einen so genannten
hunderts, aber anders als Wasser, Stahl,
anlage, die diese Branche revolutionieren
Blackstart, d.h. das Anfahren des benach-
Getreide oder andere Güter lässt er sich nur
Warum elektrische Energie
könnte. Die Anlage mit der Bezeichnung
barten Kombikraftwerkes nach einem
schwerlich speichern. Deshalb wurden die
Regenesys™ arbeitet mit regenerativen
Netzausfall, notwendig ist; darüber hinaus
Energieversorgungssysteme so gebaut und
Brennstoffzellen, die ursprünglich vom
soll sie für Spitzenlastbetrieb im angeschlos-
betrieben, wie wir sie kennen – die elek-
englischen Energieversorgungsunternehmen
senen Netz (durch Speicherung der zuviel
trische Energie wird stets nach dem Bedarf
National Power entwickelt wurden. Innogy
erzeugten Energie und Abgabe dieser
erzeugt. Die Speicherung bietet den klaren
Technology Ventures Limited, ein neues
Energie bei Lastspitzen) sowie zur Bereit-
Vorteil, dass die Erzeugung vom Bedarf ent-
Unternehmen, das aus der Entflechtung
stellung von Blindleistung eingesetzt
koppelt werden kann.
von National Power hervorging, hat die
werden.
Wissenschafter und Ingenieure haben
Die Demonstrationsanlage hat bei den
über viele Jahre versucht, kostengünstige
680-MW-Kombikraftwerk in Little Barford,
Stromerzeugern rund um die Welt sehr reges
Technologien zu entwickeln, mit denen es
Cambridgeshire, errichtet. ABB Industry in
Interesse geweckt. Nach einer gründlichen
möglich ist, Strom in großtechnischem Maß-
der Schweiz lieferte für diese Anlage eine
Untersuchung hat sich die Tennessee Valley
stab zu speichern. Eine solche Technologie,
hochmoderne Stromrichteranlage, dessen
Authority (TVA), der größte öffentliche
die Pumpspeicherung, nutzt zwei in unter-
Leistungselektronik in innovativer IGCT-
Stromversorger in den USA, entschlossen,
schiedlicher Höhe gelegene und miteinan-
Technik ausgeführt ist und über ein moder-
eine fast baugleiche Anlage zu installieren,
der verbundene Speicherbecken, um Spit-
nes Regelungssystem verfügt. Mit einer Spei-
um damit die Versorgungssicherheit einer
zenstrom zu erzeugen. Hierzu wird das
cherkapazität von 120 MWh – die ausreicht,
nahen Flugbasis zu erhöhen. Auch für die-
Wasser in Zeiten, in denen reichlich elek-
um 10000 Verbraucher einen ganzen Tag
ses Projekt liefert ABB die komplette Strom-
trische Energie vorhanden ist, in das obere
mit Strom zu versorgen – ist die Anlage
richteranlage.
Speicherbecken gepumpt und dann im
19-MVA/15-MW-Anlage neben seinem
Bedarfsfall durch Turbinen geleitet, um den
erhöhten Strombedarf zu decken. Allerdings
setzt diese Technologie wie bereits erwähnt
voraus, dass sich die Speicherbecken in
A
B
Courtesy of Regenesys Technologies
E
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Die neue Regenesys™-Anlage, die zurzeit am Standort des Kraftwerks Little
Barford in Betrieb genommen wird
C
D
A Elektrolyse-Speichertanks
B Regenesys-Module
C Stromrichtersystem
D Leitwarte
E Transformator
ABB Technik 4/2002
Aufbau der RegenesysAnlage. Vom Aussehen her
eher eine kleine chemische
ElektrolytTanks
Produktionsanlage als ein
herkömmliches Kraftwerk,
ist sie mit hochwertigen
Polymerrohren, Armaturen
und Pumpen statt mit
großen umlaufenden elek-
Courtesy of Regenesys Technologies
trischen Maschinen ausgestattet.
