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vgbe energy journal 10 (2022) - International Journal for Generation and Storage of Electricity and Heat

vgbe energy journal - International Journal for Generation and Storage of Electricity and Heat. Issue 10 (2022). Technical Journal of the vgbe energy e.V. - Energy is us! NOTICE: Please feel free to read this free copy of the vgbe energy journal. This is our temporary contribution to support experience exchange in the energy industry during Corona times. The printed edition, subscription as well as further services are available on our website, www.vgbe.energy +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

vgbe energy journal - International Journal for Generation and Storage of Electricity and Heat.
Issue 10 (2022).
Technical Journal of the vgbe energy e.V. - Energy is us!

NOTICE: Please feel free to read this free copy of the vgbe energy journal. This is our temporary contribution to support experience exchange in the energy industry during Corona times. The printed edition, subscription as well as further services are available on our website, www.vgbe.energy

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<strong>International</strong> <strong>Journal</strong> <strong>for</strong> <strong>Generation</strong><br />

<strong>and</strong> <strong>Storage</strong> <strong>of</strong> <strong>Electricity</strong> <strong>and</strong> <strong>Heat</strong><br />

<strong>10</strong> · <strong>2022</strong><br />

FOCUS<br />

Electrical engineering<br />

Instrumentation<br />

Control<br />

New storage<br />

technologies in<br />

the <strong>energy</strong> market<br />

SFRA as a reliable method<br />

<strong>for</strong> fault diagnostics on<br />

rotating machinery<br />

Direct <strong>and</strong> indirect<br />

control <strong>of</strong> process<br />

engineering plants<br />

with neural network<br />

Efficient ways <strong>for</strong> brownfield<br />

reengineering<br />

Technical Services &<br />

Engineering Consultancy<br />

• Materials Laboratory<br />

• Water Chemistry<br />

• Oil Laboratory<br />

• Engineering Consultancy<br />

• Supervision <strong>of</strong> Construction <strong>and</strong> Installation<br />

ISSN 1435–3199 · K 43600 | <strong>International</strong> Edition | Publication <strong>of</strong> <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> e. V.<br />

be in<strong>for</strong>med www.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong>


VGB-St<strong>and</strong>ard<br />

RDS-PP ®<br />

Application Guideline – Part 32: Wind Power Plants | 2 nd edition<br />

Anwendungsrichtlinie – Teil 32: Windkraftwerke | 2. Ausgabe<br />

Ausgabe/Edition 2021 – VGB-S-823-32-2021-12-EN-DE<br />

DIN A4, 414 Seiten, Preis: <strong>vgbe</strong>-Mit glie der 430,– €, Nicht mit glie der 645,– € + Ver s<strong>and</strong> kos ten und MwSt.<br />

DIN A4, 414 pa ges, pri ce: <strong>vgbe</strong> mem bers € 430.–, Non mem bers € 645.– + VAT, ship ping <strong>and</strong> h<strong>and</strong> ling<br />

Das Reference Designation System <strong>for</strong> Power Plants, kurz RDS-PP ® , ist das bei <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong><br />

entwickelte internationale Kennzeichensystem für alle Arten von Energieanlagen.<br />

VGB-St<strong>and</strong>ard<br />

RDS-PP ® – Reference Designation<br />

System <strong>for</strong> Power Plants<br />

Application Guideline<br />

Part 32: Wind Power Plants<br />

Anwendungsrichtlinie<br />

Teil 32: Windkraftwerke<br />

2 nd Edition / 2. Ausgabe<br />

VGB-S-823-32-2021-12-EN-DE<br />

Diese RDS-PP ® Anwendungsrichtlinie für Windkraftwerke wurde von einer Projektgruppe des<br />

TC „Kennzeichnung und Dokumentation“ in enger Zusammenarbeit mit Herstellern, Betreibern,<br />

Forschungseinrichtungen und Inst<strong>and</strong>haltern aus der Windbranche erarbeitet.<br />

Die Anpassung der Anwendungserläuterung war auf Grund von Marktan<strong>for</strong>derungen, technischen<br />

Weiterentwicklungen in der Windenergiebranche sowie Anpassungen an internationale<br />

Normen, insbesondere IEC 81346-2 von 2009, er<strong>for</strong>derlich geworden. In den jeweiligen Ab schnitten<br />

sind die wesentlichen Abweichungen zur ersten Ausgabe dieser Richtlinie dargestellt.<br />

Der VGBE/VGB-St<strong>and</strong>ard VGB-S-823-32-2021-12-EN-DE (2. Auflage) des<br />

VGB-S-823-32-2014-03-EN-DE ersetzt auch die Publikation VGB-B 116 D2.<br />

Für die Anwendung des VGBE/VGB-St<strong>and</strong>ards VGB-S-823-32-2021-12-EN-DE werden neben dem Grundwerk als Print- und<br />

eBook-Version auch geeignete Lizenzen mit weitergehenden Nutzungsrechten für den Anwender angeboten.<br />

Diese Ausgabe berücksichtigt insbesondere die Erfahrungen bei der Anwendung des VGB-St<strong>and</strong>ards von 2014.<br />

Änderungen und Erweiterungen beziehen sich im Wesentlichen auf:<br />

a) Neuordnung der Hauptsysteme;<br />

b) Anpassungen an Fachnorm;<br />

c) Erweiterung der Abschnitte für Signale und Leitsystem;<br />

d) Neue Abschnitte Bautechnik, Gesamtanlage;<br />

e) Anlagen A3 und A4 der Ausgabe 2014 entfernt.<br />

* Für Ordentliche Mitglieder (Anlagenbetreiber und -eigentümer) des <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> e.V.<br />

ist der Bezug von eBooks im Mitgliedsbeitrag enthalten.<br />

The Reference Designation System <strong>for</strong> Power Plants, or RDS-PP ® <strong>for</strong> short, is the international designation system <strong>for</strong><br />

all types <strong>of</strong> <strong>energy</strong> plants, edited by <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong>.<br />

This RDS-PP ® application guideline <strong>for</strong> wind power plants was developed by a project group <strong>of</strong> the TC “Designation <strong>and</strong><br />

Documentation” in close cooperation with manufacturers, operators, research institutions <strong>and</strong> maintenance personnel<br />

from the wind industry.<br />

The adaptation <strong>of</strong> the Application Explanation had become necessary due to market requirements, technical further developments<br />

in the wind <strong>energy</strong> sector as well as adaptations to international st<strong>and</strong>ards, in particular IEC 81346-2 <strong>of</strong> 2009. The<br />

main deviations from the first edition <strong>of</strong> this guideline (Rev. 0) are shown in the respective sections.<br />

The VGBE/VGB st<strong>and</strong>ard VGB-S-823-32-2021-12-EN-DE (2 nd edition) <strong>of</strong> VGB-S-823-32-2014-03-EN-DE also replaces the publication<br />

VGB-B 116 D2.<br />

For the application <strong>of</strong> the VGBE/VGB St<strong>and</strong>ard VGB-S-823-32-2021-12-EN-DE, suitable licences with further rights <strong>of</strong> use <strong>for</strong><br />

the user are <strong>of</strong>fered in addition to the basic work as print <strong>and</strong> eBook version.<br />

Above all, this edition takes into account the experience <strong>of</strong> applying the 2014 VGB-St<strong>and</strong>ard.<br />

Changes <strong>and</strong> extensions essentially refer to:<br />

a) reorganization <strong>of</strong> the main systems;<br />

b) adaptation to sector specific st<strong>and</strong>ard;<br />

c) extension <strong>of</strong> the clauses <strong>for</strong> signals <strong>and</strong> control technology;<br />

d) new clauses <strong>for</strong> civil engineering <strong>and</strong> total plant:<br />

e) Annex A3 <strong>and</strong> Annex A4 <strong>of</strong> Ed. 2014 removed.<br />

* Access <strong>for</strong> eBooks (PDF files) is included in the membership fees<br />

<strong>for</strong> Ordinary Members (operators, plant owners) <strong>of</strong> the <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> e.V. (association)


About plant designation ...<br />

In these stormy times, if you have the opportunity to look at a<br />

wind turbine from the inside, after being impressed by the imposing<br />

dimensions <strong>of</strong> this power plant, you might glance at the<br />

facilities at the foot <strong>of</strong> the tower. There, there is usually a row<br />

<strong>of</strong> cabinets on which signs with more or less cryptic characters<br />

are mounted, e.g. “=AAC03” or “+ASK01”. The uninitiated<br />

reader may ask: “What do these codes mean <strong>and</strong> what do you<br />

need them <strong>for</strong>?”<br />

The experts will certainly smile at this, because to them it is<br />

obvious: it is a st<strong>and</strong>ardised plant designation, <strong>and</strong> <strong>of</strong> course<br />

such a thing is needed. All power plants, from the smallest solar<br />

plant to the largest combined cycle power plant, are systematically<br />

designated worldwide <strong>and</strong> the reason <strong>for</strong> this is beyond<br />

question: all power plant components that are monitored or<br />

maintained must be clearly addressable. Especially in the context<br />

<strong>of</strong> the much-cited digitalisation <strong>and</strong> “Googling”, an unmistakable<br />

assignment <strong>of</strong> in<strong>for</strong>mation to the facilities affected by<br />

it is essential in order not to get lost in in<strong>for</strong>mation chaos.<br />

A practical example: if you want to collect failure statistics<br />

<strong>of</strong> the motors <strong>of</strong> the azimuth drives <strong>of</strong> your wind turbines installed<br />

throughout Europe from northern Sweden to southern<br />

Spain, this is only possible with reasonable ef<strong>for</strong>t if all drives<br />

are designated uni<strong>for</strong>mly. So better: “=G040 MDL<strong>10</strong> MZ0<strong>10</strong><br />

-MA001” instead <strong>of</strong> “The first motor <strong>of</strong> the azimuth drive system<br />

<strong>of</strong> the 40 th wind turbine”.<br />

In power engineering, the KKS, the “Power Plant Identification<br />

system (Kraftwerk-Kennzeichensystem)”, has been established<br />

<strong>for</strong> almost 50 years now. It is something like a lingua<br />

universalis, because it is used uni<strong>for</strong>mly worldwide. And so it<br />

is always fascinating to listen to a power plant manager in the<br />

far east <strong>of</strong> our world explain in difficult-to-underst<strong>and</strong> English:<br />

“Of course, we use KKS”. There you have already found a first<br />

common level <strong>of</strong> conversation.<br />

About 20 years ago, mainly driven by international IEC <strong>and</strong><br />

ISO st<strong>and</strong>ards, the need <strong>for</strong> a further development <strong>of</strong> the marking<br />

system arose in order to be able to <strong>of</strong>fer structured marking<br />

<strong>for</strong> the then still young technologies such as wind <strong>and</strong> photovoltaic<br />

plants. The result was the RDS-PP®, the Reference<br />

Designation System <strong>for</strong> Power Plants, which has become established<br />

worldwide, especially in the new renewable <strong>energy</strong><br />

sector. Crucial to this success is the fact that <strong>vgbe</strong> has published<br />

a whole series <strong>of</strong> practical application guidelines <strong>and</strong> <strong>of</strong>fers a<br />

comprehensive training programme through the Kraftwerksschule<br />

– KWS. This is rounded <strong>of</strong>f by consulting services provided<br />

by designation experts through <strong>vgbe</strong>.<br />

In the meantime, the world <strong>of</strong> st<strong>and</strong>ardisation has turned<br />

again, <strong>and</strong> the result is a regrettable development from our<br />

point <strong>of</strong> view: the updated designation st<strong>and</strong>ard ISO 81346-<strong>10</strong><br />

is so abstract that it cannot be applied in the <strong>energy</strong> plant industry,<br />

at least not at present. The experts at <strong>vgbe</strong> are following<br />

the issue closely <strong>and</strong> will publish relevant in<strong>for</strong>mation on this<br />

as soon as it makes sense. Until then, our urgent recommendation<br />

is: stick with KKS <strong>and</strong> RDS-PP® as be<strong>for</strong>e.<br />

Why two parallel coding systems? Quite simply, recoding existing<br />

plants makes little sense in most cases because the ef<strong>for</strong>t<br />

involved is very high. There<strong>for</strong>e, our advice: existing power<br />

plants <strong>and</strong> their extensions must be designated uni<strong>for</strong>mly according<br />

to KKS, not least <strong>for</strong> safety reasons. For new plants,<br />

e.g. in the wind or solar sector, but also <strong>for</strong> power-to-gas plants,<br />

RDS-PP® is an excellent choice, as it is the more modern labelling<br />

system with a wider range <strong>of</strong> functions.<br />

Finally, two recommendations:<br />

1. Write into your supply contracts that the <strong>energy</strong> supply systems<br />

will be designated according to KKS or RDS-PP®, but<br />

exclusively according to the <strong>vgbe</strong> guidelines in the latest<br />

edition. Un<strong>for</strong>tunately, there are a lot <strong>of</strong> concepts on the<br />

market that all look like KKS or RDS-PP® but in detail are<br />

not. However, an economic advantage can only be achieved<br />

if all systems are uni<strong>for</strong>mly designated in accordance with<br />

the current <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> guidelines. If you have any doubts<br />

about the designation capabilities <strong>of</strong> your suppliers, have a<br />

few exemplary codes provided <strong>and</strong> checked by our experts.<br />

2. Invest in the designation & documentation know-how <strong>of</strong><br />

your employees. KKS <strong>and</strong> RDS-PP® are not simple “languages”,<br />

because they have to reflect the complexity <strong>of</strong> <strong>energy</strong><br />

supply systems. There<strong>for</strong>e, you need specialist knowledge on<br />

this in your company, which you can obtain through courses<br />

at the Kraftwerksschule – KWS, through the procurement <strong>of</strong><br />

application guidelines or through expert advice from <strong>vgbe</strong>.<br />

Take advantage <strong>of</strong> these <strong>of</strong>fers, it’s worth it.<br />

In this sense: let’s KKS, let’s RDS-PP!<br />

Jörg Richnow<br />

Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing<br />

Chair Technical Committee<br />

“Designation & Documentation”<br />

<strong>of</strong> <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> e.V.<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 1


Über Anlagenkennzeichnung …<br />

Wenn man in diesen stürmischen Zeiten die Gelegenheit hat,<br />

sich eine Windkraftanlage von innen anzuschauen, wird man,<br />

nachdem man sich von den imposanten Dimensionen dieses<br />

Kraftwerks beeindrucken ließ, vielleicht den Blick auf die Einrichtungen<br />

am Fuße des Turms werfen. Dort stehen üblicherweise<br />

eine Reihe Schränke, auf denen Schilder mit mehr oder<br />

weniger kryptischen Zeichen montiert sind, z.B. „=AAC03“<br />

oder „+ASK01“. Der unbedarfte Leser wird sich eventuell fragen:<br />

„Was bedeuten diese Codes und w<strong>of</strong>ür braucht man sie?“<br />

Die Experten werden hierüber sicherlich lächeln, denn für sie<br />

ist es <strong>of</strong>fensichtlich: es h<strong>and</strong>elt sich um eine st<strong>and</strong>ardisierte<br />

Anlagenkennzeichnung, und natürlich wird so etwas benötigt.<br />

Alle Kraftwerke, von der kleinsten Solaranlage bis zum größten<br />

GuD-Kraftwerk, werden weltweit mit einer systematischen<br />

Kennzeichnung versehen und der Grund hierfür steht außer<br />

Frage: alle Kraftwerkskomponenten, die überwacht oder inst<strong>and</strong>gehalten<br />

werden, müssen eindeutig adressierbar sein.<br />

Gerade im Rahmen der vielzitierten Digitalisierung und „Googelisierung“<br />

ist eine unverwechselbare Zuordnung von In<strong>for</strong>mationen<br />

zu den davon betr<strong>of</strong>fenen Einrichtungen essenziell,<br />

um nicht im In<strong>for</strong>mations-Chaos zu versinken.<br />

Ein praktisches Beispiel: wenn Sie Ausfallstatistiken der Motoren<br />

der Azimutantriebe Ihrer europaweit von Nordschweden<br />

bis Südspanien installierten Windturbinen erheben wollen,<br />

dann ist dies nur mit vertretbarem Aufw<strong>and</strong> möglich, wenn<br />

alle Antriebe einheitlich gekennzeichnet werden. Also besser:<br />

„=G040 MDL<strong>10</strong> MZ0<strong>10</strong> -MA001“ statt „Der erste Motor des<br />

Azimut-Antriebssystems der 40. Windturbine”.<br />

In der Energietechnik hat sich seit nunmehr fast 50 Jahren das<br />

KKS, das „Kraftwerk-Kennzeichensystem“ etabliert. Es ist so<br />

etwas wie eine Lingua universalis, denn es wird weltweit einheitlich<br />

benutzt. Und so ist es immer wieder faszinierend zuzuhören,<br />

wie ein Kraftwerksleiter im ganz fernen Osten unserer<br />

Welt in schwer verständlichem Englisch erklärt: „Of course, we<br />

use KKS“. Da hat man schon mal eine erste gemeinsame Gesprächsebene<br />

gefunden.<br />

Vor etwa 20 Jahren entst<strong>and</strong>, hauptsächlich getrieben durch internationale<br />

IEC- und ISO-Normen, die Notwendigkeit einer<br />

Weiterentwicklung des Kennzeichnungssystems, um für die damals<br />

noch jungen Technologien wie Wind- und PV-Anlagen eine<br />

strukturierte Kennzeichnung anbieten zu können. Ergebnis war<br />

das RDS-PP®, das Reference Designation System <strong>for</strong> Power<br />

Plants, das sich vor allem in der Branche der neuen Regenerativen<br />

Energien weltweit durchgesetzt hat. Entscheidend für diesen<br />

Erfolg ist, dass <strong>vgbe</strong> eine ganze Reihe von praxisnahen Anwendungsrichtlinien<br />

publiziert hat und über die Kraftwerksschule<br />

– KWS ein umfangreiches Trainingsprogramm anbietet.<br />

Abgerundet wird dies durch Beratungsleistungen von Kennzeichnungsexperten,<br />

die über den <strong>vgbe</strong> vermittelt werden.<br />

Mittlerweile hat sich die Normungswelt wieder weiter gedreht,<br />

und herausgekommen ist eine aus unserer Sicht leider bedauerliche<br />

Entwicklung: die aktualisierte Kennzeichnungsnorm<br />

ISO 81346-<strong>10</strong> ist so abstrakt, dass sie zumindest aktuell in der<br />

Energiewirtschaft nicht anwendbar ist. Die Experten vom <strong>vgbe</strong><br />

verfolgen das Thema genau und werden relevante In<strong>for</strong>mationen<br />

dazu veröffentlichen, sobald es sinnvoll ist. Bis dahin lautet<br />

unsere dringende Empfehlung: bleiben Sie bei KKS und<br />

RDS-PP® wie bisher.<br />

Warum zwei parallele Kennzeichnungs-Systeme? Ganz einfach,<br />

die Umkodierung von Best<strong>and</strong>sanlagen ergibt in den<br />

meisten Fällen wenig Sinn, da der Aufw<strong>and</strong> dafür sehr hoch ist.<br />

Daher unser Rat: bestehende Kraftwerke und ihre Erweiterungen<br />

müssen, nicht zuletzt aus Sicherheitsaspekten, einheitlich<br />

nach KKS gekennzeichnet werden. Für neue Anlagen, z.B. im<br />

Wind- oder Solarbereich, aber auch für Power-to-Gas-Anlagen<br />

bietet sich RDS-PP® hervorragend an, denn es ist das modernere<br />

Kennzeichnungssystem mit größerem Funktionsumfang.<br />

Zum Schluss noch zwei Empfehlungen:<br />

1. Schreiben Sie in Ihre Lieferverträge, dass die Energieversorgungsanlagen<br />

nach KKS oder RDS-PP®, jedoch ausschließlich<br />

nach den <strong>vgbe</strong>-Richtlinien in der neuesten Ausgabe gekennzeichnet<br />

werden. Es tummeln sich leider eine Menge<br />

Konzepte auf dem Markt, die alle wie KKS oder RDS-PP®<br />

aussehen, es im Detail dann aber doch nicht sind. Jedoch<br />

lässt sich nur dann ein wirtschaftlicher Vorteil erzielen,<br />

wenn alle Anlagen einheitlich gemäß den aktuellen Richtlinien<br />

nach <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> gekennzeichnet sind. Wenn Sie Zweifel<br />

an den Kennzeichnungsfähigkeiten Ihrer Lieferanten haben,<br />

lassen Sie sich ein paar exemplarische Codes bereitstellen<br />

und von unseren Experten prüfen.<br />

2. Investieren Sie in das Kennzeichnungs-Know-how Ihrer Mitarbeiterinnen<br />

und Mitarbeiter. KKS und RDS-PP® sind keine<br />

einfachen „Sprachen“, denn sie müssen die Komplexität der<br />

Energieversorgungsanlagen abbilden. Daher benötigen Sie<br />

Fachwissen hierzu in Ihrem Haus, das Sie über Kurse in der<br />

Kraftwerksschule – KWS, über die Beschaffung der Anwendungsrichtlinien<br />

oder über Expertenberatung bei <strong>vgbe</strong> erlangen<br />

können. Nutzen Sie diese Angebote, es lohnt sich.<br />

In diesem Sinne: let‘s KKS, let’s RDS-PP!<br />

Jörg Richnow<br />

Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing<br />

Vorsitzender des Technical<br />

Committee „Designation & Documentation“<br />

im <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> e.V.<br />

2 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


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<strong>International</strong> <strong>Journal</strong> <strong>for</strong> <strong>Generation</strong><br />

<strong>and</strong> <strong>Storage</strong> <strong>of</strong> <strong>Electricity</strong> <strong>and</strong> <strong>Heat</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong><br />

About plant designation ...<br />

Über Anlagenkennzeichnung …<br />

Jörg Richnow 1<br />

Abstracts / Kurzfassungen 6<br />

Members‘ News 8<br />

Industry News 20<br />

News from Science & Research 24<br />

New storage technologies in the <strong>energy</strong> market<br />

Neue Speichertechnologien im Energiemarkt<br />

Jan Weustink, Thorben Fohrmann, Sven Johannssen<br />

<strong>and</strong> Dagmar Thien 28<br />

SFRA as a reliable method <strong>for</strong> fault diagnostics<br />

on rotating machinery<br />

SFRA als zuverlässige Methode zur Fehlerdiagnostik<br />

an rotierenden Maschinen<br />

Lukas Ranzinger 34<br />

Direct <strong>and</strong> indirect control <strong>of</strong> process engineering<br />

plants with neural network<br />

Direkte und indirekte Steuerung verfahrenstechnischer<br />

Anlagen mit neuronalem Netz<br />

Frank Gebhardt 42<br />

Collection <strong>and</strong> use <strong>of</strong> digital in<strong>for</strong>mation twins <strong>for</strong><br />

the re-commissioning <strong>of</strong> fossil-thermal power plants –<br />

Efficient ways <strong>for</strong> brownfield re-engineering<br />

Erhebung und Nutzung digitaler In<strong>for</strong>mationszwillinge für die<br />

Wiederinbetriebnahme von fossil-thermischen Kraftwerken –<br />

Effiziente Wege zum Brownfield Reengineering<br />

Hans Preuss 45<br />

Analysis <strong>of</strong> VERA core physics benchmark problems with<br />

DRAGON5 <strong>and</strong> DONJON5 computer codes<br />

Analyse der Kern-Benchmarks VERA mit den Computercodes<br />

DRAGON5 und DONJON5<br />

Amjad Ali, Meer Bacha, Ghayoor Ahmed, Umer Ali, Nadeem<br />

Shaukat <strong>and</strong> Rustam Khan 54<br />

Business models <strong>and</strong> incentives <strong>for</strong> CCUS<br />

Geschäftsmodelle und Anreize für CCUS<br />

Stephanie Metzger 60<br />

Pre-treatment <strong>of</strong> coal <strong>for</strong> efficiency<br />

<strong>and</strong> emissions improvements<br />

Vorbeh<strong>and</strong>lung von Kohle zur Verbesserung von Effizienz<br />

und Emissionen<br />

Colin Henderson 64<br />

Review <strong>vgbe</strong> Chemistry Conference <strong>2022</strong><br />

Review <strong>vgbe</strong>-Chemiekonferenz <strong>2022</strong> 67<br />

<strong>vgbe</strong> Conference Review<br />

Fuels, Firings <strong>and</strong> Flue Gas Cleaning <strong>2022</strong><br />

<strong>vgbe</strong> Tagungs-Review<br />

Brennst<strong>of</strong>fe, Feuerungen und Abgasreinigung <strong>2022</strong> 71<br />

4 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Content<br />

Meeting the Requirements <strong>of</strong> the Energy Industry<br />

The <strong>vgbe</strong> Technical Services are an integral part <strong>of</strong><br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong>’s work. They are to be regarded as an<br />

enhancement to the services <strong>for</strong> our members <strong>and</strong><br />

cover all aspects <strong>of</strong> engineering, operation <strong>and</strong><br />

maintenance in <strong>energy</strong> plants.<br />

The technical services comprise:<br />

Materials Laboratory<br />

Water Chemistry<br />

Oil Laboratory<br />

Engineering Consultancy<br />

Technical Services &<br />

Engineering Consultancy<br />

• Materials Laboratory<br />

• Water Chemistry<br />

• Oil Laboratory<br />

• Engineering Consultancy<br />

• Supervision <strong>of</strong> Construction <strong>and</strong> Installation<br />

Supervision <strong>of</strong> Construction <strong>and</strong> Installation<br />

t +49 201 8128-200<br />

w www.<strong>vgbe</strong>.services<br />

Requirements <strong>for</strong> capacity expansion <strong>and</strong> fuel supply <strong>for</strong> a<br />

future-pro<strong>of</strong>, secure <strong>and</strong> climate-friendly electricity supply<br />

in Germany<br />

An<strong>for</strong>derungen an Kapazitätsausbau und Brennst<strong>of</strong>fversorgung<br />

für eine zukunftsfeste, sichere und klimagerechte<br />

Stromversorgung in Deutschl<strong>and</strong><br />

Hans-Wilhelm Schiffer, Stefan Ulreich<br />

<strong>and</strong> Tobias Zimmermann 74<br />

Operating results 85<br />

<strong>vgbe</strong> news<br />

| Israeli technologies <strong>for</strong> the <strong>energy</strong> transition 93<br />

Inserentenverzeichnis 94<br />

Events 95<br />

Imprint / Impresssum 96<br />

Preview <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> 11 | <strong>2022</strong> 96<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 5


Abstracts | Kurzfassungen<br />

New storage technologies in the<br />

<strong>energy</strong> market<br />

Jan Weustink, Thorben Fohrmann,<br />

Sven Johannssen <strong>and</strong> Dagmar Thien<br />

The holy grail <strong>of</strong> <strong>energy</strong> trans<strong>for</strong>mation is not<br />

solely the extension <strong>of</strong> solar <strong>and</strong> wind parks.<br />

It is also about the availability <strong>of</strong> <strong>energy</strong> when<br />

needed. There<strong>for</strong>e, <strong>energy</strong> storage solutions are<br />

necessary to store the excessive renewable <strong>energy</strong><br />

on sunny <strong>and</strong> windy days to feed this back<br />

into the grid when needed. The major challenge<br />

here is not to store the <strong>energy</strong> <strong>for</strong> a day<br />

but rather <strong>for</strong> weeks or even months as seasonal<br />

storages: Electro-Chemical <strong>energy</strong> storage like<br />

batteries is expensive in production <strong>and</strong> limited<br />

in capacity, even if we already see a huge decline<br />

in costs over the past decade especially at<br />

Li-Ion batteries. Instead, other technologies are<br />

evolving to counter the challenges <strong>of</strong> storing <strong>energy</strong>.<br />

Among these are thermal storages, where<br />

this heat converts water into steam to drive<br />

conventional steam turbines or the heat is used<br />

<strong>for</strong> industrial processes or district heating solutions.<br />

Beneficial is the aspect that these thermal<br />

storages can be combined with existing steam<br />

cycle power plants. An important topic remains<br />

to support the national grids with primary <strong>and</strong><br />

secondary control. Sector coupling <strong>and</strong> Power<br />

to X-technologies <strong>of</strong>fer many more opportunities<br />

beyond the <strong>energy</strong> storage that also will be<br />

discussed in this article.<br />

SFRA as a reliable method <strong>for</strong> fault<br />

diagnostics on rotating machinery<br />

Lukas Ranzinger<br />

SFRA (sweep-frequency-response-analysis) is<br />

a method <strong>for</strong> fault diagnosis, which is already<br />

used <strong>for</strong> trans<strong>for</strong>mers due to its sensitivity to<br />

a wide range <strong>of</strong> faults. Recent investigations<br />

show promising results <strong>for</strong> the application <strong>of</strong><br />

the method on rotating machines. A basic behavior<br />

could be determined <strong>and</strong> confirmed on<br />

the basis <strong>of</strong> a model. Furthermore, a transferability<br />

between different machine types <strong>and</strong> power<br />

classes could be shown. The measurements<br />

are highly accurate <strong>and</strong> reproducible. SFRA<br />

thus <strong>of</strong>fers the possibility <strong>of</strong> detecting different<br />

<strong>and</strong> complicated fault types. The application is<br />

very simple, universal <strong>and</strong> can be carried out<br />

with little ef<strong>for</strong>t. The presented characteristic<br />

trace is used <strong>for</strong> a better underst<strong>and</strong>ing <strong>of</strong> SFRA<br />

measurements on rotating machines. In addition,<br />

two application cases <strong>for</strong> concrete fault<br />

detection are presented. Among other, the rotor<br />

angle is used <strong>for</strong> interpretation, which enables<br />

the evaluation without reference measurement.<br />

Direct <strong>and</strong> indirect control <strong>of</strong> process<br />

engineering plants with neural network<br />

Frank Gebhardt<br />

This paper follows up on the presentation at<br />

Uni per from KELI 2020: “Control <strong>of</strong> a waste<br />

boiler with neural network – First experience<br />

report” <strong>and</strong> presents further use cases <strong>for</strong> direct<br />

<strong>and</strong> indirect control <strong>of</strong> process plants with neural<br />

network. This is another waste incineration<br />

plant <strong>for</strong> indirect control with neural network<br />

<strong>and</strong> new types <strong>of</strong> plants. Behind them are a<br />

biomass plant (waste wood incineration), a<br />

fluidized bed combustion plant <strong>and</strong> a gas-fired<br />

power plant.<br />

The following direct <strong>and</strong> indirect controls <strong>of</strong><br />

process plants with neural network are currently<br />

being worked on (1) st<strong>and</strong>ard AI operator,<br />

which learns the control interventions<br />

in the process engineering process <strong>of</strong> the best<br />

human operator <strong>and</strong> can then execute them<br />

independently after the learning phase. (2) AI<br />

prediction with a new technology, which can<br />

predict process-related process values such as<br />

steam dips, boiler ceiling temperatures, EMI<br />

values such as CO <strong>and</strong> NOx in the range <strong>of</strong> up<br />

to half an hour (MW) with the help <strong>of</strong> a control<br />

system. This technology can be used to per<strong>for</strong>m<br />

predictive human place interventions in the<br />

process, which in turn can be used to train a<br />

new neural network as described in point 1.<br />

Collection <strong>and</strong> use <strong>of</strong> digital<br />

in<strong>for</strong>mation twins <strong>for</strong> the recommissioning<br />

<strong>of</strong> fossil-thermal<br />

power plants – Efficient ways <strong>for</strong><br />

brownfield re-engineering<br />

Hans Preuss<br />

Scarce resources, changing personnel <strong>and</strong> multi-shift<br />

operations dem<strong>and</strong> intelligent knowledge<br />

management. The depersonalisation <strong>of</strong><br />

in<strong>for</strong>mation is indispensable <strong>for</strong> the successful<br />

<strong>and</strong> safe operation <strong>of</strong> <strong>energy</strong> industry plants.<br />

Digitalisation successes are there<strong>for</strong>e not only<br />

achieved by companies on the cost side, but also<br />

in terms <strong>of</strong> data availability, process optimisation<br />

<strong>and</strong> the use <strong>of</strong> external human resources.<br />

The current political situation <strong>and</strong> the associated<br />

challenges place further dem<strong>and</strong>s on the<br />

digital twin <strong>of</strong> a fossil-thermal plant.<br />

Analysis <strong>of</strong> VERA core physics<br />

benchmark problems with DRAGON5<br />

<strong>and</strong> DONJON5 computer codes<br />

Amjad Ali, Meer Bacha, Ghayoor Ahmed,<br />

Umer Ali, Nadeem Shaukat<br />

<strong>and</strong> Rustam Khan<br />

This paper presents the validation <strong>of</strong> open<br />

source codes DRAGON5 <strong>and</strong> DONJON5 <strong>for</strong><br />

Pressurized Water Reactors (PWRs) through<br />

Virtual Environment <strong>for</strong> Reactor Applications<br />

(VERA) core physics benchmark problems. The<br />

objective <strong>of</strong> this study is to validate these codes<br />

prior to reactor core analyses <strong>and</strong> in-core fuel<br />

management <strong>of</strong> Pakistan’s operating Nuclear<br />

Power Plants (NPPs). The agreement with reference<br />

provides a valid justification <strong>for</strong> the application<br />

<strong>of</strong> these codes to currently operating<br />

commercial power reactors.<br />

Business models<br />

<strong>and</strong> incentives <strong>for</strong> CCUS<br />

Stephanie Metzger<br />

Carbon capture, utilisation, <strong>and</strong> storage (CCUS)<br />

is considered essential <strong>for</strong> meeting climate<br />

change mitigation goals, according to the <strong>International</strong><br />

Energy Agency (IEA) <strong>and</strong> the Intergovernmental<br />

Panel on Climate Change (IPCC).<br />

However, deployment <strong>of</strong> CCUS has been slow<br />

worldwide, partly due to a lack <strong>of</strong> adequate<br />

commercial incentives to encourage investment<br />

in new projects. The development <strong>of</strong> policies<br />

<strong>and</strong> incentives to create a compelling business<br />

model <strong>for</strong> CCUS has there<strong>for</strong>e been at the centre<br />

<strong>of</strong> ef<strong>for</strong>ts to progress the technology. This report<br />

examines the barriers to CCUS deployment, potential<br />

ownership models, <strong>and</strong> business models,<br />

policies, <strong>and</strong> revenue streams that can incentivise<br />

the use <strong>of</strong> CCUS. Barriers include economic<br />

<strong>and</strong> market risks, policy risks, <strong>and</strong> regulatory<br />

risks. Traditional <strong>and</strong> new ownership models<br />

are explored.<br />

Pre-treatment <strong>of</strong> coal <strong>for</strong> efficiency<br />

<strong>and</strong> emissions improvements<br />

Colin Henderson<br />

Various fuel additives have been developed <strong>for</strong><br />

the pretreatment <strong>of</strong> coal. The aim <strong>of</strong> the additives<br />

is to improve the combustion per<strong>for</strong>mance<br />

<strong>of</strong> coal <strong>and</strong> reduce the emissions <strong>of</strong> pollutants.<br />

The status <strong>of</strong> four additives is reviewed: Sootaway,<br />

CETALYST A, Addicoal <strong>and</strong> Silanite.<br />

Three developers, Johnsen Chemicals AS Norway,<br />

Combustion <strong>and</strong> Emissions Technologies,<br />

LLC, in the USA, <strong>and</strong> MEA CAPITAL Ltd’s subdivision<br />

COALTECH appear to remain active in<br />

the area. The main market is likely to be smaller,<br />

inefficient boilers <strong>and</strong> furnaces.<br />

Review <strong>vgbe</strong> Chemistry<br />

Conference <strong>2022</strong><br />

This year, the <strong>vgbe</strong> Chemistry Conference took<br />

place <strong>for</strong> the 58 th time from 25 to 27 October<br />

<strong>2022</strong> in Dresden with around 170 participants<br />

from Germany <strong>and</strong> abroad. New <strong>vgbe</strong>-St<strong>and</strong>ards,<br />

water treatment, cooling water treatment<br />

<strong>and</strong> challenges <strong>of</strong> FGD plants were the focus <strong>of</strong><br />

the conference.<br />

<strong>vgbe</strong> Conference Review Fuels,<br />

Firings <strong>and</strong> Flue Gas Cleaning <strong>2022</strong><br />

The Conference “Fuels, Firings <strong>and</strong> Flue Gas<br />

Cleaning <strong>2022</strong>” took place on September 28<br />

<strong>and</strong> 29, <strong>2022</strong> in Hamburg. The range <strong>of</strong> topics<br />

was accordingly diverse <strong>and</strong> extended from the<br />

use <strong>of</strong> sensors <strong>for</strong> vibration measurement to the<br />

use <strong>of</strong> different materials <strong>and</strong> fuels in the boiler<br />

area <strong>and</strong> the reduction <strong>of</strong> mercury, dust <strong>and</strong> SO 2<br />

emissions.<br />

Requirements <strong>for</strong> capacity expansion<br />

<strong>and</strong> fuel supply <strong>for</strong> a future-pro<strong>of</strong>,<br />

secure <strong>and</strong> climate-friendly electricity<br />

supply in Germany<br />

Hans-Wilhelm Schiffer , Stefan Ulreich<br />

<strong>and</strong> Tobias Zimmermann<br />

The electricity system in Germany faces two<br />

challenges: a significant increase in dem<strong>and</strong><br />

<strong>for</strong> electricity, which is increasingly used <strong>for</strong><br />

heating/cooling <strong>and</strong> in mobility - <strong>and</strong> a growing<br />

share <strong>of</strong> highly weather-dependent electricity<br />

generation, which leads to a more complex<br />

balancing between electricity generation <strong>and</strong><br />

consumption. As a result, the dem<strong>and</strong> <strong>for</strong> dispatchable<br />

power will at least not decrease <strong>and</strong><br />

power plant capacity to be shut down will have<br />

to be replaced by new dispatchable power. It<br />

is needed <strong>for</strong> short-term fluctuations <strong>and</strong> <strong>for</strong><br />

seasonally deployable power, since e.g. the dem<strong>and</strong><br />

<strong>for</strong> electricity <strong>for</strong> heating will rein<strong>for</strong>ce<br />

the previous seasonality. In addition to other<br />

solutions such as dem<strong>and</strong> response <strong>and</strong> electricity<br />

storage, hydrogen-fired gas power plants<br />

are increasingly <strong>of</strong>fering themselves as a solution<br />

- in combination with the use <strong>of</strong> gas storage<br />

facilities <strong>and</strong> the international infrastructure <strong>for</strong><br />

importing liquid or gaseous <strong>energy</strong> sources.<br />

6 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Abstracts | Kurzfassungen<br />

