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Das Kleinwasserkraftwerk Nesensohn in Laterns
In der Gemeinde Laterns in Vorarlberg (Österreich) wurde bereits im Jahr 1922 dieses Kleinwasserkraftwerk erbaut. Ursprünglich war das Kraftwerk die einzige Möglichkeit, die Ortschaft und umliegenden Höfe mit Strom zu versorgen. Heute betreibt Herr Nesensohn dieses Schmuckstück mitten in den Bergen und speist den gewonnenen Strom in das öffentliche Stromnetz ein. Gespeist wird das Kleinwasserkraftwerk aus einem Hochspeicher welcher wiederum über zwei natürliche Zuflüsse versorgt wird. Der Hochspeicher liegt auf etwa 1.211m ü.M. und das Kraftwerk selbst auf etwa 980m ü.M. Der Hochspeicher und Kraftwerk sind über eine unterirdische Druckleitung von rund 977m Gesamtlänge verbunden. Die Anlage verfügt über einen Generator mit einer Nennleistung von 50kW welcher CO2-neutral allein durch Wasserkraft angetrieben wird. Somit sind solche Kleinwasserkraftwerke ein wichtiger Baustein für die Energiewende, den Klimaschutz und die CO2-neutrale Stromerzeugung. Vor etwa fünf Jahren wurde die Kraftwerksanlage saniert und die Steuerungstechnik auf den neuesten Stand gebracht. Mit diesem Update wurde die Kraftwerksanlage auch mit der IoT Plattform digifai control verbunden, welche den Betreiber der Anlage in Betrieb und Wartung unterstützt.
Wenn es brennt und die Feuerwehr ausrückt
Im Ernstfall, wenn ein Brand gelöscht werden muss, wird der Wasservorrat im Hochspeicher zur Löschwasserversorgung benötigt. Dafür steht eine Entnahmestelle für Löschwasser auf etwa halber Strecke der Kraftwerksdruckleitung zur Verfügung. Das Kraftwerk muss in dieser Situation die Stromproduktion kontrolliert herunterfahren und der Hochspeicher muss die Entnahmestelle ausreichend mit Wasser versorgen. Die IoT-Plattform unterstütz den Kraftwerksbetreiber in der Notsituation mit automatisierten Alarmmeldungen und den ortsunabhängigen Zugriff auf die aktuellen Betriebszustände.
Die IoT Plattform vernetzt die weitverteilten Anlagenteile
Die Kraftwerksanlage besteht aus mehreren weitverzweigten Anlagenteilen. Der Hochspeicher ist rund einen Kilometer vom Kraftwerk entfernt und verfügt über technische Einrichtungen wie Pegelmessung, Temperaturmessung und die Abflussregelung durch einen Schieber. Außerdem ist der Hochspeicher mit einer Kamera überwacht. Die Druckleitung muss auf Rohrbruch und einen eventuellen Wasserverlust über eine Länge von rund 977m überwacht werden, um Schäden durch unkontrollierten Wasseraustritt wie Überschwemmungen oder Rutschungen zu vermeiden. Weiters muss die Entnahmestelle für das Löschwasser überwacht werden. Besteht hier eine Anforderung zur Wasserentnahme, muss das Kraftwerk rechtzeitig reagieren können. Im Kraftwerk selbst sind die technischen Einrichtungen wie der Generator, die Lagertemperatur, die Durchflussmengen und die Betriebsparameter zur Stromerzeugung selbst wie Spannung, Strom, Frequenz, Leistung usw. zu überwachen. Auch im Kraftwerk selbst sind Kameras vorhanden, um remote aus der Ferne einen Blick auf die Generatoranlage werfen zu können. Eine IoT Plattform bietet die besten Voraussetzungen, um die einzelnen Anlagenteile zu verknüpfen. Die notwendigen Technologien für die Kraftwerksüberwachung wie die IoT Schnittstellen für unterschiedlichste Datenquellen, Alarmierungsfunktionen, Remoteverbindungen sind standardmäßig verfügbar. Durch die weitverzweigte Struktur ist es für den Kraftwerksbetreiber ein großer Vorteil, wenn er mobil über die IoT Plattform auf die einzelnen Anlagenteile zugreifen kann.