Transformator
Regeneratives
Brennstoffzellen-Modul
A Elektrolyt-Eintrittsrohre
B Bipolare Elektroden
C Ionenaustauscher-
Stromrichteranlage
Membran
D Elektrische Verbindung
E Elektrolyt-Austrittsrohre
unterschiedlicher Höhe befinden, was ihren
Nutzen auf Gebirgsregionen beschränkt.
Ferner hat man auch verschiedene Arten
Energie umgewandelt, indem zwei flüssige
‹Strömungsbatterie› arbeitet anders: hier wird
Elektrolytlösungen auf Wasserbasis ‹geladen›
die Energie durch chemische Veränderung
werden und anschließend die gespeicherte
der flüssigen Elektrolyten gespeichert. Die
von wiederaufladbaren Batterien eingesetzt,
Energie beim Entladen wieder abgegeben
Energie wird über so genannten Reaktor-
um Strom in Form von chemischer Energie
wird. Die effiziente Umwandlung von elek-
module aufgenommen und von diesen bei
zu speichern. Diese Systeme, die unter der
trischer in gespeicherte chemische Energie
Bedarf wieder abgegeben. Die flüssigen
allgemeinen Bezeichnung Batterie-Energie-
und wieder zurück kann beliebig oft
Elektrolyten werden in Tanks gespeichert.
speichersysteme (BESS) bekannt sind,
wiederholt werden. Wie bei allen Gleich-
Damit ergibt sich eine klare Trennung
kommen jedoch meistens nur im kleineren
strombatterien und Brennstoffzellen-
zwischen Leistung und Energiemenge. Die
Rahmen zum Einsatz.
Systemen sind eine Stromrichteranlage und
Anzahl der benötigten Reaktormodule wird
ein geeigneter Transformator notwendig,
durch die maximal abzugebende/aufzuneh-
Darüber hinaus sind mit komprimierter
Luft, Schwungrädern (FESS), Superkonden-
um das System an ein Drehstromnetz anzu-
mende Leistung bestimmt, während die
satoren oder Speicherung mit supraleitenden
schließen. Die Technologie ist umwelt-
Tankgröße die Energiemenge bestimmt, die
Elektromagneten (SMES) arbeitende Spei-
freundlich, weil sie völlig emissionsfrei
gespeichert werden kann. Da die Tanks
chertechnologien entwickelt worden, doch
arbeitet.
wesentlich kostengünstiger sind als Reaktor-
sind diese allesamt mit Nachteilen – in
Wie unterscheiden sich herkömmliche
module oder Batteriezellen, sind die spezi-
Bezug auf Technik, Umwelt, Sicherheit oder
Batteriespeicher von Regenesys? Der ent-
fischen Investitionskosten für die neue
Kosten – behaftet, die derzeit ihrer unein-
scheidende Unterschied ist der, dass sich bei
Technologie verhältnismäßig niedrig.
geschränkten kommerziellen Weiterentwick-
Batteriespeichern Leistung und Energieinhalt
lung im Wege stehen.
Nach erfolgreichen Pilotversuchen hat
nicht entkoppeln lassen. Der Grund hierfür
sich Innogy entschlossen, neben dem Kom-
liegt darin, dass die Energie durch chemi-
bikraftwerk in Little Barford eine kommer-
Regenesys™ als interessante
sche Veränderung der Oberfläche der
zielle Demonstrationsanlage mit einer Spei-
Alternative
Elektroden gespeichert wird. Deshalb ist zur
cherkapazität von 120 MWh Energie und
Das Regenesys-System beruht auf der
Speicherung großer Energiemengen eine
einer Abgabeleistung von 15 MW zu errich-
regenerativen Brennstoffzellen-Technologie
große Anzahl von Akkumulatorzellen not-
ten. Ihre wichtigste Aufgabe besteht darin,
(manchmal auch als Redox Flow Cell Tech-
wendig, selbst dann, wenn die (kurzzeitig)
dem 680-MW-Kombikraftwerk so viel Ener-
nologie bekannt). Hierbei wird die elektri-
benötigte Leistung von wesentlich weniger
gie bereitzustellen, dass es nach einem Netz-
sche Energie in chemische potenzielle
Zellen geliefert werden könnte. Die
ausfall wieder angefahren werden kann.