Neue Speichertechnologien<br />

im Energiemarkt<br />

Jan Weustink, Thorben Fohrmann, Sven<br />

Johannssen und Dagmar Thien<br />

Der heilige Gral der Energiewende ist nicht einzig<br />

der Ausbau der Solar- und der Windkraftanlagen,<br />

sondern die Verfügbarkeit und die Koordinierung<br />

von Energiespeichern. Hierdurch<br />

wird der Überschuss an regenerativer Energie<br />

an sonnigen und windigen Zeiten gespeichert,<br />

mit dem Ziel diese abzugeben, wenn sie wieder<br />

benötigt wird. Die größere Heraus<strong>for</strong>derung<br />

hierbei ist nicht nur das Speichern der Energie<br />

für einen Tag (Daily <strong>Storage</strong>), sondern für ganze<br />

Wochen, bzw. Monate (Seasonal <strong>Storage</strong>).<br />

Elektro-chemische Energiespeicher wie Batterien<br />

sind teuer in der Produktion und begrenzt<br />

in der Kapazität, wobei wir bereits einen großen<br />

Preisverfall in der letzten Dekade insbesondere<br />

bei Li-Ion-Batterien beobachten konnten.Stattdessen<br />

zeigen sich neue Ideen auf dem Markt,<br />

um die Heraus<strong>for</strong>derungen der Energiespeicherung<br />

zu lösen. Darunter sind auch thermische<br />

Speicher, um bei Bedarf Wärmeenergie über<br />

Wärmetauscher in Wasserdampf umzuw<strong>and</strong>eln<br />

und damit konventionelle Turbinen anzutreiben<br />

und/oder die Wärme für industrielle Prozesse<br />

oder Fernwärmelösungen bereitzustellen. Ein<br />

wichtiges Ziel für Stromnetze mit hohem Anteil<br />

an erneuerbaren Energien und integrierten<br />

Speichern ist darüber hinaus eine verbrauchsgesteuerte<br />

Primär- und Sekundärfrequenzregelung.<br />

Auch die Sektorenkopplung, sowie Power<br />

to X eröffnen viele weitere Möglichkeiten über<br />

die reine Energiespeicherung hinaus, wie im folgenden<br />

Artikel erläutert wird.<br />

SFRA als zuverlässige Methode zur<br />

Fehlerdiagnostik an rotierenden<br />

Maschinen<br />

Lukas Ranzinger<br />

SFRA (sweep-frequency-response-analysis) ist<br />

eine Methode zur Fehlerdiagnostik, welche auf<br />

Grund ihrer Sensibilität für unterschiedlichste<br />

Fehler bereits häufig bei Trans<strong>for</strong>matoren eingesetzt<br />

wird. Neueste Untersuchungen zeigen<br />

vielversprechende Ergebnisse zum Einsatz der<br />

Methode bei rotierenden Maschinen. So konnte<br />

ein grundlegender Verlauf festgestellt und<br />

anh<strong>and</strong> eines Modells bestätigt werden. Ferner<br />

konnte eine Übertragbarkeit zwischen unterschiedlichen<br />

Maschinentypen und Leistungsklassen<br />

gezeigt werden. Die Messungen weisen<br />

dabei eine hohe Genauigkeit und sehr gute Reproduzierbarkeit<br />

auf. SFRA bietet demnach die<br />

Möglichkeit, schwer detektierbare Fehler messtechnisch<br />

zu erkennen. Dabei ist die Anwendung<br />

sehr einfach, universell und mit geringem<br />

Aufw<strong>and</strong> durchführbar. Der vorgestellte allgemeinen<br />

charakteristischen Verlauf dient dem<br />

besseren Verständnis von SFRA Messungen an<br />

rotierenden Maschinen. Zudem werden zwei<br />

Anwendungsfälle zur konkreten Fehlererkennung<br />

vorgestellt. Zur Interpretation dient dabei<br />

u.a. der Rotorwinkel, was die Auswertung ohne<br />

Referenzmessung ermöglicht.<br />

Direkte und indirekte Steuerung<br />

verfahrenstechnischer Anlagen mit<br />

neuronalem Netz<br />

Frank Gebhardt<br />

Dieser Beitrag knüpft an den Vortrag bei Uniper<br />

von der KELI 2020: „Steuerung eines Müllkessels<br />

mit neuronalem Netz- Erster Erfahrungsbericht“<br />

an und stellt weitere Anwendungsfälle für<br />

die direkte und indirekte Steuerung verfahrenstechnischer<br />

Anlagen mit neuronalem Netz vor.<br />

Dabei h<strong>and</strong>elt es sich um eine weitere Müllverbrennungsanlage<br />

für die indirekte Steuerung<br />

mit neuronalem Netz und um neue Anlagentypen.<br />

Dahinter verbirgt sich eine Biomasseanlage<br />

(Altholzverbrennung), eine Wirbelschichtfeuerungsanlage<br />

und ein Gaskraftwerk.<br />

Folgende direkte und indirekte Steuerungen<br />

verfahrenstechnischer Anlagen mit neuronalem<br />

Netz werden zurzeit bearbeitet. (1) St<strong>and</strong>ard<br />

AI-Operator, der die Stelleingriffe in den verfahrenstechnischen<br />

Prozess des besten menschlichen<br />

Operators lernt und diese dann nach der<br />

Lernphase selbstständig ausführen kann. (2)<br />

AI-Prediction mit einer neuen Technologie, welcher<br />

verfahrenstechnische Prozesswerte wie z.B.<br />

Dampfeinbrüche, Kesseldeckentemperaturen,<br />

EMI-Werte wie z.B. CO und NOx im Bereich bis<br />

zu einer halben Stunde (MW) mit Hilfe eines<br />

Leitsystems voraussagen kann. Mit Hilfe dieser<br />

Technologie können vorausschauende menschliche<br />

Stelleingriffe in den Prozess ausgeführt<br />

werden, die wiederum zum Anlernen eines<br />

neuen neuronalen Netzes wie unter Punkt 1 beschrieben,<br />

dienen.<br />

Erhebung und Nutzung digitaler<br />

In<strong>for</strong>mationszwillinge für die<br />

Wiederinbetriebnahme von fossilthermischen<br />

Kraftwerken - Effiziente<br />

Wege zum Brownfield Reengineering<br />

Hans Preuss<br />

Knappe Ressourcen, wechselndes Personal und<br />

der Mehrschichtbetrieb verlangen ein intelligentes<br />

Wissensmanagement. Die Entpersonalisierung<br />

von In<strong>for</strong>mationen ist unverzichtbar<br />

für den erfolgreichen und sicheren Betrieb energiewirtschaftlicher<br />

Anlagen. Digitalisierungserfolge<br />

erzielen Unternehmen daher nicht nur<br />

auf der Kostenseite, sondern in Bezug auf die<br />

Verfügbarkeit von Daten, die Optimierung der<br />

Prozesse und die Nutzung externer personeller<br />

Ressourcen. Die derzeitige politische Lage und<br />

die damit verbundenen Heraus<strong>for</strong>derungen<br />

stellen weitere An<strong>for</strong>derungen an den digitalen<br />

Zwilling einer fossil-thermischen Anlage.<br />

Analyse der Kern-Benchmarks VERA<br />

mit den Computercodes DRAGON5<br />

und DONJON5<br />

Amjad Ali, Meer Bacha, Ghayoor Ahmed,<br />

Umer Ali, Nadeem Shaukat<br />

und Rustam Khan<br />

In diesem Beitrag wird die Validierung der<br />

Open-Source-Codes DRAGON5 und DONJON5<br />

für Druckwasserreaktoren (DWR) anh<strong>and</strong> von<br />

Benchmark-Problemen der virtuellen Umgebung<br />

für Reaktoranwendungen (VERA) für die<br />

Kernphysik vorgestellt. Ziel dieser Studie ist die<br />

Validierung dieser Codes vor der Analyse des<br />

Reaktorkerns und des Brennst<strong>of</strong>fmanagements<br />

von in Betrieb befindlichen Kernkraftwerken.<br />

Die Übereinstimmung mit der Referenz gilt als<br />

Nachweis für die Anwendung dieser Codes auf<br />

derzeit in Betrieb befindliche kommerzielle Leistungsreaktoren.<br />

Geschäftsmodelle und<br />

Anreize für CCUS<br />

Stephanie Metzger<br />

Die <strong>International</strong>e Energieagentur (IEA) und<br />

der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen<br />

(IPCC) halten die Abscheidung,<br />

Nutzung und Speicherung von Kohlenst<strong>of</strong>f<br />

(CCUS) für unverzichtbar, um die Ziele zur Eindämmung<br />

des Klimaw<strong>and</strong>els zu erreichen. Die<br />

Einführung von CCUS ist jedoch weltweit nur<br />

langsam vorangeschritten, was zum Teil darauf<br />

zurückzuführen ist, dass es keine angemessenen<br />

kommerziellen Anreize gibt, um Investitionen in<br />

neue Projekte zu fördern. Die Entwicklung von<br />

Strategien und Anreizen zur Schaffung eines<br />

überzeugenden Geschäftsmodells für CCUS<br />

steht daher im Mittelpunkt der Bemühungen,<br />

die Technologie voranzubringen. In diesem Bericht<br />

werden die Hindernisse für die Einführung<br />

von CCUS, potenzielle Eigentumsmodelle sowie<br />

Geschäftsmodelle, Strategien und Einnahmequellen<br />

untersucht, die Anreize für die Nutzung<br />

von CCUS schaffen können.<br />

Vorbeh<strong>and</strong>lung von Kohle zur<br />

Verbesserung von Effizienz<br />

und Emissionen<br />

Colin Henderson<br />

Es wurden verschiedene Brennst<strong>of</strong>fadditive für<br />

die Vorbeh<strong>and</strong>lung von Kohle entwickelt. Ziel<br />

dieser Zusätze ist es, die Verbrennungsleistung<br />

von Kohle zu verbessern und die Schadst<strong>of</strong>femissionen<br />

zu verringern. Der Status von vier Additiven<br />

wird überprüft: Sootaway, CETALYST<br />

A, Addicoal und Silanite. Drei Entwickler,<br />

Johnsen Chemicals AS Norwegen, Combustion<br />

<strong>and</strong> Emissions Technologies, LLC, in den USA<br />

und die Unterabteilung COALTECH von MEA<br />

CAPITAL Ltd, scheinen weiterhin in diesem<br />

Bereich aktiv zu sein. Der Hauptmarkt dürften<br />

kleinere, ineffiziente Heizkessel und Öfen sein.<br />

Review <strong>vgbe</strong>-Chemiekonferenz <strong>2022</strong><br />

Die <strong>vgbe</strong>-Chemiekonferenz f<strong>and</strong> in diesem Jahr<br />

zum 58.-mal statt. Rund 170 Teilnehmenden aus<br />

dem In- und Ausl<strong>and</strong> trafen sich vom 25. bis 27.<br />

Oktober <strong>2022</strong> in Dresden. Im Fokus der Konferenz<br />

st<strong>and</strong>en unter <strong>and</strong>erem die Themen neue<br />

<strong>vgbe</strong>-St<strong>and</strong>ards, Wasseraufbereitung, Kühlwasseraufbereitung<br />

und Heraus<strong>for</strong>derungen bei<br />

REA-Anlagen.<br />

<strong>vgbe</strong> Tagungs-Review Brennst<strong>of</strong>fe,<br />

Feuerungen und Abgasreinigung <strong>2022</strong><br />

Die Fachtagung „Brennst<strong>of</strong>fe, Feuerungen<br />

und Abgasreinigung <strong>2022</strong>“ hat am 28. und 29.<br />

September <strong>2022</strong> im Hotel Gastwerk in Hamburg<br />

stattgefunden. Das Themenangebot war<br />

vielfältig und reichte von Sensoren-Einsatz zur<br />

Schwingungsmessung über den Einsatz unterschiedlicher<br />

Werk- und Brennst<strong>of</strong>fe im Kesselbereich<br />

bis hin zur Reduzierung von Quecksilber-,<br />

Staub- und SO 2 -Emissionen.<br />

An<strong>for</strong>derungen an Kapazitätsausbau<br />

und Brennst<strong>of</strong>fversorgung für eine<br />

zukunftsfeste, sichere und<br />

klimagerechte Stromversorgung<br />

in Deutschl<strong>and</strong><br />

Hans-Wilhelm Schiffer, Stefan Ulreich<br />

und Tobias Zimmermann<br />

Das Stromsystem in Deutschl<strong>and</strong> steht zwei<br />

Heraus<strong>for</strong>derungen gegenüber: eine deutliche<br />

Steigerung der Nachfrage nach Strom, der zunehmend<br />

für Wärme/Kälte und in der Mobilität<br />

eingesetzt wird – und einen wachsenden Anteil<br />

stark wetterabhängiger Stromerzeugung, was zu<br />

einem komplexeren Abgleich zwischen Stromerzeugung<br />

und -verbrauch führt. Als Folge wird<br />

der Bedarf nach steuerbarer Leistung zumindest<br />

nicht sinken und stillzulegende Kraftwerkskapazität<br />

muss durch neue steuerbare Leistung<br />

ersetzt werden. Benötigt wird sie für kurzfristige<br />

Schwankungen und für saisonal einsetzbare<br />

Leistung, da z.B. die Stromnachfrage für<br />

Heizungen die bisherige Saisonalität verstärken<br />

wird. Neben <strong>and</strong>eren Lösungen wie Lastfolge<br />

und Stromspeicher, bieten sich zunehmend<br />

wasserst<strong>of</strong>fbefeuerte Gaskraftwerke als Lösung<br />

an – in Kombination mit der Nutzung von Gasspeichern<br />

und der internationalen Infrastruktur<br />

zum Import flüssiger oder gasförmiger Energieträger.<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 7


Members’ News<br />

Members´<br />

News<br />

BS|Energy Altholz statt Kohle –<br />

Veolia weiter auf dem Weg zu<br />

einer nachhaltigen<br />

Energieerzeugung<br />

(bs-<strong>energy</strong>) Veolia hat in Lengede mit dem<br />

Bau einer Aufbereitungsanlage für 180.000<br />

Tonnen Alt- und Restholz pro Jahr begonnen.<br />

Das aufbereitete Altholz soll als Brennst<strong>of</strong>f<br />

an das ebenso im Bau befindliche Biomasse-Heizkraftwerk<br />

der Veolia Tochter<br />

BS|ENERGY in Braunschweig geliefert werden<br />

– und damit bei der Erzeugung von<br />

Strom und Fernwärme den bisherigen Energieträger<br />

Kohle künftig ersetzen.<br />

Das aus der Region angelieferte Altholz<br />

wird in einem geschlossenen Lagergebäude<br />

mit Luftfilter aufbewahrt. In diesem Gebäude<br />

erfolgt auch die mechanische Aufbereitung<br />

für die thermische Verwertung –<br />

Fremd- und Störst<strong>of</strong>fe werden aussortiert<br />

und das Altholz zu Holzhackschnitzeln geschreddert.<br />

Anschließend dient es dazu, im<br />

neuen Biomasse-Heizkraftwerk in Braunschweig<br />

per Kraft-Wärme-Kopplung Strom<br />

zu erzeugen und Wärme zu gewinnen. Das<br />

Heizkraftwerk wird, wie alle Anlagen zur<br />

Altholzaufbereitung von Veolia, den sehr<br />

strengen An<strong>for</strong>derungen der 17. Bundes-Immissionsschutzverordnung<br />

(BImSchV) entsprechen.<br />

Durch die hohen Temperaturen<br />

bei der Verbrennung werden die meisten<br />

Schadst<strong>of</strong>fe so<strong>for</strong>t vernichtet. Eine mehrstufige<br />

Rauchgasreinigung, basierend auf dem<br />

neuesten St<strong>and</strong> der Technik, übernimmt die<br />

Restreinigung. Im Ergebnis verbessert sich<br />

die Luftqualität in Braunschweig durch die<br />

neue Anlage im Vergleich zum bisherigen<br />

Kohlekraftwerk deutlich.<br />

Die Altholzaufbereitungsanlage wird 2023<br />

in Betrieb genommen und ist ebenso wie das<br />

neue Biomasse-Heizkraftwerk ein wichtiger<br />

Baustein für den von BS|ENERGY beschlossenen<br />

Kohleausstieg, der deutlich vor 2038<br />

erfolgen soll. Da das Biomasse-Heizkraftwerk<br />

in Braunschweig bereits <strong>2022</strong> ans Netz<br />

gehen wird, liefert Veolia für die Übergangszeit<br />

Altholz aus der Aufbereitungsanlage in<br />

Hannover. Damit leistet das Unternehmen<br />

einen entscheidenden Beitrag zur Dekarbonisierung.<br />

LL<br />

www.bs-<strong>energy</strong>.de (223321817)<br />

Currenta: Mit Abwärme aus<br />

chemischer Produktion grünen<br />

Dampf erzeugen<br />

• Currenta und Covestro entwickeln<br />

gemeinsam Wärmepumpen-Lösungen<br />

für Uerdinger St<strong>and</strong>ort.<br />

(currenta) Wärmepumpen sind eine Schlüsseltechnologie<br />

auf dem Weg zu nachhaltigen<br />

Chemie-St<strong>and</strong>orten. Sie dienen dazu,<br />

Wasserkreisläufe zu schließen und die Wärmeemission<br />

in die Umwelt zu verringern.<br />

Der Chempark-Betreiber Currenta arbeitet<br />

gemeinsam mit dem Kunstst<strong>of</strong>f-Produzenten<br />

Covestro an konkreten Lösungen für die<br />

Wärmerückgewinnung und Einsparung von<br />

Betriebswasser in den Produktionsbetrieben<br />

von Covestro im Chempark Uerdingen.<br />

Die Unterzeichnung eines gemeinsamen<br />

Letter <strong>of</strong> Intent markiert den ersten Schritt<br />

auf diesem Weg. Bis zum 30. Juni 2023 wollen<br />

Currenta und Covestro im Rahmen einer<br />

Machbarkeitsstudie zwei mögliche Einsatzorte<br />

für Wärmepumpen näher untersuchen:<br />

Den erst 2021 erweiterte Chlorelektrolysebetrieb<br />

sowie den MDI-Betrieb von<br />

Covestro. In beiden Betrieben entstehen<br />

wichtige Vorprodukte für die chemische<br />

Produktion von Kunstst<strong>of</strong>fen.<br />

Currenta-CEO Frank Hyldmar: „Wir möchten<br />

mit unseren St<strong>and</strong>orten Europas nachhaltiger<br />

Chemiepark werden. Dabei beschäftigen<br />

wir uns insbesondere mit dem<br />

Thema Wasser. Es geht darum, Wasserkreisläufe<br />

zu schließen und die Menge an Rheinwasser,<br />

die wir als Betriebswasser und Kühlwasser<br />

im Chempark nutzen, in Zukunft<br />

weiter zu reduzieren.“<br />

Wärmepumpentechnik sorgt dafür, dass<br />

die Abwärme aus den Kühlwassersystemen<br />

zukünftig als thermische Energie genutzt<br />

werden kann. Auch für Covestro ist dies ein<br />

wichtiger technischer Meilenstein auf dem<br />

Weg zur operativen Klimaneutralität im<br />

Jahr 2035, die sich das Unternehmen als<br />

Ziel gesetzt hat. Eine der Säulen, um dieses<br />

Ziel zu erreichen: Grüner, also mit erneuerbaren<br />

Energien erzeugter Dampf.<br />

Dr. Daniel Koch (Head <strong>of</strong> PM Operations<br />

EMEA Covestro): „Covestro könnte durch<br />

den Einsatz der Zukunftstechnologie Wärmepumpe<br />

den CO 2 -Fußabdruck seiner Produkte<br />

weiter verkleinern – ein wichtiger Schritt in<br />

Richtung operativer Klimaneutralität. Die<br />

Nutzung von Abwärme würde zudem eine<br />

Reduzierung der Betriebs- und Inst<strong>and</strong>haltungskosten<br />

unserer Anlagen mit sich bringen.<br />

Das ist eine echte Win-Win-Situation.“<br />

Zukunftsweisend werden die im Zuge der<br />

Studie erarbeiteten Ergebnisse und In<strong>for</strong>mationen<br />

aber nicht nur für die nachhaltige<br />

Trans<strong>for</strong>mation der chemischen Produktion<br />

in Nordrhein-Westfalen. Es geht auch um<br />

St<strong>and</strong>ortsicherung:<br />

Detlef Rennings, Vorsitzender des Gesamtbetriebsrats<br />

Currenta: „Nachhaltigkeit bedeutet<br />

Arbeitsplatzsicherheit. Denn Industrie<br />

hat hier nur dann eine Zukunft, wenn sie<br />

sich ausgewogen verändert. Wenn sie grüner<br />

und günstiger wird und die Voraussetzungen<br />

dafür schafft, dass der Produktionsst<strong>and</strong>ort<br />

attraktiv bleibt. Ich freue mich besonders,<br />

dass wir hier in Uerdingen einen ersten wichtigen<br />

Schritt auf diesem Weg gehen.“<br />

Kerstin Spendel, Vorsitzende des Betriebsrats<br />

Covestro am St<strong>and</strong>ort Uerdingen: „Damit<br />

unsere St<strong>and</strong>orte in Deutschl<strong>and</strong> auch<br />

in Zukunft konkurrenzfähig produzieren<br />

können, müssen sie technologisch mit der<br />

Zeit gehen und sich auf eine grünere, nachhaltigere<br />

Produktion umstellen. Dieses Pilotprojekt<br />

ist ein wichtiges Signal für unser<br />

Leitziel Kreislaufwirtschaft und damit letztlich<br />

auch für den Erhalt unseres Uerdinger<br />

St<strong>and</strong>ortes.“<br />

LL<br />

www.currenta.de (223321827)<br />

Fortum to enter the<br />

<strong>energy</strong>-from-waste business<br />

in the UK – seeks to trans<strong>for</strong>m<br />

the sector with a novel concept<br />

to recycle materials<br />

(<strong>for</strong>tum) Fortum is exp<strong>and</strong>ing its UK-based<br />

operations <strong>and</strong> is starting to build a new Energy-from-Waste<br />

plant in Glasgow.<br />

The market entry is a major step <strong>for</strong>ward in<br />

Fortum’s ambition to trans<strong>for</strong>m the Energy-from-Waste<br />

sector with its novel Carbon2x<br />

concept, which has already concluded<br />

the first round <strong>of</strong> pilot testing. The concept<br />

aims to capture emissions from waste<br />

incineration <strong>and</strong> turn them into CO 2 -based,<br />

high-quality raw materials. The company<br />

estimates that Carbon2x will help reduce<br />

the dependence on fossil-based raw materials,<br />

improve Europe’s self-sufficiency <strong>and</strong><br />

decarbonise waste incineration.<br />

“The UK Energy-from-Waste market is in<br />

an interesting development phase <strong>and</strong> will,<br />

over time, <strong>of</strong>fer the potential <strong>for</strong> further investments<br />

in Energy-from-Waste. At Fortum<br />

our objective is to reuse, recycle <strong>and</strong> utilise<br />

as much <strong>of</strong> the waste streams as possible; we<br />

want to make waste incineration fully circular.<br />

This means that also CO 2 emissions<br />

should be turned into new raw materials. To<br />

do this at scale, we need to rethink how we<br />

do recycling in general. In the UK alone,<br />

8 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Members´News<br />

there are 48 EfW plants, meaning that 11<br />

million tonnes <strong>of</strong> CO 2 could be captured <strong>and</strong><br />

reused in a year. We want to tap into this<br />

potential <strong>and</strong> bring our competence <strong>and</strong><br />

track record <strong>of</strong> pioneering waste solutions to<br />

the market,” states Kalle Saarimaa, Vice<br />

President <strong>of</strong> Recycling & Waste at Fortum.<br />

In the UK, a total <strong>of</strong> 3,600 million kilograms<br />

<strong>of</strong> plastics is used <strong>for</strong> making products<br />

every year. At the same time, only 41%<br />

<strong>of</strong> this plastic is collected <strong>for</strong> recycling. Carbon2x<br />

can help recycle these plastics that<br />

are not currently captured in separate collection.<br />

Simultaneously, 90% <strong>of</strong> the carbon<br />

dioxide released into the atmosphere can be<br />

captured <strong>and</strong> utilised as new products; as a<br />

result, the climate impact <strong>of</strong> waste incineration<br />

would become net negative, when Carbon2x<br />

is applied.<br />

For several years, Fortum has been providing<br />

operation <strong>and</strong> maintenance services to<br />

external <strong>energy</strong> industry customers in the<br />

UK. Entering the Energy-from-Waste business<br />

in the UK further exp<strong>and</strong>s the company’s<br />

presence in the market. Next to the UK,<br />

the company is also looking to exp<strong>and</strong> into<br />

other markets in continental Europe.<br />

“We have a holistic approach <strong>and</strong> competence<br />

in waste management. This wider entry<br />

to the UK enables us to investigate the<br />

investment potential <strong>for</strong> our other strategic<br />

growth areas, such as the recycling <strong>of</strong> batteries<br />

<strong>and</strong> Waste-to-Energy ash recycling. In the<br />

future, also in the UK, we could not only capture<br />

<strong>and</strong> use the emissions from the waste<br />

incineration, but also recover <strong>and</strong> reuse valuable<br />

raw materials from the ash. For us, the<br />

concept <strong>of</strong> ‘waste’ does not exist. There is<br />

only material that can be used <strong>and</strong> reused<br />

again, with the right solutions <strong>and</strong> competence<br />

in place,” concludes Kalle Saarimaa.<br />

LL<br />

www.<strong>for</strong>tum.com (223321827)<br />

Fortum launches a feasi bility<br />

study to explore prereq ui sites<br />

<strong>for</strong> new nuclear<br />

(<strong>for</strong>tum) Fortum is starting a two-year feasibility<br />

study to explore prerequisites <strong>for</strong> new<br />

nuclear. As part <strong>of</strong> the study, Fortum will<br />

examine commercial, technological <strong>and</strong> societal,<br />

including political, legal <strong>and</strong> regulatory,<br />

conditions both <strong>for</strong> small modular reactors<br />

(SMRs) <strong>and</strong> conventional large reactors.<br />

The study’s geographic focus is Finl<strong>and</strong><br />

<strong>and</strong> Sweden.<br />

„The goals <strong>of</strong> <strong>energy</strong> independence, security<br />

<strong>of</strong> supply <strong>and</strong> carbon neutrality are challenges<br />

facing our entire society. We want to<br />

find out under which conditions we could<br />

meet them with nuclear power generation,<br />

which is known to be reliable <strong>and</strong> CO 2 -free,“<br />

says Simon-Erik Ollus, Executive Vice President,<br />

<strong>Generation</strong> Division at Fortum.<br />

With the current uncertainty in the <strong>energy</strong><br />

market, ventures in the nuclear industry will<br />

most likely involve partnership constellations.<br />

Partnerships may be <strong>for</strong>med e.g. between<br />

nuclear generating <strong>and</strong> district heating<br />

companies, industrial <strong>of</strong>f-takers <strong>of</strong> power<br />

<strong>and</strong> heat <strong>for</strong> whom competitive <strong>energy</strong><br />

supply is <strong>of</strong> increasing strategic importance,<br />

<strong>and</strong> nuclear utilities, or start-up companies<br />

<strong>and</strong> established utilities with nuclear competence.<br />

Thus, the feasibility study will also<br />

explore the potential <strong>for</strong> service business<br />

<strong>of</strong>ferings <strong>for</strong> new projects in Europe <strong>and</strong> hydrogen<br />

<strong>for</strong> industrial applications.<br />

„The challenges related to new nuclear are<br />

well-known. Achieving competitive construction<br />

times <strong>and</strong> costs are must-win battles<br />

<strong>for</strong> our industry. In this feasibility study,<br />

we aim to explore novel partnerships, new<br />

business models <strong>and</strong> technologies, such as<br />

small modular reactors (SMRs), which are<br />

promising in terms <strong>of</strong> taking nuclear power<br />

<strong>for</strong>ward to future generations,“ says Laurent<br />

Leveugle, who is leading the nuclear feasibility<br />

study.<br />

Since the feasibility study will also take a<br />

deep look at the newbuild process, such as<br />

progress <strong>of</strong> planning, siting, <strong>and</strong> licensing,<br />

the work group’s intention is to engage the<br />

essential external stakeholders, such as political<br />

decision makers, civil servants, <strong>and</strong><br />

nuclear safety authorities in Finl<strong>and</strong> <strong>and</strong><br />

Sweden, in active dialogue.<br />

Fortum has agreed to fully divest Uniper to<br />

the German State, <strong>and</strong> thus Fortum is in the<br />

process <strong>of</strong> updating its st<strong>and</strong>-alone strategy<br />

with the focus on sustainable power generation,<br />

security <strong>of</strong> supply <strong>and</strong> af<strong>for</strong>dable <strong>energy</strong>.<br />

In this context, Fortum’s CO 2 -free generation<br />

assets are now needed more than ever.<br />

This study contributes to that strategy development.<br />

Any decisions about future investments<br />

will be made in due course.<br />

LL<br />

www.<strong>for</strong>tum.com (223321827)<br />

LEAG-GigawattFactory<br />

wächst mit weiterem<br />

17-MWp-Solarpark<br />

• LEAG und EPNE bauen Solarpark Böhlen<br />

auf ehemaliger industrieller Absetzanlage<br />

beim Kraftwerk Lippendorf<br />

(leag) Baustart im sächsischen Böhlen für ein<br />

weiteres PV-Großprojekt, welches die EP New<br />

Energies (EPNE) als strategischer Partner mit<br />

der LEAG entwickelt und umsetzt: Ein 17<br />

MW-Solarpark entsteht auf dem Gelände einer<br />

ehemaligen und teilrekultivierten industriellen<br />

Absetzanlage beim Kraftwerk Lippendorf.<br />

Die Nachnutzung ehemals industriell<br />

genutzter Flächen, wie Bergbaufolgel<strong>and</strong><br />

oder Altkraftwerksst<strong>and</strong>orte sind ein essentieller<br />

Best<strong>and</strong>teil des Energiekonzeptes GigawattFactory,<br />

da sie einen konfliktarmen und<br />

gleichzeitig nachhaltigen Ausbau von Erneuerbaren<br />

Energien ermöglichen.<br />

Für den Leiter Erneuerbare Energien bei<br />

LEAG, Fabian von Oesen, ist der Baubeginn<br />

gleichzeitig ein weiterer wichtiger Beitrag<br />

zum Ausbau des LEAG-Grünstrom-Portfolios.<br />

„Wir setzen unsere angekündigte Trans<strong>for</strong>mation<br />

hin zu einem großen Grünstromerzeuger<br />

konsequent <strong>for</strong>t. Unser Projekt GigawattFactory<br />

kommt mit dem PV-Park Böhlen<br />

dem Ziel, 7 Gigawatt erneuerbare Stromerzeugungsleistung<br />

bis 2030, vorrangig auf<br />

Tagebauflächen und an Kraftwerksst<strong>and</strong>orten<br />

aufzubauen, wieder ein Stück näher.“<br />

Auch EPNE-Geschäftsführer Dominique<br />

Guillou freut sich über den Erfolg: „Mit dem<br />

Baubeginn für den PV-Park Böhlen und unseren<br />

<strong>and</strong>eren Multimegawatt-Solarprojekten<br />

in Entwicklung, bringen wir die notwendige<br />

Power für die GigawattFactory. Insgesamt<br />

haben wir von den Projektpotenzialen<br />

der LEAG bereits über ein Gigawatt in Genehmigungsverfahren<br />

gebracht. Jedes dieser<br />

Projekte leistet einen wichtigen Beitrag<br />

zu einer klimaneutralen und sicheren Energieversorgung.“<br />

Guillou betont die umfangreichen Ausgleichsmaßnahmen,<br />

die in Böhlen umgesetzt<br />

werden: „Ein besonderes Augenmerk<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 9


Members´News<br />

liegt auf dem Artenschutz. So wurden bestimmte<br />

Bereiche von den Bauarbeiten ausgenommen,<br />

um die heimische Zauneidechse<br />

zu schützen. Gleichzeitig entstehen Blühstreifen,<br />

naturbelassene Unterschlupf-Möglichkeiten<br />

aus Feldsteinen und Totholz sowie<br />

zahlreiche Brutkästen als ökologische<br />

Habitate zur Steigerung der Artenvielfalt.“<br />

Nach Fertigstellung wird der PV-Park Böhlen<br />

aus rund 30.000 Modulen bestehen und<br />

fast 6.000 Haushalte mit Grünstrom versorgen.<br />

Bei der 14 Hektar großen Fläche, auf<br />

der die PV-Anlage entsteht, h<strong>and</strong>elt sich um<br />

das Gelände einer ehemaligen Industriellen<br />

Absetzanlage für Kraftwerksasche, die direkt<br />

auf dem Areal eines ehemaligen Tagebaus<br />

liegt.<br />

Mit einem dimensionierten Ausbau von<br />

Solar- und Wind- soll Grünstrom zunehmend<br />

ein Wirtschaftsfaktor für die Strukturentwicklung<br />

im Lausitzer und im Mitteldeutschen<br />

Revier werden und gleichzeitig<br />

die erfolgreiche Ansiedlung von Projekten<br />

zur mobilen und energetischen Nutzung von<br />

Wasserst<strong>of</strong>f ermöglichen.<br />

LL<br />

www.leag.de (223321834)<br />

Erster Spatenstich für den PV Park Böhlen: (v.l.n.r.) Thomas Dorsch – BELECTRIC – Head <strong>of</strong><br />

Sales Germany, Dominique Guillou – EP New Energies GmbH – Geschäftsführer, Dietmar<br />

Berndt – Bürgermeister der Stadt Böhlen, Martin Kunz – BELECTRIC – Senior Project Manager,<br />

Projektleiter Belectric für PVA Böhlen, Frank Pönicke – LEAG (Lausitz Energie Kraftwerke AG)<br />

– Leiter Anlagenbetrieb Kraftwerk Lippendorf, Foto: EPNE<br />

Laufende und in Planung befindliche<br />

Großprojekte wie z.B. das Gaskraftwerk<br />

Leipheim, die Energie- und Verwertungsanlage<br />

Jänschwalde und das Innovationskraftwerk<br />

werden durch das Vorst<strong>and</strong>smitglied<br />

Hubertus Altmann weitergeführt.<br />

Energie. Der Leitungsbau beginnt voraussichtlich<br />

im November <strong>2022</strong>, die Einspeisung<br />

der Abwärme soll bis Ende 2024 erfolgen.<br />

Die Partnerschaft zwischen Henkel und<br />

den Stadtwerken ist langfristig angelegt.<br />

Denkbar sind weitere Ausbaustufen.<br />

LEAG: Integrierte Produktion<br />

führt Bergbau- und<br />

Kraftwerksbereich zusammen<br />

• Nächste organisatorische Schritte im<br />

LEAG-Trans<strong>for</strong>mationsprozess<br />

(leag) Im Zuge des Trans<strong>for</strong>mationsprozesses<br />

hin zu einem breit aufgestellten grünen<br />

Energie-, Infrastruktur- und Serviceunternehmen<br />

passt die LEAG ihre Strukturen weiter<br />

an. Zum 1. Oktober <strong>2022</strong> wurden die<br />

Ressorts Bergbau und Kraftwerke zu einem<br />

gemeinsamen Ressort „Produktion“ zusammengeführt.<br />

Mit dieser Maßnahme ist auch<br />

die Zusammenlegung der beiden technischen<br />

Servicebereiche verbunden.<br />

Ziel ist die Bündelung der operativen<br />

Leistungen und Kompetenzen in den Bereichen<br />

Genehmigung, Produktion und Inst<strong>and</strong>haltung<br />

für alle großtechnischen Anlagen.<br />

Zudem wird die Integrierte Produktion<br />

Ingenieurs-, Beratungs- und Planungssowie<br />

Betriebs- und Inst<strong>and</strong>haltungsleistungen<br />

für interne Bereiche und externe<br />

Kunden anbieten.<br />

Mit der Leitung des Ressorts Produktion<br />

wurde Philipp Nellessen beauftragt, bisher<br />

Vorst<strong>and</strong> für den Bereich Bergbau und die<br />

Gesellschaften in Trans<strong>for</strong>mation.<br />

Das Unternehmen erwartet von dieser<br />

Maßnahme mehr Effizienz und Flexibilität<br />

in Planungs- und Produktionsprozessen<br />

durch die synergetische Nutzung von Kompetenzen<br />

und Kapazitäten.<br />

LL<br />

www.leag.de (223321835)<br />

Henkel und Stadtwerke<br />

Düsseldorf besiegeln<br />

Klimaschutz-Kooperation<br />

(sw-d) Henkel und die Stadtwerke Düsseldorf<br />

haben heute eine langjährige Partnerschaft<br />

besiegelt: Als erstes Unternehmen der<br />

L<strong>and</strong>eshauptstadt wird Henkel industrielle<br />

Abwärme aus seinem eigenen Kraftwerk in<br />

das Fernwärme-Netz der Stadtwerke Düsseldorf<br />

einspeisen und damit einen wichtigen<br />

Beitrag zu mehr Klimaschutz und den<br />

Düsseldorfer Klimazielen 2035 leisten.<br />

Der Konsumgüter- und Industriekonzern<br />

wird Kamin-Abwärme des Kraftwerks in das<br />

städtische Fernwärmenetz einspeisen und<br />

dadurch Düsseldorfer Haushalte mit Energie<br />

versorgen. Die industrielle Abwärme<br />

kann Henkel für die eigene Energieversorgung<br />

nicht effizient nutzen, da der St<strong>and</strong>ort<br />

kein Warmwassernetz betreibt.<br />

Im Rahmen des Projektes sollen künftig bis<br />

zu 40 % der Fernwärme für die Stadtteile Garath<br />

und Benrath über die Abwärme und<br />

Wärme aus Kraft-Wärme-Kopplung von Henkel<br />

gedeckt werden. Dadurch können die<br />

Stadtwerke ihren Erdgasverbrauch erheblich<br />

reduzieren. Die CO 2 -Emissionen der Stadt<br />

Düsseldorf sinken um etwa 6.500 t jährlich.<br />

Das Projekt wird gefördert mit Mitteln des<br />

L<strong>and</strong>es NRW, vertreten durch die Bezirksregierung<br />

Arnsberg, Abteilung Bergbau und<br />

„Wir freuen uns, mit Henkel ein Düsseldorfer<br />

Traditionsunternehmen als Partner gewonnen<br />

zu haben. Diese Kooperation ist<br />

eine wichtige Investition in den Klimaschutz<br />

und stärkt auch den Wirtschaftsst<strong>and</strong>ort<br />

Düsseldorf. Sie zeigt: Ökologie und Ökonomie<br />

stehen nicht im Gegensatz zuein<strong>and</strong>er.<br />

Klug vereint sind sie die Grundlage für eine<br />

lebens-werte und wirtschaftlich erfolgreiche<br />

Stadt“, so Julien Mounier, Vorst<strong>and</strong>svorsitzender<br />

der Stadtwerke Düsseldorf.<br />

„Mit dem Projekt leisten wir nicht nur einen<br />

Beitrag zur Energieversorgung unserer<br />

Heimatstadt, sondern auch zu mehr Klimaschutz,<br />

denn die energetische Nutzung von<br />

industrieller Abwärme ist hocheffizient und<br />

nachhaltig. Als Unternehmen haben wir uns<br />

das Ziel gesetzt, bis 2030 klimapositiv zu<br />

produzieren. Doch die Klimakrise lässt sich<br />

nur gemeinsam lösen, und deshalb sind<br />

Partnerschaften wie diese so wichtig“, sagt<br />

Dr. Daniel Kleine, Henkel President Germany<br />

und St<strong>and</strong>ortleiter Düsseldorf.<br />

Zum Düsseldorfer Fernwärme-System<br />

Energiewende ist immer auch Wärmewende,<br />

vor allem in städtischen Ballungsräumen,<br />

wo dem Wärmesektor eine wichtige<br />

Rolle bei der Reduzierung klimaschädlicher<br />

Emissionen beigemessen wird. Ein Teil der<br />

Düsseldorfer Fernwärme wird mit der Müllverbrennung<br />

in Flingern erzeugt, wobei<br />

rund die Hälfte der Abfälle biogenen Ursprungs<br />

sind. In Garath werden etwa 50 %<br />

der Fernwärme mit dem nachwachsendem<br />

Brennst<strong>of</strong>f Altholz produziert.<br />

<strong>10</strong> | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Members´News<br />

Der weitaus größte Teil der Düsseldorfer<br />

Fernwärme wird in Kraft-Wärme-Kopplung<br />

im Erdgaskraftwerk Block „Fortuna“ erzeugt.<br />

Durch die gleichzeitige Erzeugung<br />

von Strom und Fernwärme erhöht sich die<br />

Brennst<strong>of</strong>fausnutzung auf bis zu 85 Prozent.<br />

Deswegen gehört Block „Fortuna“ zu den<br />

effizientesten Erdgaskraftwerken der Welt.<br />

Die Fernwärme, die in Kraftwerken mit diesen<br />

Wirkungsgraden erzeugt wird, ist zum<br />

Beispiel bei Neubauten den regenerativen<br />

Energien gleichgestellt.<br />

LL<br />

www.swd-ag.de (223321836)<br />

Grüner Wasserst<strong>of</strong>f –<br />

Energie aus Abfall<br />

• MH2Regio: Tractebels Waste-to-Wheels-<br />

Studie weist Weg zur Dekarbonisierung<br />

des Verkehrs.<br />

(tractebel) Das Rhein-Main Gebiet in der<br />

Mitte Deutschl<strong>and</strong>s sucht nach Lösungen für<br />

die Energiewende. Eine Waste-to-Wheels-<br />

Studie von Tractebel zeigt, dass Müllheizkraftwerke<br />

kostengünstig grünen Wasserst<strong>of</strong>f<br />

zur Dekarbonisierung des Verkehrs<br />

herstellen können.<br />

Im Rahmen des HyExperts Projekts MH-<br />

2Regio entwickelten die Fachleute von Tractebel<br />

eine Strategie für eine regionale Wasserst<strong>of</strong>finfrastruktur<br />

in Frankfurt am Main.<br />

Der Bund unterstützte das Vorhaben mit<br />

Mitteln aus dem HyL<strong>and</strong>-Förderprogramm.<br />

Im Mittelpunkt st<strong>and</strong> das Müllheizkraftwerk<br />

Nordweststadt. In ihrer Studie ermittelten<br />

die Expertinnen und Experten ein<br />

technisch und wirtschaftlich optimales Gesamtkonzept<br />

für eine komplette Wasserst<strong>of</strong>f-Infrastruktur<br />

– von der Elektrolyse<br />

über den Transport bis zur Tankstelle. Der<br />

dabei erzeugte Wasserst<strong>of</strong>f soll als grüner<br />

Kraftst<strong>of</strong>f für den öffentlichen Personennahund<br />

fernverkehr, den Schwerlast- und Güterverkehr<br />

sowie die Binnenschifffahrt bereitgestellt<br />

werden. Ziel des Projekts war<br />

auch, für diese Anwendergruppen st<strong>and</strong>ardisierte<br />

technische Anlagenkonzepte zu entwickeln,<br />

die sich auf <strong>and</strong>ere St<strong>and</strong>orte und<br />

An<strong>for</strong>derungen übertragen lassen.<br />

Die Tractebel Studie zeigt, dass eine regionale<br />

Wasserst<strong>of</strong>f-Infrastruktur auch aus Betreibersicht<br />

wirtschaftlich attraktiv unterhalten<br />

werden kann. Fördermittel tragen<br />

zum Erfolg ebenso bei wie betreibereigene<br />

Konzepte.<br />

Henkel und Stadtwerke Düsseldorf besiegeln Klimaschutz-Kooperation.<br />

Julien Mounier (li.), Vorst<strong>and</strong>svorsitzender der Stadtwerke Düsseldorf, und Dr. Daniel Kleine,<br />

