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Automatisierung ■ Höhere Verfügbarkeit von Kraftwerken durch fehlertolerant gestaltete Glasfasernetze Optischer Bypass in Windparks Kraftwerke stellen hohe Ansprüche an Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Das gilt besonders für Windparks, deren Standorte weitläufig und oft schwer zugänglich sind. Moderne, auf Glasfasernetzen basierende Windparksteuerungen müssen dem Rechnung tragen und fehlertolerant ausgelegt sein. Der Schlüssel dafür auf Netzwerkebene ist der optische Bypass. Von Thomas Kwaterski, Prokurist und Gründer der Microsens GmbH & Co. KG. Der Albtraum jedes Windparkbetreibers: Eine Störung in einer Baugruppe legt ganze Bereiche lahm, und das Wetter ist zu schlecht, um einen Service-Techniker zu schicken. Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit stellen besonders bei schwierig erreichbaren Standorten wie Offshore-Anlagen hohe Ansprüche an Konzeption und Realisierung. Das betrifft nicht nur die Energieerzeugung selbst, sondern auch die Überwachung und Steuerung der Anlagen. Für die datentechnische Vernetzung greift man daher gerne auf Glasfasern zurück, denn Glasfasernetze zählen zu den zuverlässigsten Übertragungsmedien überhaupt. Immun gegen Interferenzen und elektromagnetische Störungen übertragen sie große Datenmengen zuverlässig über viele Kilometer. Um die Ausfallsicherheit weiter zu erhöhen, hat sich in kritischen Umgebungen eine ringförmige Verkabelungsstruktur durchgesetzt. Auch wenn der Ring an einer Stelle unterbrochen wird, sind dennoch alle Geräte weiterhin miteinander verbunden. Doch das vermeintliche Plus an Sicherheit kann trügen. Fällt mehr als nur ein Netzwerkknoten aus – sei es wegen Software-Problemen, Hardware-Fehlern, mechanischen Beschädigungen oder durch einen Stromausfall –, dann kann auch die Ringstruktur nicht helfen. Der gesamte Bereich zwischen den beiden ausgefallenen Knoten ist nicht mehr erreichbar. Für ein wirklich fehlertolerantes System müssten Kabelwege, Leitungen, Zuführungen zu den Netzwerkknoten und die Netzwerkknoten nach dem Prinzip 2. (N+1) ausgeführt sein: Alles ist doppelt vorzusehen, und dabei erhält jedes Teilsystem eine Komponente mehr als für den Betrieb unmittelbar benötigt. Dazu kämen unterbrechungsfreie Stromversorgungen und Pufferbatterien, ebenfalls doppelt und mit einer zusätzlichen Baugruppe. Zu den Bilder: Doti / Matthias Ibeler; Microsens 50 Energie & Technik 4/2013
Untersuchungen zeigen, dass der Ausfall der nachgelagerten Bereiche weit kritischer ist als der Ausfall des Netzwerkknotens selbst. Mit einem ausgefallenen Knoten und der daran angeschlossenen Anlage kommt man oft zurecht. Anders sieht es aus, wenn ganze Teile eines Windparks von der Datenkommunikation abgeschnitten sind. Da stellt sich die Frage: Was kostet ein Ausfall? Wie lange kann auf den abgeschnittenen Bereich verzichtet werden? Und wie viel könnte ein Unternehmen sparen, wenn es mit einfachen technischen Lösungen gelänge, ausgefallene Anlagenteile wirksam zu überbrücken, so dass die übrigen unbeeinträchtigt weiterarbeiten können, bis die eine defekte Anlage instand gesetzt werden kann? Dasselbe gilt für Ausfallzeiten durch geplante Wartungsarbeiten. Die Kosten sind riesig, wenn größere Bereiche eines Windparks für Wartungsarbeiten vom Netz genommen werden müssen. Die zu wartende Anlage muss einzeln freigeschaltet werden können. Eine einfache, technisch robuste Lösung, die die ausgefallene Anlage einfach überbrückt, den Rest des Netzes – inklusive aller nachgelagerten Bereiche – aber weiterhin funktionsfähig hält, wäre eine lohnende Investition. Bypass schützt vor Ausfall Ein optischer Bypass löst dieses Problem zuverlässig und wirtschaftlich. Fällt ein Netzwerkknoten aus, überbrückt ihn der Bypass vollautomatisch und hält die Kommunikation über den ausgefallenen Knotenpunkt hinweg aufrecht. Test-Windpark »alpha ventus« in der Nordsee Mit dem Fiber Protection Switch von Microsens wird das optische Netz fehlertolerant und bietet dem Kraftwerksbetreiber eine deutlich höhere Gesamtverfügbarkeit des Netzes. Auch wenn einzelne Netzwerkknoten ausfallen, sind alle anderen Teilbereiche weiterhin erreichbar. Der Ausfall beschränkt sich auf den ausgefallenen Netzknoten. riesigen Anschaffungskosten kämen die noch höheren Wartungskosten und der enorme Aufwand für die Administration. Ein solches Szenario ist kaum zu finanzieren. Risk Management zeigt Ansatzmöglichkeiten Für Wartungsarbeiten lässt sich der Bypass manuell auslösen. Damit müssen Netzwerkknoten nicht mehr aufwändig heruntergefahren werden – der Bypass trennt den zu wartenden Knoten im laufenden Betrieb vom Netz und ermöglicht damit eine unterbrechungsfreie Instandhaltung und Wartung. Durch die damit verbundenen geringeren Wartungskosten rechnet sich diese Lösung schnell. Auch mehrere Anlagen können im laufenden Betrieb des Gesamtnetzes gleichzeitig gewartet oder getauscht werden, denn die übrigen Anlagen und Netzbereiche sind von den Arbeiten nicht betroffen. Mit einem einfachen Alarmrelais können auch externe Alarmmittel angesteuert werden, was die automatische Alarmierung und den Admini- 4/2013 Energie & Technik 51
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