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News
Transformator
Tra
nsformator
Courtesy of Regenesys Technologies
schalter
nerative
Umrichter/
Gleichrichter
odule
variablen Betriebsspannung der Gleichstrom-Module. Die Klemmenspannung der
Regelungssystem
Brennstoffaufbereitung
RFC variiert beträchtlich, da sie von der
Richtung und Größe des Leistungsflusses
abhängig ist.
Hilfsbetriebe
Das PCS besteht aus zwei funktionsmäßig getrennten und autonomen Stromrichtersystemen sowie dem Chopper (einem
Gleichspannungswandler), der die Verbindung zu der variablen Spannung der Regenesys-Module und dem konstanten
Zwischenkreis des Umrichters herstellt. Um
Die Hauptelemente des Regenesys-
die für einen Blackstart notwendige Leis-
Speichersystems
tungsfähigkeit des Systems zu gewährleisten,
kommen selbstgeführte Spannungszwischenkreis-Umrichter (U-Umrichter) zum
Einsatz. Dadurch entsteht ein Vier-Quadrant-
Darüber hinaus soll die Anlage als Energie-
Elektrolyten reagieren durch eine Ionenaus-
Stromrichter, der sowohl Blindleistung als
puffer dienen, indem in den Nachtstunden
tauscher-Membran während der Ladung und
auch Wirkleistung gleichzeitig und unab-
mit geringer Nachfrage ’‹billige› Energie
Entladung und werden danach wieder in die
hängig voneinander übertragen kann.
gespeichert wird, die dann tagsüber bei
Tanks zurück gepumpt.
Chopper und Spannungszwischenkreis-
hohem Bedarf mit entsprechend höheren
n Umrichter/Chopper/Gleichrichter: Diese
Umrichter basieren auf der gleichen Hard-
Tarifen wieder ‹ab Speicher› geliefert werden
Baugruppe bildet die elektrische Schnitt-
ware-Plattform – nämlich der sehr kom-
kann.
stelle zwischen dem Netz und den Span-
pakten IGCT-Stack-Baureihe, die ABB auch
nungscharakteristiken beim Laden und Ent-
in verschiedenen anderen Anwendungen
lich sein, die Anlage in weniger als 10 Minu-
laden der RFC. Bei der Entladung wird die
einsetzt.
ten oder, wenn sie im Reservebetrieb läuft,
von den RFC gelieferte Gleichspannung in
in weniger als 2 Minuten hochzufahren.
Wechselspannung und bei der Ladung die
Systemregelung für viele
Während des Betriebs wird sie voll am Netz
Netzspannung in Gleichspannung umge-
Betriebsarten
Nach der Inbetriebnahme wird es mög-
bleiben und in der Lage sein, innerhalb von
wandelt.
Als Normalbetrieb gilt der Betriebsfall, bei
ungefähr 0,02 Sekunden vom Zustand «ganz
n Transformator: Er transformiert bei der
dem das System einem festgelegten Schema
laden» auf «ganz entladen» oder auf jeden
Entladung der RFC die Ausgangsspannung
von Strom/Spannungs/Zeit-Profilen bei der
beliebigen Zustand dazwischen umzu-
der Umrichter auf die Netzspannung hoch
Ladung und Entladung, einschließlich
schalten.
und beim Ladevorgang die Netzspannung
Anfahren und Stillsetzen des Systems, folgt.
auf die für die Umrichter notwendige Span-
Das Schema wird täglich aktualisiert, um
Die Regenesys™-Anlage besteht aus vier
Hauptelementen:
nung herunter.
den Betrieb für die nächsten 24 Stunden
festzulegen.
n Speichertanks: Sie enthalten die beiden
Die wesentlichen Regelungseingaben für
Elektrolyten, die beim Entladen der Anlage
Leistungsstromrichtersystem
zu den regenerativen Brennstoffzellen
mit Regelung
das System sind aufbereitete Signale für
gepumpt und beim Laden wieder in die
Herzstück jedes Batterie- oder Brennstoffzel-
Netzfrequenz und -spannung (die von der
Tanks zurückgepumpt werden.
lensystems ist das Stromrichtersystem (PCS).