Henkel President Germany und St<strong>and</strong>ortleiter Düsseldorf. Foto: Nils Hendrik Müller<br />

“Müllheizkraftwerke besitzen durch ihre<br />

besonderen Voraussetzungen das Potenzial,<br />

zu Keimzellen für den Aufbau regionaler<br />

Wasserst<strong>of</strong>f-Infrastrukturen zu werden: Ein<br />

hoher Anteil biogener Abfallst<strong>of</strong>fe ist die Basis<br />

für grünen Strom. Hinzu kommt die<br />

meist verkehrsgünstige Lage. Und nicht zuletzt<br />

sind die eigenen Müllfahrzeuge der<br />

kommunalen Entsorgungsbetriebe die ersten<br />

Abnehmer des sauberen „Sprits“. Nach<br />

unseren Erkenntnissen kann grüner Wasserst<strong>of</strong>f<br />

an Müllheizkraftwerken kostengünstig<br />

hergestellt werden und als erneuerbarer<br />

Kraftst<strong>of</strong>f zu einer raschen Dekarbonisierung<br />

der Mobilität in den Städten beitragen”,<br />

resümiert Felix Knicker, Projektingenieur<br />

von Tractebel.<br />

Eine Übersicht der Projektergebnisse von<br />

MH2Regio sowie ein Onlinerechner für<br />

Wasserst<strong>of</strong>fanwender sind auf der <strong>of</strong>fiziellen<br />

Projekt-Website der Mainova AG zu finden:<br />

https://t1p.de/3d63q (Kurzlink).<br />

LL<br />

tractebel-engie.de (223321837)<br />

RWE: Verständigung auf<br />

Kohleausstieg 2030 und<br />

Stärkung der Versorgungssicherheit<br />

in der Energiekrise<br />

• Verständigung auf Kohleausstieg 2030<br />

und Stärkung der Versorgungssicherheit<br />

in der Energiekrise<br />

• Früherer Kohleausstieg trägt maßgeblich<br />

zur Erreichung deutscher Klimaschutzziele<br />

bei<br />

• Kraftwerksblöcke Neurath D und E bleiben<br />

temporär am Netz, um Versorgungssicherheit<br />

zu stärken und Gas aus der<br />

Stromproduktion zu verdrängen<br />

• Notwendiger Personalabbau soll sozialverträglich<br />

umgesetzt werden<br />

Dr. Markus Krebber, Vorst<strong>and</strong>svorsitzender<br />

der RWE AG: „Versorgungssicherheit ist das<br />

Gebot der Stunde. Gleichzeitig bleibt Klimaschutz<br />

eine der zentralen Heraus<strong>for</strong>derungen<br />

unserer Zeit. RWE unterstützt beides: In der<br />

aktuellen Krise tragen wir durch den temporär<br />

verstärkten Einsatz unserer Braunkohlenkraftwerke<br />

zur Versorgungssicherheit in<br />

Deutschl<strong>and</strong> bei und unterstützen damit<br />

auch, Gas aus der Stromerzeugung zu verdrängen.<br />

Gleichzeitig investieren wir Milliarden,<br />

um die Energiewende zu beschleunigen<br />

und sind bereit, 2030 aus der Braunkohle<br />

auszusteigen. Der nochmals beschleunigte<br />

Kohleausstieg darf dabei nicht zu Lasten der<br />

Beschäftigten gehen. Deshalb wollen wir den<br />

Ausstieg wie bisher sozialverträglich gestalten.<br />

Uns war wichtig, dass auch der Bund zugesichert<br />

hat, die gesetzlichen Regelungen so anzupassen,<br />

dass niem<strong>and</strong> ins Bergfreie fällt.“<br />

(rwe) RWE ist bereit, die Braunkohleverstromung<br />

2030 zu beenden. Diese Entscheidung<br />

ist Best<strong>and</strong>teil einer Verständigung<br />

des Unternehmens mit dem zuständigen<br />

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz<br />

sowie dem Ministerium für Wirtschaft,<br />

Industrie, Klimaschutz und Energie<br />

des L<strong>and</strong>es Nordrhein-Westfalen, die heute<br />

auf einer gemeinsamen Pressekonferenz in<br />

Berlin vorgestellt wurde. Zusätzliche Kompensationen<br />

für das Unternehmen sind mit<br />

der Entscheidung nicht verbunden. RWE<br />

bekräftigte zugleich ihre Pläne, massiv in<br />

die Energiewende zu investieren.<br />

Deutliche CO 2 -Einsparung schafft<br />

Basis, um Unternehmen auf 1,5-Grad-<br />

Pfad zu bringen<br />

Das vereinbarte Vorziehen des Braunkohleausstiegs<br />

um acht Jahre entspricht einer<br />

Halbierung der bisher vorgesehenen Zeitspanne.<br />

Dadurch werden rund 280 Millionen<br />

Tonnen Kohle in der Erde bleiben. Das<br />

entspricht rund 280 Millionen Tonnen CO 2 ,<br />

die nicht mehr emittiert werden. Somit leistet<br />

RWE einen maßgeblichen Beitrag dafür,<br />

dass Deutschl<strong>and</strong> seine Klimaschutzziele<br />

erreichen kann. Die langfristige CO 2 -Bilanz<br />

des Unternehmens wird sich so noch einmal<br />

erheblich verbessern. Bereits vor dieser Entscheidung<br />

bef<strong>and</strong> sich die Unternehmensstrategie<br />

im Einklang mit dem Pariser Klimaschutzabkommen.<br />

Der Kohleausstieg<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 11


Members´News<br />

2030 ist die Basis für RWE, ihren Reduktionplan<br />

nun sogar auf den 1,5-Grad-Pfad<br />

anpassen zu können.<br />

Regelungen zum Anpassungsgeld für<br />

betr<strong>of</strong>fene Beschäftigte<br />

Für viele Beschäftigten bei RWE ist der vorgezogene<br />

Ausstieg eine Entscheidung mit<br />

großer Tragweite. Während kurzfristig<br />

mehr Personal gebraucht wird, um in der<br />

Energiekrise zusätzliche Kraftwerke zu betreiben,<br />

wird sich der Personalabbau zum<br />

Ende des Jahrzehnts deutlich beschleunigen.<br />

Das Unternehmen begrüßt, dass der<br />

Bund diesen Weg durch gesetzliche Regelungen<br />

für die Nutzung des Anpassungsgeldes<br />

begleiten will. RWE will den Personalanpassungsprozess<br />

an den neuen Stilllegungspfad<br />

wie bisher sozialverträglich umzusetzen.<br />

Es ist das Ziel, auch jüngeren Beschäftigten,<br />

die nicht vorzeitig in den Ruhest<strong>and</strong><br />

gehen können, eine Perspektive im Unternehmen<br />

oder bei <strong>and</strong>eren Arbeitgebern aufzuzeigen.<br />

Umfangreiche Qualifizierungsund<br />

Umschulungsmaßnahmen sollen den<br />

Anpassungspfad unterstützen.<br />

Hohe Investitionen in Erneuerbaren<br />

Energien und gesicherte Leistung<br />

Damit der Kohleausstieg möglich wird,<br />

muss die Energiewende 2030 soweit <strong>for</strong>tgeschritten<br />

sein, dass die Versorgungssicherheit<br />

Deutschl<strong>and</strong>s nicht gefährdet ist. Dafür<br />

braucht es einen massiven Ausbau von<br />

Windkraft- und Solaranlagen, Speichern<br />

sowie zusätzlicher gesicherter Leistung in<br />

Form von modernen Gaskraftwerken, die<br />

perspektivisch mit Wasserst<strong>of</strong>f betrieben<br />

werden können. Für deren Errichtung will<br />

der Bund einen Rahmen schaffen, um Investitionen<br />

in diese Anlagen zu ermöglichen.<br />

RWE wird den Ausbau der modernen<br />

Technologien massiv mit vorantreiben. Als<br />

einer der weltweit führenden Anbieter von<br />

Erneuerbaren Energien wird das Unternehmen<br />

bis 2030 global mehr als 50 Milliarden<br />

Euro brutto in den Ausbau des grünen Kerngeschäfts<br />

investieren, davon sind 15 Milliarden<br />

Euro für Deutschl<strong>and</strong> vorgesehen.<br />

In Nordrhein-Westfalen arbeitet das Unternehmen<br />

konsequent daran sein Ausbauziel<br />

von 1 GW Erneuerbaren Energien weiter<br />

aufzustocken. Das Rheinischen Revier<br />

bildet dabei mit seinen ehemaligen Tagebauflächen<br />

einen Schwerpunkt. Am notwendigen<br />

Ausbau für moderne H2-ready Gaskraftwerke<br />

will sich RWE mit rund 3 Gigawatt<br />

Kraftwerkskapazität beteiligen. Dafür<br />

sieht das Unternehmen insbesondere bisherige<br />

St<strong>and</strong>orte von Kohlekraftwerken in<br />

NRW vor. Das kann den Strukturw<strong>and</strong>el der<br />

Region stärken und Industriearbeitsplätze<br />

sichern.<br />

RWE: Studie über die Auswirkungen schwarzer Rotorblätter auf den Vogelschutz<br />

ist in vollem Gange<br />

Kohleausstieg 2030 hilft bei der<br />

Erreichung der Klimaschutzziele<br />

Mit einem um acht Jahre vorgezogenen<br />

Kohleausstieg gehen Nordrhein Westfalen<br />

und RWE erneut mutig voran und leisten<br />

damit einen wichtigen Beitrag zur Erreichung<br />

der deutschen Klimaschutzziele. Um<br />

eine sichere Stromversorgung in jedem Fall<br />

auch nach 2030 zu gewährleisten, kann die<br />

Bundesregierung bis spätestens 2026 entscheiden,<br />

ob die letzten Kraftwerke noch bis<br />

Ende 2033 in eine Sicherheitsbereitschaft<br />

überführt werden. Dazu zählen ein 600 Megawatt-Block<br />

sowie die drei modernen<br />

BoA-Anlagen, insgesamt rund 3.600 Megawatt<br />

Leistung. Sollte eine solche Reserve<br />

notwendig werden, ist dafür keine Änderung<br />

der Tagebauplanung mehr notwendig<br />

und auch die ab 2030 laufende Rekultivierung<br />

wird unverändert <strong>for</strong>tgeführt.<br />

Temporär höherer Kraftwerkseinsatz<br />

hilft Deutschl<strong>and</strong> in der Energiekrise<br />

Gemäß dem Kohleverstromungsbeendigungsgesetz<br />

(KVBG) ist vorgesehen, zum<br />

Ende des laufenden Jahres die beiden Kraftwerksblöcke<br />

Neurath D und E vom Netz zu<br />

nehmen. Beide Anlagen kommen zusammen<br />

auf eine Leistung von 1.200 Megawatt.<br />

Um die verfügbare konventionelle Kraftwerkskapazität<br />

in Deutschl<strong>and</strong> nicht weiter<br />

zu reduzieren, soll die Außerbetriebnahme<br />

der beiden Blöcke bis zum 31. März 2024<br />

ausgesetzt werden und vor dem Hintergrund<br />

der aktuellen Situation bei der Gasversorgung<br />

im Markt verbleiben.<br />

Der Bund erhält die Möglichkeit, bis Ende<br />

2023 über eine Verlängerung oder die Überführung<br />

in eine Kraftwerksreserve zu entscheiden,<br />

befristet bis zum 31. März 2025.<br />

Auswirkungen des Kohleausstiegs auf<br />

das rheinische Braunkohlenrevier<br />

Mit dem Vorziehen des Kohleausstiegs auf<br />

2030 wird die Kohlemenge aus Garzweiler<br />

etwa halbiert, so dass im Tagebau Garzweiler<br />

der dritte Umsiedlungsabschnitt mit den<br />

Ortschaften Keyenberg, Kuckum, Oberwestrich,<br />

Unterwestrich und Berverath inklusive<br />

der drei Holzweiler Höfe (Eggeratherh<strong>of</strong>,<br />

Roitzerh<strong>of</strong>, Weyerh<strong>of</strong>) erhalten bleibt. Die<br />

Kohle unter der früheren Siedlung Lützerath,<br />

im unmittelbaren Vorfeld des Tagebaus<br />

wird hingegen benötigt, um die Braunkohlenflotte<br />

in der Energiekrise mit hoher<br />

Auslastung zu betreiben und gleichzeitig<br />

ausreichend Material für eine hochwertige<br />

Rekultivierung zu gewinnen. Die er<strong>for</strong>derlichen<br />

Genehmigungen und gerichtlichen<br />

Entscheidungen hierfür liegen vor und alle<br />

ursprünglichen Einwohner haben den Ort<br />

bereits verlassen.<br />

LL<br />

www.rwe.com (223321918)<br />

RWE: Studie über die<br />

Auswirkungen schwarzer<br />

Rotorblätter auf den<br />

Vogelschutz ist in vollem Gange<br />

• Betrieb von Windparks im Einklang mit<br />

dem Ökosystem: Niederländische Studie<br />

untersucht, ob schwarzes Einfärben der<br />

Rotorblätter dazu beiträgt, dass Vögel sicherer<br />

zwischen den Anlagen fliegen.<br />

• Sieben RWE-Windkraftanlagen in<br />

Eemshaven (Windpark Westereems) bekommen<br />

schwarze Flügel.<br />

• Neben der Wirkung auf Vögel werden<br />

auch die l<strong>and</strong>schaftlichen und technischen<br />

Auswirkungen untersucht inklusive<br />

der Flugsicherheit.<br />

12 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


save the date<br />

Members´News<br />

Katja Wünschel, Chief Executive Officer (CEO)<br />

Onshore Wind <strong>and</strong> Solar Europe & Australia,<br />

RWE Renewables: „Als bedeutender Akteur im<br />

globalen Energiemarkt übernehmen wir besondere<br />

Verantwortung. Für RWE bedeutet<br />

dies, dass wir gesellschaftlich relevante Themen<br />

in unsere unternehmerischen Entscheidungen<br />

einbeziehen, dass wir die Folgen unseres<br />

H<strong>and</strong>elns auch außerhalb unseres <strong>for</strong>malen<br />

Verantwortungsbereichs berücksichtigen<br />

und dass wir unsere Geschäftsaktivitäten<br />

nicht nur unter wirtschaftlichen, sondern<br />

auch unter ökologischen, sozialen und ethischen<br />

Gesichtspunkten betrachten. Umweltgesetze<br />

und Genehmigungsauflagen bilden den<br />

Rahmen für unsere betrieblichen Aktivitäten<br />

in den Regionen, in denen wir tätig sind. Einige<br />

unserer Aktivitäten gehen über die in Gesetzen<br />

und Genehmigungen festgelegten Verpflichtungen<br />

hinaus – und diese Studie ist ein<br />

gutes Beispiel dafür.“<br />

(rwe) RWE ist Teil der niederländischen<br />

„Black Blade“-Studie: Sieben RWE-Windkraftanlagen<br />

in Eemshaven erhalten je ein<br />

schwarzes und zwei weiße Rotorblätter. Ein<br />

Ziel dieser Studie ist es, herauszufinden, ob<br />

ein schwarzer Anstrich der Rotorblätter<br />

dazu beiträgt, dass Vögel sicherer zwischen<br />

den Anlagen fliegen. Der Studie liegt die Annahme<br />

zugrunde, dass das schwarze Rotorblatt<br />

zu einem erhöhten Kontrast und somit<br />

zu einer erhöhten Sichtbarkeit des Rotors<br />

führt. Dies würde es den Vögeln erleichtern,<br />

die Windkraftanlagen zu erkennen und ihnen<br />

auszuweichen. Die Auswirkungen auf<br />

die Vögel werden zwei Jahre lang untersucht.<br />

Die niederländische Black Blade-Studie<br />

geht dabei über eine Vorgängerstudie<br />

aus Norwegen hinaus: Zusätzlich zu den<br />

Auswirkungen auf die einheimischen Vögel<br />

werden die Auswirkungen der schwarzen<br />

Flügel auf die Flugsicherheit, die L<strong>and</strong>schaft<br />

und die lackierten Rotorblätter selbst untersucht.<br />

Die Studie fügt sich nahtlos in die<br />

Nachhaltigkeitsstrategie contact & registration<br />

von RWE ein, die<br />

darauf abzielt, St<strong>and</strong>orte im Einklang mit<br />

dem Ökosystem Fachliche zu betreiben. Koordination<br />

RWE Stephanie und die Provinz Wilmsen Groningen haben<br />

die Studie im Jahr 2021 gestartet. In Zusammenarbeit<br />

mit der niederländischen Regie-<br />

t +49 201 8128 244<br />

rung (Ministerien<br />

e kissy@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

EZK und RWS, Provinzen<br />

Flevol<strong>and</strong>, Gelderl<strong>and</strong>, Overijssel, Limburg,<br />

Südholl<strong>and</strong> teilnehmer<br />

und Nordbrabant), dem Natursektor<br />

(Vogelschutz) und privaten Akteuren<br />

der Windbranche Diana Ringh<strong>of</strong>f (Vattenfall, Eneco Energy,<br />

Pure Energy, t +49 Statkraft 201 8128 Energy 232und Groningen.nl<br />

Energy). e <strong>vgbe</strong>-dampfturb@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

Die Forschungsarbeit ist bis<br />

2024 angesetzt.<br />

ausstellung<br />

Auswirkung<br />

Angela<br />

der<br />

Langen<br />

schwarzen<br />

Rotorblätter auf Vögel<br />

t +49 201 8128 3<strong>10</strong><br />

Der ökologische e angela.langen@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

Forschungsteil begann im<br />

September 2021 mit einer Basismessung.<br />

Forscher zweier unabhängiger Forschungsbüros<br />

haben<br />

<strong>vgbe</strong><br />

überprüft,<br />

<strong>energy</strong> e.<br />

wie<br />

V.<br />

viele Vögel jede<br />

Woche Deilbachtal in 14 Windkraftanlagen 173 | 45257 geflogen Essen | Deutschl<strong>and</strong><br />

sind. Der RWE-Windpark Westereems in<br />

Fortbildungsveranstaltung<br />

Abfall und<br />

Gewässerschutz 2023<br />

25. bis 27. April 2023<br />

Höhr-Grenzhausen<br />

Website<br />

w https://t1p.de/<strong>vgbe</strong>-abugs2023 (Kurzlink)<br />

Fachliche Koordination<br />

Dr.-Ing. Thomas Eck<br />

t +49 201 8128 209<br />

e <strong>vgbe</strong>-abf-gew@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

anmeldung & inFormationen<br />

Diana Ringh<strong>of</strong>f<br />

t +49 201 8128 232<br />

e <strong>vgbe</strong>-abf-gew@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

be in<strong>for</strong>med www.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 13


Members´News<br />

Allerdings bleibt STEAG längstens nur bis<br />

2031 in Mindanao investiert, da im Rahmen<br />

eines „Build-Operate-Transfer-Modells“ für<br />

diesen Zeitpunkt von Anfang an im Gesellschaftervertrag<br />

ein Eigentumsübergang des<br />

Kraftwerks an den staatliche Energieversorger<br />

und Netzbetreiber Power Sector Assets<br />

<strong>and</strong> Liabilities Management Corporation<br />

(PSALM) vorgesehen ist.<br />

LL<br />

www.steag.com<br />

Offizieller Maschinenstart im neuen Gemeinschaftskraftwerk Inn mit (v.li.) TIWAG-<br />

Vorst<strong>and</strong>svorsitzendem Erich Entstrasser, L<strong>and</strong>eshauptmann Anton Mattle, EKW-<br />

Verwaltungsratspräsident Martin Schmid und Regierungsrat Mario Cavigelli.<br />

Eemshaven eignet sich aufgrund der hohen<br />

Anzahl von Vögeln und Vogelarten in diesem<br />

Gebiet gut für diese Untersuchung. Im<br />

Frühjahr und im Herbst ist dies ein Durchgangsort<br />

für Zugvögel. Seevögel wie Möwen<br />

und Seeschwalben fliegen hier, aber auch<br />

L<strong>and</strong>vögel wie Amseln und Stare sowie<br />

Raubvögel wie Bussarde und Turmfalken.<br />

Eine wichtige Frage bei der Untersuchung<br />

ist daher die Wirksamkeit der schwarz lackierten<br />

Rotorblätter für die verschiedenen<br />

Vogelarten.<br />

Technische Auswirkungen der<br />

schwarzen Farbe auf die Rotorblätter<br />

von Windkraftanlagen<br />

Mit der schwarzen Einfärbung der Rotorblätter<br />

im Windpark Westereems wurde im<br />

August begonnen. Dies ist ein intensiver und<br />

zeitaufwändiger Prozess, der aufgrund der<br />

Wetterbedingungen regelmäßig unterbrochen<br />

werden musste. Die gesamte Windkraftanlage<br />

muss während der Arbeiten abgeschaltet<br />

werden. Die Hängebrücke, von der<br />

aus die Lackierer arbeiten, muss installiert<br />

und die Flügel zweimal abgeschliffen, entfettet<br />

und lackiert werden. Der Lackiervorgang<br />

dauert etwa drei bis vier Tage pro Anlage.<br />

Sobald die Farbe aufgetragen ist, wird untersucht,<br />

wie sie sich auf das Material der<br />

Blätter auswirkt. Schwarze Farbe zieht Wärme<br />

an, wodurch die Temperatur der Blätter<br />

ansteigt und sie an heißen, sonnigen Tagen<br />

möglicherweise überhitzen. Mit Thermometern<br />

im Inneren der Rotorblätter und zusätzlichen<br />

Inspektionen werden die Auswirkungen<br />

auf das Material überwacht.<br />

Neben der technischen wird auch die<br />

l<strong>and</strong>schaftliche Wirkung untersucht. Dabei<br />

geht es um die Frage, wie die Menschen eine<br />

Windkraftanlage wahrnehmen, wenn eines<br />

ihrer Blätter schwarz gefärbt ist. Auch Piloten,<br />

die das Gebiet regelmäßig überfliegen,<br />

werden zu ihren Erfahrungen im Zusammenhang<br />

mit der Flugsicherheit befragt.<br />

LL<br />

www.rwe.com (223321914)<br />

STEAG verkauft Anteile an<br />

Ausl<strong>and</strong>skraftwerk<br />

• Weiterer Schritt zur Dekarbonisierung<br />

des Konzerns<br />

• Miteigentümer Aboitiz übernimmt Mehrheit<br />

des Kraftwerks Mindanao<br />

(steag) STEAG trennt sich von einem Großteil<br />

der Anteile an seinem Kraftwerk auf der<br />

philippinischen Insel Mindanao. Käufer ist<br />

Mitgesellschafter Aboitiz Power Corp.<br />

(APC). STEAG hatte bereits im vergangenen<br />

Jahr bekundet, sich von seiner Beteiligung<br />

trennen zu wollen und einen Verkaufsprozess<br />

eingeleitet. Im Rahmen dessen machte<br />

Aboitiz nun von seinem Vorkaufsrecht Gebrauch.<br />

Die entsprechenden Verträge wurden am<br />

gestrigen 19. Oktober von den Konzernleitungen<br />

beider Vertragspartner in Essen zeremoniell<br />

unterzeichnet, nachdem die <strong>for</strong>melle<br />

Unterzeichnung bereits am 15. September<br />

<strong>2022</strong> stattf<strong>and</strong>. Der endgültige Vollzug<br />

der Transaktion, die einen Wert von<br />

rund 36 Millionen US-Dollar hat, steht <strong>for</strong>mal<br />

noch unter dem Zustimmungsvorbehalt<br />

mehrerer mittelbar beteiligter Vertragspartner<br />

sowie philippinischer Behörden.<br />

Weiterer Schritt zur Dekarbonisierung<br />

„Mit dem Verkauf vollzieht STEAG einen<br />

weiteren Schritt auf dem Weg zu einer Dekarbonisierung<br />

des Konzerns“, so Dr. Ralf Schiele,<br />

der in der STEAG-Geschäftsführung die<br />

Bereiche Markt und Technik verantwortet.<br />

Bis auf Weiteres wird STEAG aber noch<br />

Minderheitsgesellschafter der STEAG State<br />

Power Inc. (SPI), der Eigentümer- und Betreibergesellschaft<br />

des Kraftwerks Mindanao,<br />

bleiben. „Da der zweite Mitgesellschafter,<br />

die La Filipina Uy Gongco Corporation,<br />

von ihrem proportionalen Vorkaufsrecht<br />

nicht Gebrauch gemacht hat, halten wir weiterhin<br />

rund 15 Prozent der Betreibergesellschaft,<br />

sind aber weiterhin bestrebt, auch<br />

diesen Minderheitsanteil zu verkaufen“, so<br />

Ralf Schiele.<br />

TIWAG: Gemeinschaftskraftwerk<br />

Inn feierlich in Betrieb<br />

genommen<br />

(tiwag) Nach fast genau acht Jahren Bauzeit<br />

und einer Investitionssumme von 620 Mio.<br />

Euro ist eines der größten Infrastruktur-Projekte<br />

Tirols und des Schweizer Kantons<br />

Graubünden nun abgeschlossen: Das Gemeinschaftskraftwerk<br />

Inn (GKI), das zu 86<br />

% der TIWAG-Tiroler Wasserkraft AG und zu<br />

14 % der Engadiner Kraftwerke AG (EKW)<br />

gehört, wurde im Rahmen eines Festaktes<br />

im Krafthaus in Prutz <strong>of</strong>fiziell eröffnet. Bisch<strong>of</strong><br />

Hermann Glettler führte die Segnung<br />

der Anlage durch.<br />

Wichtiger Beitrag zur<br />

Energieautonomie Tirols<br />

„Für den Ausbau der Energieautonomie<br />

und die Versorgungssicherheit Tirols leistet<br />

das GKI-Kraftwerk einen wichtigen Beitrag.<br />

Mit 440 Gigawattstunden pro Jahr kann das<br />

GKI den Bedarf von ca. 90.000 Haushalten<br />

decken“, betont L<strong>and</strong>eshauptmann Anton<br />

Mattle: „Der Ausbau der erneuerbaren Energien,<br />

insbesondere die Nutzung der Wasserkraft,<br />

ist der Schlüssel für den Kampf gegen<br />

die importierte Teuerung. Die Tiroler L<strong>and</strong>esregierung<br />

verfolgt weiterhin konsequent<br />

den technologie<strong>of</strong>fenen Ausbau von regenerativen<br />

Energiequellen.“<br />

„Heute ist ein großer Tag für die Wasserkraft,<br />

ein grosser Tag für Tirol, aber auch für<br />

das Engadin und den Kanton Graubünden.<br />

Das Gemeinschaftskraftwerk kommt in Zeiten<br />

von drohenden Strommangellagen genau<br />

zur richtigen Zeit. Das Projekt zeigt auf,<br />

erneuerbare Stromproduktion aus Wasserkraft<br />

ist einer der zentralen Pfeiler der Energiesicherheit<br />

der Alpenländer“, freut sich<br />

Mario Cavigelli, Regierungsrat des Kantons<br />

Graubünden.<br />

Grenzüberschreitendes<br />

Vorzeigeprojekt<br />

Das zum Großteil unsichtbare, da hauptsächlich<br />

unterirdisch gebaute Kraftwerk erstreckt<br />

sich vom Ortsteil Martina in der<br />

Schweizer Gemeinde Valsot über das Gebiet<br />

von sieben Gemeinden im Oberen Gericht in<br />

14 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Members´News<br />

Tirol. Mit einer installierten Leistung von 89<br />

Megawatt können jährlich rund 440 Gigawattstunden<br />

sauberer Strom aus erneuerbarer,<br />

heimischer Wasserkraft erzeugt werden.<br />

„Mit der Inbetriebnahme des GKI haben<br />

wir einen großen Schritt auf dem Weg in<br />

eine nachhaltige, sichere und autonome<br />

Energiezukunft Tirols gemacht“, bekräftigt<br />

TIWAG-Vorst<strong>and</strong>svorsitzender Erich Entstrasser:<br />

„Das GKI wird viele Jahrzehnte<br />

umweltfreundlichen Strom aus erneuerbarer<br />

Wasserkraft erzeugen, dessen Nutzen<br />

insbesondere kommenden <strong>Generation</strong>en<br />

zugutekommen wird.“ GKI-Geschäftsführer<br />

und TIWAG-Vorst<strong>and</strong>sdirektor Johann Herdina<br />

betont: „TIWAG und EKW haben dieses<br />

Großprojekt in vorbildlicher Zusammenarbeit<br />

realisiert und wir sind in jeder Hinsicht<br />

stolz auf die erfolgreiche Umsetzung. In den<br />

kommenden Jahrzehnten werden wir ernten,<br />

was bereits 2003 – mit Beginn der konkreten<br />

Planungen des GKI – gesät wurde.“<br />

Die Bauarbeiten an den einzelnen Abschnitten<br />

gestalteten sich in den vergangenen<br />

Jahren als aufwendig und heraus<strong>for</strong>dernd.<br />

Die meteorologischen wie geologischen<br />

Rahmenbedingungen an der Wehrbaustelle<br />

Ovella sorgten für Verzögerungen,<br />

die Beschaffenheit des Gesteins verlangsamte<br />

auch den Vortrieb des Triebwasserstollens<br />

durch die beiden Tunnelvortriebsmaschinen.<br />

„Dank des vorbildlichen Einsatzes aller<br />

Beteiligten konnten wir die Arbeiten trotzdem<br />

effizient und sicher fertigstellen“, freut<br />

sich Herdina.<br />

Uniper contracted Technip<br />

Energies as FEED contractor<br />

<strong>for</strong> H2Maasvlakte<br />

• IPCEI nomination <strong>and</strong> launch <strong>of</strong> FEED<br />

study bring Uniper‘s <strong>10</strong>0 MW green hydrogen<br />

project closer to realization: Uniper<br />

contracted Technip Energies as FEED<br />

contractor <strong>for</strong> H2Maasvlakte<br />

(uniper) Following the announcement by<br />

the European Commission that Uniper‘s<br />

H2Maasvlakte project has been selected as<br />

an Important Project <strong>of</strong> Common European<br />

Interest (IPCEI), Uniper this week took another<br />

important step towards the realization<br />

<strong>of</strong> their <strong>10</strong>0 MW electrolyzer project <strong>for</strong><br />

green hydrogen at the Maasvlakte power<br />

plant site in the port <strong>of</strong> Rotterdam.<br />

Today at the World Hydrogen Congress,<br />

Uniper <strong>and</strong> Technip Energies signed the<br />

agreement that awards the Front-End Engineering<br />

Design (FEED) study contract to the<br />

international engineering <strong>and</strong> technology<br />

firm, starting immediately in October <strong>2022</strong>.<br />

A milestone that brings Uniper`s flagship<br />

hydrogen project in the Netherl<strong>and</strong>s one important<br />

step closer to realization.<br />

H2Maasvlakte aims to gradually scaleup to<br />

a total electrolysis capacity <strong>of</strong> 500 MW <strong>for</strong><br />

green hydrogen by 2030. The first <strong>10</strong>0 MW<br />

is scheduled to be commissioned in 2025.<br />

Uniper‘s flagship H2Maasvlakte project<br />

will make a very important contribution to<br />

the Dutch government‘s goal <strong>of</strong> building 500<br />

MW <strong>of</strong> electrolyzer capacity <strong>for</strong> green hydrogen<br />

by 2025 <strong>and</strong> achieving 3-4 GW by 2030.<br />

Recently, under the IPCEI program, the<br />

European Commission nominated the Uniper<br />

H2Maasvlakte project <strong>for</strong> the „IPCEI<br />

Hy2Use“ hydrogen value chain. As part <strong>of</strong><br />

this process, the H2Maasvlakte project received<br />

a wide range <strong>of</strong> Letters <strong>of</strong> Support,<br />

Letters <strong>of</strong> Intent <strong>and</strong> concluded Memor<strong>and</strong>um<br />

<strong>of</strong> Underst<strong>and</strong>ings from multiple parties<br />

ranging from renewable <strong>energy</strong> producers<br />

bidding <strong>for</strong> Holl<strong>and</strong>se Kust VI <strong>and</strong> VII<br />

(West), original equipment manufacturers<br />

(OEMs) <strong>for</strong> electrolyzers <strong>and</strong> green hydrogen<br />

<strong>of</strong>f-takers within industrial processes.<br />

This high level <strong>of</strong> support shows the significant<br />

interest this project has gained across<br />

the full value chain locally, nationally <strong>and</strong><br />

internationally.<br />

Umfangreiche Ausgleichsmaßnahmen<br />

Besonderer Fokus lag bei der gesamten<br />

Konzeption und Umsetzung auf einer naturnahen<br />

Gestaltung der Gesamtanlage. So<br />

garantiert ein dynamisches Restwassermodell<br />

an der Wehranlage ein natürliches Abflussverhalten<br />

des Inn. Dies verbessert die<br />

ökologische Situation im Inn wesentlich und<br />

der aus der Schweiz kommende Schwall<br />

und Sunk kann so zur Gänze abgemindert<br />

werden. Eine Fischw<strong>and</strong>erhilfe ermöglicht<br />

zudem die Durchgängigkeit der Anlage für<br />

Fische und <strong>and</strong>ere Flusslebewesen.<br />

Generell wurden und werden alle durch die<br />

Bauarbeiten beanspruchten Flächen begrünt,<br />

bepflanzt oder aufge<strong>for</strong>stet. Auf der<br />

ehemaligen Baustelleneinrichtungsfläche in<br />

Maria Stein wird noch ein weitläufiges Biotop<br />

mit neuen Lebensräumen für Fische und<br />

Kleintiere geschaffen. Die Umgebung wird<br />

zudem renaturiert, wodurch eine abwechslungsreiche<br />

Auenl<strong>and</strong>schaft entsteht.<br />

LL<br />

www.tiwag.at (223321857)<br />

Uniper contracted Technip Energies as FEED contractor <strong>for</strong> H2Maasvlakte<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 15


Members´News<br />

As part <strong>of</strong> the FEED scope <strong>of</strong> work, a multidisciplinary<br />

team from Technip Energies<br />

will deliver the full FEED package, including<br />

a design <strong>for</strong> a large-scale water electrolysis<br />

system, the balance <strong>of</strong> plant as well as site<br />

integration.<br />

Axel Wietfeld, CEO Uniper Hydrogen said:<br />

„We are very proud to make this important<br />

step <strong>and</strong> progress to FEED on one <strong>of</strong> our flagship<br />

hydrogen projects in the Netherl<strong>and</strong>s.<br />

The location <strong>of</strong> the project at our Maasvlakte<br />

site in the port <strong>of</strong> Rotterdam will play a key<br />

role producing hydrogen <strong>for</strong> industry using<br />

the synergies provided by Uniper’s current<br />

operations, while also enabling system integration<br />

<strong>for</strong> connecting renewable power at<br />

what will be a very busy location. We are<br />

very pleased to be working with Technip Energies,<br />

with whom we share the same values<br />

<strong>of</strong> being pioneers in enabling the <strong>energy</strong><br />

transition with hydrogen.”<br />

Laure M<strong>and</strong>rou, SVP Carbon-free solutions<br />

<strong>of</strong> Technip Energies, commented: „We are<br />

glad to have been selected by Uniper to deliver<br />

this flagship green hydrogen project. Technip<br />

Energies is engaged in accelerating carbon-free<br />

hydrogen solutions deployment to<br />

decarbonise the industry. Through our shared<br />

ambition <strong>of</strong> pioneering the <strong>energy</strong> transition<br />

<strong>and</strong> providing sustainable <strong>energy</strong>, we are<br />

committed to support Uniper through the delivery<br />

<strong>of</strong> the FEED towards their final investment<br />

decision <strong>and</strong> the project execution”.<br />

Silvio Erkens, Member <strong>of</strong> Parliament <strong>for</strong><br />

the VVD: „The IPCEI is important to get national<br />

hydrogen production <strong>of</strong>f the ground<br />

quickly. We can there<strong>for</strong>e be proud <strong>of</strong> all the<br />

initiators <strong>of</strong> these projects. With this, we are<br />

taking the next step to move to rapid implementation<br />

now“.<br />

Allard Castelein, CEO Port <strong>of</strong> Rotterdam:<br />

“Uniper’s decision to start the FEED phase <strong>of</strong><br />

its <strong>10</strong>0 MW electrolyzer is an important next<br />

step in making Rotterdam Europe’s Hydrogen<br />

Hub. It’s our ambition to make the port<br />

<strong>of</strong> Rotterdam an important location <strong>for</strong> green<br />

hydrogen production as well as a major import<br />

hub. Starting the FEED study shows<br />

Uniper’s determination to be part <strong>of</strong> this<br />

transition towards a sustainable industry.”<br />

More about the<br />

H2Maasvlakte location<br />

H2Maasvlakte is part <strong>of</strong> the versatile <strong>and</strong><br />

strategically located “Uniper Energy Hub<br />

Maasvlakte”. All the necessities <strong>for</strong> a successful<br />

<strong>energy</strong> transition comes together<br />

here - <strong>energy</strong> from <strong>of</strong>fshore wind farms, a<br />

port suitable <strong>for</strong> the import <strong>of</strong> green fuels,<br />

<strong>and</strong> pivotal infrastructure such as the<br />

high-voltage grid <strong>and</strong> the future hydrogen<br />

pipeline. Uniper‘s Energy Hub plays an important<br />

role in the Netherl<strong>and</strong>s.<br />

Uniper Energy Hub Maasvlakte is one <strong>of</strong><br />

the most suitable locations to realize a largescale<br />

green H2 project because it <strong>of</strong>fers several<br />

synergies, including:<br />

• Existing infrastructure: grid connections,<br />

demineralised water, <strong>and</strong> a cooling water<br />

system from existing power plants;<br />

• Large plot space to facilitate green hydrogen<br />

production up to GW scale<br />

• Opportunities to recycle waste heat recovered<br />

from the electrolysis process;<br />

• Offshore wind developments <strong>of</strong> 7.4GW<br />

arriving at the Maasvlakte site to create<br />

system integration opportunities;<br />

• The site is surrounded by current <strong>and</strong><br />

future hydrogen customers from the<br />

chemical, <strong>energy</strong> <strong>and</strong> petrochemical industry.<br />

