Steuerungs- und Automatisierungstechnik für Wasserkraftanlagen

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Automatisierung von Wasserkraftanlagen – wenn alle Anlagenteile zusammenspielen

Eine Wasserkraftanlage besteht nicht nur aus Turbine und Generator. Rechenanlage, Wehr, Wasserfassung, Wasserschloss, Hydraulik und elektrische Energieerzeugung müssen gemeinsam funktionieren.

Eine gute Automatisierung betrachtet deshalb nicht nur einzelne Maschinen, sondern die gesamte Wasserkraftanlage.

Bilgram Wasserkraft entwickelt Steuerungs- und Automatisierungstechnik für neue und bestehende Wasserkraftanlagen – von der einzelnen Turbinensteuerung bis zur vernetzten Gesamtanlage.

Schematische Übersicht der Wasserkraftanlage Maxhütte mit Wasserfassung, offenem Kanal, Wasserschloss, Druckrohrleitung, Kraftwerk und drei über das Internet vernetzten Steuerungen.

Vernetzte Automatisierung einer Wasserkraftanlage: Wasserfassung, Wasserschloss und Kraftwerk arbeiten als abgestimmtes Gesamtsystem zusammen.

Software für Turbinen, Generatoren, Rechen und Wehranlagen

Die Anforderungen innerhalb einer Wasserkraftanlage sind sehr unterschiedlich. Die Turbinensteuerung regelt Wasserzufluss und Leistung. Beim Generator müssen Synchronisierung, Schutz und Erregung berücksichtigt werden. Rechenreiniger reagieren auf Verschmutzung und Wasserstände, während Wehrsteuerungen den Oberwasserpegel und den Abfluss beeinflussen.

Für diese Aufgaben entwickeln wir Software für:

Turbinensteuerungen
Generatorsteuerungen und Synchronisierung
Rechenreiniger
Wehranlagen und Schütze
Wasserstands- und Pegelregelungen
Hydrauliksysteme
Wasserfassungen und Wasserschlösser

Dabei greifen wir auf bewährte Softwarebausteine zurück, passen Regelung und Funktionen aber an die jeweilige Wasserkraftanlage an.

Denn keine Wasserkraftanlage ist exakt wie die andere.

Fallhöhe, Wassermenge, Turbinentyp, Generator, Wehrgeometrie und hydraulische Verhältnisse unterscheiden sich von Anlage zu Anlage.

Geöffnete Leistungs- und Steuerschränke für zwei Turbinen, SPS und Verdrahtung.

Steuerungs- und Automatisierungstechnik von Bilgram Wasserkraft – abgestimmt auf Maschine und Gesamtanlage.

Vernetzte Steuerungen statt einzelner Insellösungen

Bei vielen Wasserkraftanlagen liegen die einzelnen Anlagenteile räumlich weit auseinander. Die Wasserfassung kann mehrere hundert Meter oder sogar Kilometer vom Kraftwerk entfernt sein. Dazwischen liegen beispielsweise Kanal, Wasserschloss und Druckrohrleitung.

Kraftwerk, Wasserfassung und Wasserschloss besitzen deshalb jeweils eine eigene Steuerung. Jede Station übernimmt ihre lokalen Aufgaben selbstständig und ist an das Internet angebunden. Relevante Messwerte, Sollwerte und Betriebszustände werden über gesicherte Datenverbindungen zwischen den Steuerungen ausgetauscht.

Wasserfassung → Internet → Wasserschloss → Internet → Kraftwerk → Turbinen und Generatoren

So entsteht aus mehreren dezentralen Steuerungen ein gemeinsames Automatisierungssystem. Die Anlagenteile bleiben funktional übersichtlich, während die Gesamtanlage abgestimmt geregelt wird.

Geöffneter Schaltschrank der Wasserfassung Maxhütte mit SPS, Schutzgeräten, Reihenklemmen und Internet-Router.

Eigene Steuerung der Wasserfassung für Rechenreiniger, Schütz und Wasserstandserfassung.

Geöffneter Schaltschrank des Wasserschlosses Maxhütte mit SPS, Schutztechnik, Reihenklemmen und Internet-Router.

Eigene Steuerung des Wasserschlosses für Überlauf, Schützenzug und Pegelregelung.

Geöffneter Steuerschrank im Turbinenhaus Maxhütte für zwei Francis-Turbinen mit Synchron-Generatoren.

Steuerschrank im Kraftwerk für 2 x Francis-Turbinen mit Synchron-Generatoren.

Entscheidend ist das Zusammenspiel

Der eigentliche Vorteil einer durchgängigen Automatisierung entsteht durch die Abstimmung der einzelnen Funktionen.

Ein veränderter Wasserstand an der Wasserfassung kann Auswirkungen auf den Betrieb der Turbine haben. Eine Änderung der Turbinenleistung beeinflusst wiederum Wasserstände und Abfluss. Auch Rechenanlage und Wehr müssen in die Betriebsstrategie einbezogen werden.

Die einzelnen Steuerungen dürfen deshalb nicht unabhängig voneinander „gegeneinander arbeiten“.

Unser Ziel ist eine ruhige und abgestimmte Regelung der gesamten Wasserkraftanlage.

Messwerte, Betriebszustände und Stellgrößen werden dort ausgetauscht, wo sie für Betrieb und Regelung benötigt werden. Entscheidend ist, die hydraulischen und technischen Zusammenhänge der jeweiligen Anlage richtig abzubilden.

Webvisualisierung der Wasserkraftanlage Maxhütte mit Wasserständen, Turbinenleistungen und Betriebszuständen von Wasserschloss, Wasserfassung und Kraftwerk.

Die Webvisualisierung macht das Zusammenspiel der Anlagenteile und die für den Betrieb relevanten Messwerte transparent.

Von der einzelnen Steuerung zur Gesamtanlage

Für Bilgram Wasserkraft endet Automatisierung nicht an der Schaltschranktür. Wir betrachten das Zusammenspiel von Turbine und Generator, Hydraulik und Sensorik, Rechenreiniger und Wehranlage sowie Wasserfassung, Wasserschloss und Kraftwerk.

Dabei verbinden wir die einzelnen Steuerungsaufgaben zu einem auf die jeweilige Wasserkraftanlage abgestimmten Gesamtsystem.

Das Ziel ist nicht möglichst viel Automatisierung, sondern eine Steuerung, die zur hydraulischen und technischen Realität der Wasserkraftanlage passt.

So wird aus mehreren einzelnen Steuerungen eine gemeinsam arbeitende Wasserkraftanlage.

Webvisualisierung in der Praxis

Das Projekt Maxhütte wird im folgenden Praxisbeispiel ausführlich beschrieben:

Praxisbeispiel ansehen: → Webbasierte Visualisierung der Maxhütte Bergen