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News 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. 60 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. ABB Technik 4/2002 61 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 62 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. ABB Technik 4/2002 63 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- 64 ABB Technik 4/2002 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 ] ABB Technik 4/2002 65