• Green hydrogen can facilitate the <strong>energy</strong><br />

transition <strong>for</strong> the petrochemical, mobility,<br />

power <strong>and</strong> heating industries.<br />

LL<br />

www.uniper.<strong>energy</strong><br />

www.technipenergies.com<br />

VATTENFALL: HYBRIT:<br />

Pilotanlage für Wasserst<strong>of</strong>f-<br />

Speicherung ist in Betrieb<br />

(vattenfall) Die HYBRIT-Pilotanlage von<br />

SSAB, LKAB und Vattenfall zur Speicherung<br />

von fossilfreiem Wasserst<strong>of</strong>fgas in Luleå ist<br />

jetzt in Betrieb gegangen. Der Felskavernenspeicher<br />

ist der weltweit erste seiner Art zur<br />

Speicherung von fossilfreiem Wasserst<strong>of</strong>fgas.<br />

Die zweijährige Testphase wird bis 2024<br />

dauern. Damit hat HYBRIT einen weiteren<br />

wichtigen Schritt unternommen, um eine<br />

vollständige Wertschöpfungskette für die<br />

fossilfreie Eisen- und Stahlproduktion zu<br />

entwickeln.<br />

Nach der Einweihung der Pilotanlage im<br />

Juni wurden erste Drucktests mit Wasser<br />

durchgeführt, die die mechanische Stabilität,<br />

Dichtheit und Druckfestigkeit der Anlage<br />

bestätigten. Anschließend wurde die<br />

Speicheranlage mit Wasserst<strong>of</strong>fgas befüllt<br />

und erreichte sogar den maximalen Betriebsdruck<br />

von 250 bar. Die Inbetriebnahme<br />

der Pilotanlage im Stadtteil Svartöberget<br />

von Luleå hat gezeigt, dass der Speicher<br />

entsprechend seiner Auslegung funktioniert<br />

und alle Sicherheitsan<strong>for</strong>derungen erfüllt.<br />

„Dass diese Technologie jetzt funktioniert,<br />

ist eine großartige Nachricht und ein wichtiger<br />

Schritt beim Aufbau einer fossilfreien<br />

Wertschöpfungskette für die erzbasierte Eisen-<br />

und Stahlproduktion“, erklärt Mikael<br />

Nordl<strong>and</strong>er, Director Industry Decarbonisation<br />

bei Vattenfall. „Der Einsatz von Wasserst<strong>of</strong>fspeichern<br />

im großen Maßstab bedeutet,<br />

dass die Industrie über eine robustere<br />

und planbare Versorgung mit Wasserst<strong>of</strong>f<br />

aus fossilfreiem Strom verfügt, auch wenn<br />

das Stromsystem insgesamt witterungsabhängiger<br />

wird. So können wir unsere fossilfreie<br />

Windstromproduktion sehr effizient<br />

nutzen und den Wasserst<strong>of</strong>f speichern,<br />

wenn es sehr windig ist.“<br />

„Es ist sehr erfreulich für uns, dass die Pilotanlage<br />

zur Wasserst<strong>of</strong>fspeicherung in Betrieb<br />

ist und die Technologie bisher so funktioniert,<br />

wie sie sollte“, ergänzt Martin Pei,<br />

CTO beim Stahlproduzenten SSAB. „Das ist<br />

ein weiterer wichtiger Meilenstein. Jetzt werden<br />

wir die Planung mit Testkampagnen abschließen<br />

und wichtige Daten und Erkenntnisse<br />

zusammentragen, um den Bau einer<br />

Anlage im Vollmaßstab zu ermöglichen.“<br />

„Wasserst<strong>of</strong>fgas und seine Speicherung<br />

sind für unsere künftige Umstellung von<br />

zentraler Bedeutung“, sagt Lars Ydreskog,<br />

Director <strong>of</strong> Strategic Projects beim Bergbauunternehmen<br />

LKAB. „In nur vier Jahren<br />

wird die HYBRIT-Technologie in einer ersten<br />

Demonstrationsanlage in Gällivare für die<br />

Produktion von fossilfreiem Eisenschwamm<br />

im großen Maßstab eingesetzt werden.<br />

LKAB wird einer der größten Wasserst<strong>of</strong>fproduzenten<br />

Europas werden. Dieses Pilotprojekt<br />

wird wertvolle Erkenntnisse für die<br />

weitere Arbeit zur Schaffung der weltweit<br />

ersten fossilfreien Wertschöpfungskette für<br />

die Eisen- und Stahlindustrie liefern.“<br />

Bei der Technologie zur Gasspeicherung in<br />

einer unterirdisch ausgekleideten Felskaverne<br />

(LRC) werden die Kavernenwände mit<br />

einer Dichtungsschicht versehen. LRCs wurden<br />

bereits ausgiebig mit Erdgas getestet,<br />

aber die Pilotanlage in Luleå ist die erste<br />

weltweit, in der die Technologie mit wiederholtem<br />

Befüllen und Entleeren von Wasserst<strong>of</strong>fgas<br />

getestet wird.<br />

Die Pilotanlage hat eine Größe von <strong>10</strong>0<br />

Kubikmetern. In Zukunft kann es er<strong>for</strong>derlich<br />

sein, <strong>10</strong>0.000 bis 120.000 Kubikmeter<br />

unter Druck stehendes Wasserst<strong>of</strong>fgas in einem<br />

großtechnischen Speicher zu lagern.<br />

Damit können wir bis zu <strong>10</strong>0 GWh Elektrizität<br />

in Form von Wasserst<strong>of</strong>fgas speichern,<br />

was ausreicht, um eine große Eisenschwammfabrik<br />

für etwa drei bis vier Tage<br />

zu versorgen.<br />

Die HYBRIT-Initiative wurde 2016 von den<br />

drei Eigentümern SSAB, LKAB und Vattenfall<br />

ins Leben gerufen. Der Wasserst<strong>of</strong>fspeicher<br />

wird eine sehr wichtige Rolle in der<br />

gesamten Wertschöpfungskette der fossilfreien<br />

Eisen- und Stahlproduktion spielen.<br />

Die Produktion von fossilfreiem Wasserst<strong>of</strong>fgas<br />

bei hohem Stromaufkommen – wie<br />

etwa bei starkem Wind – und die Nutzung<br />

des gespeicherten Wasserst<strong>of</strong>fgases bei hoher<br />

Auslastung des Stromsystems sorgen für<br />

eine stabile Produktion von Eisenschwamm,<br />

dem Rohst<strong>of</strong>f für fossilfreien Stahl.<br />

LL<br />

www.vattenfall.de (223321900)<br />

16 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


save the date<br />

Members´News<br />

VERBUND: Abschluss der<br />

Modernisierung des<br />

Donaukraftwerks Ybbs-<br />

Persenbeug<br />

(verbund) Nach einer umfassenden Revitalisierung<br />

wird das älteste Donaukraftwerk<br />

Ybbs-Persenbeug künftig den Jahresstrombedarf<br />

von 400.000 Haushalten decken.<br />

Revitalisierung Ybbs-Persenbeug: alles<br />

neu in Österreichs ältestem<br />

Donaukraftwerk<br />

Mit der Inbetriebnahme der neuen Maschine<br />

1 wurde heute eines der bedeutendsten<br />

Revitalisierungsprojekte der österreichischen<br />

Wasserkraft abgeschlossen. Im ältesten<br />

Donaukraftwerk Ybbs-Persenbeug<br />

wurden in den vergangenen acht Jahren<br />

alle sechs aus den 1950er-Jahren stammenden<br />

Turbinen und Generatoren durch moderne,<br />

hocheffiziente Maschinensätze ersetzt.<br />

VERBUND investierte hundert Millionen<br />

Euro in das Donaukraftwerk, das künftig<br />

jährlich etwa 1,4 Milliarden Kilowattstunden<br />

erneuerbaren Strom aus Wasserkraft<br />

zur Stromversorgung in Österreich<br />

bereitstellt.<br />

„Der heutige Tag unterstreicht Niederösterreichs<br />

Position als L<strong>and</strong> der Erneuerbaren<br />

Energie“, so der Zweite Präsident des<br />

niederösterreichischen L<strong>and</strong>tages, Karl Moser,<br />

in Vertretung von L<strong>and</strong>eshauptfrau Johanna<br />

Mikl-Leitner anlässlich der heutigen<br />

feierlichen Inbetriebnahme der neuen Maschine<br />

1 im Donaukraftwerk Ybbs-Persenbeug:<br />

„Was vergangene <strong>Generation</strong>en geschaffen<br />

haben in Ybbs, haben die Betreiber<br />

mit großem Aufw<strong>and</strong> gepflegt und unglaublich<br />

verbessert. Im Kampf gegen die Energiekrise<br />

zählt jede zusätzliche Kilowattstunde,<br />

und Ybbs-Persenbeug liefert Millionen davon.<br />

Wir contact danken allen & reGistration<br />

Projektbeteiligten<br />

und wünschen Glück auf für die Erneuerbare<br />

Energie!“ Fachliche Koordination<br />

stephanie Wilmsen<br />

t +49 201 8128 244<br />

Mehr erneuerbarer Strom nach Einbau<br />

neuester e kissy@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

Turbinen und Generatoren<br />

Nach Abschluss der umfassenden Revitalisierung<br />

teilnehmer<br />

erzeugt das Donaukraftwerk<br />

Ybbs-Persenbeug Diana Ringh<strong>of</strong>f deutlich mehr erneuerbaren<br />

Strom: „Das hier erfolgreich umgesetzte<br />

t +49 201 8128 232<br />

Erneuerungsprojekt ist ein Musterbeispiel<br />

für unseren e <strong>vgbe</strong>-dampfturb@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

Kampf gegen die Klimakrise“,<br />

sagt Achim Kaspar, als Mitglied im Vorst<strong>and</strong><br />

von VERBUND ausstellunG zuständig für Erzeugung,<br />

Digitalisierung und Nachhaltigkeit.<br />

angela langen<br />

„Die Summe t +49 201 aus vielen 8128 großen 3<strong>10</strong> und kleinen<br />

Maßnahmen e angela.langen@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

ermöglicht es, unseren<br />

Best<strong>and</strong>sanlagen zusätzliche, CO 2 -freie<br />

Energie zu gewinnen. Die hier am St<strong>and</strong>ort<br />

gewonnene<br />

<strong>vgbe</strong><br />

Mehrerzeugung<br />

<strong>energy</strong> e. V.<br />

entspricht der<br />

Jahresproduktion Deilbachtal eines 173 durchschnittlichen,<br />

| 45257 Essen | Deutschl<strong>and</strong><br />

mittelgroßen Laufkraftwerks in Österreich!<br />

Workshop<br />

emissionsüberwachung<br />

2023<br />

3. Mai 2023<br />

Essen<br />

Website<br />

w https://t1p.de/<strong>vgbe</strong>-emuew2023 (Kurzlink)<br />

Fachliche Koordination<br />

sven Göhring<br />

t +49 201 8128 324<br />

e <strong>vgbe</strong>-emission@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

anmeldunG & inFormationen<br />

stephanie Wilmsen<br />

t +49 201 8128 244<br />

e <strong>vgbe</strong>-emission@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

be in<strong>for</strong>med www.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 17


Members´News<br />

WienEnergie: Neue Power-to-<br />

<strong>Heat</strong>-Anlage verstärkt<br />

Blackout-Vorsorge in Wien<br />

(wienenergie) Wien Energie hat am Gelände<br />

der Müllverbrennungsanlage Spittelau<br />

eine neue Power-to-<strong>Heat</strong>-Anlage in Betrieb<br />

genommen. Diese w<strong>and</strong>elt überschüssigen<br />

Ökostrom in umweltfreundliche Fernwärme<br />

um. Das ist etwa dann der Fall, wenn besonders<br />

viel Wind weht und Windkraftanlagen<br />

mehr Strom produzieren, als in diesem Moment<br />

benötigt wird. Die Anlage ist damit ein<br />

wichtiger Baustein zur Netzstabilisierung<br />

und sorgt dafür, dass die wertvolle Energie<br />

nicht verloren geht. Wien Energie hat 4,9<br />

Millionen Euro in die Anlage investiert, die<br />

ab so<strong>for</strong>t für noch mehr Versorgungssicherheit<br />

in Wien sorgt.<br />

Projektabschluss Revitalisierung Ybbs-Persenbeug: von li. nach re.: Bgm Gerhard Leeb<br />

(Persenbeug), Bgm Friedrich Buchberger (H<strong>of</strong>amt-Priel), Bgm Ulrike Schachner (Ybbs), COO<br />

VERBUND Achim Kaspar, 2. L<strong>and</strong>tagspräsident Karl Moser, NRAbg. Alois Schroll, Michael<br />

Amerer, VERBUND Hydro Power, Bezirkshauptfrau Daniela Obleser, Karl Heinz Gruber,<br />

VERBUND Hydro Power, Militärkomm<strong>and</strong>ant Brigadier Martin Jawurek. CopyrightVERBUND<br />

So wird das Kraftwerk Ybbs-Persenbeug<br />

nach der damaligen historischen Leistung in<br />

der Zeit des Wiederaufbaus erneut zu einem<br />

Symbol für <strong>Generation</strong>en: als wichtiger Baustein<br />

für unsere saubere, heimische und erneuerbare<br />

Energiezukunft“, so VER-<br />

BUND-COO Achim Kaspar.<br />

Wasserkraft ist die tragende Säule <<br />

der Energiewende<br />

Michael Amerer, Geschäftsführer der VER-<br />

BUND Hydro Power GmbH, erläutert die Bedeutung<br />

der Revitalisierung: „Mit der Investition<br />

von hundert Millionen Euro schaffen<br />

wir nachhaltige Werte. Die Wasserkraft als<br />

zuverlässigste aller Erneuerbaren Energien<br />

ist die tragende Säule der Stromversorgung<br />

in Österreich, die zusätzlich den Einsatz volatiler<br />

Erzeugungs<strong>for</strong>men mit der notwendigen<br />

Netzsicherheit stützt. Zusammen mit den<br />

beiden aktuell laufenden Revitalisierungen<br />

in Ottensheim-Wilhering und Wallsee-Mitterkirchen<br />

ist das Erneuerungsprojekt hier<br />

am St<strong>and</strong>ort ein weiterer wichtiger Schritt<br />

hin zu mehr Versorgungssicherheit.“<br />

„Besonders stolz macht uns bei diesem<br />

Erneuerungsprojekt die Leistung unserer<br />

eigenen Mitarbeitenden. Hier im Kraftwerk<br />

Ybbs-Persenbeug konnten wir den komplexen<br />

Austausch von Maschinen, Elektrik und<br />

Leittechnik im großen Stil mit unseren eigenen<br />

Expert:innen durchführen. Das Wissen<br />

um die Effizienzverbesserung, das wir hier<br />

erworben haben, ist von unschätzbarem<br />

Wert für weitere Projekte. Weil wir sukzessive<br />

alle unsere Anlagen nach noch vorh<strong>and</strong>enen<br />

Erzeugungspotenzialen untersuchen<br />

und diese - wenn wirtschaftlich darstellbar<br />

– auch gerne heben“, so Karl Heinz Gruber,<br />

Geschäftsführer der VERBUND Hydro Power<br />

GmbH. „Damit tragen wir unseren Teil<br />

zur Erreichung der Wasserkraft-Ausbauziele<br />

der Bundesregierung bei“.<br />

Nachhaltiger Strom aus heimischer<br />

Wasserkraft für kommende<br />

<strong>Generation</strong>en<br />

Die Errichtung des Kraftwerks Ybbs-Persenbeug<br />

zählte nach dem 2. Weltkrieg zu<br />

den Pionier-Projekten des Wiederaufbaus in<br />

Österreich. Mit einer Investition in Höhe von<br />

hundert Millionen Euro wurden alle sechs<br />

aus den 1950er-Jahren stammenden Maschinensätze<br />

des Kraftwerks erneuert, womit<br />

sich die Erzeugung um mehr als 77 Mio.<br />

Kilowattstunden (kWh) auf in Summe 1,4<br />

Mrd. kWh erhöht und die Zuverlässigkeit<br />

nochmals verbessert werden konnte. Die<br />

damit erreichte Effizienzsteigerung von 6 %<br />

entspricht dem Jahresstromverbrauch von<br />

22.000 Haushalten und einer Einsparung<br />

von jährlich 62.000 Tonnen CO 2 -Emissionen.<br />

Und das alles, ohne baulich in die Umgebung<br />

eingreifen zu müssen.<br />

Ergänzend zur Effizienzsteigerung wurden<br />

in den vergangenen Jahren im Umfeld des<br />

Kraftwerks Ybbs-Persenbeug im Zuge des<br />

LIFE-Projekts „Netzwerk Donau“ erfolgreich<br />

Maßnahmen zur Verbesserung des Lebensraums<br />

Donau umgesetzt. Weitere, noch<br />

deutlich darüber hinausgehende Ökomaßnahmen<br />

werden in den kommenden Jahren<br />

im Rahmen des EU-LIFE-Projektes „Bluebelt<br />

Danube-Inn“ realisiert. Dazu zählt u.a. auch<br />

eine moderne Organismenw<strong>and</strong>erhilfe, damit<br />

Fische und <strong>and</strong>ere Wasserlebewesen das<br />

Donaukraftwerk passieren können.<br />

LL<br />

www.verbund.com<br />

„Die neue Power-to-<strong>Heat</strong>-Anlage hier in<br />

der Spittelau vernetzt die Sektoren Strom<br />

und Wärme intelligent und leistet damit einen<br />

wichtigen Beitrag zur Blackout-Vorsorge<br />

in Wien. Wien Energie sorgt mit der Anlage<br />

für noch mehr Netzstabilität und erzeugt<br />

dabei erneuerbare Fernwärme. So bringen<br />

wir den Klimaschutz in der Stadt voran und<br />

garantieren auch im Energiesystem der Zukunft<br />

eine zuverlässige Energieversorgung<br />

für alle Wiener*innen“, erklärt Peter Hanke,<br />

Stadtrat für Finanzen, Wirtschaft, Arbeit,<br />

<strong>International</strong>es und Wiener Stadtwerke.<br />

„Riesen-Wasserkocher“ heizt auf<br />

155 Grad Celsius<br />

Wenn im Stromnetz ein Überangebot besteht,<br />

dann erfolgt ein Abruf über den Übertragungsnetzbetreiber<br />

Austrian Power Grid<br />

(APG). Wien Energie aktiviert in so einem<br />

Fall die Anlage innerhalb weniger Minuten.<br />

Wie eine Art „Riesen-Wasserkocher“ nutzen<br />

zwei Durchlauferhitzer mit jeweils 5 Megawatt<br />

Leistung den überschüssigen Strom<br />

und erhitzen Wasser auf rund 155 Grad Celsius.<br />

Dieses Wasser wird dann für die Fernwärmeversorgung<br />

in der Umgebung genutzt.<br />

„Wien Energie arbeitet tagtäglich an einer<br />

sicheren Energieversorgung und dem Weg<br />

raus aus Gas bis 2040. In Zukunft wird es<br />

immer wichtiger, für Gleichgewicht im<br />

Energiesystem zu sorgen - und genau das<br />

macht unsere neue Power-to-<strong>Heat</strong>-Anlage.<br />

Wird mehr Strom erzeugt als im Moment<br />

benötigt, können wir mit der Anlage diese<br />

wertvolle Energie nahezu ohne Wirkungsverluste<br />

in Fernwärme umw<strong>and</strong>eln. Damit<br />

machen wir die Energieversorgung für die<br />

Wienerinnen und Wiener sicherer, unabhängiger<br />

und nachhaltiger“, so Karl Gruber,<br />

Geschäftsführer von Wien Energie.<br />

18 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


save the date<br />

Members´News<br />

Anlagengebäude im Hundertwasser-<br />

Stil und Urban Farming für<br />

Mitarbeiter*innen<br />

Das Gebäude der Anlage, die direkt am<br />

Gelände der Müllverbrennungsanlage Spittelau<br />

steht, ist dem Stil von Künstler Friedensreich<br />

Hundertwasser angepasst. In Zusammenarbeit<br />

mit der Stiftung Hundertwasser<br />

hat Wien Energie die Fassadengestaltung<br />

umgesetzt. Bei der Errichtung des<br />

Gebäudes wurde zudem im Sinne der nachhaltigen<br />

Kreislaufwirtschaft teilweise Ökobeton<br />

verwendet. Diesem speziellen Beton<br />

sind Baureste beigemischt, die beim Abbruch<br />

alter Gebäude entstehen.<br />

Am Dach der Power-to-<strong>Heat</strong>-Anlage ist zudem<br />

eine Nutzfläche entst<strong>and</strong>en: Zwischen<br />

Hochbeeten und Sträuchern können Wien<br />

Energie-Mitarbeiter*innen gemeinschaftlich<br />

Tomaten, Paprika oder Kräuter anpflanzen.<br />

Bienenstöcke sorgen zudem für noch<br />

mehr Biodiversität in der Umgebung.<br />

Conference<br />

materials & Quality<br />

Assurance 2023<br />

with Technical Exhibition<br />

<strong>10</strong> <strong>and</strong> 11 May 2023<br />

Schloss Paffendorf<br />

Wiener Blackout-Vorsorge: Mehrere<br />

Anlagen sorgen für Stabilität<br />

Die Power-to-<strong>Heat</strong>-Anlage Spittelau reiht<br />

sich ein in mehrere Anlagen von Wien Energie,<br />

die der Blackout-Vorsorge dienen. Wenn<br />

im Stromnetz ein Ungleichgewicht zwischen<br />

Angebot und Nachfrage gibt, muss dies ausgeglichen<br />

werden. Ist zu wenig Strom vorh<strong>and</strong>en,<br />

springt Wien Energie mit dem<br />

Kraftwerk Simmering wie eine Art „Feuerwehr<br />

fürs Stromnetz“ ein und stabilisiert das<br />

Netz. Ist zu viel Strom vorh<strong>and</strong>en - wenn<br />

etwa viel Wind geht und Windräder mehr<br />

Strom erzeugen, als benötigt wird - braucht<br />

es zusätzliche Abnehmer. Seit 2017 betreibt<br />

Wien Energie deshalb bereits eine <strong>and</strong>ere<br />

Power-to-<strong>Heat</strong>-Anlage in der Leopoldau, die<br />

mit Elektrodenkesseln arbeitet. Diese hat<br />

seit der ContaCt Inbetriebnahme & registration<br />

bereits über 38.000<br />

Megawattstunden Wärme aus Überschussstrom<br />

erzeugt faChliChe - das entspricht Koordination<br />

dem jährlichen<br />

Wärmebedarf von knapp 5.000 Wiener<br />

stephanie Wilmsen<br />

Haushalten.<br />

t +49 201 8128 244<br />

e kissy@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

Eckdaten Power-to-<strong>Heat</strong>-Anlage<br />

Spittelau: teilnehmer<br />

• Zwei Diana Durchlauferhitzer Ringh<strong>of</strong>fmit je 5 Megawatt<br />

Leistung<br />

t +49 201 8128 232<br />

• Investition:<br />

e <strong>vgbe</strong>-dampfturb@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

4,9 Millionen Euro<br />

• Erhitzt mit überschüssigem Ökostrom<br />

Wasser auf 155 °C Grad Celsius<br />

ausstellung<br />

• Direkte Einspeisung der Wärme in das<br />

Fernwärmenetz angela langen<br />

• Urban t Farming +49 201 am 8128 Dach 3<strong>10</strong> der Anlage für<br />

Wien e Energie-Mitarbeiter*innen<br />

angela.langen@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

LL<br />

www.wienenergie.at (223321902)<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> e. V.<br />

Deilbachtal 173 | 45257 Essen | Deutschl<strong>and</strong><br />

Website<br />

w https://t1p.de/<strong>vgbe</strong>-maqa2023 (shortlink)<br />

Coordination <strong>of</strong> teChniCal Contents<br />

Mr Jens Ganswind-Eyberg<br />

registrattion & in<strong>for</strong>mationen<br />

Ms Diana Ringh<strong>of</strong>f<br />

t +49 201 8128 232<br />

e <strong>vgbe</strong>-material@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

teChniCal exhibition<br />

Ms Steffanie Fidorra-Fränz<br />

t +49 201 8128 299<br />

e steffanie.fidorra-fraenz@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

be in<strong>for</strong>med www.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 19


Industry News<br />

Industry<br />

News<br />

Company<br />

Announcements<br />

ANDRITZ receives the 15th<br />

order to deliver a highefficiency<br />

PowerFluid circulating<br />

fluidized bed boiler to Japan<br />

(<strong>and</strong>ritz) ANDRITZ has received another<br />

order from Toyo Engineering Corporation in<br />

Japan to supply a 50-MW PowerFluid circulating<br />

fluidized bed (CFB) boiler on EPS basis.<br />

The boiler will be part <strong>of</strong> the biomass<br />

power plant in Gobo, Wakayama Prefecture,<br />

in Japan. Start-up is planned <strong>for</strong> 2025.<br />

ANDRITZ will supply a biomass boiler <strong>and</strong><br />

flue gas cleaning system to Wakayama Gobo<br />

Biomass Power Plant G.K. in Japan.<br />

The ANDRITZ PowerFluid (CFB) will be<br />

designed with a reheat system <strong>and</strong> high<br />

steam parameters <strong>and</strong> integrated into a biomass-fired<br />

power generation facility to be<br />

fueled by wood pellets <strong>and</strong> palm kernel<br />

shells. With its state-<strong>of</strong>-the-art technology, it<br />

is the perfect solution to meet CO 2 reduction<br />

targets <strong>and</strong> contribute towards carbon neutrality<br />

in Japan. The biomass power plant<br />

will be capable <strong>of</strong> supplying power <strong>for</strong><br />

roughly 1<strong>10</strong>,000 Japanese households.<br />

Biomass boilers <strong>and</strong> flue gas cleaning systems<br />

are part <strong>of</strong> the comprehensive AN-<br />

DRITZ product portfolio <strong>of</strong> sustainable solutions<br />

that help customers to achieve their<br />

own sustainability goals in terms <strong>of</strong> climate<br />

<strong>and</strong> environmental protection.<br />

This order once again confirms ANDRITZ’s<br />

strong partnership with Toyo Engineering<br />

Cooperation. The project is the 12th to be<br />

conducted in cooperation with Toyo Engineering.<br />

ANDRITZ is proud to be part <strong>of</strong> this<br />

remarkable project <strong>and</strong> make another important<br />

contribution towards the Japanese<br />

power industry’s move from fossil fuel to<br />

renewable <strong>energy</strong> resources.<br />

LL<br />

www.<strong>and</strong>ritz.com (223321904)<br />

Freudenberg Filtration<br />

Technologies Efficient,<br />

sustainable, inspired by nature<br />

• Freudenberg Filtration Technologies’<br />

newly developed spiderMaxx cassette filters<br />

<strong>of</strong>fer turbomachinery operators<br />

maximum per<strong>for</strong>mance <strong>and</strong> operational<br />

reliability.<br />

(freudenberg) The only way to avoid costly<br />

machine downtime <strong>and</strong> losses in efficiency<br />

is to ensure that the intake air <strong>for</strong> gas turbines<br />

<strong>and</strong> compressors is free <strong>of</strong> dust <strong>and</strong><br />

moisture. This also reduces unnecessary<br />

CO 2 emissions <strong>and</strong> has a positive impact on<br />

climate protection <strong>and</strong> the operators’ footprint.<br />

Freudenberg Filtration Technologies’ innovative<br />

new spiderMaxx cassette filters <strong>of</strong>fer<br />

all <strong>of</strong> the a<strong>for</strong>ementioned advantages. Their<br />

premium filtration per<strong>for</strong>mance ensures<br />

clean air in gas turbines <strong>for</strong> power plants<br />

<strong>and</strong> oil rigs as well as in compressors <strong>for</strong> a<br />

range <strong>of</strong> industrial applications, e.g. air separation<br />

plants. spiderMaxx cassette filters<br />

<strong>of</strong>fer this per<strong>for</strong>mance over a long period <strong>of</strong><br />

time with unprecedented availability <strong>and</strong><br />

reliability even at full load <strong>and</strong> during load<br />

peaks. They are EPA (Efficient Particulate<br />

Air) filter class <strong>and</strong> feature an increased dust<br />

holding capacity <strong>and</strong> a service life that is<br />

around 25 percent longer than the previous<br />

st<strong>and</strong>ard cassette filter life.<br />

The excellent per<strong>for</strong>mance <strong>of</strong> the new spiderMaxx<br />

cassette filters is due to a series <strong>of</strong><br />

refinements to the design. The transfer <strong>of</strong><br />

phenomena from nature to technological<br />

applications is called bionics. Spider webs’<br />

naturally robust design <strong>and</strong> structure have<br />

an extremely high level <strong>of</strong> resistance. These<br />

graceful structures st<strong>and</strong> up to wind, weather,<br />

<strong>and</strong> insects flying into them at full <strong>for</strong>ce.<br />

The spider web is an excellent role model<br />

<strong>for</strong> spiderMaxx cassette filters. Inspired by<br />

nature, the leakpro<strong>of</strong> casting <strong>of</strong> this innovative<br />

filtration solution features extremely<br />

high dimensional stability <strong>and</strong> resilience.<br />

The concentric spider web design <strong>of</strong> the<br />

casting distributes the fluctuating variable<br />

mechanical loads that occur during operation<br />

across the entire filter frame. This<br />

means that the filters can withst<strong>and</strong> extremely<br />

adverse environmental conditions,<br />

even those in stormy coastal <strong>and</strong> <strong>of</strong>fshore<br />

regions.<br />

Setting leakpro<strong>of</strong>ing st<strong>and</strong>ards<br />

The filter frame, which comprises onepiece<br />

front <strong>and</strong> back plates, sets the st<strong>and</strong>ard<br />

<strong>for</strong> mechanical stability <strong>and</strong> torsional<br />

rigidity. The frame is optimally sealed to<br />

prevent dust from penetrating. The sophisticated<br />

design, which features an integrated<br />

channel in the front frame, ensures that the<br />

foamed-on gasket fits perfectly, even in critical<br />

areas, such as filter corners. The overall<br />

leakage risk is close to zero. Water slopes<br />

also provide effective water drainage towards<br />

the air entry side.<br />

The aerodynamic guide vanes between the<br />

v-shaped pleat packages provide a contribution<br />

to sustainability. They ensure a low-turbulence<br />

airflow <strong>and</strong> effectively contain vortex<br />

<strong>for</strong>mation on the downstream side. This<br />

ensures minimal flow resistance <strong>and</strong> reduced<br />

pressure drop, which results in lower<br />

CO 2 emissions during operation.<br />

Turbomachinery usually uses multi-stage<br />

filtration systems (gradually arranged filter<br />

types arranged in two, <strong>and</strong> in many cases<br />

three filter stages). When combined, they<br />

first filter moisture, followed by coarser particles,<br />

<strong>and</strong> finally fine dust from the intake<br />

air. As the final filter stage, the new spider-<br />

Maxx cassette filter is the cherry on top <strong>of</strong><br />

the cake <strong>of</strong> the complete filtration system. As<br />

a high-end filter, it is responsible <strong>for</strong> efficient<br />

filtration <strong>of</strong> the finest particles. Its high-per<strong>for</strong>mance<br />

water-repellent filter medium<br />

means the filter can withst<strong>and</strong> moisture<br />

even when used on its own, making it ideal<br />

<strong>for</strong> use in high humidity areas.<br />

Freudenberg Filtration Technologies’ clipon<br />

system makes it possible to connect the<br />

individual filter stages <strong>of</strong> a filtration system<br />

easily <strong>and</strong> in a space-saving manner. In the<br />

case <strong>of</strong> the spiderMaxx cassette filter, an integrated<br />

gripping lug <strong>and</strong> rounded shatterpro<strong>of</strong><br />

contours also guarantee simple, safe<br />

h<strong>and</strong>ling.<br />

The filter specialists at Freudenberg Filtration<br />

Technologies use decades <strong>of</strong> experience<br />

<strong>and</strong> digital support to determine which filter<br />

combination is right <strong>for</strong> the particular application.<br />

They use simulation s<strong>of</strong>tware, the<br />

electronic Freudenberg Filter Efficiency Calculation<br />

Tool (e.FFECT), to compare possible<br />

solutions <strong>and</strong> configure individually optimized<br />

intake air filtration systems <strong>for</strong> turbomachinery<br />

operators. This is because the<br />

more specifically a filtration system is tailored<br />

to the respective system requirements,<br />

the more powerful, safe, efficient, <strong>and</strong> economical<br />

the operation <strong>of</strong> the entire turbomachinery<br />

system. spiderMaxx cassette<br />

filters should be part <strong>of</strong> any filtration system<br />

that requires maximum per<strong>for</strong>mance <strong>and</strong><br />

operational reliability.<br />

L L www.freudenberg-filter.com<br />

(223321904)<br />

20 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Call <strong>for</strong> Papers<br />

Industry News<br />

Siemens Energy to supply<br />

world’s first emissions-reducing<br />

gas/electric hybrid drive system<br />

<strong>for</strong> an LNG plant<br />

(siemens-eg) Northeast Energy Center<br />

(NEC) <strong>and</strong> Chart Energy & Chemicals selected<br />

Siemens Energy to supply a gas/electric<br />

hybrid drive system <strong>for</strong> NEC’s LNG plant<br />

being built in Charlton, Massachusetts. The<br />

NEC project will be the first LNG facility in<br />

the world to feature a system <strong>of</strong> this type,<br />

which <strong>of</strong>fers a significant advance in efficiency<br />

no matter the weather or temperature.<br />

Siemens Energy will serve as the single-source<br />

supplier <strong>of</strong> the integrated drive,<br />

providing all rotating equipment <strong>and</strong> associated<br />

control systems.<br />

The hybrid drive system will combine a Siemens<br />

Energy low-emissions industrial gas<br />

turbine, integrally geared compressor, <strong>and</strong><br />

electric motor-generator to ensure stable <strong>and</strong><br />

efficient operation <strong>of</strong> the plant’s main refrigeration/liquefaction<br />

train throughout the<br />

year while slashing emissions, reducing<br />

costs, <strong>and</strong> increasing efficiency.<br />

Available power from gas turbines decreases<br />

as the ambient temperature increases. As<br />

a result, units installed at industrial facilities<br />

are <strong>of</strong>ten oversized to ensure sufficient power<br />

during the hot <strong>and</strong> humid weather. However,<br />

the same gas turbine may generate<br />

much more power during cold time than is<br />

required, leading to reduced efficiency <strong>and</strong><br />

increased emissions. The hybrid drive refrigeration<br />

compressor system being supplied<br />

<strong>for</strong> NEC <strong>of</strong>fers a solution to this problem by<br />

combining an electric motor-generator with<br />

a gas turbine that features a dry-low emissions<br />

(DLE) design with lowest achievable<br />

NOx emissions levels. The same system allows<br />

NEC an active <strong>and</strong> powerful tool in dem<strong>and</strong><br />

side management <strong>and</strong> reduces its<br />

ContaCt & registration<br />

costs <strong>and</strong> the need to purchase power from<br />

the grid, faChliChe while allowing Koordination<br />

the sale <strong>of</strong> power<br />

back to the utility.<br />

Stephanie Wilmsen<br />

The NEC t +49 project 201 is 8128 strategically 244 important<br />

to the security e kissy@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

<strong>of</strong> <strong>energy</strong> supply <strong>of</strong> New Engl<strong>and</strong><br />

that depends on imported LNG. The<br />

NEC facility is expected to produce a baseload<br />

<strong>of</strong> teilnehmer<br />

170,000 gallons <strong>of</strong> LNG per day <strong>for</strong><br />

Boston Gas<br />

Diana<br />

under<br />

Ringh<strong>of</strong>f<br />

a firm contract <strong>and</strong> up to<br />

250,000 gallons per day to other utilities. The<br />

t +49 201 8128 232<br />

gas turbine’s output will decrease when LNG<br />

production e <strong>vgbe</strong>-dampfturb@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

increases to 250,000 gallons per<br />

day on hot summer days when the motor-generator<br />

will ausstellung<br />

function as a motor to supply additional<br />

power to the compression system.<br />

angela langen<br />

“The reality t +49 is 201 when 8128 it comes 3<strong>10</strong>to facilitating<br />

the <strong>energy</strong> e angela.langen@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

transition, natural gas can a<br />

solution,” said Rich Voorberg, president <strong>of</strong><br />

Siemens Energy North America. “It will<br />

serve as <strong>vgbe</strong> a reliable <strong>energy</strong> complement e. V. to renewable<br />

<strong>energy</strong> Deilbachtal in many regions 173 <strong>of</strong> | the 45257 world. Essen The | Deutschl<strong>and</strong><br />

combination <strong>of</strong> the gas turbine, integrally<br />

Conference<br />

Flue Gas Cleaning 2023<br />

3 <strong>and</strong> 4 May 2023<br />

Jalta Hotel Praha<br />

Czech Republic<br />

Website<br />

w https://t1p.de/<strong>vgbe</strong>-fgc2023 (Kurzlink)<br />

Coordination <strong>of</strong> teChniCal Contents<br />

dr <strong>and</strong>reas Wecker<br />

t +49 201 8128 316<br />

e <strong>vgbe</strong>-flue-gas@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

registration & in<strong>for</strong>mationen<br />

ms ines moors<br />

t +49 201 8128 222<br />

e <strong>vgbe</strong>-flue-gas@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

be in<strong>for</strong>med www.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 21