PCS-Steuerung geliefert werden) sowie die
n Regenerative Brennstoffzellen (RFC), in
Es bildet die Schnittstelle zwischen der
Befehle für die verschiedenen Regelungs-
die die zwei Elektrolyten fließen. Die
Spannung des Drehstromnetzes und der
arten, die von der Netzleistelle des Betrei-
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Chopper GS-ZwischenUkreis
Umrichter
VDC
Regenesys
[RFC]
bers über eine Fernwirkverbindung gegeben
werden.
Die wichtigsten Ausgabewerte der RFC-
VRFC
Drehstromnetz
6.6 kV/50Hz
Anlage sind die Sollwerte für die Wirk- und
Blindleistung.
In der Software des programmierbaren
schnellen Reglers (PSR) sind folgende Funk-
Schaltschema der Stromrichteranlage
tionen implementiert: Spannungsregelung,
Frequenzregelung, Netzstabilisierung, AutoLeistungsregelung, konstante Wechselstrom-
der leistungselektronischen Systeme sind
n die vorhandene Erzeugungskapazität
leistung und konstanter VAr-Betrieb.
dem Einsatz dieser Technologie keine
effizienter genutzt werden könnte, da die
erkennbaren Grenzen gesetzt.
Leistung nicht ständig den Bedarfs-
Es kann erwartet werden, dass
Ausblick auf eine große Zukunft
schwankungen nachgeführt werden müsste;
Die wirtschaftlichen und betrieblichen Mög-
n weniger Kraftwerke benötigt werden:
n die Übertragungsleitungen und Betriebs-
lichkeiten von Regenesys sind bereits von
denn die Kraftwerksplaner könnten für den
mittel für die Energieverteilung mit höheren
mehreren großen Stromversorgern und
durchschnittlichen statt den Spitzenbedarf
Belastungsfaktoren betrieben werden
Großkunden in der Industrie erkannt wor-
planen, wobei die Spitzen durch Abgabe der
könnten; damit würden sich der Bau neuer
den. Dank der hohen Anpassungsfähigkeit
gespeicherten Energie gedeckt werden;
Leitungen bzw. die Aufrüstung bestehender
Leitungen weitgehend erübrigen;
n erneuerbare Energien wie Wind-,
Strom/Spannungscharakteristik der regenerativen Brennstoffzelle
Die Spannung des Gleichstromzwischenkreises des U-Umrichters wird auf einem kon-
Sonnen- und Wellenenergie effizienter
genutzt werden könnten, da sie gespeichert
stanten Wert gehalten; die RFC-Klemmenspannung ändert sich mit der Richtung und
und dann in Spitzenzeiten verkauft werden
Größe des Leistungsflusses (d. h. der Richtung und Größe des Gleichstroms). Zwischen
könnten.
diesen zwei Spannungspegeln wird die Leistung vom bidirektionalen Chopper übertragen, der als stufenlos einstellbarer Gleichstromtransformator fungiert. Für rund 15 MW
Um Unterschied zu mechanischen Energie-
ausgelegt, ist der Chopper einer der größten seiner Art, der bisher gebaut wurde.
speichersystemen verleihen modernste
Konstante Gleichstrom-Zwischenkreis-Spannung VDC
Leistungselektronik und eine schnelle Regelungstechnik der Redox Flow Cell Technologie eine ausgezeichnete Ansprechzeit; sie ist
damit in der Lage, sofort die volle Leistung
RFC - Span nun g[ V]
Ver
ä
nde
rlic
he
Spannungsanpassung
durch Chopper
RF
C-K
lem
zu liefern. Das rege Interesse an dieser
neuen Technologie deutet auf eine vielversprechende Zukunft hin. Es ist nicht über-
me
nsp
ann
trieben zu sagen, dass sie den Bau und
ung
V
Betrieb der Stromnetze in den kommenden
RF
C
Jahren stark beeinflussen wird.
Entladung
Ladung
Leistungsfluss:
RFCÞDrehstromnetz
Leistungsfluss:
DrehstromnetzÞRFC
0
RF C - Strom [ A ]
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