Mobiles Monitoring erleichtert die Kraftwerksüberwachung
Der ortsunabhängige Zugriff auf die aktuellen Betriebszustände der Kraftwerksanlage erleichtert die Kraftwerksüberwachung erheblich. Mit der IoT Plattform können alle aktuellen und historischen Daten sowie Alarm- und Fehlermeldungen eingesehen werden. Egal wo sich der Kraftwerksbetreiber gerade aufhält, erhält er durch die IoT Plattform und das mobile Monitoring einen Zugang zu den benötigten Informationen. Über die IoT Plattform kann er von unterwegs aus auf alle Anlagenteile zugreifen. Er bekommt eine Übersicht zu den Daten der Wasserressourcen, Stromproduktion und direkt über die IoT Plattform auch die Möglichkeit, remote über die Kameras in die einzelnen Anlagenteile zu blicken. Besteht Handlungsbedarf, könnte er sogar aktiv in den Prozess mobil über die IoT Plattform eingreifen und die Anlagenteile remote steuern.
Virtuelle Datenpunkte ersetzen kostspielige Messeinrichtungen
Aus zusammenhängenden Datenpunkten die nötige Information gewinnen und mit virtuellen Datenpunkten abbildenden – das gelingt mit einer IoT Plattform und den dort standardmäßigen implantierten Analysetools. In diesem Fall ersetzt die Technologie sogar noch kostspielige Messeinrichtungen. Die Rohrbruchüberwachung im Kraftwerk Nesensohn wird anhand der abfließenden Wassermenge im Hochspeicher und der ankommenden Wassermenge im Kraftwerk überwacht. Die Besonderheit in dieser Anlage liegt etwa auf halber Strecke mit der Entnahmestelle für Löschwasser. Die mögliche Entnahme von Löschwasser muss für diese Art der Überwachung natürlich berücksichtigt werden.Schlussendlich sind es aber Datenwerte, welche im Bezug zueinander betrachtet, die nötige Information liefern, ob die Rohrleitung intakt ist. Stimmen die Parameter nicht überein, wird sofort eine Alarmmeldung generiert. Die Rohrleitung wird anhand von virtuell gebildeten Datenpunkten rund um die Uhr überwacht.
Abbildung 1: Im Bild sind die schematischen Zusammenhänge des Kleinwasserkraftwerkes Nesensohn in Laterns ersichtlich. Die Turbine wird aus einer Druckleitung vom Hochspeicher gespeist. Im Ernstfall muss der Hochspeicher jedoch die Entnahmestelle für das Löschwasser vorrangig versorgen.
Digitale Analysetools für die vorausschauende Wartung (predictive maintenance)
IoT Plattformen können Daten sammeln und Informationen gewinnen. Mit Analysetools werden Trends und Abweichungen erkannt und festgestellt. Besonders wichtig sind diese Funktionen für die vorausschauende Wartung (predictive maintenance). Auch im Kraftwerk Nesensohn sind diese Funktionen der IoT Plattform im Einsatz. Ein Beispiel ist die Lagerüberwachung am Wasserrad. Bei den Lagern handelt es sich um wichtige Bauteile in der Anlage. Ein Ausfall würde einen Produktionsausfall und eine kostspielige Reparatur bedeuten, da es sich um speziell gefertigte Lagerschalen handelt. Mit der IoT Plattform wird die Lagertemperatur überwacht. Ebenfalls wird die Umgebungstemperatur überwacht. Steigt nun die Lagertemperatur in einem Verhältnis, welches der Umgebungstemperatur nicht typisch ist, wird über die IoT Plattform eine Fehlermeldung und Alarmierung generiert. Der Kraftwerksbetreiber kann nun gezielt an die Ursachenforschung gehen und den Fehler rechtzeitig vor dem Totalausfall korrigieren. Die IoT Plattform unterstützt den Kraftwerksbetreiber digital im Anlagenmonitoring und ist rund um die Uhr aktiv.
Dezentrale IoT vernetzte Energieversorgungen unterstützten in der Energiewende
Die Nutzung von alternativen Energiequellen wie die Wasserkraft in diesem Beispiel oder andere alternative Energiegewinnungsformen wie Sonnenergie oder pflanzliche Energieträger tragen einen wichtigen Teil zur Energiewende bei. Umso mehr solche lokalen dezentralen Energieversorgungsquellen entstehen, umso wichtiger ist die Vernetzung und die Anwendung von IoT Technologien. Nur durch Vernetzung und das automatisierte Monitoring können solche dezentralen Anlagen in weitverzweigten Anlagennetzen wirtschaftlich und qualitativ betrieben werden. IoT Plattformen machen alternative Energiequellen zukunftsfähig!
// Produkt
Die IoT Plattform control für die Kraftwerksüberwachung.