Industry News<br />

geared compressor, <strong>and</strong> motor-generator at<br />

the NEC plant represents a highly flexible<br />

solution that will enable the liquefaction<br />

plant to operate efficiently year-round, regardless<br />

<strong>of</strong> the ambient conditions. This will<br />

significantly reduce overall <strong>energy</strong> consumption<br />

over the plant’s life, resulting in a<br />

lower carbon footprint.”<br />

“The integrated hybrid drive solution provided<br />

by Siemens Energy demonstrates the<br />

next step in hybridization <strong>of</strong> the <strong>energy</strong> systems<br />

in their decarbonization process,” said<br />

Boris Brevnov, Manager <strong>and</strong> Developer <strong>of</strong><br />

NEC. “Building on this next generation design<br />

<strong>and</strong> its environmental advantages, NEC<br />

also <strong>of</strong>fers local utilities a choice <strong>of</strong> L-RNG,<br />

an LNG product made from renewable natural<br />

gas.”<br />

The plant has an onsite LNG storage capacity<br />

<strong>of</strong> 2 million gallons. The LNG produced<br />

will be available <strong>for</strong> delivery by truck <strong>and</strong><br />

used as a feedstock <strong>for</strong> utility distribution<br />

companies <strong>and</strong> power generation facilities.<br />

LL<br />

www.siemens-<strong>energy</strong>.com (223321905)<br />

Lhyfe entwickelt 200-MW-<br />

Anlage in Delfzijl, Niederl<strong>and</strong>e<br />

(lhyfe) Lhyfe, einer der weltweiten Pioniere<br />

in der Produktion von grünem Wasserst<strong>of</strong>f,<br />

plant den Bau einer groß angelegten Wasserst<strong>of</strong>fproduktionsanlage<br />

im Chemiecluster<br />

Delfzijl, Groningen im Norden der Niederl<strong>and</strong>e.<br />

Die 200-MW-Anlage wird eine<br />

jährliche Produktionskapazität von mehr als<br />

20.000 Tonnen erneuerbaren grünen Wasserst<strong>of</strong>fs<br />

erreichen. Das entspricht 55 Tonnen<br />

pro Tag, die über einen Zeitraum von <strong>10</strong><br />

Jahren 2,2 Millionen Tonnen CO 2 ersetzen<br />

werden. Lhyfe hat sich bereits das er<strong>for</strong>derliche<br />

Grundstück und den Anschluss an die<br />

erneuerbaren Energien gesichert. Die Inbetriebnahme<br />

ist frühestens 2026 geplant.<br />

„Delfzijl ist ein idealer St<strong>and</strong>ort für die<br />

Produktion von grünem Wasserst<strong>of</strong>f, da es<br />

durch die vor der Küste gelegenen Offshore-Windkraftanlagen<br />

direkten Zugang zu<br />

erneuerbaren Energien hat. Groningen ist<br />

im Bereich Energiewende einer der Pioniere<br />

in Europa. Ziel der Region ist es, das führende<br />

Hydrogen Valley Nordwesteuropas zu<br />

werden und eine komplette Wertschöpfungskette<br />

von der Produktion über die<br />

Speicherung bis zum Transport von grünem<br />

Wasserst<strong>of</strong>f aufzubauen. Wir unterstützen<br />

diese Entwicklung voll und ganz und sind<br />

stolz darauf, Teil dieses Weges zu sein“, sagte<br />

Luc Graré, Leiter von Mittel- und Osteuropa<br />

bei Lhyfe.<br />

Delfzijl ist ein wichtiger St<strong>and</strong>ort für die<br />

niederländische Industrie- und Chemieindustrie<br />

und bereits jetzt ein großer Verbraucher<br />

von Wasserst<strong>of</strong>f als chemischem<br />

Grundst<strong>of</strong>f. Dieser Bedarf wird in Zukunft<br />

noch erheblich steigen. Lhyfe kann Unternehmen<br />

bei ihren Dekarbonisierungsbemühungen<br />

unterstützen, indem es ihnen grünen<br />

Wasserst<strong>of</strong>f liefert, der mit erneuerbarem<br />

Strom aus der Region in Verbindung mit<br />

dem Elektrolyseverfahren erzeugt wird.<br />

„Grüner Wasserst<strong>of</strong>f als Energieträger<br />

wird den Transport von <strong>of</strong>fshore erzeugter<br />

Energie durch das L<strong>and</strong> unterstützen und<br />

dazu beitragen, ein bereits überlastetes<br />

Stromnetz zu entlasten. Die Anlage von Lhyfe<br />

in Delfzijl wird somit in der Lage sein,<br />

grünen Wasserst<strong>of</strong>f in den gesamten Niederl<strong>and</strong>en<br />

sowie an potenzielle Abnehmer in<br />

Deutschl<strong>and</strong> und <strong>and</strong>eren angrenzenden<br />

Ländern zu liefern“, so Graré.<br />

Die Niederl<strong>and</strong>e wollen eines der europäischen<br />

Pionierländer auf dem Gebiet des grünen<br />

Wasserst<strong>of</strong>fs sein und ein Hydrogen<br />

Backbone im ganzen L<strong>and</strong> einrichten. Dieser<br />

wird auf der bestehenden Infrastruktur<br />

des Groninger Gasnetzes sowie einigen Verbindungen<br />

zu den Nachbarländern aufbauen.<br />

In naher Zukunft wird eine Kaverne, die<br />

zur Speicherung von Wasserst<strong>of</strong>f entlang<br />

des Backbone gebaut wird, einen stetigen<br />

Fluss von grünem Wasserst<strong>of</strong>f zu den industriellen<br />

Abnehmern sicherstellen, falls an<br />

manchen Tagen keine erneuerbare Energie<br />

verfügbar ist.<br />

Lhyfe arbeitet daran, den Markt für grünen<br />

Wasserst<strong>of</strong>f in vielen europäischen Ländern<br />

schnell zu erschließen. Lhyfe hat sich zum<br />

Ziel gesetzt, ein führender europäischer<br />

Hersteller von grünem Wasserst<strong>of</strong>f zu werden<br />

und strebt bis 2030 eine installierte Gesamtkapazität<br />

von 3 GW an. Um dieses Ziel<br />

zu erreichen, baut das Unternehmen in ganz<br />

Europa dezentrale Wasserst<strong>of</strong>f-Ökosysteme<br />

mit unterschiedlichen Anlagengrößen auf –<br />

darunter auch das Projekt in Delfzijl. Das<br />

Unternehmen setzt auch neue Maßstäbe im<br />

Offshore-Wasserst<strong>of</strong>fsektor und eröffnete<br />

am 22. September das weltweit erste Offshore-Pilotprojekt<br />

zur Erzeugung von grünem<br />

Wasserst<strong>of</strong>f aus erneuerbaren Energien.<br />

Die Projektdurchführung steht unter dem<br />

Vorbehalt der Erteilung der er<strong>for</strong>derlichen<br />

Betriebs- und Baugenehmigungen sowie der<br />

Entscheidung über finanzielle Investitionen.<br />

LL<br />

de.lhyfe.com (223321906)<br />

XERVON Wind meldet<br />

erfolgreichen Abschluss der<br />

Arbeiten zur Jahreswartung<br />

<strong>2022</strong> von zwei<br />

Offshore-Windparks<br />

(xervon) Die auf technische Dienstleistungen<br />

für Windenergieanlagen an L<strong>and</strong> und<br />

auf See spezialisierte XERVON Wind GmbH<br />

hat Mitte September ihre Arbeiten zur Jahreswartung<br />

von zwei Windparks in der deutschen<br />

Nordsee abgeschlossen. Während des<br />

mehrmonatigen Projekts inspizierte und<br />

wartete das Unternehmen gemeinsam mit<br />

Experten des Betreibers RWE sämtliche<br />

Windenergieanlagen der Offshore-Windparks<br />

Amrumbank West und Nordsee Ost<br />

vor Helgol<strong>and</strong>. Für XERVON Wind war dies<br />

das erste Großprojekt im Auftrag von RWE,<br />

der weltweiten Nummer 2 im Bereich<br />

Offshore-Wind.<br />

XERVON Wind erbrachte Services sowohl<br />

für mechanische als auch elektrotechnische<br />

Komponenten der Windparks.<br />

Alles in allem setzte XERVON Wind während<br />

der Wartungskampagnen mehr als 60<br />

Fachkräfte ein. In der operativen Umsetzung<br />

wurden die Wartungsarbeiten sowohl<br />

sea-based von einem Arbeitsschiff aus erbracht<br />

als auch l<strong>and</strong>gestützt, ausgehend von<br />

der Insel Helgol<strong>and</strong>.<br />

Der Windpark Amrumbank West liegt in<br />

etwa 35 km nördlich von Helgol<strong>and</strong> und verfügt<br />

über eine installierte Gesamtleistung<br />

von 302 MW. Die Rotornabe seiner 80 Windenergieanlagen<br />

befinden sich in einer<br />

Höhe von ca. 90 m über dem Meeresspiegel.<br />

Nordsee Ost liegt unweit entfernt und besteht<br />

aus 48 Windenergieanlagen mit einer<br />

installierten Gesamtleistung von 295 MW.<br />

Beide St<strong>and</strong>orte gehören neben dem im Bau<br />

befindlichen Offshore-Windpark Kaskasi zu<br />

dem von RWE betriebenen Trident Cluster<br />

und zählen zu den größten Windenergieprojekten<br />

in deutschen Seegewässern.<br />

Die zuvor über Monate hinweg akribisch<br />

vorbereiteten Wartungseinsätze erfolgten in<br />

vollem Umfang plangemäß, auch im Hinblick<br />

auf die Einhaltung des Zeitrahmens.<br />

Maik Schlapmann, Geschäftsführer von<br />

XERVON Wind: „Der erfolgreiche Abschluss<br />

der ebenso umfangreichen wie anspruchsvollen<br />

Jahreswartungen auf See unterstreicht<br />

unsere leistungsstarke Aufstellung. Knapp<br />

ein Jahr nach Gründung des Unternehmens<br />

haben wir damit deutlich unter Beweis gestellt,<br />

dass XERVON Wind bereits fest im<br />

Markt etabliert ist und den Newcomer-Status<br />

ganz klar hinter sich gelassen hat.”<br />

In das Wartungsprojekt mit eingebunden<br />

war Rhenus Offshore Logistics. Das Schwesterunternehmen<br />

von XERVON Wind ist unter<br />

<strong>and</strong>erem auf den Transport von Komponenten<br />

und Crews zu Offshore-Anlagen<br />

22 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


save the date<br />

Industry News<br />

spezialisiert. Durch die enge Zusammenarbeit<br />

in der Gruppe kann XERVON Wind das<br />

eigene Leistungsspektrum ideal mit ergänzenden<br />

Logistikservices vernetzen. Die daraus<br />

resultierenden Kundenvorteile bewährten<br />

sich auch beim Einsatz im Trident Cluster<br />

und sorgten bei den Jahreswartungen<br />

der Windparks für schnelle Abstimmungen<br />

und nahtlose Prozessabläufe.<br />

LL<br />

www.remondis-maintenance.de<br />

www.xervon.com, www.buchen.net<br />

(223321907)<br />

Yokogawa selected as<br />

MAC <strong>for</strong> construction <strong>of</strong><br />

europe’s largest renewable<br />

hydrogen plant<br />

(yokogawa) Yokogawa Electric Corporation<br />

(TOKYO: 6841) announced today that it has<br />

been selected by Shell Plc to be the main automation<br />

contractor (MAC) <strong>for</strong> the construction<br />

<strong>of</strong> its Holl<strong>and</strong> Hydrogen I plant in the<br />

Dutch port <strong>of</strong> Rotterdam.<br />

The Holl<strong>and</strong> Hydrogen I plant will produce<br />

renewable hydrogen by using electricity<br />

from an <strong>of</strong>fshore wind farm <strong>and</strong> will be Europe’s<br />

largest renewable hydrogen plant<br />

once operational in 2025. In its role as MAC,<br />

Yokogawa will optimize operations at the<br />

plant by closely integrating its systems <strong>and</strong><br />

equipment.<br />

The Holl<strong>and</strong> Hydrogen I plant will have a<br />

200 megawatts (MW) electrolyser that will<br />

produce up to 60,000 kilograms <strong>of</strong> green<br />

hydrogen per day. The green hydrogen produced<br />

at this plant will be transported via a<br />

pipeline to the Shell Energy <strong>and</strong> Chemicals<br />

Park Rotterdam, where it will replace some<br />

<strong>of</strong> the grey contact hydrogen & used registration<br />

in the refinery,<br />

partially decarbonizing the facility’s production<br />

<strong>of</strong> <strong>energy</strong> products like gasoline, diesel<br />

Fachliche Koordination<br />

<strong>and</strong> jet fuel. stephanie Wilmsen<br />

t +49 201 8128 244<br />

Koji Nakaoka, Yokogawa vice president<br />

e kissy@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

<strong>and</strong> head <strong>of</strong> the company’s Energy & Sustainability<br />

Business Headquarters <strong>and</strong> Global<br />

Sales teilnehMer<br />

Headquarters, said, “Our company<br />

aims to play a leading role in achieving a<br />

world in<br />

Diana<br />

which systems<br />

Ringh<strong>of</strong>f<br />

are closely integrated,<br />

based t +49 on the 201 system 8128 <strong>of</strong> 232 systems (SoS)<br />

concept. e In <strong>vgbe</strong>-dampfturb@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

the hydrogen supply chain, there<br />

are individual systems <strong>for</strong> functions such as<br />

production, pipeline transport, storage, <strong>and</strong><br />

ausstellung<br />

supply, each <strong>of</strong> which is owned by a different<br />

entity. angela Through langen participation in projects<br />

that help t our +49 customers 201 8128 achieve 3<strong>10</strong> progress in<br />

their decarbonization strategies <strong>and</strong> add<br />

e angela.langen@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

value to their enterprises, Yokogawa will<br />

continue working to realize a sustainable<br />

society.” <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> e. V.<br />

Deilbachtal 173 | 45257 Essen | Deutschl<strong>and</strong><br />

LL<br />

www.yokogawa.com (223321908)<br />

Fachtagung<br />

Kühlsysteme 2023<br />

Verdunstungskühlkreisläufe,<br />

Trockenkühler, Kondensatoren,<br />

Wärmeübertrager, Kühlwasser<br />

mit Fachausstellung<br />

25. bis 26. April 2023<br />

Dorint Am Nürburgring<br />

27. april 2023: hygieneschulung<br />

Website<br />

w https://t1p.de/<strong>vgbe</strong>-ksys2023 (Kurzlink)<br />

Fachliche Koordination<br />

Wolfgang czolkoss<br />

anna-Maria Mika<br />

dr. <strong>and</strong>reas Wecker<br />

anMeldung & inForMationen<br />

ulrike troglio<br />

t +49 201 8128 282<br />

e <strong>vgbe</strong>-kuehlsysteme@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

Fachausstellung<br />

Steffanie Fidorra-Fränz<br />

t +49 201 8128 299<br />

e steffanie.fidorra-fraenz@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

be in<strong>for</strong>med www.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong><br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 23


News from Science & Research<br />

News from<br />

Science &<br />

Research<br />

KIT: Energiesystem der Zukunft:<br />

Bundes<strong>for</strong>schungsministerin<br />

startet Großsimulation am KIT<br />

(kit) Mit dem Ziel der Klimaneutralität vor<br />

Augen, haben Forschende im Energy Lab 2.0<br />

am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)<br />

einen detaillierten „digitalen Zwilling“ des<br />

deutschen Energiesystems aufgebaut. Unter<br />

realer Einbindung von Zukunftstechnologien<br />

wie Solarpark, Netzspeicher oder Power-to-X-Anlagen<br />

nutzen sie diesen nun, um<br />

virtuell das Energiesystem der Zukunft mit<br />

all seinen Komponenten zu testen. Bundes<strong>for</strong>schungsministerin<br />

Bettina Stark-Watzinger<br />

startete die Simulation heute<br />

(28.<strong>10</strong>.<strong>2022</strong>) bei ihrem Vor-Ort-Besuch.<br />

mit dem Ziel der Klimaneutralität vor Augen,<br />

haben Forschende im Energy Lab 2.0<br />

am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)<br />

einen detaillierten „digitalen Zwilling“ des<br />

deutschen Energiesystems aufgebaut. Unter<br />

realer Einbindung von Zukunftstechnologien<br />

wie Solarpark, Netzspeicher oder Power-to-X-Anlagen<br />

nutzen sie diesen nun, um<br />

virtuell das Energiesystem der Zukunft mit<br />

all seinen Komponenten zu testen. Bundes<strong>for</strong>schungsministerin<br />

Bettina Stark-Watzinger<br />

startete die Simulation heute<br />

(28.<strong>10</strong>.<strong>2022</strong>) bei ihrem Vor-Ort-Besuch.<br />

Begleitet wurde die Ministerin bei ihrem<br />

Besuch vom Parlamentarischen Staatssekretär<br />

beim Bundesminister für Digitales und<br />

Verkehr, Michael Theurer.<br />

Die Forschung am Energy Lab 2.0 soll klären,<br />

wie ein klimaneutrales und resilientes<br />

Energiesystem konstruiert sein sollte und<br />

wie es sich sicher und stabil steuern lässt.<br />

Die Simulation basiert auf erneuerbaren<br />

Energien sowie einem geschlossenen Kohlenst<strong>of</strong>fkreislauf,<br />

also auf einem Energiesystem<br />

wie es nach den Plänen der Bundesregierung<br />

im Jahre 2045 Wirklichkeit sein<br />

soll. Das Bundesministerium für Bildung<br />

und Forschung (BMBF) finanziert die Arbeit<br />

am Energy Lab 2.0 zu einem großen Teil.<br />

„Der voranschreitende Klimaw<strong>and</strong>el und<br />

die Energiekrise machen deutlich, dass wir<br />

bei der Trans<strong>for</strong>mation unserer Energieversorgung<br />

mehr Tempo benötigen“, sagte Bundes<strong>for</strong>schungsministerin<br />

Bettina Stark-Watzinger.<br />

„Um unsere ehrgeizigen Ziele zu erreichen,<br />

sind wir auf intensive Forschung<br />

angewiesen. Die Energie<strong>for</strong>schung hier am<br />

Start der Simulation am Energy Lab 2.0 (v. l. n. r.): Pr<strong>of</strong>. Michael Decker, Leiter des Bereichs<br />

In<strong>for</strong>matik, Wirtschaft und Gesellschaft des KIT; Bettina Stark-Watzinger, Bundesministerin für<br />

Bildung und Forschung; Pr<strong>of</strong>. Thomas Hirth, Vizepräsident für Transfer und <strong>International</strong>es des<br />

KIT; Michael Theurer, Parlamentarischer Staatssekretär beim Bundesminister für Digitales und<br />

Verkehr; Pr<strong>of</strong>. Andrea Robotzki, Leiterin des Bereichs Biologie, Chemie und Verfahrenstechnik<br />

des KIT. (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT).<br />

KIT und in der Helmholtz-Gemeinschaft<br />

leistet einen wichtigen Beitrag, um den Umbau<br />

zu beschleunigen und die Energieversorgung<br />

der Zukunft etwa in Form von Grünem<br />

Wasserst<strong>of</strong>f zielgerichtet aufzubauen.“<br />

„Mit dem Energy Lab 2.0 können wir zeigen,<br />

dass ein klimaneutrales Energiesystem<br />

perspektivisch möglich ist“, so Pr<strong>of</strong>essor<br />

Thomas Hirth, Vizepräsident für Transfer<br />

und <strong>International</strong>es des KIT und Vertreter<br />

des Präsidiums des KIT bei dem Besuch.<br />

„Auch wenn Deutschl<strong>and</strong> wohl immer ein<br />

Energieimportl<strong>and</strong> bleiben wird, können<br />

wir die Technologien bereitstellen und das<br />

Know-how aufbauen, um das international<br />

und vor Ort zu realisieren. Die Energie<strong>for</strong>schung,<br />

wie sie hier am Energy Lab 2.0<br />

durchgeführt wird, macht im besten Sinne<br />

deutlich, wie praxisnah sich die Wissenschaft<br />

den großen Heraus<strong>for</strong>derungen unserer<br />

Zeit stellt.“<br />

Das Energy Lab 2.0: Versuchsfeld für<br />

die Sektorenkopplung<br />

Das Energy Lab 2.0 ist Europas größte Forschungsinfrastruktur<br />

für erneuerbare Energien<br />

und Sektorenkopplung. Hier entstehen<br />

unter <strong>and</strong>erem leistungsstarke Modelle, mit<br />

denen ein flexibles Zusammenspiel von<br />

elektrischen, thermischen und chemischen<br />

Energieträgern realitätsnah simuliert wird.<br />

So wird die intelligente Vernetzung von zukünftigen<br />

Wasserst<strong>of</strong>finfrastrukturen oder<br />

geplanten Windparks mit realen Power-to-X-Anlagen,<br />

Energiespeichern und <strong>and</strong>eren<br />

Energiesystemkomponenten schon<br />

heute eingeübt. Auf dem Campus zur Verfügung<br />

stehen unter <strong>and</strong>erem Solarfeld und<br />

Geothermie, innovative Energiespeicher,<br />

Power-to-X-Anlagen, Wohnhäuser, Elektroautos<br />

– und sehr viel Rechenpower. In den<br />

nächsten Jahren wird hier eine neue <strong>Generation</strong><br />

von Fachleuten lernen, das vernetzte<br />

Energiesystem der Zukunft sicher durch<br />

Dunkelflauten und Angriffe von Cyber-Kriminellen<br />

zu fahren.<br />

Gemeinsam für mehr Tempo bei der<br />

Energiewende<br />

Bei der Technologieentwicklung spannt<br />

die Forschung am Energy Lab 2.0 den Bogen<br />

von der Grundlagen<strong>for</strong>schung bis zu fertigen<br />

Prototypen. Egal ob Anlagen zur Produktion<br />

von Treibst<strong>of</strong>fen aus erneuerbarer<br />

Energie und dem CO 2 der Umgebungsluft,<br />

Redox-Flow-Großspeicher oder Fertigungsstrategien<br />

für diverse Schlüsselkomponenten<br />

– vieles kann hier fertig entwickelt von<br />

Unternehmen gekauft und produziert werden.<br />

Die Industrie ist außerdem eingeladen,<br />

die ausgefeilten Simulationswerkzeuge zu<br />

nutzen, um Energiesystemkomponenten<br />

aus eigener Entwicklung oder Kooperationsprojekten<br />

in realistischer Umgebung zu testen.<br />

Für die Politik wiederum steht das Energy<br />

Lab 2.0 als Reallabor zur Verfügung: Hier<br />

kann etwa rasch überprüft werden, wie der<br />

Wegfall von Gaslieferungen aus Russl<strong>and</strong><br />

durch erneuerbare Energien oder Einsparungen<br />

abgefedert werden kann oder wie<br />

ein Hochfahren der Wasserst<strong>of</strong>fwirtschaft<br />

technisch organisiert werden sollte. (mhe)<br />

LL<br />

www.elab2.kit.edu (223321909)<br />

24 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


News fromScience & Research<br />

Neue Windfeldmodelle bilden<br />

Böen korrekt ab<br />

• Oldenburger Forschende erzielen wichtigen<br />

Fortschritt dabei, Schwankungen des<br />

Windes korrekt zu modellieren.<br />

(hs-o) Mit einem neuen statistischen Modell<br />

ist es Forschenden der Universität Oldenburg<br />

gelungen, turbulente Schwankungen<br />

des Windes deutlich realistischer abzubilden,<br />

als es bisher möglich war. Zudem entwickelte<br />

das Team vom Institut für Physik<br />

und vom Zentrum für Windenergie<strong>for</strong>schung<br />

ForWind um Dr. Jan Friedrich eine<br />

Methode, um aus Daten weniger Messpunkte<br />

mit dem Modell vollständige, realitätsnahe<br />

Windfelder zu berechnen. Wie sie in der<br />

Zeitschrift PRX Energy der American Physical<br />

Society berichten, eignet sich die Methode<br />

nicht nur für Anwendungen im Bereich<br />

der Windenergie, sondern könnte auch bei<br />

der Berechnung von Aerosolkonzentrationen<br />

oder Schadst<strong>of</strong>fverteilungen in turbulenten<br />

Luftströmungen hilfreich sein.<br />

Für Herstellerfirmen von Windkraftanlagen<br />

ist es wichtig, die Windverhältnisse am<br />

Rotorblatt möglichst genau beschreiben zu<br />

können, um etwa die Belastung von Bauteilen<br />

abzuschätzen. Auch Betreiberunternehmen<br />

von Windparks müssen schon während<br />

der Planung wissen, welche Windverhältnisse<br />

zu erwarten sind, etwa um die elektrische<br />

Leistung oder die Lärmentwicklung prognostizieren<br />

zu können. Zu diesem Zweck<br />

verwendet die Windindustrie mathematische<br />

Modelle, die Schwankungen der Windgeschwindigkeit<br />

anh<strong>and</strong> statistischer Gesetzmäßigkeiten<br />

beschreiben. Diese sogenannten<br />

Windfeldmodelle haben allerdings<br />

ein großes Manko, sagt Friedrich: „In diesen<br />

Modellen fehlen die Böen. Der Wind weht<br />

darin wesentlich gleichmäßiger als in der<br />

Realität.“<br />

Dass extreme Schwankungen der Windgeschwindigkeit<br />

in der natürlichen Umwelt<br />

deutlich häufiger auftreten als in den üblicherweise<br />

verwendeten Modellen, wies ein<br />

Team um den Oldenburger Physiker Pr<strong>of</strong>.<br />

Dr. Joachim Peinke bereits 2012 nach. „Ein<br />

Ereignis, das der üblicherweise angew<strong>and</strong>ten<br />

Gauß-Statistik zufolge alle 1250 Jahre<br />

stattfinden sollte, ereignet sich in der Realität<br />

einmal pro Stunde“, erläutert Peinke, der<br />

auch an der aktuellen Studie beteiligt war.<br />

Anders ausgedrückt: Ereignisse, die eigentlich<br />

so unwahrscheinlich sein sollten wie ein<br />

Sechser im Lotto – etwa Windböen, die einen<br />

Baum entwurzeln – sind in Wirklichkeit<br />

gar nicht selten. Bislang lässt sich dieses<br />

Problem nur behelfsmäßig lösen: In Anwendungen<br />

werden den Windmodellen künstlich<br />

Böen hinzugefügt – was die Wirklichkeit<br />

jedoch nur unzureichend nachbildet und<br />

zudem viel Rechenzeit beansprucht.<br />

Friedrich und seinen Oldenburger Kolleginnen<br />

und Kollegen gelang es nun mit ihrem<br />

neuen Modell, dreidimensionale, realitätsnahe<br />

Windfelder inklusive Turbulenzen<br />

mit relativ geringem Rechenaufw<strong>and</strong> anzufertigen.<br />

Die entscheidende Leistung ihrer<br />

Arbeit best<strong>and</strong> darin, für jeden Raumpunkt<br />

mehrere leicht vonein<strong>and</strong>er abweichende<br />

klassische Gauß-Statistiken nach dem Zufallsprinzip<br />

zu überlagern. Die statistischen<br />

Eigenschaften des daraus berechneten<br />

Windfeldes – als superstatistisches Zufallsfeld<br />

bezeichnet – kann das Team nach<br />

Wunsch so einstellen, dass die Stärke und<br />

Häufigkeit von Turbulenzen am jeweiligen<br />

St<strong>and</strong>ort der Wirklichkeit entsprechen.<br />

In der Studie beschreibt das Team außerdem,<br />

wie sich ihr Modell nutzen lässt, um<br />

aus den Daten weniger Messpunkte ein vollständiges,<br />

wirklichkeitsnahes Windfeld zu<br />

errechnen. „Wir können den Raum zwischen<br />

gitterartig angeordneten Messpunkten<br />

sozusagen auffüllen“, erläutert Friedrich.<br />

Diese neue Möglichkeit sei ebenfalls<br />

für Anwendungen in der Windindustrie interessant,<br />

erlaube es aber auch, wichtige<br />

Forschungsfragen mit neuen Ansätzen anzugehen.<br />

Die verwendete Methode, um vollständige<br />

Felder physikalischer Messgrößen aus einer<br />

begrenzten Menge von Daten zu rekonstruieren,<br />

ist nach Angaben des Teams breit anwendbar.<br />

So könnte sie sich beispielsweise<br />

nutzen lassen, um die Konzentration von<br />

Schadst<strong>of</strong>fen oder die Temperaturverteilung<br />

in einer städtischen Umgebung aus<br />

Daten weniger Messpunkte hochaufgelöst<br />

zu modellieren.<br />

Die Arbeit wurde teilweise durch das Bundesministerium<br />

für Wirtschaft und Klimaschutz<br />

im Rahmen der Vorhaben EMUwind<br />

(03EE2031A) und PASTA (03EE2024B) gefördert.<br />

Dr. Jan Friedrich ist Feodor-Lynen-Stipendiat<br />

der Alex<strong>and</strong>er von Humboldt<br />

Stiftung.<br />

LL<br />

http://uol.de/twist<br />

http://<strong>for</strong>wind.de (223321909)<br />

Effizientere Brennst<strong>of</strong>fzellen<br />

durch metallisches Papier<br />

(fh-ft) Das Fraunh<strong>of</strong>er-Institut für Fertigungstechnik<br />

und Angew<strong>and</strong>te Material<strong>for</strong>schung<br />

IFAM in Dresden entwickelt in einem<br />

neuen Projekt ein innovatives Gas Diffusion<br />

Layer (GDL) für mobile Brennst<strong>of</strong>fzellen,<br />

das komplett aus Metall besteht. Gemeinsam<br />

mit den Part-nern der Papierfabrik Louisenthal<br />

GmbH, der balticFuelCells GmbH,<br />

der FHR Anlagebau GmbH, der Papiertechnischen<br />

Stiftung PTS sowie dem Deutschen<br />

Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. sollen<br />

Verbesserungen sowohl in den Einsatz-<br />

Aus den Daten von 16 Anemometern (angedeutet als graue Punkte) rekonstruierte das Team<br />

ein dreidimensionales Windfeld. Hier ist ein Schnitt zu sehen. Blaue Farbtöne repräsentieren<br />

niedrige Windgeschwindigkeiten, rote höhere Geschwindigkeiten.<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 25


News fromScience & Research<br />

als auch den Montageei-genschaften der<br />

GDL erreicht werden, aber auch in der Fertigbarkeit<br />

selbst.<br />

GDL sind die Gasdiffusionsschichten, die<br />

in Brennst<strong>of</strong>fzellen-Stacks zwischen Bipolarplat-te<br />

und Elektrode angeordnet sind.<br />

Sie sorgen für eine optimale Gasverteilung<br />

sowie den Abtransport von Wasser, Wärme<br />

und Strom.<br />

Derzeit verwendete Brennst<strong>of</strong>fzellen haben<br />

diverse Verbesserungspotenziale: neben<br />

einer Minimierung des Bauraums sind<br />

die Senkung der Herstellungskosten und<br />

eine Verlängerung der Lebensdauer Hauptthemen.<br />

Die hier adressierten GDL sind dabei<br />

für alle drei Bereiche relevant.<br />

Ziel des Projekts „SinterGDL“ ist die Entwicklung<br />

einer neuartigen PEM-Stack-Einheit,<br />

die gleichzeitig kostengünstig und<br />

kompakt ist. Dabei liegt ein spezielles Augenmerk<br />

auf der einfachen Höherskalierung<br />

für die Großserienproduktion aller Komponenten.<br />

Der Clou dabei ist das verwendete Material<br />

für die GDL, das sogenannte Sinterpapier.<br />

Durch Prozesse, die aus der Papiertechnik<br />

stammen, werden organische Faserst<strong>of</strong>fe,<br />

Füllst<strong>of</strong>fe und Additive zusammen mit Metallpulver<br />

zu einem flächigen Produkt verarbei-tet,<br />

das dem klassischen Papier sehr<br />

ähnlich ist. In der anschließenden Wärmebeh<strong>and</strong>-lung<br />

werden die organischen Best<strong>and</strong>teile<br />

entfernt und es bleibt ein rein<br />

metallisches, poröses Material.<br />

Vorrangig liegen die Einsatzbereiche der<br />

neuartigen GDL in mobilen Brennst<strong>of</strong>fzellenan-wendungen<br />

in Pkw, Lkw, Bus oder<br />

Bahn. Auch in der Schifffahrt ist eine Nutzung<br />

per-spektivisch möglich. Des Weiteren<br />

lassen sich die Ergebnisse auch auf<br />

PEM-Elektrolyseurkonzepte anpassen und<br />

auf stationäre Anwendungen übertragen.<br />

Das Projekt SinterGDL wird im Rahmen<br />

des Nationalen Innovationsprogramms<br />

Wasser-st<strong>of</strong>f- und Brennst<strong>of</strong>fzellentechnologie<br />

mit insgesamt 2,82 Millionen Euro durch<br />

das Bun-desministerium für Digitales und<br />

Verkehr gefördert. Die Förderrichtlinie wird<br />

von der NOW GmbH koordiniert und durch<br />

den Projektträger Jülich (PtJ) umgesetzt.<br />

LL<br />

s.fhg.de/98F (2233219<strong>10</strong>)<br />

Grenzen der Lithiumgewinnung<br />

aus Geothermie<br />

(kit) Wasser aus der Tiefe pumpen, Lithium<br />

abtrennen und daraus Batterien für die<br />

Elektromobilität produzieren – die Idee vom<br />

umweltverträglichen und regionalen Lithium<br />

als Nebenprodukt der Geothermie<br />

scheint vielversprechend. Doch inwiefern<br />

sich der heimische Abbau wirklich lohnt,<br />

war bislang nicht ausreichend geklärt. Ein<br />

Team des Karlsruher Instituts für Technologie<br />

(KIT) hat jetzt den Forschungsst<strong>and</strong> zusammengefasst,<br />

Rohst<strong>of</strong>fmärkte analysiert<br />

und Technologien bewertet. Demnach<br />

könnten in Deutschl<strong>and</strong> theoretisch Tausende<br />

Tonnen Lithium pro Jahr gefördert werden,<br />

zentrale Fragen müssen aber noch geklärt<br />

werden.<br />

Wasser aus der Tiefe pumpen, Lithium abtrennen<br />

und daraus Batterien für die Elektromobilität<br />

produzieren – die Idee vom umweltverträglichen<br />

und regionalen Lithium<br />

als Nebenprodukt der Geothermie scheint<br />

vielversprechend. Doch inwiefern sich der<br />

heimische Abbau wirklich lohnt, war bislang<br />

nicht ausreichend geklärt. Ein Team des Karlsruher<br />

Instituts für Technologie (KIT) hat<br />

jetzt den Forschungsst<strong>and</strong> zusammengefasst,<br />

Rohst<strong>of</strong>fmärkte analysiert und Technologien<br />

bewertet. Demnach könnten in<br />

Deutschl<strong>and</strong> theoretisch Tausende Tonnen<br />

Lithium pro Jahr gefördert werden, zentrale<br />

Fragen müssen aber noch geklärt werden.<br />

Für die Energiewende benötigt Europa viele<br />

Batterien und dazu genügend Lithium,<br />

um sie zu produzieren. Die Europäische Union<br />

(EU) stuft Lithium entsprechend als kritischen<br />

Rohst<strong>of</strong>f ein – es droht ein Lithiumdefizit.<br />

„Wir sind dabei vollständig auf Importe<br />

angewiesen, weltweit stammen 80<br />

Prozent des Lithiums aus Chile und Australien“,<br />

sagt Valentin Goldberg vom Institut für<br />

Angew<strong>and</strong>te Geowissenschaften (AGW) des<br />

KIT. „Gleichzeitig nehmen wir erhebliche<br />

Umweltkosten beim konventionellen Abbau<br />

in diesen Ländern in Kauf, etwa negative<br />

Auswirkungen auf das Grundwasser.“ Bei<br />

der Lithiumgewinnung in Geothermiekraftwerken<br />

dagegen soll bestehende Infrastruktur<br />

in Europa genutzt werden, mit der bereits<br />

große Mengen Thermalwasser mit<br />

teilweise hohem Lithiumgehalt gefördert<br />

wird. Nach der Energieproduktion soll das<br />

Lithium dabei technologisch abgetrennt und<br />

das Wasser, wie im Kraftwerkbetrieb üblich,<br />

in den Untergrund zurückgeführt werden.<br />

„Grundsätzlich sehen wir die Technologie<br />

sehr positiv. Flächenverbrauch und Umweltkosten<br />

wären gering, genauso die Transportkosten“,<br />

so Goldberg. Um zu klären,<br />

welchen Beitrag heimisches Lithium zukünftig<br />

realistisch leisten kann, hat er nun<br />

gemeinsam mit einem Team am AGW das<br />

verfügbare Wissen zusammengetragen,<br />

analysiert und für Deutschl<strong>and</strong> erstmals das<br />

mögliche Potenzial berechnet.<br />

Regionale Lithiumgewinnung als<br />

ökologische Ergänzung<br />

Wie viel Lithium gewonnen werden kann,<br />

ist dabei nicht nur von den Lithiumkonzentrationen<br />

im Wasser abhängig, sondern auch<br />

von der st<strong>and</strong>ortabhängigen Fließrate und<br />

der Reservoirgröße. Für ihre Schätzung haben<br />

die Forschenden potenzielle St<strong>and</strong>orte<br />

in Deutschl<strong>and</strong> betrachtet, die Rohst<strong>of</strong>fmärkte<br />

analysiert und unterschiedliche<br />

Technologien hinsichtlich ihrer Effizienz,<br />

Anwendbarkeit und Integrationsfähigkeit<br />

für die geothermische Energieproduktion<br />

bewertet. „Auf dieser Basis halten wir bei<br />

einer optimistischen Abschätzung eine jährliche<br />

Produktion von ungefähr 2 600 bis 4<br />

700 Tonnen Lithiumkarbonat-Äquivalent<br />

für möglich, wenn alle relevanten Geothermiest<strong>and</strong>orte<br />

mit entsprechenden Anlagen<br />

ausgerüstet werden“, sagt Dr. Fabian Nitschke<br />

vom AGW, der ebenfalls an den Studien<br />

beteiligt war. „Damit könnten wir etwa 2 bis<br />

13 Prozent des Jahresbedarfs der geplanten<br />

Batteriefertigung in Deutschl<strong>and</strong> decken.“<br />

Durch den Zubau weiterer Geothermiekraftwerke<br />

sei eine Steigerung der Fördermengen<br />

denkbar, allerdings dauere es mindestens<br />

fünf Jahre, bis ein neu geplantes Kraftwerk<br />

in Betrieb geht. „Angesichts des globalen<br />

prognostizierten Lithiumdefizits und der<br />

geplanten Batteriefertigung wird sich die<br />

Lage speziell für Deutschl<strong>and</strong> rasch zuspitzen.<br />

Das Lithium aus der Geothermie kann<br />

mittelfristig also nur eine Ergänzung darstellen“,<br />

so Nitschke.<br />

Unterschiedliche Technologien im<br />

direkten Vergleich<br />

Noch sind die Prognosen von vielen Unsicherheiten<br />

geprägt: Die Größe und die Herkunft<br />

der Lithiumvorkommen in den Geothermalsystemen<br />

sowie die Reaktion der<br />

Reservoire auf eine kontinuierliche Förderung<br />

werden zurzeit er<strong>for</strong>scht. Zudem befinden<br />

sich die Technologien zur Extraktion<br />

in einem frühen bis mittleren Entwicklungsstadium<br />

– entscheidende Entwicklungsstufen<br />

sowie Langzeittests stehen noch aus. „Im<br />

direkten Vergleich zeigten sich allerdings<br />

bereits spezifische Vor- und Nachteile, die<br />

für eine wirtschaftliche Lithiumextraktion<br />

besonders relevant sind“, sagt Dr. Tobias<br />

Kluge vom AGW, ein weiterer Autor der Studien.<br />

„So wirken sich der Bedarf an zusätzlichen<br />

Rohst<strong>of</strong>fen, Schäden durch Ablagerungen<br />

an Bohrlöchern, Extraktionseinheiten<br />

und der Energieverbrauch direkt auf die<br />

Wirtschaftlichkeit aus.“<br />

Voraussetzung ist eine<br />

breite Akzeptanz<br />

Ob die Lithiumgewinnung mittels Geothermiekraftwerke<br />

in Deutschl<strong>and</strong> letztendlich<br />

realisiert wird, hängt aber nicht nur von<br />

der weiteren Technologieentwicklung sowie<br />

geeigneten St<strong>and</strong>orten ab. Vielmehr seien<br />

auch gesellschaftliche Unterstützung und<br />

Akzeptanz notwendig, betont Valentin<br />

Goldberg: „Unsere Veröffentlichungen im<br />

Magazin Grundwasser richten sich deshalb<br />

nicht nur an ein Fachpublikum. Vielmehr<br />

wollen wir Entscheidungsträgern in Politik<br />

26 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Power News<br />

und Wirtschaft aber auch allen interessierten<br />

Bürgerinnen und Bürgern die Möglichkeit<br />

geben, sich direkt und unabhängig über<br />

Chancen und Heraus<strong>for</strong>derungen zu in<strong>for</strong>mieren.“<br />

Zudem biete ihre Arbeit nun eine<br />

Basis für zukünftige Forschung und Entwicklung<br />

zu diesem gesellschaftsrelevanten<br />

Thema. Erstellt wurden die Studien im Rahmen<br />

der von der Abteilung für Geothermie<br />

und Reservoir-Technologie der AGW geleiteten<br />

GeoEnergie Forschung im Helmholtz-Programm<br />

Energie sowie des Forschungsprojektes<br />

BrineMine des Bundesministeriums<br />

für Bildung und Forschung<br />

(BMBF). (mhe)<br />

Geothermiest<strong>and</strong>orte mit Lithiumgehalten<br />

und Fließraten sowie die geplante<br />

Batteriezellfertigungen in Deutschl<strong>and</strong>.<br />

Goldberg et al. <strong>2022</strong><br />

Als „Die Forschungsuniversität in der<br />

Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt<br />

das KIT Wissen für Gesellschaft und<br />

Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Heraus<strong>for</strong>derungen<br />

maßgebliche Beiträge in den<br />

Feldern Energie, Mobilität und In<strong>for</strong>mation<br />

zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 800 Mitarbeiterinnen<br />

und Mitarbeiter auf einer breiten<br />

disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-,<br />

Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften<br />

zusammen. Seine 22 300 Studierenden<br />

bereitet das KIT durch ein <strong>for</strong>schungsorientiertes<br />

universitäres Studium<br />

auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft,<br />

Wirtschaft und Wissenschaft vor.<br />

Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die<br />

Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung<br />

zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen<br />

Wohlst<strong>and</strong> und Erhalt unserer<br />

natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist<br />

eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.<br />

LL<br />

www.kit.edu (223321911)<br />

Power<br />

News<br />

Eurelectric: 24/7 Carbon-free<br />

<strong>energy</strong> matching: shaping the<br />

future <strong>of</strong> corporate <strong>energy</strong><br />

procurement<br />

(eurelectric) The EU power sector has a key<br />

role to play to end Europe’s addiction to imported<br />

fossil fuels. It is this dependence that<br />

triggered the current <strong>energy</strong> crisis <strong>and</strong> because<br />

