Mess-, Regel- und Automatisierungssysteme

Überfluss richtig genutzt

Die Energiewende ist in vollem Gange. Bis zum Jahr 2050 soll Deutschland die benötigte Energie hauptsächlich aus regenerativen Quellen wie Wind- und Wasserkraft, Sonnenenergie, Geothermie oder nachwachsenden Rohstoffen beziehen. Ein großes Problem bei diesem Vorhaben sind bis jetzt aber die ungenügenden Speichermöglichkeiten für Energie. Eine Option ist die Umwandlung von Strom in Wärmeenergie. Die in Maisach ansässige Elwa stellt unter anderem Power-to-Heat-Systeme für Kraftwerke her und nutzt dabei auch Mess- und Regeltechnik von Jumo.

Bei herkömmlichen Kraftwerken ist der Fall einfach. Wird zum Beispiel im Winter oder bei Nacht mehr Elektrizität benötigt, dann kann einfach die Leistung hochgefahren werden. Doch so einfach geht das vor allen Dingen bei erneuerbaren Energien nicht mehr. Denn was macht man an einem sonnigen, windigen Sommertag, an dem tausende von Photovoltaikanlagen auf Hochtouren laufen und die Windparks in Nord- und Ostsee Unmengen an Energie produzieren? Genau so einen Fall gab es am 8. Mai 2016. Die Folgen: Stromerzeuger mussten sogar Geld bezahlen, damit die Überschüsse in andere Netze eingespeist werden durften.

Diese sogenannten „negativen Strompreise“ sind natürlich keine Dauerlösung – Alternativen müssen her. Die Umwandlung von Strom in Wärmeenergie ist ein vielversprechender Ansatz. Power-to-Heat-Anlagen (P2H) kommen unter anderem in Kraftwerken, Biogasanlagen oder mit Wärmepumpen zum Einsatz. Bei Blockheizkraftwerken im Verbund optimieren P2H-Anlagen den Wirkungs- und Nutzungsgrad. Die Lösungen von Elwa Elektro-Wärme sind modular aufgebaut und deshalb jederzeit erweiterbar. Das System besteht aus einer bis unbeschränkt vielen Leistungsstationen von <100 kW bis zu 1,68 MW Einzelleistung.

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Die Stationen werden parallel geschaltet und mit Bypassleitungen verrohrt. Kundenseitig sind nur die Rohranschlüsse und die Leistungskabel anzuschließen. Die Elwa P2H-Steuerung mit 8,4"-Display ist in einem eigenen Schaltschrank ausgebaut und kann beliebig viele P2H-Subsysteme steuern. Der Ausfall von Heizleistung in einem Subsystem wird sofort von den anderen Systemen kompensiert. Bei ausreichender Reserveleistung kann das defekte System elektrisch und hydraulisch für Wartungsarbeiten ausgekoppelt werden.

Da es jedoch bei P2H-Systemen nicht nur auf eine zuverlässige Leistungsregelung ankommt, sondern auch die Sicherheit eine große Rolle spielt, werden die Messgrößen Druck und Temperatur permanent überwacht und geregelt. Hier verlässt sich Elwa auf Produkte des Mess- und Regeltechnikherstellers Jumo. So wird der Dreiphasen-Thyristor-Leistungssteller Jumo TYA 202 in den Anlagen verbaut.

Der zweikanalige Prozess- und Programmregler Dicon touch ermöglicht neben einer Mehrzonenregelung auch die Kaskadenregelung oder sonstige komplexe Regelaufgaben.

Der TYA 202 schaltet ohmsch-induktive Lasten über eine Drehstrom-Sparschaltung im Stern-Dreieck-Drehstrombetrieb. Der mikroprozessorgesteuerte Leistungssteller stellt alle Parameter in einer LCD-Anzeige dar und ist über vier frontseitige Tasten bedienbar. Durch das LC-Display mit Klartextanzeige kann die Konfiguration direkt am Gerät durchgeführt werden, während die Vorkonfiguration über einen frontseitigen Mini-USB-Stecker erfolgt.

Alle Jumo-Leistungssteller sind mit einem Ethernet-basierenden Kommunikationsprotokoll ausgestattet. Durch diese Schnittstelle stehen mehr Daten in kürzerer Zeit zur Verfügung. Somit lassen sich auch Prozessdaten wie Laststrom, Lastspannung und Impedanz stetig übermitteln. Aber auch Angaben zum Energieverbrauch sowie Diagnosefunktionen wie Netzspannungsschwankungen, Teillastbruch und Übertemperatur werden ausgewertet.

Druck und Temperatur im Blick

Ein weiteres Jumo-Produkt, das in den P2H-Anlagen zum Einsatz kommt, ist der Druckmessumformer dTrans p02 Delta. Dieser misst piezoresistiv den Differenzdruck nichtaggressiver und aggressiver Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten (–40...+85 °C). Das Ausgangssignal ist ein eingeprägter Gleichstrom, der dem Eingangsdruck linear proportional ist. Bei Durchflussmessungen ist es möglich, das Ausgangssignal mit radizierter Kennlinie zum Eingangsdruck einzustellen.

Auch die Temperatur wird bei Elwa mit Jumo-Technik überwacht. Der Sicherheitstemperaturbegrenzer safetyM STB/STW überwacht wärmetechnische Prozesse und versetzt die Anlagen bei Störung in den betriebssicheren Zustand. Darüber hinaus wurden Widerstandsthermometer, Aufbauthermostate, Microstate und der Zweikanal-Prozess- und Programmregler Dicon touch verbaut.

Die komplette Anlagensteuerung erfolgt mit dem Mess-, Regel- und Automatisierungssystem mTron T. Modular aufgebaut, nutzt es einen Ethernet-basierten Systembus und eine integrierte SPS. Herzstück ist eine Zentraleinheit mit einem Prozessabbild für bis zu 30 Ein-/Ausgangsmodule. Die CPU besitzt übergeordnete Kommunikationsschnittstellen inklusive Webserver. Für individuelle Steuerungsapplikationen verfügt das System über eine SPS (CoDeSys V3), Programmgeber- und Grenzwertüber-wachungsfunktionen sowie Mathematik- und Logikmodule.

Das farbige Multifunktionspanel ermöglicht neben der Visualisierung sämtlicher Prozesse die Bedienung der Regler und Programmgeber. Weiterhin ist ein benutzerabhängiger Zugriff auf Parameter- und Konfigurationsdaten des Gesamtsystems möglich. Als Besonderheit sind die Registrierfunktionen eines vollwertigen Bildschirmschreibers inklusive Webserver implementiert. Durch vordefinierte Bildschirmmasken soll sich die Inbetriebnahmezeit reduzieren. Alle erfassten Daten werden schließlich mit Hilfe der Software PCA 3000 analysiert und archiviert.

So konnte Jumo für die Power-to-Heat-Anlagen von Elwa eine Komplettlösung aus einer Hand anbieten, die durch die Vielfalt der aufeinander abgestimmten Produkte überzeugte. cs

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