<strong>of</strong> it many households <strong>and</strong> businesses<br />

across Europe are now experiencing unprecedented<br />

pressure.<br />

Energy savings, as shown in eurelectric´s<br />

Power Barometer, are necessary to alleviate<br />

the pressure <strong>and</strong> ensure supply security in<br />

the short term. In the long-term however,<br />

the only structural solution to future <strong>energy</strong><br />

crunches is to massively decarbonise our<br />

<strong>energy</strong> system through clean <strong>and</strong> renewable<br />

electrification.<br />

One <strong>of</strong> the key drivers is corporate renewable<br />

<strong>energy</strong> sourcing. More businesses are<br />

now pledging to match their <strong>energy</strong> use with<br />

<strong>10</strong>0% renewable-based electricity. As a result,<br />

the EU renewable share <strong>of</strong> electricity<br />

consumption has steadily increased to reach<br />

45% in 2020 compared to 22% in 2015.<br />

The companies, however, are matching<br />

their <strong>energy</strong> dem<strong>and</strong> with renewable supply<br />

on an annual basis, <strong>and</strong> the majority using<br />

green tariffs or unbundled Guarantees <strong>of</strong><br />

Origin. This does not necessarily drive new<br />

build renewable <strong>energy</strong> projects <strong>and</strong> maximise<br />

decarbonisation.<br />

A more ambitious corporate <strong>energy</strong> procurement<br />

is to guarantee carbon-free <strong>energy</strong><br />

matching every hour <strong>of</strong> every day everywhere.<br />

This is how the 24/7 <strong>energy</strong> matching<br />

journey started. This approach aims at<br />

complementing the <strong>10</strong>0% RES annual<br />

matching by moving a step further.<br />

Carbon-free <strong>energy</strong> dem<strong>and</strong> <strong>and</strong> supply<br />

can now be matched on an hourly or<br />

sub-hourly basis, thanks to granular certificates<br />

validated by timely meter <strong>and</strong> grid<br />

data. Such granularity can increase the<br />

transparency <strong>and</strong> clarity <strong>of</strong> <strong>energy</strong> procurement<br />

as well as buyers’ confidence. Moreover,<br />

24/7 creates a clear price signal <strong>for</strong> renewables<br />

build-up <strong>and</strong> incentivises storage<br />

development, flexibility, <strong>and</strong> innovation.<br />

The good news is that several companies<br />

have already embarked on this journey.<br />

Google is leading the way, as explained by<br />

Caroline Golin - Global Head, Energy Market<br />

Development <strong>and</strong> Policy:<br />

“If our goal is to actually drive decarbonisation<br />

<strong>and</strong> if we truly believe that the grid is<br />

the innovation space where we grow technologies<br />

that will eventually get our entire<br />

economy <strong>of</strong>f fossil fuels, then we really need<br />

to dig into the grid <strong>and</strong> figure out how we<br />

can drive the most impact”.<br />

It is this common goal that inspired Eurelectric<br />

<strong>and</strong> its partners to launch the European<br />

24/7 <strong>energy</strong> matching Hub, a plat<strong>for</strong>m<br />

where <strong>energy</strong> buyers, suppliers, <strong>and</strong> policy<br />

makers can meet to know more about 24/7,<br />

receive technical training, <strong>and</strong> guidance in<br />

its implementation.<br />

If more <strong>and</strong> more <strong>energy</strong> users step up<br />

their commitment to 24/7 <strong>energy</strong> matching,<br />

the decarbonisation <strong>of</strong> the grid would accelerate.<br />

Carbon-free grids are indeed the<br />

linchpin <strong>for</strong> healthier carbon-neutral societies.<br />

Yet, barriers to unleash its full potential<br />

remain. Complexity, low awareness, <strong>and</strong><br />

lack <strong>of</strong> data access are some <strong>of</strong> the key challenges<br />

to scale up this innovative procurement<br />

approach. The most urgent, however,<br />

is the need <strong>for</strong> a common regulatory framework.<br />

The European Parliament’s has recently<br />

approved the 45% renewable target increase<br />

by 2030 <strong>and</strong> member states’ ability to issue<br />

granular certificates, as a building block <strong>of</strong><br />

24/7. This is a promising start but in MEP<br />

Morten Helveg Petersen words: “If we want<br />

to drag the market [towards 24/7 <strong>energy</strong><br />

matching] then the framework has to be<br />

common.”<br />

It is now crucial that policymakers make<br />

“24/7” the new framework <strong>for</strong> carbon-free<br />

<strong>energy</strong> matching <strong>and</strong> shape the future <strong>of</strong><br />

electricity sourcing across Europe <strong>and</strong> beyond.<br />

Allowing granular certificates, harmonised<br />

st<strong>and</strong>ards, <strong>and</strong> a system <strong>of</strong> recognition<br />

<strong>for</strong> businesses determined to take their <strong>energy</strong><br />

procurement to the next level are urgent<br />

enablers.<br />

Eurelectric <strong>and</strong> its partners have already<br />

begun this challenging yet promising journey<br />

towards 24/7, will you join us <strong>for</strong> the<br />

ride? The first 24/7 Hub <strong>and</strong> Academy meeting<br />

will take place on Friday 7 October at the<br />

Re-Source event in Amsterdam.<br />

More in<strong>for</strong>mation on the European 24/7<br />

Hub: 247.eurelectric.org<br />

LL<br />

www.eurelectric.org (223321923)<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 27


New storage technologies<br />

in the <strong>energy</strong> market<br />

Jan Weustink, Thorben Fohrmann, Sven Johannssen <strong>and</strong> Dagmar Thien<br />

Abstract<br />

Neue Speichertechnologien im<br />

Energiemarkt<br />

Der heilige Gral der Energiewende ist nicht<br />

einzig der Ausbau der Solar- und der Windkraftanlagen,<br />

sondern die Verfügbarkeit und<br />

die Koordinierung von Energiespeichern.<br />

Hierdurch wird der Überschuss an regenerativer<br />

Energie an sonnigen und windigen Zeiten<br />

gespeichert, mit dem Ziel diese abzugeben,<br />

wenn sie wieder benötigt wird.<br />

Die größere Heraus<strong>for</strong>derung hierbei ist nicht<br />

nur das Speichern der Energie für einen Tag<br />

(Daily <strong>Storage</strong>), sondern für ganze Wochen,<br />

bzw. Monate (Seasonal <strong>Storage</strong>).<br />

Elektro-chemische Energiespeicher wie Batterien<br />

sind teuer in der Produktion und begrenzt<br />

in der Kapazität, wobei wir bereits einen großen<br />

Preisverfall in der letzten Dekade ins-<br />

Authors<br />

Dipl.-Ing. (FH) Jan Weustink<br />

Senior Key Expert <strong>for</strong> Plant<br />

Simulation<br />

Thorben Fohrmann<br />

Strategic Analyst <strong>for</strong> Energy<br />

<strong>Storage</strong><br />

Dipl.-Ing. Sven Johannssen<br />

Sustainability Consultant &<br />

Project Manager<br />

Dr. rer. nat. Dagmar Thien<br />

Senior Sales Manager <strong>for</strong> Design<br />

<strong>of</strong> Energy Systems<br />

Siemens Energy<br />

Karlsruhe, Germany<br />

besondere bei Li-Ion-Batterien beobachten<br />

konnten.<br />

Stattdessen zeigen sich neue Ideen auf dem<br />

Markt, um die Heraus<strong>for</strong>derungen der Energiespeicherung<br />

zu lösen. Darunter sind auch<br />

thermische Speicher, um bei Bedarf Wärmeenergie<br />

über Wärmetauscher in Wasserdampf<br />

umzuw<strong>and</strong>eln und damit konventionelle Turbinen<br />

anzutreiben und/oder die Wärme für<br />

industrielle Prozesse oder Fernwärmelösungen<br />

bereitzustellen. Diese Speicher lassen sich<br />

auf unterschiedlichste Weisen mit bestehenden<br />

Kraftwerken kombinieren. Ein wichtiges Ziel<br />

für Stromnetze mit hohem Anteil an erneuerbaren<br />

Energien und integrierten Speichern ist<br />

darüber hinaus eine verbrauchsgesteuerte Primär-<br />

und Sekundärfrequenzregelung.<br />

Auch die Sektorenkopplung, sowie Power to X<br />

eröffnen viele weitere Möglichkeiten über die<br />

reine Energiespeicherung hinaus, wie im folgenden<br />

Artikel erläutert wird. <br />

l<br />

The holy grail <strong>of</strong> <strong>energy</strong> trans<strong>for</strong>mation is not<br />

solely the extension <strong>of</strong> solar <strong>and</strong> wind parks. It<br />

is also about the availability <strong>of</strong> <strong>energy</strong> when<br />

needed. There<strong>for</strong>e, <strong>energy</strong> storage solutions<br />

are necessary to store the excessive renewable<br />

<strong>energy</strong> on sunny <strong>and</strong> windy days to feed this<br />

back into the grid when needed. The major<br />

challenge here is not to store the <strong>energy</strong> <strong>for</strong> a<br />

day but rather <strong>for</strong> weeks or even months as<br />

seasonal storages: Electro-Chemical <strong>energy</strong><br />

storage like batteries is expensive in pro-duction<br />

<strong>and</strong> limited in capacity, even if we already<br />

see a huge decline in costs over the past decade<br />

especially at Li-Ion batteries.<br />

Instead, other technologies are evolving to<br />

counter the challenges <strong>of</strong> storing <strong>energy</strong>.<br />

Among these are thermal storages, where this<br />

heat converts water into steam to drive conventional<br />

steam tur-bines or the heat is used<br />

<strong>for</strong> industrial processes or district heating solutions.<br />

Beneficial is the aspect that these thermal<br />

storages can be combined with existing<br />

steam cycle power plants. An important topic<br />

remains to support the national grids with<br />

primary <strong>and</strong> secondary control. Sector coupling<br />

<strong>and</strong> Power to X-technologies <strong>of</strong>fer many<br />

more opportunities beyond the <strong>energy</strong> storage<br />

that also will be discussed in this article.<br />

Introduction<br />

For fighting (<strong>and</strong> ultimately stopping) climate<br />

change on a global scale, we need to<br />

push towards decarbonization fast. In this<br />

regard, extending the renewables is the key.<br />

Correspondingly several challenges <strong>for</strong> our<br />

<strong>energy</strong> system will occur: Maintaining stable<br />

grids <strong>for</strong> h<strong>and</strong>ling intermittent renewable<br />

infeed. And shifting renewable <strong>energy</strong> in<br />

times with high dem<strong>and</strong>, thus ensuring a<br />

24/7 availability <strong>of</strong> CO 2 -free <strong>energy</strong>. Some<br />

renewables (wind, geothermal, tidal, biomass,<br />

etc.) are available throughout the<br />

year, while solar <strong>energy</strong> is mainly produced<br />

in summer. However, most <strong>energy</strong> in the<br />

northern hemisphere is needed in winter,<br />

which requires an <strong>energy</strong> shift. Additionally,<br />

a big deviation in daily (<strong>and</strong> even hourly)<br />

cycles occurs, resulting in difficulties to obtain<br />

a stable grid.<br />

To solve these challenges, there is not a single<br />

<strong>energy</strong> storage solution which fits to all<br />

requirements <strong>and</strong> an entirely re-invented<br />

<strong>energy</strong> system needs to be installed. But the<br />

question is: Which storages to take or to<br />

combine <strong>and</strong> what will the <strong>energy</strong> supply <strong>of</strong><br />

the future look like?<br />

The basics<br />

Besides the availability <strong>of</strong> renewable electricity,<br />

we are furthermore facing the challenge<br />

that the electricity dem<strong>and</strong> is growing<br />

rapidly, due to a growing market <strong>of</strong> battery<br />

electric vehicles (BEV) <strong>and</strong> electrification <strong>of</strong><br />

industry (EoI) <strong>for</strong> further decarbonization 1 .<br />

Due to the target to reduce greenhouse gas<br />

(GHG) emissions, chemical industries, concrete<br />

<strong>and</strong> cement industries <strong>and</strong> the steel<br />

industry are looking out <strong>for</strong> alternative solutions<br />

<strong>for</strong> their highly <strong>energy</strong> intensive processes,<br />

e.g. chemically reducing <strong>of</strong> iron oxide<br />

via usage <strong>of</strong> hydrogen instead <strong>of</strong> black<br />

coal as done nowadays.<br />

1<br />

EOI describes the replacement <strong>of</strong> gas <strong>and</strong> oil<br />

boilers in residential areas with electrical heaters<br />

<strong>and</strong> heat pumps. Also, it covers the generation<br />

<strong>of</strong> industrial process steam by using renewable<br />

<strong>energy</strong> <strong>and</strong> convert it into required<br />

heat by resistive heating instead <strong>of</strong> burning<br />

fossil fuel.<br />

28 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong>


New storage technologies in the <strong>energy</strong> market<br />

In simple words: Energy must be available<br />

<strong>and</strong> reliable just in time, when it is needed.<br />

The production <strong>and</strong> consumption must always<br />

be kept in balance: ∑ produced <strong>energy</strong><br />

= ∑ consumed <strong>energy</strong><br />

This works fine as long as dispatchable <strong>and</strong><br />

completely controllable conventional power<br />

sources are in their control range. The cost<br />

<strong>of</strong> electricity is well predictable, but the situation<br />

changes, when we reach the limits <strong>of</strong><br />

their control range which stretches from the<br />

minimum capable load to the maximum capable<br />

load. This is the time, when we run<br />

out <strong>of</strong> control margins <strong>and</strong> as we know, price<br />

is a function <strong>of</strong> dem<strong>and</strong> compared to the <strong>of</strong>fer<br />

in the market. Both, the minimum capable<br />

load <strong>and</strong> the maximum capable load are<br />

not fixed values. They vary over time, since<br />

the production <strong>of</strong> renewable <strong>energy</strong> is taken<br />

into account, as well as the types <strong>of</strong> power<br />

plants <strong>and</strong> their amount that are in operation<br />

at that very time. Looking at the situation<br />

in Germany, conventional power plants<br />

are not allowed to dump load by opening the<br />

turbine bypasses. So, when they reach minimum<br />

load, they must decide if they shut<br />

down or stay online. Shutting down the<br />

plants must be well considered, since restarts<br />

cost time <strong>and</strong> fuel. This also leads to<br />

the need <strong>of</strong> feeding storage partially from<br />

conventional sources to avoid shut downs,<br />

since a re-start means financial losses <strong>and</strong> an<br />

increased CO 2 -production.<br />

This relation can be seen in the <strong>energy</strong> price<br />

development: In F i g u r e 1 the <strong>energy</strong> production<br />

<strong>and</strong> the <strong>energy</strong> market prices at the<br />

German spot-market are displayed <strong>for</strong> an<br />

example time frame in 2020. Frequently we<br />

can see peaks in the red line (<strong>energy</strong> market<br />

price in €) whenever we have not enough<br />

controllable <strong>energy</strong> sources (positive peaks)<br />

<strong>and</strong> when we produce more <strong>energy</strong> than we<br />

can consume (negative peaks).<br />

So, does already <strong>energy</strong> arbitrage make<br />

sense? Solely financially analyzed, the potential<br />

financial turnover <strong>of</strong> storages can be<br />

calculated based on the price differences<br />

between the highs <strong>and</strong> the lows <strong>of</strong> the <strong>energy</strong><br />

prices multiplied with the stored <strong>energy</strong><br />

under consideration <strong>of</strong> the cycle efficiency,<br />

taxes <strong>and</strong> fees.<br />

∑ Revenue = (selling price-buying price-grid<br />

fees,taxes,etc.) × stored <strong>energy</strong> ×<br />

cycle efficiency<br />

Capacity in GW<br />

80<br />

70<br />

60<br />

50<br />

40<br />

30<br />

20<br />

<strong>10</strong><br />

0<br />

-<strong>10</strong><br />

-20<br />

-50<br />

01.01.2020 11.02.2020 24.03.2020 05.05.2020 15.06.2020 27.07.2020 07.09.2020 18.<strong>10</strong>.2020<br />

Date in MEZ<br />

Fig. 1. Energy prices (red line) in Germany <strong>for</strong> January 2020 till October 2020 [1].<br />

Currently this calculation <strong>of</strong> arbitrage trading<br />

barely justifies the construction <strong>and</strong> operation<br />

<strong>of</strong> storages, since the events <strong>of</strong> extreme<br />

cost differences are still too rare. But<br />

this changes, when we look more detailed<br />

into the technology <strong>and</strong> the physical constraints<br />

<strong>of</strong> our national grids, where the situation<br />

indicates a much more dramatic scenario.<br />

Grids still require black start capabilities,<br />

capacity reserves <strong>and</strong> ancillary services.<br />

So, technology-wise this indicates that we<br />

are facing the limits <strong>of</strong> our national grids,<br />

caused by the imbalance <strong>of</strong> controllable devices<br />

to “disturbances”. Now besides consumers,<br />

we also got producers or even “Prosumers”<br />

(artificial combination <strong>of</strong> producer<br />

<strong>and</strong> consumer) which in control theory act<br />

like disturbances to the grid <strong>and</strong> the remaining<br />

controllable <strong>energy</strong> sources need to provide<br />

more “control <strong>energy</strong>”. Control <strong>energy</strong><br />

here means the difference <strong>of</strong> maximum capable<br />

load to minimum capable load (Delta<br />

load in % or MW) under consideration <strong>of</strong><br />

load ramps (%/minute or MW/min). And a<br />

certain control <strong>energy</strong> reserve is simply required<br />

to maintain a stable power grid.<br />

But there also is another perspective which<br />

shows analogies to hybrid cars: Hybrid power<br />

plants. <strong>Storage</strong>s can optimize the operational<br />

behavior <strong>of</strong> conventional power plants<br />

or also act as a buffer to operate around optimal<br />

working points. This is illustrated in<br />

F i g u r e 2 based on a combined conventional<br />

power plant <strong>and</strong> a battery <strong>energy</strong> storage<br />

system, called SIESTARTTM.<br />

F i g u r e 2 shows two different scenarios.<br />

Light blue showing the “st<strong>and</strong>ard operation<br />

line” <strong>of</strong> a gas turbine (GT). Power increase<br />

can happen “slowly” only because power increase<br />

at a GT is mainly driven by the turbine<br />

inlet temperature. “Slowly” is <strong>of</strong> course<br />

a relative term, as modern gas turbines from<br />

Siemens Energy can h<strong>and</strong>le load gradients<br />

up to 50 MW/min at F-class engines <strong>and</strong> up<br />

to 75 MW/min at HL-class. Fast temperature<br />

changes mean stress <strong>for</strong> the material <strong>and</strong><br />

have an impact to the lifetime <strong>of</strong> the parts.<br />

The huge advantage <strong>of</strong> batteries (in combination<br />

with a capacitor) are the fast reaction<br />

<strong>and</strong> accelerating times <strong>of</strong> power output –<br />

they react within milliseconds. The purple<br />

line shows the operation line <strong>of</strong> the hybrid<br />

200<br />

175<br />

150<br />

125<br />

<strong>10</strong>0<br />

solution, where the benefits are combined.<br />

The battery makes the system faster to react<br />

to the grid, it helps if a black start <strong>of</strong> the engine<br />

is necessary (battery instead <strong>of</strong> a diesel<br />

engine) <strong>and</strong> additionally the batteries can<br />

be used <strong>for</strong> short-term peak power bridging.<br />

Furthermore, the batteries can be used as an<br />

additional <strong>energy</strong> buffer, which allows the<br />

gas turbine to also be operated in isl<strong>and</strong><br />

mode <strong>and</strong> thus makes it fit <strong>for</strong> use in microgrids.<br />

Additionally, the battery helps the gas<br />

turbine to be operated at optimal load behavior<br />

with minimized CO 2 -footprint by<br />

temporarily consuming the surplus <strong>energy</strong><br />

(that is not needed by the grid) or providing<br />

the missing <strong>energy</strong>. The main advantage <strong>of</strong><br />

the GT is the uninterruptible <strong>and</strong> dispatchable<br />

power supply over hours, weeks or even<br />

years. Another hybrid solution could be a<br />

thermal storage behind e.g., a gas turbine<br />

where thermal <strong>energy</strong> will be stored from<br />

the flue gas <strong>and</strong> could be released later,<br />

when needed.<br />

Back to the grid constraints: Previously we<br />

discussed the limitations <strong>of</strong> conventional<br />

power plants. But even when all classical <strong>energy</strong><br />

sources would have a <strong>10</strong>0 % control<br />

range <strong>and</strong> an infinite load ramp capability,<br />

we will one day reach a natural limit. Latest,<br />

when renewable <strong>energy</strong> production exceeds<br />

the <strong>energy</strong> consumption <strong>and</strong>/or when the<br />

transmission systems are at their limits,<br />

large consumers must contribute to the grid<br />

stability. This may work in a certain range<br />

with dem<strong>and</strong> side management, e.g., with<br />

controllable consumers in the steel production<br />

or cooling houses <strong>and</strong> partially even<br />

at home, when <strong>for</strong> example car chargers<br />

are being controlled by the grid. But still<br />

we may face imbalances that cannot be cov-<br />

Peaking<br />

Power Power Flex operation line (with SIESTAR TM )<br />

St<strong>and</strong>ard operation line<br />

Frequency response PFR + SFR<br />

Fast start<br />

Black start<br />

Fast ramp-up <strong>and</strong><br />

ramp-down support<br />

Minimum environmental<br />

load<br />

Isl<strong>and</strong>ing, <strong>of</strong>f-grid<br />

Fig. 2. SIESTARTTM optimized per<strong>for</strong>mance opens new opportunities <strong>for</strong> conv. power plants.<br />

Time<br />

75<br />

50<br />

25<br />

0<br />

-25<br />

Prices in Euro/MWh, Euro/tCO2<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 29


New storage technologies in the <strong>energy</strong> market<br />

Network <strong>and</strong> system security measures <strong>for</strong> the years 2016 to 2020 in Germany<br />

Downtime work Calculated approx,<br />

<strong>of</strong> renewable<br />

energies<br />

[GWh]<br />

Downtime mean<br />

power [MW)<br />

3,500.00<br />

Downtime work <strong>of</strong> renewable energies [GWh]<br />

2016 Q1<br />

2016 Q2<br />

1,524.00<br />

534.00<br />

43.49<br />

15.24<br />

3,000.00<br />

2016 Q3<br />

2016 Q4<br />

551.00<br />

1,134.00<br />

15.72<br />

32.36<br />

2,500.00<br />

2017 Q1<br />

1,412.00<br />

40.30<br />

2,000.00<br />

2017 Q2<br />

1,364.00<br />

38.93<br />

2017 Q3<br />

435.00<br />

12.41<br />

1,500.00<br />

2017 Q4<br />

2018 Q1<br />

2,307.00<br />

1,971.00<br />

65.84<br />

56.25<br />

1,000.00<br />

2018 Q2<br />

2018 Q3<br />

945.00<br />

723.00<br />

26.97<br />

20.63<br />

500.00<br />

2018 Q4<br />

2019 Q1<br />

2019 Q2<br />

1,764.00<br />

3,205.00<br />

875.00<br />

50.34<br />

91.47<br />

24.97<br />

-<br />

2016 2016 2016 2016 2017 2017 2017 2017 2018 2018 2018 2018 2019 2019 2019 2019 2020<br />

Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1<br />

2019 Q3<br />

2019 Q4<br />

2020 Q1<br />

864.00<br />

1,539.00<br />

2,961.00<br />

24.66<br />

43.92<br />

84.50<br />

Downtime work <strong>of</strong> renewable energies [GWh]<br />

Linear (Downtime work <strong>of</strong> renewable energies [GWh])<br />

Fig. 3. Curtailment <strong>of</strong> wind power in Germany [3].<br />

Megawatt<br />

Net load in MW<br />

28,000<br />

26,000<br />

24,000<br />

22,000<br />

20,000<br />

18,000<br />

16,000<br />

14,000<br />

12,000<br />

<strong>10</strong>,000<br />

28,000<br />

26,000<br />

24,000<br />

22,000<br />

20,000<br />

18,000<br />

16,000<br />

14,000<br />

12,000<br />

<strong>10</strong>,000<br />

Potential overgeneration<br />

Net load - March 31<br />

2018<br />

2019<br />

0<br />

12am 3am 6am 9am 12pm 3pm 6pm 9pm<br />

Hour<br />

Distribution <strong>of</strong> RTD Energy Prices --- April, 2015<br />

1,<strong>10</strong>0<br />

1,000<br />

900<br />

800<br />

700<br />

600<br />

500<br />

400<br />

300<br />

200<br />

<strong>10</strong>0<br />

0<br />

-<strong>10</strong>0<br />

1 2 3 4 5 6 7 8 9<br />

-200<br />

<strong>10</strong> 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24<br />

Hours<br />

Fig. 4. “Duck Curve” <strong>and</strong> Energy Prices 2015 [4].<br />

2012<br />

(actual)<br />

2013 (actual)<br />

2014<br />

2015<br />

2016<br />

2017<br />

2020<br />

Increased ramp<br />

RTD <strong>energy</strong> prices €/MWh<br />

ered anymore when we assume an increasing<br />

production <strong>of</strong> renewable <strong>energy</strong> sources<br />

<strong>and</strong> a reduction <strong>of</strong> conventional power<br />

plants [2].<br />

Every kWh, which then is produced on top,<br />

when the control range is exceeded <strong>and</strong> the<br />

storages are fully charged, must be dumped.<br />

F i g u r e 3 shows an example <strong>of</strong> curtailment<br />

<strong>of</strong> wind power in Germany. The phenomenon<br />

is also known in other countries with<br />

high amount <strong>of</strong> wind <strong>energy</strong>. On the other<br />

h<strong>and</strong>, whenever the <strong>energy</strong> dem<strong>and</strong>s are<br />

higher than production <strong>and</strong> we already<br />

reached the (current) maximum capable<br />

load either in the whole grid or more likely<br />

<strong>of</strong> the transmission lines, only load shedding<br />

= de-powering <strong>of</strong> certain districts will save<br />

the grid from collapsing. Energy storage can<br />

solve both issues – curtailment <strong>of</strong> renewable<br />

<strong>energy</strong> sources <strong>and</strong> hedging the risk <strong>of</strong> no<br />

sun <strong>and</strong> no wind <strong>for</strong> electricity pro-duction.<br />

The impact <strong>of</strong> photovoltaic to electricity<br />

market prices, is very well shown in the so<br />

called “Duck Curve” from Cali<strong>for</strong>nia where<br />

we saw a huge rise <strong>of</strong> installed photovoltaic<br />

power over the past years (cf. F i g u r e 4 ).<br />

The curve shows, that during daytime when<br />

the sun is shining, the additional electricity<br />

dem<strong>and</strong> is very low <strong>and</strong> is further shrinking<br />

year per year. This leads to an ever increasing<br />

steep ramp after sundown. Furthermore,<br />

the high power production during daytime<br />

leads to low electricity prices, as shown on<br />

the lower graph exemplary <strong>for</strong> 2015.<br />

The time frame, during which a lot <strong>of</strong> sunlight<br />

is available, leads to a decrease <strong>of</strong> electricity<br />

requests from conventional power<br />

plants <strong>and</strong> corresponding lower prices at<br />

noon in Cali<strong>for</strong>nia (between 8 am <strong>and</strong> 4<br />

pm). But because electricity is also needed<br />

at the evening when the sun does not shine,<br />

we see now much higher dem<strong>and</strong>s <strong>and</strong> prices<br />

<strong>for</strong> electricity. Using storage technology<br />

could lead to a flatter curve. <strong>Storage</strong> could<br />

balance the costs across the day. There is a<br />

multitude <strong>of</strong> different use cases in that regard,<br />

e.g. on the side <strong>of</strong> generation, transmission,<br />

or dem<strong>and</strong> – generation optimization,<br />

congestions relief, dem<strong>and</strong> balancing<br />

to name a few [5].<br />

30 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


New storage technologies in the <strong>energy</strong> market<br />

Energy nexus<br />

<strong>Electricity</strong><br />

Additional <strong>for</strong>ms <strong>of</strong> Energy:<br />

- Magnetical<br />

- Radiation (e.g. light)<br />

- Kinetical (e.g. gravity)<br />

- Nuclear<br />

Power plant<br />

Electr. heater<br />

Electrolysis<br />

Fuel cell<br />

Dynamo<br />

Combustion<br />

The good news is, that <strong>energy</strong> can be converted<br />

back <strong>and</strong> <strong>for</strong>th between the different<br />

<strong>energy</strong> states although (sometimes significant)<br />

<strong>energy</strong> losses occur during each conversion<br />

(F i g u r e 5 ). There<strong>for</strong>e, <strong>energy</strong><br />

conversion with all its features is one <strong>of</strong> the<br />

key factors in designing <strong>and</strong> evaluating <strong>energy</strong><br />

storage systems.<br />

To put this into perspective, converting natural<br />

gas with CCPPs into electric <strong>energy</strong> has<br />

an efficiency <strong>of</strong> 50 - 65 %. But also roundtrip<br />

efficiencies <strong>of</strong> storage can be almost anything<br />

between <strong>10</strong> % <strong>and</strong> 90 % depending on<br />

the <strong>energy</strong> conversion(s) used during charging<br />

<strong>and</strong> discharging. Since we cannot af<strong>for</strong>d<br />

to waste <strong>energy</strong>, it must be stored <strong>and</strong> made<br />

available when needed in the most efficient<br />

manner. And with good <strong>energy</strong> storage designs,<br />

we can get not just a good cycle efficiency,<br />

but also a control range from maximum<br />

power delivery (maximum capable<br />

load = <strong>10</strong>0 % power delivery) to a maximum<br />

charging power (minimum capable<br />

load= -<strong>10</strong>0 % <strong>of</strong> charging). So that means if<br />

we simplify here, that a <strong>10</strong>0 MW <strong>energy</strong> storage<br />

has a control range <strong>of</strong> <strong>10</strong>0-(-<strong>10</strong>0) =<br />

200 % <strong>of</strong> the nominal load (differentiation<br />

<strong>and</strong> details later in this text). Here, the market<br />

<strong>of</strong> <strong>energy</strong> storage systems begins to<br />

spread. It becomes more <strong>and</strong> more complicated<br />

to rate the different storage concepts<br />

<strong>Heat</strong><br />

Gasification<br />

Chemical<br />

Gas turbine<br />

Friction<br />

Electric motor<br />

Muscles<br />

Mechanic<br />

NOTE:<br />

All written functions are<br />

examples. There could be more<br />

possible ways to transfer <strong>energy</strong>.<br />

Fig. 5. The Energy Nexus exemplary overview <strong>of</strong> <strong>energy</strong> conversion possibilities. Conversion losses<br />

appear as heat. They are not shown in this diagram.<br />

Discharge<br />

duration<br />

Weeks<br />

Days<br />

Hours<br />

Energy storage systems provide a great variety<br />

<strong>of</strong> solutions <strong>for</strong> various use cases<br />

Hydrogen storage<br />

Thermal<br />

Thermo-/<br />

Mechanical<br />

Minutes<br />

Batteries<br />

Seconds<br />

Miliseconds<br />

Rotating Grid<br />

Stabilizers<br />

<strong>10</strong> kW 1 MW <strong>10</strong>0 MW 1,000 MW<br />

Power<br />

with the different advantages <strong>and</strong> disadvantages.<br />

So be<strong>for</strong>e looking at the parameters more in<br />

detail, we also must put the storage capacity<br />

<strong>and</strong> the duration <strong>of</strong> storage into a perspective:<br />

An <strong>of</strong>ten-seen representation <strong>of</strong> <strong>energy</strong> storage<br />

is the diagram shown in F i g u r e 6 , in<br />

which different types <strong>of</strong> storage are rated by<br />

Power output [MW] on the X-Axis <strong>and</strong> the<br />

discharge duration [time range] on the Y-<br />

Axis. Not considered here are the previously<br />

mentioned constraints like cycle efficiency<br />

or controllability. Nevertheless, it helps to<br />

visualize the operational range.<br />

Clustering this representation, a little deeper<br />

into the time dependency <strong>of</strong> the solutions,<br />

we must segregate into short term storages,<br />

mainly <strong>for</strong> primary frequency control <strong>for</strong><br />

grid stabilization, long term storages to carry<br />

the <strong>energy</strong> into the winter season <strong>and</strong> the<br />

intermediate or mid-term storages to ensure<br />

secondary or tertiary frequency control to<br />

stabilize the grid <strong>and</strong> to “buy” enough time<br />

to activate other <strong>energy</strong> sources.<br />

Short-term storages: Mostly used as shortterm<br />

storages are batteries (e.g. Li-Ion) <strong>and</strong><br />

super-capacitors in wide ranges from local<br />

home storages <strong>for</strong> prosumers to industrial<br />

applications <strong>and</strong> grid stabilizing devices,<br />

Long-term storage with green hydrogen enables the<br />

efficient coupling <strong>of</strong> all sectors <strong>of</strong> the economy.<br />

Thermal <strong>energy</strong> storage improves a plant's efficiency, it's<br />

operational flexibility <strong>and</strong> provides high-quality process steam.<br />

Compressed air <strong>energy</strong> storage (CAES) stores <strong>energy</strong> when<br />

dem<strong>and</strong> is low <strong>and</strong> reuses it when dem<strong>and</strong> is high.<br />

lt also enables long-term storage.<br />

Batteries support fast <strong>and</strong> zero-carbon <strong>energy</strong> supply,<br />

enable shifting to renewable <strong>energy</strong> <strong>and</strong> avoid curtailment.<br />

Rotating Grid Stabilizers enable the grid to<br />

h<strong>and</strong>le fluctuating renewable infeed.<br />

Fig. 6. Different storages rated on power output vs. duration <strong>of</strong> storage.<br />

while hydro storages <strong>and</strong> flywheels currently<br />

only apply <strong>for</strong> larger scales. In addition,<br />

there are large consumers that store <strong>energy</strong><br />

<strong>for</strong> their processes like cooling houses or the<br />

steel production but without feeding the <strong>energy</strong><br />

back into the electric grid.<br />

Mid-term storages cover the range between<br />

short term <strong>and</strong> long-term storage <strong>and</strong> there<strong>for</strong>e<br />

also pumped hydro, pressure storages<br />

(e.g. Compressed Air Energy <strong>Storage</strong>), large<br />

consumers <strong>and</strong> thermal storages (stones,<br />

concrete, molten salt, etc.) can be considered<br />

here. If there is one type <strong>of</strong> storage that<br />

fits best into this category, it probably would<br />

be redox-flow batteries, since they are<br />

well scalable to these needs <strong>and</strong> they have a<br />

relatively high efficiency, since they do not<br />

require a thermal conversion or large machinery.<br />

Long-term storages: The range <strong>of</strong> long-term<br />

storages is wide <strong>and</strong> the most challenging,<br />

since especially heat is required in winter<br />

times. Sector coupling must be considered<br />

with green H 2 (Hydrogen with green electricity<br />

via electrolysis) / green CH 4 (Methane<br />

– catalytic reactions between green H 2<br />

<strong>and</strong> CO 2 ) <strong>and</strong> green NH 3 (Ammonia – classic<br />

NH 3 synthesis with green H 2 ). Green methane<br />

<strong>and</strong> in certain ranges also hydrogen can<br />

be added to national gas storages to replace<br />

natural gas <strong>and</strong> NH 3 can be stored <strong>and</strong> transported<br />

in tanks. The drawback <strong>of</strong> Power to<br />

X <strong>and</strong> Power to Gas currently is the cycle<br />

efficiency, the benefit though is an easy conversion<br />

back to electricity via gas turbines,<br />

combustion engines or fuel cells <strong>for</strong> <strong>energy</strong><br />

purpose, but also <strong>and</strong> especially <strong>for</strong> mobility<br />

applications on l<strong>and</strong>, sea or in the air.<br />

Although metal fuels (e.g., Aluminum/<br />

Aluminum Oxide) are emerging technologies,<br />

although at the time <strong>of</strong> writing this article<br />

without known commercial applications.<br />

Which parameters are used to rate <strong>energy</strong><br />

storage:<br />

In the following, the different features <strong>of</strong> the<br />

mainly available types <strong>of</strong> <strong>energy</strong> storage<br />

are clustered <strong>and</strong> rated based on control capability,<br />

environmental <strong>and</strong> financial aspects.<br />

Control capability:<br />

––<br />

Basic Offset / working point range (Minimum<br />

charging/discharging load):<br />

The basic <strong>of</strong>fset is the working point<br />

around which control <strong>energy</strong> can be provided.<br />

To <strong>of</strong>fer positive control <strong>energy</strong>,<br />

turbines must be synchronized <strong>and</strong> deliver<br />

a certain minimum load to avoid backenergizing<br />

or overheating. There<strong>for</strong>e, several<br />

types <strong>of</strong> thermal storage with an attached<br />

steam cycle have a dead-b<strong>and</strong><br />

between minimum load <strong>of</strong> the steam process<br />

<strong>and</strong> a minimum charging load. To<br />

deliver control <strong>energy</strong>, the thermal storage<br />

must avoid this dead-b<strong>and</strong>, since they<br />

cannot participate in load control during<br />

this time.<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 31


New storage technologies in the <strong>energy</strong> market<br />

––<br />

<strong>Storage</strong> peak capacity in [MWh]:<br />

Maximum amount <strong>of</strong> <strong>energy</strong> that can be<br />

stored in the <strong>energy</strong> storage<br />

––<br />

Peak power output in [MW]:<br />

Maximum discharge load to the grid<br />

––<br />

Peak power consumption while charging<br />

in MW:<br />

Maximum <strong>energy</strong> charging load from the<br />

grid<br />

––<br />

Mean time to deliver Primary or Secondary<br />

Frequency Control (load response<br />

time):<br />

Some types <strong>of</strong> <strong>energy</strong> storage <strong>of</strong>fer “instant”<br />

<strong>energy</strong>, some others require a startup<br />

time, e.g. conventional power plants<br />

must start <strong>and</strong> synchronize the turbine<br />

be<strong>for</strong>e load can be delivered, while hydro<br />

power storages open the gates <strong>and</strong> the <strong>energy</strong><br />

is almost instant, given the generators<br />

are already synchronized at that time.<br />

––<br />

Charge/discharge cycles (n) / wear <strong>and</strong><br />

tear / ageing:<br />

––<br />

Several types <strong>of</strong> storage age over charging<br />

cycles or time. This can be seen as degradation<br />

<strong>of</strong> batteries or wear <strong>and</strong> tear in<br />

thermal storage.<br />

––<br />

Requirement to fully charge/discharge after<br />

n cycles:<br />

We should avoid to fully charge/discharge<br />

electro-chemical batteries, while some<br />

types <strong>of</strong> thermal storage require full<br />

charging/discharging on a regular basis<br />

to recover the full capacity.<br />

––<br />

Changeover time from charging discharging<br />

<strong>and</strong> from discharging charging:<br />

––<br />

E.g., Thermal storage requires switchover<br />

times, since usually several dampers<br />

<strong>and</strong> valves must be opened or closed.<br />

Steam processes require a complete startup<br />

process be<strong>for</strong>e the turbine can be synchronized.<br />

With good control concepts<br />

those changeover times can be reduced<br />

or even eliminated, in case there can be<br />

an overlap between charging <strong>and</strong> discharging.<br />

Effectively this means that we<br />

manipulate the working point <strong>of</strong> one<br />

mode.<br />

The same applies to mechanical storage<br />

technologies like compressed air <strong>energy</strong><br />

storage (CAES), liquified air <strong>energy</strong> storage<br />

(LAES) or pumped hydro storage.<br />

Specific parameters <strong>for</strong> batteries or capacitors:<br />

––<br />

C-Rate as relation <strong>of</strong> power [MW] to storage<br />

capacity [MWh]<br />

Environment:<br />

––<br />

Environmental, Social, Government<br />

(ESG) impacts (resources/mining/<strong>energy</strong>):<br />

Which materials are required? Where <strong>and</strong><br />

with which labor conditions are they<br />

mined? Are the components environmentally<br />

friendly? Can they be recycled? How<br />

much <strong>energy</strong> is required to produce those<br />

<strong>energy</strong> storages? And where (which technology)<br />

does it come from?<br />

––<br />

nominal efficiency η: MWh out / MW hin<br />

The nominal efficiency varies vastly over<br />

the different kind <strong>of</strong> <strong>energy</strong> storages.<br />

Thermal storage with a steam cycle is limited<br />

as described by the Carnot process,<br />

but also chemical storage has thermal<br />

losses, electrolyzers produce heat, converting<br />

H 2 to Ammonia or Methane also<br />

produces heat, mechanic storage produces<br />

frictional losses, etc. All sums up to the<br />

nominal efficiency.<br />

––<br />

<strong>Storage</strong> loss: Energy Loss over time:<br />

––<br />

Energy storage may have losses over time.<br />

Losses can occur due to radiation, chemical<br />

reactions, thermal losses, mechanical<br />

losses, leakages, etc.<br />

––<br />

Energy density (MWh/m³ or MWh/m² or<br />

MWh/kg):<br />

––<br />

Where shall the <strong>energy</strong> storage be erected?<br />

How much real estate is available?<br />

How much volume can be used? Are there<br />

weight limitations?<br />

Financial:<br />

––<br />

<strong>Heat</strong> <strong>and</strong>/or electrical storage:<br />

Which revenue stream shall be served?<br />

E.g. thermal storage can be used <strong>for</strong> thermal<br />

use only or combined with cycle processes<br />

<strong>for</strong> electricity <strong>and</strong>/or district chilling<br />

(with combination <strong>of</strong> absorption chillers).<br />

Is the target primary frequency<br />

control or is a seasonal storage required?<br />

(See next chapter)<br />

––<br />

Scalability:<br />

Can the <strong>energy</strong> storage be (easily) extended<br />

in regards <strong>of</strong> load <strong>and</strong>/or capacity?<br />

––<br />

Capital Expenditures (CAPEX):<br />

Cost to build the storage<br />

––<br />

Operational Expenditures (OPEX):<br />

Cost to operate <strong>and</strong> maintain the storage.<br />

––<br />

Levelized costs <strong>of</strong> storage (LCOS):<br />

Combination <strong>of</strong> CAPEX, OPEX charging<br />

<strong>and</strong> discharging price<br />

––<br />

Cycle Efficiency as combination <strong>of</strong> nominal<br />

efficiency <strong>and</strong> storage loss over time as<br />

mentioned under “Environment”<br />

Other considerations<br />

Energy <strong>Storage</strong> needs to serve a certain purpose,<br />

so the previously mentioned categories<br />

can be used to find the right product. In<br />

many cases, not a single storage solution fits<br />

all <strong>and</strong> <strong>of</strong>ten a combination <strong>of</strong> different<br />

measures leads to the most suitable solution.<br />

For example, load control means not<br />

only producing load but also consuming<br />

load in a controlled manner, there<strong>for</strong>e, load<br />

consumption also can contribute to the load<br />

control. Keeping the control devices in control<br />

range can be achieved by shifting load<br />

setpoints between the contributors in the<br />

grid, e.g., charging batteries to induce consumption<br />

to the grid so that a steam turbine<br />

can leave minimum load. Also there is a high<br />

potential due to sector coupling, or a thermal/mechanical<br />

coupling, where thermal<br />

storage is combined with CCPPs <strong>for</strong> a hybrid<br />

operation to reduce CAPEX/OPEX. Battery<br />

driven electric vehicles could be used as<br />

short-term storages. Since a number <strong>of</strong> conventional<br />

power plants will be shutdown (or<br />

even just temporarily), converting such<br />

power plants to add revenue even when<br />

not in power generation mode may be a relevant<br />

option. Concepts <strong>for</strong> such conversion<br />

may be including thermal storage into an<br />

existing steam cycle, converting power<br />

trains to (hybrid) synchronous condenser<br />

units with or without adding a flywheel<br />

(mechanical storage to provide inertia to<br />

the grid), adding battery <strong>energy</strong> storage systems<br />

<strong>and</strong> / or super capacitors <strong>for</strong> more flexibility<br />

electrically. Siemens Energy provides<br />

solutions <strong>for</strong> all <strong>of</strong> those concepts, assists<br />

in finding the optimum <strong>energy</strong> system<br />

design <strong>for</strong> a specific site <strong>and</strong> integrates<br />

the respective solution. Since <strong>energy</strong> storage<br />

sites are most likely unmanned, integration<br />

to the grid / remote connection <strong>and</strong> cyber<br />

security become an issue. Eventually,<br />

when scaling this down, it also leads to including<br />

smart home devices / intelligent<br />

prosumers (producer <strong>and</strong> consumer). More<br />

households install <strong>energy</strong> storages <strong>and</strong> electric<br />

mobility is on the rise. There<strong>for</strong>e, the<br />

charging / discharging eventually must be<br />

integrated into the grid control strategy. In<br />

virtual power plants, new financial models<br />

may also become valid including blockchain<br />

based payments, certificate trading <strong>and</strong><br />

more.<br />

The extensive topics <strong>of</strong> microgrids, virtual<br />

power plants, ... will be discussed in a separate<br />

article.<br />

Summary <strong>and</strong> result<br />

In this article we discussed different types <strong>of</strong><br />

<strong>energy</strong> storage that are currently seen on the<br />

market with their properties, advantages,<br />

<strong>and</strong> disadvantages. However, this comparison<br />

will never be complete: new technologies<br />

are evolving, <strong>and</strong> existing technologies<br />

are improving but also requirements change<br />

over time. The storage market is democratizing<br />

as more private households install battery<br />

storage, more industries discover the<br />

benefits <strong>of</strong> peak load shaving, conventional<br />

power plants extend the primary <strong>and</strong> secondary<br />

frequency support with storage, <strong>and</strong><br />

much more.<br />

Investors must focus on their own use cases,<br />

<strong>and</strong> some external use cases could extend<br />

the business models even further. As<br />

one example, the optimization targets<br />

change, when the plant operators not only<br />

optimize their local plant operation but<br />

also look at <strong>energy</strong> trading on the spot market.<br />

Most battery storage systems in small<br />

to middle sized companies or private households<br />

(=prosumers) start charging, when<br />

the solar <strong>energy</strong> production exceeds the<br />

house load <strong>and</strong> they start discharging, when<br />

the house load exceeds the solar <strong>energy</strong> production.<br />

But it would make more sense, if<br />

the solar panels on the ro<strong>of</strong> (<strong>and</strong> the battery,<br />

too, if it is not empty) support the grid in the<br />

32 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


New storage technologies in the <strong>energy</strong> market<br />

morning <strong>and</strong> in the evening, while the batteries<br />

charge, when it is the best time from the<br />

grid perspective. The usage <strong>for</strong> the prosumer<br />

is the same, while the benefits <strong>for</strong> the grid<br />

increase tremendously, which also should<br />

pay <strong>of</strong>f <strong>for</strong> all participants. Consider also using<br />

<strong>energy</strong> storage to avoid unnecessary<br />

plant startups or shutdowns <strong>of</strong> conventional<br />

power plants. There<strong>for</strong>e, both approaches<br />

could help to reduce CO 2 <strong>and</strong> reduce costs.<br />

Considering these use cases shows a much<br />

greater benefit, but this requires the ability to<br />

operate storage by a smarter storage control,<br />

especially when multiple different storage<br />

systems are connected. The route can be<br />

paved by st<strong>and</strong>ard communication protocols<br />

or APIs, new ways <strong>of</strong> trading also certificates<br />

via crypto currencies or other distributed<br />

ledgers <strong>and</strong> subsequently the combination<br />

<strong>of</strong> multiple types <strong>of</strong> <strong>energy</strong> storage, producers<br />

<strong>and</strong> controllable consumers to larger virtual<br />

storage systems or virtual power plants<br />

<strong>for</strong> which trading really makes sense. <strong>Storage</strong><br />

can help to shave peaks in the local <strong>energy</strong><br />

grids <strong>and</strong> balance <strong>energy</strong> transmission.<br />

A few companies implement proprietary solutions,<br />

which at the same time exclude numerous<br />

other devices, but <strong>for</strong> sustainable<br />

grids with a maximized portion <strong>of</strong> renewable<br />

energies, as many controllable devices as<br />

possible must participate.<br />

Consequently, not only the storage technology,<br />

but also their combination, the way to<br />

connect, coordinate <strong>and</strong> the way how to operate<br />

them is the key to a sustainable <strong>energy</strong><br />

revolution.<br />

References<br />

[1] Fraunh<strong>of</strong>er ISE, Energy-Charts, 25 07 <strong>2022</strong>.<br />

[Online]. Available: Link. [Accessed 25 07<br />

<strong>2022</strong>].<br />

[2] VGB-Fachtagung, Heraus<strong>for</strong>derung Energiewende<br />

– Rotierende Lösungen zur Netzstabilisierung<br />

mit Fokus auf die Bereitstellung essenzieller<br />

Systemdienstleistungen, in Gasturbinen<br />

und Gasturbinenbetrieb, Potsdam, 2021.<br />

[3] Bundesnetzagentur, Quartalsbericht Netzund<br />

Systemsicherheit, 2020. [Online]. [Accessed<br />

01 08 <strong>2022</strong>].<br />

[4] Cali<strong>for</strong>nia ISO, Briefung on the duck curve<br />

<strong>and</strong> current system conditions, 26.07.<strong>2022</strong>.<br />

[Online]. Available: http://www.caiso.<br />

com/Documents/Briefing_DuckCurve_CurrentSystemConditions-ISOPresentation-July2015.pdf#search=duck%20curve.<br />

[Accessed<br />

26 07 <strong>2022</strong>].<br />

[5] F. Baumgarte et al., Business Models <strong>and</strong><br />

Pr<strong>of</strong>itability <strong>of</strong> Energy <strong>Storage</strong>, iScience, vol.<br />

23, no. <strong>10</strong>, 202. l<br />

VGB-St<strong>and</strong>ard<br />

Part 41: Power to Gas<br />

Teil 41: Power to Gas<br />

RDS-PP ® Application Guideline<br />

Anwendungsrichtlinie<br />

VGB-S-823-41-2018-07-EN-DE. German/English edition 2018<br />

DIN A4, 160 pages, Price <strong>for</strong> VGB-Members* € 280.–, <strong>for</strong> Non-Members € 420.–, + VAT, ship ping <strong>and</strong> h<strong>and</strong> ling<br />

The complete RDS-PP ® covers additionally the publications VGB-S-821-00-2016-06-EN <strong>and</strong> VGB-B <strong>10</strong>2;<br />

the VGB-B <strong>10</strong>8 d/e <strong>and</strong> VGB-S-891-00-2012-06-DE-EN are recommended.<br />

For efficient project planning, development, construction, operation <strong>and</strong> maintenance <strong>of</strong> any industrial plant,<br />

it is helpful to structure the respective plant <strong>and</strong> assign clear <strong>and</strong> unambiguous alphanumeric codes to all assemblies<br />

<strong>and</strong> components. A good designation system reflects closely the structure <strong>of</strong> the plant <strong>and</strong> the<br />

interaction <strong>of</strong> its individual parts.<br />

The designation supports, among others, an economic engineering <strong>of</strong> the plant as well as a cost-optimized<br />

procurement because parts with similar requirements can be identified much easier <strong>and</strong> early on.<br />

For operation <strong>and</strong> maintenance (O&M) a clear designation serves as an unambiguous address <strong>for</strong> O&M<br />

management systems.<br />

VGB-St<strong>and</strong>ard<br />

RDS-PP ®<br />

Application Guideline<br />

Part 41: Power to Gas<br />

Anwendungsrichtlinie<br />

Teil 41: Power to Gas<br />

VGB-S-823-41-2018-07-EN-DE<br />

Some international st<strong>and</strong>ards <strong>for</strong> the designation <strong>of</strong> industrial plants <strong>and</strong> its documentation exist already, in particular the series <strong>of</strong><br />

ISO/IEC 81346. The designation system called “Reference Designation System (RDS)” bases on these st<strong>and</strong>ards <strong>and</strong> can generally<br />

be applied to all industrial plants.<br />

For power plants, the sector specific st<strong>and</strong>ard ISO/TS 81346-<strong>10</strong> was developed <strong>and</strong> constitutes the normative basis <strong>for</strong> the<br />

“Reference Designation System <strong>for</strong> Power Plants” RDS-PP ® .<br />

This sector specific st<strong>and</strong>ard covers the application <strong>for</strong> all engineering disciplines <strong>and</strong> <strong>for</strong> all types <strong>of</strong> plants <strong>of</strong> the <strong>energy</strong> supply sector.<br />

This document covers the rules <strong>of</strong> the<br />

RDS-PP designation system <strong>for</strong> the Power to Gas plants.<br />

This guideline provides detailed specifi¬cations <strong>for</strong> the reference designation <strong>of</strong> plant parts that are specific to Power to Gas plants<br />

(e.g. Electrolyzer, Methanation system).<br />

For the designation <strong>of</strong> plant parts that vary from project to project, the guideline provides general guidance illustrated by examples,<br />

which has to be applied correspondingly to the specific case. This applies in particular to auxiliary <strong>and</strong> ancillary systems.<br />

* Access <strong>for</strong> eBooks (PDF files) is included in the membership fees <strong>for</strong> Ordinary Members (operators, plant owners) <strong>of</strong> VGB PowerTech e.V.<br />

VGB PowerTech Service GmbH Deilbachtal 173 | 45257 Essen | P.O. Box <strong>10</strong> 39 32 | Germany<br />

Verlag technisch-wissenschaftlicher Schriften Fon: +49 201 8128-200 | Fax: +49 201 8128-302 | Mail: mark@vgb.org | www.vgb.org/shop<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 33


SFRA als zuverlässige Methode<br />

zur Fehlerdiagnostik an<br />

rotierenden Maschinen<br />

Lukas Ranzinger<br />

Abstract<br />

SFRA as a reliable method <strong>for</strong> fault<br />

diagnostics on rotating machinery<br />

SFRA (sweep-frequency-response-analysis) is<br />

a method <strong>for</strong> fault diagnosis, which is already<br />

used <strong>for</strong> trans<strong>for</strong>mers due to its sensitivity to a<br />

wide range <strong>of</strong> faults. Recent investigations<br />

show promising results <strong>for</strong> the application <strong>of</strong><br />

the method on rotating machines. A basic behavior<br />

could be determined <strong>and</strong> confirmed on<br />

the basis <strong>of</strong> a model. Furthermore, a transferability<br />

between different machine types <strong>and</strong><br />

power classes could be shown. The measurements<br />

are highly accurate <strong>and</strong> reproducible.<br />

SFRA thus <strong>of</strong>fers the possibility <strong>of</strong> detecting<br />

different <strong>and</strong> complicated fault types. The application<br />

is very simple, universal <strong>and</strong> can be<br />

carried out with little ef<strong>for</strong>t. The presented<br />

characteristic trace is used <strong>for</strong> a better under-<br />

Autor<br />

Lukas Ranzinger<br />

Fachhochschule München<br />

München, Deutschl<strong>and</strong><br />

Die SFRA ist bereits ein verbreitetes und<br />

st<strong>and</strong>ardisiertes Verfahren zur Zust<strong>and</strong>sdiagnose<br />

an Trans<strong>for</strong>matoren. Sie zeichnet sich<br />

durch eine gute Reproduzierbarkeit, sowie<br />

der mobilen, einfachen und sicheren Anwendung<br />

aus. Dabei wird eine sinusförmige<br />

Spannung an eine Eingangsklemme des<br />

Prüfobjektes angelegt. Die Amplitude ist<br />

nicht-invasiv und bekannt (in diesen Untersuchungen<br />

stets <strong>10</strong> Vpp), der Frequenzsweep<br />

wird zwischen vorher festgelegten Grenzen<br />

durchlaufen (hier 20 Hz – 2 MHz). An einer<br />

gewählten Ausgangsklemme wird das Antwortsignal<br />

gemessen, welches im Anschluss<br />

mit dem Eingangssignal verglichen wird.<br />

Daraus resultiert der Frequenzgang bestehend<br />

aus Amplitudengang und Phasengang.<br />

Die vorliegenden Untersuchungen beschränken<br />

sich auf den Amplitudengang D<br />

([D] = dB):<br />

Die SFRA kann je nach Messaufbau bei rotierenden<br />

Maschinen unterschiedlich ausgeführt<br />

werden. Bei einer kapazitiven Koppst<strong>and</strong>ing<br />

<strong>of</strong> SFRA measurements on rotating<br />

machines. In addition, two application cases<br />

<strong>for</strong> concrete fault detection are presented.<br />

Among other, the rotor angle is used <strong>for</strong> interpretation,<br />

which enables the evaluation without<br />

reference measurement. <br />

l<br />

SFRA (sweep-frequency-response-analysis)<br />

ist eine Methode zur Fehlerdiagnostik, welche<br />

auf Grund ihrer Sensibilität für unterschiedlichste<br />

Fehler bereits häufig bei Trans<strong>for</strong>matoren<br />

eingesetzt wird. Neueste Untersuchungen<br />

zeigen vielversprechende Ergebnisse<br />

zum Einsatz der Methode bei rotierenden<br />

Maschinen. So konnte ein grundlegender<br />

Verlauf festgestellt und anh<strong>and</strong> eines<br />

Modells bestätigt werden. Ferner konnte<br />

eine Übertragbarkeit zwischen unterschiedlichen<br />

Maschinentypen und Leistungsklassen<br />

gezeigt werden. Die Messungen weisen<br />

dabei eine hohe Genauigkeit und sehr gute<br />

Reproduzierbarkeit auf. SFRA bietet demnach<br />

die Möglichkeit, schwer detektierbare<br />

Fehler messtechnisch zu erkennen. Dabei ist<br />

die Anwendung sehr einfach, universell und<br />

mit geringem Aufw<strong>and</strong> durchführbar. Der<br />

vorgestellte allgemeinen charakteristischen<br />

Verlauf dient dem besseren Verständnis von<br />

SFRA Messungen an rotierenden Maschinen.<br />

Zudem werden zwei Anwendungsfälle zur<br />

konkreten Fehlererkennung vorgestellt. Zur<br />

Interpretation dient dabei u.a. der Rotorwinkel,<br />

was die Auswertung ohne Referenzmessung<br />

ermöglicht.<br />

1 Motivation<br />

Die Anwendungsgebiete rotierender Maschinen<br />

sind vielfältig. Beispielsweise sind<br />

sie häufig fest im Produktionsablauf der Industrie<br />

integriert. In Kraftwerken zur Stromerzeugung<br />

werden sie zur W<strong>and</strong>lung mechanischer<br />

in elektrischer Energie oder als<br />

Hilfsmotoren für Pumpen o.ä. eigesetzt. In<br />

beiden genannten Fällen soll der Betrieb<br />

nicht ungeplant durch einen Ausfall unterbrochen<br />

werden, weshalb diagnostische<br />

Methoden zur Fehlererkennung genutzt<br />

werden. Ziel dabei ist eine möglichst belastbare<br />

Aussage zum Zust<strong>and</strong> der Maschine<br />

treffen zu können. Es gibt eine Vielzahl dieser<br />

Methoden, die allerdings meist nur sensitiv<br />

auf einen bestimmten Fehlertyp reagieren.<br />

Um alle gängigen Problemquellen abzudecken,<br />

müssen verschiedenste diagnostische<br />

Methoden eingesetzt werden. Ferner<br />

können bestimmte Fehlerarten aktuell nur<br />

sehr eingeschränkt messtechnisch erfasst<br />

werden, v.a. diejenigen, die nicht galvanisch<br />

mit außenliegenden Messanschlüssen verbunden<br />

sind. Die SFRA (sweep-frequencyresponse-analysis)<br />

stellt hier einen vielversprechenden<br />

Lösungsansatz dar. Sie ist sehr<br />

einfach einsetzbar und kann ohne großen<br />

Aufw<strong>and</strong> an jeder Maschine angewendet<br />

werden. Das Messergebnis wird von diversen<br />

elektrischen und magnetischen Parametern<br />

der Maschine beeinflusst, sodass ein<br />

guter Gesamtüberblick zum Zust<strong>and</strong> abgeleitet<br />

werden kann.<br />

2 Grundlagen der SFRA<br />

34 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong>


SFRA als zuverlässige Methode zur Fehlerdiagnostik an rotierenden Maschinen<br />

lung besteht zwischen Eingangs- und Ausgangsklemme<br />

keine galvanische Verbindung.<br />

Das ist z.B. dann der Fall, wenn der Sternpunkt<br />

geöffnet ist und das Eingangssignal<br />

an eine Klemme der Phase U angelegt wird<br />

und die Antwort an der Phase V oder W gemessen<br />

wird. Die Messungen werden dann<br />

als „indirect“ bezeichnet. Alternativ kann<br />

eine galvanische Verbindung gemessen werden,<br />

d.h. Eingangs- und Ausgangsklemme<br />

liegen jeweils an derselben Phase und werden<br />

mit „direct“ bezeichnet.<br />

Amplitude ratio (D in dB)<br />

0<br />

-<strong>10</strong><br />

-20<br />

-30<br />

-40<br />

-50<br />

SM 1: 37 kVA; p = 2<br />

SM 2: 3,8 MVA; p = 2<br />

SM 3: 260 MVA; p = 4<br />

SM 4: 2,15 MVA; p = 12<br />

SM 5: 6,3 MVA; p = 30<br />

3 Charakteristischer<br />

Amplitudengang<br />

Um die erfolgreiche Anwendung der Methode<br />

sicherzustellen, ist es zunächst nötig, den<br />

allgemeingültigen und für rotierende Maschinen<br />

charakteristischen Verlauf des Amplitudengangs<br />

zu verstehen. Dazu werden an<br />

Maschinen unterschiedlicher Leistungsklassen<br />

und Typs Messungen durchgeführt. Die<br />

folgenden Ta b e l l e 1 und Ta b e l l e 2 fassen<br />

die Prüfobjekte zusammen. Die gezeigten<br />

fünf Synchronmaschinen aus Ta b e l -<br />

l e 1 haben Nennleistungen von 37 kVA bis<br />

260 MVA. Die Polpaarzahlen weißen ebenfalls<br />

große Unterschiede auf. SM 3 wird beispielsweise<br />

als Antrieb eines Schwungradspeichers<br />

mit p=4 eingesetzt. SM 4 und 5<br />

hingegen sind Langsamläufer in Wasserkraftwerken<br />

mit p=12 bzw. p=30.<br />

<strong>10</strong> 2 <strong>10</strong> 3 <strong>10</strong> 4 <strong>10</strong> 5 <strong>10</strong> 6<br />

Frequency (f in Hz)<br />

Bild 1. ? Direct-Messkurven der SM am Beispiel der Phase U.<br />

0<br />

-<strong>10</strong><br />

Amplitude ratio (D in dB)<br />

-20<br />

-30<br />

ASM 1: 6,8 kVA; p = 2<br />

ASM 2: 1 MVA; p = 6<br />

-40 ASM 3: 1,2 MVA; p = 6<br />

ASM 4: 3,3 MVA; p = 7<br />

-50 ASM 5a: 15 MVA; p = 2<br />

ASM 5b: 15 MVA; = 2<br />

-60<br />

<strong>10</strong> 2 <strong>10</strong> 3 <strong>10</strong> 4 <strong>10</strong> 5 <strong>10</strong> 6<br />

Frequency (f in Hz)<br />

Bild 2. ? Direct-Messkurven der ASM am Beispiel der Phase U.<br />

Auch die vorgestellten ASM haben unterschiedliche<br />

Nennleistungen von 6,8 kVA bis<br />

15 MVA. Die Polpaarzahlen variieren zwischen<br />

p=2 und p=7.<br />

Tab. 1. Leistungsdaten der Synchronmaschinen.<br />

Spannung<br />

Leistung<br />

Alle Messkurven beginnen bei niedrigen<br />

Frequenzen bei einer Dämpfung von 0 dB.<br />

Anschließend tritt ein Tiefpassverhalten<br />

auf, d.h. die Dämpfung steigt mit steigender<br />

Drehzahl in<br />

min -1<br />

Polpaarzahl<br />

SM 1 380 V 37 kVA 1500 2<br />

SM 2 953 V 3,8 MVA 225 2<br />

SM 3 <strong>10</strong>,5 kV 260 MVA 1500 4<br />

SM 4 3,1 kV 2,15 MVA 250 12<br />

SM 5 6,3 kV 6,3 MVA <strong>10</strong>0 30<br />

Tab. 2. Leistungsdaten der Asynchronmaschinen.<br />

Spannung<br />

Leistung<br />

Drehzahl in<br />

min - 1<br />

Polpaarzahl<br />

ASM 1 400 V 6,8 kVA 1455 2<br />

ASM 2 <strong>10</strong> kV 1 MVA 496 6<br />

ASM 3 <strong>10</strong> kV 1,2 MVA 490 6<br />

ASM 4 <strong>10</strong> kV 3,3 MVA 420 7<br />

ASM 6a <strong>10</strong> kV 15 MVA 1481 2<br />

ASM 5b <strong>10</strong> kV 15 MVA 1481 2<br />

In B i l d 1 sind zusammengefasst alle Messergebnisse<br />

der SM dargestellt. Es sind jeweils<br />

Direct-Messungen am Beispiel der<br />

Phase U zu sehen. Die Leistungsklassen unterscheiden<br />

sich deutlich, ebenso wie die<br />

Bauweise der Maschinen, was an der Polpaarzahl<br />

ersichtlich wird. Trotzdem sind in<br />

den Kurven ähnliche Verhalten zu erkennen.<br />

Frequenz. Es folgen mehrere Resonanzpunkte,<br />

die als lokale bzw. globale Maxima<br />

und Minima sichtbar werden.<br />

Ähnliches Verhalten wie bei den SM ist auch<br />

bei den ASM in B i l d 2 zu erkennen. Es<br />

kommt zu einem Tiefpassverhalten, bevor<br />

mehrere Resonanzpunkte auftreten. Aus<br />

den Messungen ist zu erkennen, dass die<br />

Kurven ähnlich sind, alle Maschinen aber<br />

einen individuellen Verlauf aufzeigen. Daher<br />

werden diese Messungen auch „Fingerprint-Messungen“<br />

genannt, die in der späteren<br />

Interpretation als Referenz der jeweiligen<br />

Maschine verwendet werden können.<br />

Die erläuterten SFRA-Messkurven der SM<br />

und ASM wurden im Detail analysiert und es<br />

konnte ein allgemeingültiger und charakteristischer<br />

Verlauf für rotierende Maschinen<br />

abgeleitet werden. Dieser ist in B i l d 3 ersichtlich<br />

und kann in vier Frequenzbereiche<br />

aufgeteilt werden. Alle Direct-Messungen<br />

beginnen bei 20 Hz bei ca. 0 dB Dämpfung,<br />

bevor im Bereich 1 ein Tiefpassverhalten<br />

auftritt. Das wird deutlich, da die Messkurve<br />

mit einer konstanten Steigung abfällt.<br />

Das Tiefpassverhalten wird durch Bereich 2<br />

unterbrochen und es ist eine Doppelresonanz<br />

ersichtlich. Bei ASM oder SM mit kurzgeschlossener<br />

Erregerwicklung gibt es diese<br />

Doppelresonanz nicht. Im Bereich 3 ist ein<br />

lokales Maximum zu sehen, bevor es im Bereich<br />

4 zu einem globalen Minimum kommt.<br />

Die vier Frequenzbereiche können sich zum<br />

Teil überlagern und sind daher bei den Originalmessungen<br />

nicht immer eindeutig detektierbar.<br />

Ein wichtiger Einflussfaktor, den es bei rotierenden<br />

Maschinen zu beachten gilt ist der<br />

Rotorwinkel. Die relative Lage des Rotors<br />

zum Stator beeinflusst den magnetischen<br />

Kreis und hat damit auch Auswirkungen auf<br />

die Frequenzantwort. Das ist auch dann der<br />

Fall, wenn die Messleitungen ausschließlich<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 35


SFRA als zuverlässige Methode zur Fehlerdiagnostik an rotierenden Maschinen<br />

Amplitude ratio (D in dB)<br />

0<br />

Simulation<br />

-20<br />

-40<br />

-60<br />

-80<br />

2 1 3 4<br />

-<strong>10</strong>0<br />

<strong>10</strong> 2 <strong>10</strong> 3 <strong>10</strong> 4 <strong>10</strong> 5 <strong>10</strong> 6<br />

Frequency (f in Hz)<br />

Bild 3. Charakteristischer Amplitudengang für Direct-Messungen bei geöffnetem Sternpunkt.<br />

verwendet werden. Speziell bei rotierenden<br />

Maschinen ergibt sich weiter die Möglichkeit,<br />

den Drehwinkel zur Interpretation hinzuzufügen.<br />

In bestimmten Fällen ist dann<br />

keine Referenzmessung mehr nötig, d.h. die<br />

SFRA kann bereits bei der ersten Anwendung<br />

an einer Maschine erste Zust<strong>and</strong>sbewertungen<br />

liefern.<br />

Zunächst wird ein Beispiel zur Auswertung<br />

von Messungen über den Phasenvergleich<br />

gezeigt. Dazu wird je eine Messung an allen<br />

Phasen durchgeführt und anschließend die<br />

drei erhaltenen Ergebnisse mitein<strong>and</strong>er verglichen.<br />

Als Messobjekt dient ein defekter<br />

Stator eines 500 MW Kraftwerkgenerators.<br />

An der Innenseite des Stators sind Br<strong>and</strong>stellen<br />

zu erkennen, die genaue Fehlerursache<br />

ist allerdings nicht bekannt. Der Fehler<br />

ist sowohl bei den direct als auch bei den<br />

indirect-Messungen detektierbar, bei Letzteren<br />

allerdings deutlicher, weshalb diese in<br />

B i l d 6 dargestellt sind. Auffällig ist, dass<br />

eine der drei Messungen bei niedrigen Frequenzen<br />

stark von den <strong>and</strong>eren beiden abweicht.<br />

Der flachere Verlauf der rot gepunkteten<br />

Messung 3 ist untypisch für indirect-<br />

Messungen und kann mit einem schwach<br />

leitenden parallelen Pfad zwischen Eingangs-<br />

und Ausgangsklemme begründet<br />

werden. Grund dafür ist der Fehler, der dadurch<br />

örtlich einer Phase zugeordnet werden<br />

kann. Ferner können dessen Auswirkungen<br />

auf die Messkurve in Modellen dis-<br />

an Statorklemmen angeschlossen sind. Der<br />

Messstrom erzeugt einen magnetischen<br />

Fluss, der über das Ständerblechpaket und<br />

den Rotor geführt wird. Um den Einfluss des<br />

Rotorwinkels anschaulich darzustellen,<br />

werden Messungen bei verschiedensten Rotorpositionen<br />

in einem Diagramm zusammengefasst.<br />

In B i l d 4 ist links beispielhaft<br />

der Amplitudengang bei einem einzigen<br />

Drehwinkel aufgetragen. Im rechten Teil der<br />

Abbildung sind mehrere Messungen bei unterschiedlicher<br />

Winkelpositionen in einem<br />

Diagramm, indem eine dritte Achse mit dem<br />

Titel „rotor angle“ eingefügt ist. Dadurch<br />

wird die Abhängigkeit der Amplitudendämpfung<br />

über der Frequenz und dem Rotorwinkel<br />

darstellbar. Optional können die<br />

einzelnen Messungen zu einer Oberfläche<br />

zusammengefasst und zu einem Konturdiagramm<br />

eingefärbt werden.<br />

Die Relevanz der Rotorposition zeigt sich<br />

beispielhaft in folgender B i l d 5 . Dargestellt<br />

ist die direct-Messung der Phase U an<br />

SM 1 bei geöffnetem Sternpunkt. Die Messung<br />

beim Winkel 0° entspricht der aus Abbildung<br />

1. Über den gesamten Drehwinkelbereich<br />

von 0° bis 360° sind periodische Abhängigkeiten<br />

zu erkennen. Diese sind nicht<br />

bei allen Frequenzen, deutlich werden sie<br />

v.a. in den Bereichen 2, 3 und 4, die mit Pfeilen<br />

markiert sind. Auffällig ist, dass sind die<br />

Messungen alle 90° wiederholen, d.h. es bildet<br />

sich eine periodische, sinusförmige Abhängigkeit<br />

aus. Die Anzahl der Perioden n<br />

über den gesamten Drehwinkelbereich ist<br />

abhängig der Polpaarzahl und kann mit der<br />

Formel n = 360° /p berechnet werden. Der<br />

konstruktive Grund dafür liegt im rotationssymmetrischen<br />

Aufbau der Maschine mit<br />

vier Polen.<br />

4 Beispiele zur<br />

Fehlerdetektion<br />

Die Interpretation von SFRA Messungen erfolgt<br />

üblicherweise durch den Vergleich einer<br />

aktuellen Messung mit einer Referenzmessung.<br />

Diese Referenzmessung ist im<br />

Idealfall eine identische Messung an derselben<br />

Maschine zu einem früheren Zeitpunkt.<br />

Alternativ kann eine Messung an einer <strong>and</strong>eren<br />

Phase oder einer Schwestermaschine<br />

Amplitude ratio (D in dB)<br />

0<br />

-20<br />

-40<br />

-60<br />

-80<br />

-<strong>10</strong>0<br />

<strong>10</strong> 2 <strong>10</strong> 3 <strong>10</strong> 4 <strong>10</strong> 5 <strong>10</strong> 6<br />

Frequency (f in Hz)<br />

Bild 4. Visuelle Darstellung des Einflusses des Rotorwinkels.<br />

Ratio (D in dB)<br />

0<br />

-<strong>10</strong><br />

-20<br />

-30<br />

-40<br />

-50<br />

360<br />

270<br />

180<br />

90<br />

Rotor angle (in o )<br />

0<br />

2 1 3 4<br />

Frequency (f in Hz)<br />

Simulation<br />

<strong>10</strong> 2 <strong>10</strong> 3 <strong>10</strong> 4 <strong>10</strong> 5 <strong>10</strong> 6<br />

Bild 5. Direct-Einzelphasenmessung der SM 1 (37 kVA, p = 2) der Phase U in Abhängigkeit der<br />

Rotorposition.<br />

kutiert werden, sodass die Fehlerursache<br />

eingegrenzt werden kann.<br />

Der Dämpferkäfig bei Synchronmaschinen<br />

ist ähnlich aufgebaut wie ein Kurzschlusskäfig<br />

von Asynchronmaschinen. Er besteht aus<br />

axial angeordneten Stäben, die an beiden<br />

Seiten über Kurzschlussringe kontaktiert<br />

sind. Ein möglicher Defekt ist der Stabbruch,<br />

d.h. einer oder mehrere Stäbe dieses<br />

Dämpferkäfig sind gebrochen. Im schlechtesten<br />

Fall können die gebrochenen Stäbe<br />

aus dem Rotor hervorstehen und im Betrieb<br />

erhebliche Schäden an der Statorinnenseite<br />

hervorrufen. Um diesen Fehler nachzubilden<br />

ist die SM 1 so modifiziert, dass solche<br />

Fehler an fünf verschiedenen Stellen implementiert<br />

werden können. Dazu sind im<br />

36 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


SFRA als zuverlässige Methode zur Fehlerdiagnostik an rotierenden Maschinen<br />

Amplitude ratio (D in dB)<br />

Frequency (f in Hz)<br />

Bild 6. Indirect-Messungen an einem Stator eines 500 MW Synchrongenerators mit unbekanntem<br />

Fehler.<br />

Dämpferkäfig die jeweiligen Verbindungen<br />

einzelner Stäbe zum Kurzschlussring getrennt.<br />

Über schraubbare Bolzen können<br />

diese wieder elektrisch kontaktiert werden.<br />

Ein Beispiel, welche Auswirkungen der Fehler<br />

auf den Amplitudengang der statorseitigen<br />

Messung hat, zeigt B i l d 7. Die Messung<br />

entspricht der aus B i l d 5 , d.h. der<br />

Phase U bei geöffnetem Sternpunkt als Konturdiagramm.<br />

Hier allerdings mit implementierten<br />

dreifachem Stabbruch. Es ist<br />

deutlich zu erkennen, dass die Periodizität<br />

über dem Drehwinkel gestört ist. Im fehlerfreien<br />

Zust<strong>and</strong> auf B i l d 5 bilden sich symmetrische<br />

Wellen entlang der Rotorwinkel-<br />

Achse aus. Nach der Fehlerimplementierung<br />

in B i l d 7 ist v.a. im Bereich der Hauptresonanz<br />

ein stark unsymmetrisches Verhalten<br />

festzustellen. Hervorgerufen wird dieses<br />

durch die eingebauten Stabbrüche, die den<br />

konstruktiven Aufbau des Rotors aus magnetischer<br />

und elektrischer Sicht verändern.<br />

Das Beispiel zeigt, dass der Drehwinkel bei<br />

Ratio (D in dB)<br />

0<br />

-20<br />

-40<br />

-60<br />

-80<br />

-<strong>10</strong>0<br />

0<br />

-20<br />

-40<br />

-60<br />

Messung 1 (indirect)<br />

Messung 2 (indirect)<br />

Messung 3 (indirect)<br />

360<br />

270<br />

180<br />

90<br />

0<br />

Rotor angle (in o )<br />

<strong>10</strong> 2 <strong>10</strong> 3 <strong>10</strong> 4 <strong>10</strong> 5 <strong>10</strong> 6<br />

der Durchführung von SFRA Messungen an<br />

rotierenden Maschinen in jedem Fall berücksichtigt<br />

werden muss. Dessen Einflüsse<br />

auf den Amplitudengang sind teils sehr groß<br />

und können Fehlinterpretationen hervorrufen.<br />

Es ergibt sich dadurch allerdings auch<br />

die Möglichkeit, Interpretationen ohne Referenzmessung<br />

durchzuführen, was die Anwendung<br />

der Methode an rotierenden Maschinen<br />

bestärkt.<br />

5 Zusammenfassung<br />

Die SFRA Methode findet bisher noch keine<br />

Anwendung bei rotierenden elektrischen<br />

Maschinen. Das Potential ist groß, denn es<br />

können mit einer Messung viele verschiedene<br />

Bereiche der Maschine aufgenommen<br />

und bewertet werden. Es kann ein guter Gesamtüberblick<br />

über den Zust<strong>and</strong> der Maschine<br />

gewonnen werden. Selbst Bereiche,<br />

die nicht im direkten elektrischen Messkreis<br />

liegen, beeinflussen das Messergebnis und<br />

<strong>10</strong> 2 <strong>10</strong> 3 <strong>10</strong> 4 <strong>10</strong> 5 <strong>10</strong> 6<br />

Frequency (f in Hz)<br />

Bild 7. Direct-Messung der Phase U an SM 1 mit dreifachem Stabbruch.<br />

III U1U2 "triple rod rupture"<br />

fault at rotor angle <strong>of</strong><br />

0 o , 180 o , 190 o<br />

sind somit abgebildet. Das ist besonders<br />

dann interessant, wenn z.B. Probleme in<br />

schwer zugänglichen Bereichen auftreten<br />

und messtechnisch erfasst werden möchten.<br />

Grundvoraussetzung für die erfolgreiche<br />

Anwendung ist, dass alle relevanten Einflussfaktoren<br />

bekannt sind und eine gute<br />

Reproduzierbarkeit sichergestellt ist. Dazu<br />

sind in dieser Arbeit viele Einzelmessungen<br />

an Synchronmaschinen und Asynchronmaschinen<br />

unterschiedlicher Bauart und Leistungsklasse<br />

gezeigt. Die erhaltenen Messungen<br />

werden nach einer empirischen Analyse<br />

zu einem charakteristischen und allgemeingültigen<br />

Amplitudengang zusammengefasst.<br />

Alle wesentlichen Frequenzbereiche,<br />

die bei allen Messungen an rotierenden Maschinen<br />

auftreten, sind darin enthalten. Diese<br />

Messung bildet allerdings nur den Verlauf<br />

bei einer bestimmten Rotorposition ab. Da<br />

diese relative Position des Rotors zum Stator<br />

die Frequenzantwort deutlich beeinflussen<br />

kann, müssen die Messungen entweder<br />

immer bei der gleichen Rotorposition<br />

durchgeführt werden, oder die Rotorposition<br />

wird als weiterer Messparameter betrachtet.<br />

Zur Verdeutlichung der grundsätzlichen Anwendbarkeit<br />

der Methode zur Fehlerdiagnostik,<br />

werden zwei Beispiele gezeigt. Zunächst<br />

wird der Phasenvergleich genutzt,<br />

um einen bisher unbekannten Fehler an einem<br />

Stator eines 500 MW Kraftwerkgenerators<br />

zu erkennen. Der Fehler wird dadurch<br />

besser verst<strong>and</strong>en und kann durch die Messungen<br />

örtlich eingegrenzt werden. Des<br />

Weiteren wird gezeigt, wie ein Stabbruch im<br />

Dämpferkäfig einer Synchronmaschine<br />

ohne Referenzmessung detektiert werden<br />

kann. Dazu wird die durch den Fehler hervorgerufene<br />

Asymmetrie über den Rotorwinkel<br />

ausgenützt. Besonders dieses Beispiel<br />

verdeutlicht die Vorteile der SFRA-Methode.<br />

Selbst Messungen an den Statorphasen<br />

ermöglichen die Erkennung von<br />

Fehlern im Dämpferkäfig, der im Rotor eingebaut<br />

ist und nicht direkt messtechnisch<br />

kontaktiert werden kann.<br />

Wie erwähnt schaffen die Messungen also<br />

einen sehr guten Gesamtüberblick über den<br />

Zust<strong>and</strong> eines Betriebsmittels. Im Rahmen<br />

der üblichen Diagnosemessungen können<br />

die dadurch erhaltenen In<strong>for</strong>mationen zu<br />

einer effizienteren und sicheren Zust<strong>and</strong>sdiagnose<br />

beitragen, da darauf aufbauend ggf.<br />

auch <strong>and</strong>ere Messmethoden sinnvoller eingesetzt<br />

werden können.<br />

l<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 37


<strong>vgbe</strong> Conference | Fachtagung<br />

Inst<strong>and</strong>haltung in Kraftwerken 2023<br />

Maintenance in Power Plants 2023<br />

8. und 9. März 2023 in Karlsruhe<br />

8 <strong>and</strong> 9 March 2023 in Karlsruhe / Germany<br />

Inst<strong>and</strong>haltung In KraftwerKen 2023<br />

Der Ausblick auf die konventionelle Kraftwerksflotte hat<br />

sich gegenüber den letzten Konferenzen erheblich geändert.<br />

Einerseits ist die Unsicherheit über Zeitpunkte für<br />

dauerhafte Abschaltungen auf Grund des Ausstieges aus<br />

konventionellen Energieträgern geblieben, <strong>and</strong>ererseits<br />

zeigt die Energiekrise deutlich, wie notwendig die Flotte, inklusive<br />

der schon abgeschalteten Anlagen für die Sicherstellung<br />

der Energieversorgung immer noch ist und wahrscheinlich<br />

auf abseh bare Zeit noch bleiben wird.<br />

Eine vernünftige, dauerhaft tragende Strategieentwicklung<br />

der Inst<strong>and</strong>haltung ist bei den Preisschwankungen an den<br />

Energiemärkten fast unmöglich, zumal viele der Betreiber<br />

nicht nur im Bereich der Erzeugung tätig, sondern auch mit<br />

der Versorgung aller Arten von Energien befasst sind. Hinzu<br />

kommen kleinere dezentrale Erzeugungs<strong>for</strong>men, die in das<br />

Portfolio der Unternehmen integriert werden müssen.<br />

Der wirtschaftliche Druck auf die Inst<strong>and</strong>haltung hat somit<br />

einen <strong>and</strong>eren Fokus bekommen. Galt es bisher die Anlagen<br />

mit einem minimalen Budget auf einen Stilllegungszeitpunkt<br />

hinzuführen, steht nunmehr die Verfügbarkeit der<br />

Energieanlagen inklusive des minimalen Budgets wieder im<br />

Fokus. Gleichzeitig sehen wir, dass uns langjährig begleitende<br />

Servicefirmen ihre Tätigkeiten einstellen müssen.<br />

Wichtig bleibt die Vorbereitung der letzten produktiven Betriebsphase<br />

für abzuschaltende Anlagen, sowie die Vorbereitung<br />

und die Durchführung der Außerbetriebnahme –<br />

immer unter dem Aspekt möglichst flexibler<br />

H<strong>and</strong>lungsalternativen für Änderungen bezüglich der tatsächlichen<br />

Abschaltung, inklusive der Integration neuer Erzeugungsanlagen.<br />

Ausführliche Berichte über Inst<strong>and</strong>haltungsvorgehen<br />

werden mit Praxisbeispielen untermauert.<br />

Unsere Aussteller präsentieren sich in der begleitenden<br />

Fachausstellung. Mit den Spezialisten der Aussteller bietet<br />

sich allen Teilnehmenden eine gute Gelegenheit, geschäftliche<br />

Kontakte herzustellen oder zu vertiefen, weitere Diskussionen<br />

mit Vortragenden anzugehen und über verschiedene<br />

Aspekte und aktuelle Fragen zum Thema<br />

Inst<strong>and</strong>haltung zu diskutieren.<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> | Veranstaltungsteam Inst<strong>and</strong>haltung 2023<br />

Essen, im November <strong>2022</strong><br />

MAinTenAnCe in POweR PlAnTs 2023<br />

The view <strong>for</strong> the conventional power plant fleet has<br />

changed considerably compared to the last conferences.<br />

On the one h<strong>and</strong>, the uncertainty about the timing <strong>of</strong> permanent<br />

shut-downs due to the phase-out <strong>of</strong> conventional<br />

<strong>energy</strong> sources has remained, on the other h<strong>and</strong>, the <strong>energy</strong><br />

crisis clearly shows how necessary the fleet, including<br />

the plants that have already been shut down, still is <strong>for</strong> securing<br />

the <strong>energy</strong> supply will probably remain so <strong>for</strong> the<br />

<strong>for</strong>eseeable future.<br />

A sensible, sustainable strategy development <strong>of</strong> maintenance<br />

is almost impossible with the price fluctuations on<br />

the <strong>energy</strong> markets, especially since many <strong>of</strong> the operators<br />

are not only active in the field <strong>of</strong> generation, but are also involved<br />

in the supply <strong>of</strong> all types <strong>of</strong> <strong>energy</strong>. In addition, there<br />

are smaller decentralised <strong>for</strong>ms <strong>of</strong> generation that have to<br />

be integrated into the portfolio <strong>of</strong> the companies.<br />

The economic pressure on maintenance has thus taken on<br />

a different focus. Whereas it used to be a matter <strong>of</strong> leading<br />

the plants to a decommissioning date with a minimum<br />

budget, the focus is now once again on the availability <strong>of</strong><br />

the <strong>energy</strong> plants, including the minimum budget. At the<br />

same time, we are seeing that service companies that have<br />

accompanied us <strong>for</strong> many years are having to discontinue<br />

their activities.<br />

It remains important to prepare the last productive operating<br />

phase <strong>for</strong> plants to be shut down, as well as the preparation<br />

<strong>and</strong> implementation <strong>of</strong> the decommissioning - always<br />

under the aspect <strong>of</strong> the most flexible possible action alternatives<br />

<strong>for</strong> changes regarding the actual shut-down, including<br />

the integration <strong>of</strong> new generation plants. Detailed reports<br />

on maintenance procedures are supported with<br />

practical examples.<br />

Our exhibitors will present themselves in the accompanying<br />

trade exhibition. With the exhibitors‘ specialists, all participants<br />

will have a good opportunity to establish or deepen<br />

business contacts, to initiate further discussions with<br />

speakers <strong>and</strong> to discuss various aspects <strong>and</strong> current issues<br />

on the topic <strong>of</strong> maintenance.<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> | Event team Maintenance 2023<br />

Essen, November <strong>2022</strong><br />

Online-Registration / Anmeldung<br />

https://register.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong>/22023/<br />

Contact / Kontakt (Participation / Teilnahme)<br />

Diana Ringh<strong>of</strong>f | t +49 201 8128-205 |<br />

e <strong>vgbe</strong>-inst-kw@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong>


Tagungsprogramm<br />

Conference Programme<br />

Änderungen vorbehalten / Subject to change<br />

Konferenzsprachen: Deutsch und Englisch<br />

Conference languages: German <strong>and</strong> English<br />

Ohne Simultanübersetzung* / Without simultaneous translation*<br />

*Der erstgenannte Vortragstitel verweist auf die Vortragssprache.<br />

*The first-mentioned lecture title indicates the lecture language.<br />

MiTTwOCH, 8. MÄRZ 2023<br />

wednesdaY, 8 MarCh 2023<br />

<strong>10</strong>:00 Begrüßung und Eröffnung<br />

Welcome <strong>and</strong> opening<br />

Burkhard Cramer, PreussenElektra GmbH, Hannover<br />

<strong>10</strong>:<strong>10</strong> Situation der deutschen und<br />

Europäischen Energiewirtschaft und<br />

zukünftige Heraus<strong>for</strong>derungen<br />

Situation <strong>of</strong> the German <strong>and</strong> European<br />

<strong>energy</strong> industry <strong>and</strong> future challenges<br />

Dr. Georgios Stamatelopoulos,<br />

EnBW Energie-Baden Württemberg AG, Stuttgart,<br />

Vorsitzender des <strong>vgbe</strong> Board <strong>of</strong> Directors<br />

Moderation: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Dimter,<br />

SWM Services GmbH, München<br />

<strong>10</strong>:40<br />

V1<br />

11:00<br />

V2<br />

11:20<br />

V3<br />

Inst<strong>and</strong>haltung von Kraftwerken:<br />

Risiko- und Versicherungsmanagement<br />

Maintenance in power plants:<br />

Risk <strong>and</strong> insurance management<br />

Dr. Michael Härig, VMD-PRINAS GmbH<br />

Versicherungsmakler, Essen<br />

Omnivise Asset Management<br />

Nicolas Droese,<br />

Siemens Energy Global GmbH & Co. KG, Karlsruhe<br />

Mobile Inst<strong>and</strong>haltung:<br />

erfolgreich implementiert<br />

Mobile maintenance: successful implementation<br />

Harald Spliessgardt <strong>and</strong> Stefan Altbürger,<br />

STEAG Energy Services GmbH, Essen<br />

11:40<br />

V4<br />

Failure rate analysis <strong>of</strong><br />

biomass fired power generation unit<br />

Ausfallratenanalyse einer mit Biomasse befeuerten<br />

Stromerzeugungseinheit<br />

PhD Eng. Filip Klepacki,<br />

Pro-DAT, Siemianowice Śląskie/Pol<strong>and</strong><br />

12:00 Mittagspause in der Ausstellung<br />

Lunch break in the exhibition<br />

Moderation: Dr. Thomas Porsche,<br />

Lausitz Energie Kraftwerke AG, Peitz<br />

13:30<br />

V5<br />

13:50<br />

V6<br />

14:<strong>10</strong><br />

V7<br />

14:30<br />

V8<br />

15:00<br />

–<br />

17:00<br />

19:00<br />

–<br />

23:00<br />

Freischaltung mit SI/PAM<br />

Isolation with SI/PAM<br />

Dennis Wegner <strong>and</strong> Stefan Altbürger,<br />

STEAG Energy Services GmbH, Essen<br />

Mit Virtualisierungslösungen den neuen<br />

Heraus<strong>for</strong>derungen bei Anlagenwartung und<br />

Anlagenbetrieb entgegentreten<br />

Meeting the new challenges in plant maintenance<br />

<strong>and</strong> operation with virtualization solutions<br />

Matthias Fels,<br />

Siemens Energy Global GmbH & Co. KG, Karlsruhe<br />

PLANTLOGIQ „Bereit für die nächste<br />

<strong>Generation</strong> der Inst<strong>and</strong>haltung?“<br />

Stefan Kiene, Elena Craig <strong>and</strong> James Craig,<br />

PLANTLOGIQ GmbH, Reute<br />

UBIK – Mehr als papierloses Arbeiten<br />

UBIK – More than paperless workflow<br />

Philipp Lange,<br />

Siemens Energy Global GmbH & Co. KG, Erlangen<br />

Es ist Zeit für die Fachausstellung!<br />

Führen Sie bei einer Tasse Kaffee oder Tee Gespräche<br />

mit den Unternehmen in der Fachausstellung und<br />

erfahren mehr über deren Produkte und<br />

Dienstleistungen.<br />

It is time <strong>for</strong> the exhibition!<br />

Have a cup <strong>of</strong> c<strong>of</strong>fee or tea, talk to the companies <strong>and</strong><br />

learn more about their products <strong>and</strong> services.<br />

Abendveranstaltung<br />

Evening event<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> e.V.<br />

Deilbachtal 173<br />

45257 Essen<br />

be in<strong>for</strong>med<br />

www.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong>


<strong>vgbe</strong> Conference | Fachtagung<br />

Inst<strong>and</strong>haltung in Kraftwerken 2023<br />

Maintenance in Power Plants 2023<br />

8. und 9. März 2023 in Karlsruhe<br />

8 <strong>and</strong> 9 March 2023 in Karlsruhe / Germany<br />

DOnneRsTAG, 9. MÄRZ 2023<br />

thursdaY, 9 MarCh 2023<br />

09:00<br />

V9<br />

09:30<br />

V<strong>10</strong><br />

<strong>10</strong>:00<br />

V11<br />

Moderation: Dipl.-Ing. Michael Lux,<br />

STEAG GmbH, Bexbach<br />

Funkenerosionsarbeiten vor Ort<br />

Spark Erosion on-site<br />

Stefan Wagner, wagner GmbH, Eschweiler<br />

Ertüchtigung der Abgaskompensatoren<br />

im GuD-Kraftwerk<br />

Retr<strong>of</strong>itting <strong>of</strong> fabric exhaust expansion joints<br />

in power plants<br />

Ulf Pöhlmann, Frenzelit GmbH, Bad Berneck, <strong>and</strong><br />

Sascha Strassburg, BASF SE, Ludwigshafen<br />

Erfahrungen bei der Reinigung von<br />

Rohrbündelwärmeübertragern<br />

Experiences in cleaning tube<br />

bundle heat exchangers<br />

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Kastner,<br />

Umwelt-Technik-Marketing, Brake (Unterweser)<br />

<strong>10</strong>:30 Kaffeepause in der Ausstellung<br />

C<strong>of</strong>fee break in the exhibition<br />

Moderation: Dipl.-Ing. Ralf Görs,<br />

Stadtwerke Rostock AG, Rostock<br />

11:00<br />

V12<br />

11:30<br />

V13<br />

12:00<br />

V14<br />

Modernste additive Fertigungstechnologien<br />

für Vor-Ort-Reparaturen<br />

Additive manufacturing onsite repair – ADDMORE<br />

Christoph Döppe, Siemens Energy Global GmbH<br />

& Co. KG, Mülheim an der Ruhr<br />

3D-Vermessung und -Modellierung mit<br />

Drohnen im Kraftwerk<br />

3D measurement <strong>and</strong> modelling with drones<br />

at the power plant<br />

Susanne Kumm <strong>and</strong> Simon Kumm,<br />

InspecDrone GmbH, Stuttgart<br />

Praktische Umsetzung von Bauwerks- und<br />

Anlagenprüfung an ausgewählten Beispielen<br />

Selected examples <strong>for</strong> a practical implementation<br />

<strong>of</strong> building <strong>and</strong> plant examination<br />

Dipl.-Ing. Andreas Hemker <strong>and</strong><br />

Dr.-Ing. Alex<strong>and</strong>er Fischer, HOCHTIEF Engineering<br />

GmbH Consult IKS, Frankfurt am Main<br />

12:30 Mittagspause in der Ausstellung<br />

Lunch break in the exhibition<br />

Moderation:<br />

Burkhard Cramer, PreussenElektra GmbH, Hannover<br />

14:00<br />

V15<br />

14:30<br />

V16<br />

15:00<br />

V17<br />

Steam turbine blade corrosion<br />

<strong>and</strong> erosion protection<br />

Korrosions- und Erosionsschutz<br />

für Dampfturbinenschaufeln<br />

Sam Drinkwater, EthosEnergy, UK<br />

Schutz von Dampfturbinen<br />

bei flexibler Fahrweise durch den<br />

Einsatz filmbildender Amine<br />

Protection <strong>of</strong> steam turbines during flexible<br />

operation with film <strong>for</strong>ming amines<br />

Ronny Wagner,<br />

REICON Wärmetechnik und Wasserchemie<br />

Leipzig GmbH, Leipzig<br />

Optimierte Kettenlösungen in Kraftwerken<br />

Optimized chain solutions in power plants<br />

Alex<strong>and</strong>er Frankenstein,<br />

FB Ketten H<strong>and</strong>elsgesellschaft mbH,<br />

Kufstein/Österreich<br />

15:30 Schlussworte<br />

Closing words<br />

Burkhard Cramer, PreussenElektra GmbH, Hannover<br />

15:45 Ende der Veranstaltung<br />

End <strong>of</strong> the event<br />

Online-Registration / Anmeldung<br />

https://register.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong>/22023/<br />

Contact / Kontakt (Participation / Teilnahme)<br />

Diana Ringh<strong>of</strong>f | t +49 201 8128-205 |<br />

e <strong>vgbe</strong>-inst-kw@<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong>


OrganIsatOrIsChe hInweIse<br />

tagungsOrt<br />

Kongresszentrum Karlsruhe | Gartenhalle<br />

Am Festplatz 9 | 76137 Karlsruhe<br />

t +49 0721 37 20 5000<br />

w https://t1p.de/<strong>vgbe</strong>-ka-kgr (Kurzlink)<br />

KOnFeRenZsPRACHe<br />

Die Konferenzsprachen sind Deutsch und Englisch.<br />

Eine Simultanübersetzung wird nicht angeboten.<br />

OnlIneanMeldung<br />

w https://register.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong>/22023/<br />

teIlnahMebedIngungen<br />

<strong>vgbe</strong> Mitglieder 800,00 €<br />

Nichtmitglieder 1.<strong>10</strong>0,00 €<br />

Hochschulangehörige, Behörden, Ruheständler 350,00 €<br />

TAGUnGsUnTeRlAGen/VeRÖFFenTliCHUnGen<br />

Ein Tagungsprogramm inklusive Teilnahmeverzeichnis wird<br />

den Teilnehmenden ausgehändigt. Die Vorträge stehen den<br />

Teilnehmenden im Anschluss an die Veranstaltung zum<br />

persönlichen Download zur Verfügung. Der Hinweis hierzu<br />

erfolgt mit separater E-Mail.<br />

ABenDVeRAnsTAlTUnG<br />

(Änderung vorbehalten!)<br />

Alle Teilnehmenden sind herzlich zu einem gemeinsamen<br />

Abend am 8. März 2023 eingeladen.<br />

DATensCHUTZHinweise & AGB<br />

Ausführliche Hinweise zum Datenschutz sowie die Allgemeinen<br />

Geschäftsbedingungen finden Sie unter<br />

https://t1p.de/<strong>vgbe</strong>-vsAGBde (Kurzlink)<br />

bzw.<br />

www.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong>/terms_participation_cancellation_right/<br />

PRACTiCAl inFORMATiOn<br />

VenUe<br />

Kongresszentrum Karlsruhe | Gartenhalle<br />

Am Festplatz 9 | 76137 Karlsruhe | Germany<br />

t +49 0721 37 20 5000<br />

w https://t1p.de/<strong>vgbe</strong>-ka-kgr (shortlink)<br />

COnferenCe language<br />

The conference languages are German <strong>and</strong> English.<br />

A simultaneous translation will not be provided.<br />

OnlIne regIstratIOn<br />

w https://register.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong>/22023/<br />

COnDiTiOns OF PARTiCiPATiOn<br />

<strong>vgbe</strong> Members 800.00 €<br />

Non-Members 1,<strong>10</strong>0.00 €<br />

University, public authorities, retired 350.00 €<br />

COnFeRenCe DOCUMenTs/PUBliCATiOns<br />

A conference programme, including a list <strong>of</strong> participants,<br />

will be h<strong>and</strong>ed out to the conference participants. The lectures<br />

will be available <strong>for</strong> download following the event. A<br />

separate e-mail will be sent to in<strong>for</strong>m you <strong>of</strong> this.<br />

eVeninG eVenT<br />

(Subject to change!)<br />

All conference participants are invited to join the evening<br />

event on 8 March 2023.<br />

PRiVACY POliCY & GeneRAl TeRMs & COnDiTiOns<br />

Detailed in<strong>for</strong>mation on data protection as well as the general<br />

terms <strong>and</strong> conditions can be found<br />

https://t1p.de/<strong>vgbe</strong>-vsAGBde (shortlink)<br />

respectively<br />

www.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong>/terms_participation_cancellation_right/<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> e.V.<br />

Deilbachtal 173<br />

45257 Essen<br />

be in<strong>for</strong>med<br />

www.<strong>vgbe</strong>.<strong>energy</strong>


Direkte und indirekte Steuerung<br />

verfahrenstechnischer Anlagen mit<br />

neuronalem Netz<br />

Frank Gebhardt<br />

Abstract<br />

Direct <strong>and</strong> indirect control <strong>of</strong> process<br />

engineering plants with neural network<br />

This paper follows up on the presentation at<br />

Uniper from KELI 2020: “Control <strong>of</strong> a waste<br />

boiler with neural network – First experience<br />

report” <strong>and</strong> presents further use cases <strong>for</strong> direct<br />

<strong>and</strong> indirect control <strong>of</strong> process plants with<br />

neural network.<br />

This is another waste incineration plant <strong>for</strong><br />

indirect control with neural network <strong>and</strong> new<br />

types <strong>of</strong> plants. Behind them are a biomass<br />

plant (waste wood incineration), a fluidized<br />

bed combustion plant <strong>and</strong> a gas-fired power<br />

plant.<br />

The following direct <strong>and</strong> indirect controls <strong>of</strong><br />

process plants with neural network are currently<br />

being worked on:<br />

Autor<br />

Dipl.-Ing. Frank Gebhardt<br />

Uniper Technologies GmbH<br />

Gelsenkirchen, Deutschl<strong>and</strong><br />

––<br />

st<strong>and</strong>ard AI operator, which learns the control<br />

interventions in the process engineering<br />

process <strong>of</strong> the best human operator <strong>and</strong> can<br />

then execute them independently after the<br />

learning phase. After the learning phase,<br />

this AI operator is, so to speak, the “digital<br />

twin” <strong>of</strong> the best human operator. This concept<br />

has already been successfully implemented<br />

in pilot plant 1, see presentation by<br />

Uniper at KELI 2020.<br />

––<br />

AI prediction with a new technology, which<br />

can predict process-related process values<br />

such as steam dips, boiler ceiling temperatures,<br />

EMI values such as CO <strong>and</strong> NOx in the<br />

range <strong>of</strong> up to half an hour (MW) with the<br />

help <strong>of</strong> a control system.<br />

This technology can be used to per<strong>for</strong>m predictive<br />

human place interventions in the process,<br />

which in turn can be used to train a new neural<br />

network as described in point 1. l<br />

Dieser Beitrag knüpft an den Vortrag bei<br />

Uniper von der KELI 2020: „Steuerung eines<br />

Müllkessels mit neuronalem Netz- Erster Erfahrungsbericht“<br />

an und stellt weitere Anwendungsfälle<br />

für die direkte und indirekte Steuerung<br />

verfahrenstechnischer Anlagen mit neuronalem<br />

Netz vor.<br />

Dabei h<strong>and</strong>elt es sich um eine weitere Müllverbrennungsanlage<br />

für die indirekte Steuerung<br />

mit neuronalem Netz und um neue Anlagentypen.<br />

Dahinter verbirgt sich eine Biomasseanlage<br />

(Altholzverbrennung), eine Wirbelschichtfeuerungsanlage<br />

und ein Gaskraftwerk.<br />

Folgende direkte und indirekte Steuerungen<br />

verfahrenstechnischer Anlagen mit neuronalem<br />

Netz werden zurzeit bearbeitet:<br />

––<br />

St<strong>and</strong>ard AI-Operator, der die Stelleingriffe<br />

in den verfahrenstechnischen Prozess des<br />

besten menschlichen Operators lernt und<br />

diese dann nach der Lernphase selbstständig<br />

ausführen kann. Dieser AI-Operator ist<br />

nach der Lernphase sozusagen der „digitale<br />

Zwilling“ des besten menschlichen Operators.<br />

Dieses Konzept wurde bereits in der<br />

Pilotanlage 1 erfolgreich umgesetzt, siehe<br />

Vortrag von Uniper bei der KELI 2020.<br />

––<br />

AI-Prediction mit einer neuen Technologie,<br />

welcher verfahrenstechnische Prozesswerte<br />

wie z.B. Dampfeinbrüche, Kesseldeckentemperaturen,<br />

EMI-Werte wie z.B. CO und NOx<br />

im Bereich bis zu einer halben Stunde (MW)<br />

mit Hilfe eines Leitsystems voraussagen<br />

kann.<br />

Mit Hilfe dieser Technologie können vorausschauende<br />

menschliche Stelleingriffe in den<br />

Prozess ausgeführt werden, die wiederum zum<br />

Anlernen eines neuen neuronalen Netzes wie<br />

unter Punkt 1 beschrieben, dienen.<br />

1 Einleitung<br />

Die Digitalisierung erhält langsam Einzug in<br />

die Kraftwerkstechnik. Verglichen mit <strong>and</strong>eren<br />

Branchen erfolgt dieser Prozess langsamer,<br />

bedingt durch die Komplexität der technischen<br />

Systeme und die hohen An<strong>for</strong>derungen<br />

an Cybersicherheit und Datenschutz.<br />

Dieses Manuskript knüpft an den Vortrag<br />

von Uniper von der KELI 2020 an und stellt<br />

weitere Anwendungsfälle für die direkte<br />

und indirekte Steuerung verfahrenstechnischer<br />

Anlagen mit neuronalem Netz vor.<br />

Dabei h<strong>and</strong>elt es sich um eine weitere Müllverbrennungsanlage<br />

für die indirekte Steuerung<br />

mit neuronalem Netz und um neue<br />

Anlagentypen. Dahinter verbirgt sich eine<br />

Biomasseanlage (Altholzverbrennung), eine<br />

Wirbelschichtfeuerungsanlage und ein Gaskraftwerk.<br />

Es liegen weiterhin viele Anfragen<br />

bezüglich eines Potentialchecks zur Anwendung<br />

künstlicher Intelligenz in den Anlagen<br />

vor.<br />

Folgende direkte und indirekte Steuerungen<br />

verfahrenstechnischer Anlagen mit neuronalem<br />

Netz werden zurzeit u.a. von Uniper<br />

bearbeitet:<br />

––<br />

AI-Operator<br />

Der AI-Operator ist die KI-St<strong>and</strong>ardsteuerung,<br />

welche die Stelleingriffe in den verfahrenstechnischen<br />

Prozess vom besten<br />

menschlichen Operator lernt und diese<br />

dann nach der Lernphase selbstständig<br />

ausführen kann. Dieser AI-Operator ist<br />

nach der Lernphase sozusagen der „digi-<br />

42 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong>


Steuerung verfahrenstechnischer Anlagen mit neuronalem Netz<br />

tale Zwilling“ des besten menschlichen<br />

Operators und fällt unter Kategorie: „direkte<br />

Steuerung“. Dieses Konzept wurde<br />

bereits in der Pilotanlage 1 erfolgreich<br />

umgesetzt, siehe Vortrag von Uniper bei<br />

der KELI 2020. Hier gab es eine kontinuierliche<br />

Verbesserung, die nun zu einer<br />

umweltschonenden und wirtschaftlichen<br />

Fahrweise der Pilotanlage geführt hat. Als<br />

weitere praktische Erfahrung zeigt sich,<br />

dass man bei der Konzeption dieser Art<br />

von Steuerungen auf die Auswahl der<br />

Lernmuster achten muss, hier speziell auf<br />

Sommer- und Winterlernmuster und auf<br />

Störeinflüsse, wie z.B. Dampfeinbrüche.<br />

––<br />

AI-Prädiktion<br />

––<br />

Die AI-Prädiktion ist eine Technologie,<br />

welche verfahrenstechnische Prozesswerte<br />

wie z.B. Dampfeinbrüche, Kesseldeckentemperaturen,<br />

EMI-Werte wie z.B.<br />

CO und NOx im Bereich bis zu einer halben<br />

Stunde mit Hilfe eines Leitsystems<br />

voraussagen kann.<br />

––<br />

Mit Hilfe dieser Technologie können vorausschauende<br />

menschliche Stelleingriffe<br />

in den Prozess ausgeführt werden, die<br />

wiederum zum Anlernen eines neuen<br />

neuronalen Netzes wie unter Punkt 1 beschrieben,<br />

dienen.<br />

Die neuronalen Netze wurden von Anfang<br />

an zur Entlastung des Betriebspersonals<br />

konzipiert und mit den Schichtführern der<br />

Anlagen zusammen entwickelt, um eine<br />

hohe Akzeptanz der Projekte sicherzustellen.<br />

Die direkten und indirekten Steuerungen<br />

werden auf Basis von zahlreichen aufgezeichneten<br />

Datensätzen trainiert, um das<br />

dynamische Verhalten der Anlagen zu erlernen<br />

und flexibel auf Prozessänderungen reagieren<br />

zu können. Der Lernprozess erfolgt<br />

aus Sicherheitsgründen vollständig <strong>of</strong>fline.<br />

Zahlreiche Testläufe der ausgelernten neuronalen<br />

Netze haben positive Rückmeldungen<br />

aus den Betrieben erfahren.<br />

Ohne verfahrenstechnische Mehraufwendungen<br />

etwa für zusätzliche Messungen<br />

oder Stellglieder können die neuronalen<br />

Netz direkt in die bestehenden Leittechniken<br />

implementiert werden. Die Implementierungen<br />

nach Punkt 1 erfolgen schrittweise<br />

beginnend mit dem AI-Assistant zur Beratung<br />

der Schichten. Erst wenn die<br />

Zuverlässigkeit des neuronalen Netzes im<br />

betrieblichen Alltag nachgewiesen wurde,<br />

kommt der AI-Operator zur Ausführung.<br />

2 Praktische Beispiele<br />

2.1 AI-Operator<br />

2.1.1 Pilot-Müllverbrennungsanlage<br />

Es h<strong>and</strong>elt sich bei der Pilot-Müllverbrennungsanlage<br />

(MVA) um einen älteren Müllkessel,<br />

welcher vor 1990 errichtet worden ist.<br />

Folgende Heraus<strong>for</strong>derungen stellten sich:<br />

––<br />

Einschränkungen bei Messungen<br />

––<br />

Keine ideale Luftverteilung wegen Walzenrost<br />

Das neuronale Netz<br />

lernt das gesamte<br />

Prozessabbild<br />

24 Messwerte<br />

80 Minuten<br />

Historie<br />

abgeleitete<br />

We rte, z.B.<br />

Steigung und<br />

Krümmung<br />

Bild 1. Neuronales Netz.<br />

––<br />

Schlechte Regelbarkeit durch hohe, teilweise<br />

dynamische Totzeiten<br />

––<br />

Feuerleistungsregelung bisher nicht umsetzbar,<br />

daher manueller Betrieb!<br />

Seitens der Betriebsführung wurden folgende<br />

R<strong>and</strong>bedingungen für den Piloteinsatz<br />

zur Steuerung der Anlage mit künstlicher<br />

Intelligenz definiert:<br />

––<br />

Steuern ohne Mehraufw<strong>and</strong> an Messungen<br />

und an Stellgliedern<br />

––<br />

Reduzierung manueller Stelleingriffe<br />

––<br />

Gleichmäßiger O2- und Dampfmassenstrom<br />

––<br />

Sicherheit der Anlage durch Melden von<br />

unzulässigen Betriebszuständen erhöhen<br />

––<br />

Steuerung zweier Primärluftklappen und<br />

des Lastsollwertes, womit eine vollständige<br />

autonome Steuerung für diesen Müllkessel<br />

geplant war bei gleichzeitiger, vollständiger<br />

und verantwortlicher Überwachung<br />

durch den menschlichen Operator<br />

––<br />

TÜV-Abnahme<br />

Neuronales Netz<br />

Der spezifische Entwurf eines neuronalen<br />

Netzes für diese Aufgabenstellung sieht aus<br />

wie in B i l d 1 dargestellt.<br />

Die Pilot-Müllverbrennungsanlage 1 war fast<br />

2 Jahre erfolgreich in Betrieb und es wurde<br />

laufend die Wissensbasis des neuronalen<br />

Netzes optimiert. Im Dezember 2019<br />

wurden bereits <strong>10</strong> % mehr Dampfproduktion<br />

mit der Reduzierung von Verbrauchsst<strong>of</strong>fen<br />

(Heizöl) und Emissionen (CO) erreicht.<br />

Im Mai 2021 gelang sogar ein so bedeutender<br />

Optimierungsschritt 2 , dass man schon<br />

nach einer Woche in den betrieblichen Aufschreibungen<br />

merkliche CO-Reduktionen,<br />

Dampfeinbruchsvermeidungen und Einsparungen<br />

von Stützfeuerheizöl feststellen<br />

konnte. Das lässt jetzt auch eine merkliche<br />

Verbesserung der wirtschaftlichen Situation<br />

des Betriebes mit positiven Umweltschutzeffekt<br />

erwarten.<br />

TÜV-Abnahme<br />

Folgende wichtige Punkte wurden vom TÜV<br />

geprüft:<br />

1<br />

Deutschl<strong>and</strong>weit und unseres Wissens auch<br />

weltweit erstes Pilotprojekt dieser Art<br />

2<br />

Mit Methoden von KI.2.0<br />

INPUT HIDDEN OUTPUT<br />

––<br />

Menschlicher Bediener sitzt im Kontrollraum<br />

– Kein Ersatz durch KI<br />

––<br />

AI-Operator kann jederzeit gestoppt werden<br />

––<br />

Anlagensicherheitssysteme nicht betr<strong>of</strong>fen<br />

––<br />

Kein Hacking – Keine Möglichkeit, den AI-<br />

Operator zu stören, da keine Verbindung<br />

nach außen<br />

CO-Reduktion<br />

Die Reduktion von CO-Spitzen zeigen die<br />

Diagramme in B i l d 2 und B i l d 3 .<br />

2.1.2 Wirbelschichtfeuerungsanlage<br />

Ein Folgeprojekt zum AI-Operator der Pilot-<br />

Müllverbrennungsanlage wurde in <strong>2022</strong><br />

umgesetzt. Hierbei geht es um die Heraus<strong>for</strong>derung<br />

die Temperatur im Feuerraum<br />

konstant zu halten.<br />

Die Verbrennung wird zur Zeit manuell gesteuert,<br />

u.a. mit einer Regelklappe, einem<br />

Gebläse, Schnecken und Zellradschleusen.<br />

Als Automatisierung ist eine KI zur Steuerung<br />

des erbrennungsprozesses zum Einsatz<br />

gekommen, wobei hierdurch u.a.:<br />

––<br />

Höherer Durchsatz von Brennst<strong>of</strong>f<br />

––<br />

Gleichmäßigere Temperatur im Wirbelschicht-Ofen<br />

––<br />

Erleichterungen für das Wartenpersonal<br />

als Zielsetzung gewählt wurden.<br />

Die ersten Ergebnisse bestätigen auch hier<br />

den erfolgreichen Einsatz eines neuronalen<br />

Netzes, welches auf dem neuronalen Netz<br />

der Pilot-Müllverbrennungsanlage beruht.<br />

2.1.3 Gaskraftwerk<br />

Steuerung<br />

durch Kl<br />

12 erlernte<br />

Steuerausgänge<br />

möglich<br />

2 Primärluftklappen<br />

und Lastsollwert<br />

sind aktiviert<br />

Ein weiteres Folgeprojekt zum AI-Operator<br />

der Pilot-Müllverbrennungsanlage wurde in<br />

2021/<strong>2022</strong> umgesetzt.. Hierbei geht es um<br />

die Heraus<strong>for</strong>derung bei Volllast die Grenzwerte<br />

für:<br />

––<br />

NOx-Emissionen<br />

––<br />

CO-Emissionen<br />

einzuhalten.<br />

Über manuelle Eingriffe kann die Verbrennung<br />

vertrimmt werden, um die Grenzwerte<br />

sicher einzuhalten.<br />

Eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung in<br />

Abhängigkeit von den Emissionen ist die<br />

Vertrimmung von Lambda (Brennst<strong>of</strong>f/<br />

Luftverhältnis), welches die Aufgabenstellung<br />

für den AI-Operator ist.<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 43


Steuerung verfahrenstechnischer Anlagen mit neuronalem Netz<br />

Value<br />

350<br />

300<br />

250<br />

200<br />

150<br />

<strong>10</strong>0<br />

50<br />

Vorhersage der CO-<br />

Spitzen und Optimierung<br />

der Verbrennungsluft:<br />

Primärluftklappen<br />

werden geschlossen<br />

Reduzierte<br />

CO-Spitze<br />

0<br />

08:00 08:<strong>10</strong> 08:20 08:30 08:40 08:50 09:00 09:<strong>10</strong> 09:20 09:30 09:40 09:50 <strong>10</strong>:00<br />

Bild 2. Vermeidung von CO-Spitzen.<br />

CO-Level<br />

350<br />

300<br />

250<br />

200<br />

150<br />

<strong>10</strong>0<br />

50<br />

Die ersten Ergebnisse bestätigen hier ebenfalls<br />

den erfolgreichen Einsatz eines neuronalen<br />

Netzes, welches auf dem neuronalen Netz<br />

der Pilot-Müllverbrennungsanlage beruht.<br />

2.2 AI-Prädiktion<br />

2.2.1 Müllverbrennung<br />

Al-Operator<br />

Reduzierte<br />

CO-Spitze<br />

Primär<br />

luftklappe<br />

4<br />

Manuelle Fahrweise<br />

Primär<br />

luftklappe<br />

5<br />

0<br />

08 09 <strong>10</strong> 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20<br />

Bild 3. Niedrigere und gleichmäßigere CO-Emission.<br />

Beim Folgeprojekt zur Müllverbrennung ist<br />

die Heraus<strong>for</strong>derung, dass der Rost zu schmal<br />

ist. Das führt zu fast täglichen kurzzeitigen<br />

Dampfeinbrüchen, die mit Ölstützfeuer<br />

behoben werden müssen.<br />

Uniper hat zusammen mit der Anlage den<br />

Einsatz einer KI (künstlichen Intelligenz)<br />

geprüft, ob sie einen kommenden Dampfeinbruch<br />

absehen kann. Ein Endziel des Projektes<br />

ist es nun, dass die KI dann den<br />

Dampfeinbruch verhindern kann, indem sie<br />

zu diesem Zeitpunkt in den Prozess positiv<br />

eingreift.<br />

Vorprojekte mit <strong>and</strong>eren Ansätzen (keine<br />

KI) hatten bisher keinen Erfolg und wurden<br />

wieder zurückgebaut.<br />

Erste Berechnungen von Uniper mit einem<br />

neuronalen Netz sahen sehr vielversprechend<br />

aus, sodass eine Projektumsetzung in<br />

2021/ <strong>2022</strong> durchgeführt wurde. Die<br />

Dampfvorhersage für 5-min und 15-min<br />

Mittelwert hat sich als sehr zuverlässig erwiesen.<br />

Zur Zeit wird mit dieser Vorhersage<br />

und dem Indikator „Überschüttung Rost“<br />

eine Warnmeldung erarbeitet, die die Operatoren<br />

vor einer anstehenden Überschüttung<br />

warnt und sie in die Lage versetzt vorrausschauend<br />

einzugreifen. Das erspart Stützölfeuer!<br />

Ein erster Ansatz, um die betriebswirtschaftliche<br />

Wertigkeit des Einsatzes einer KI zu<br />

ermitteln ist, wird das eingesparte Öl sein.<br />

Die positiven Umweltaspekte sind dabei<br />

auch zu beachten, da mit stark verringerten<br />

CO-Peaks zu rechnen ist und unnötige Emissionen<br />

aufgrund stark verringertem Öleinsatz<br />

vermieden werden.<br />

2.2.2 Biomasseverbrennung<br />

Beim Pilotprojekt zur Biomasseverbrennung<br />

ist die Heraus<strong>for</strong>derung, dass die uerraumtemperatur<br />

zu hoch ist. Das führt zu<br />

höherer/ unvorteilhafterer Verschmutzung<br />

des Kessels und Reduzierung der Reisezeit.<br />

Uniper hat zusammen mit der Anlage den<br />

Einsatz einer KI (künstlichen Intelligenz)<br />

positiv geprüft, ob sie einen kommendenerraumtemperaturanstieg<br />

absehen kann und<br />

ist in <strong>2022</strong> in die Projektumsetzung gegangen.<br />

Ein Endziel des Projektes ist es nun,<br />

dass die KI dann den Feuerraumtemperaturanstieg<br />

verhindern kann, indem sie zu diesem<br />

Zeitpunkt in den Prozess positiv eingreift.<br />

Erste Berechnungen von Uniper mit einem<br />

neuronalen Netz sehen sehr vielversprechend<br />

aus, sodass eine Projektumsetzung in<br />

<strong>2022</strong> erfolgt. l<br />

<strong>vgbe</strong> St<strong>and</strong>ards/<br />

Positionspapiere<br />

Datenbanken<br />

be connected<br />

Technische<br />

Programme/<br />

F&E-Projekte<br />

Konferenzen und<br />

Workshops<br />

Technische<br />

Dienstleistungen<br />

44 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Effiziente Wege zum Brownfield Reengineering<br />

Erhebung und Nutzung digitaler<br />

In<strong>for</strong>mationszwillinge für die<br />

Wiederinbetriebnahme von<br />

fossil-thermischen Kraftwerken<br />

– Effiziente Wege zum Brownfield<br />

Reengineering<br />

Hans Preuss<br />

Abstract<br />

Collection <strong>and</strong> use <strong>of</strong> digital in<strong>for</strong>mation<br />

twins <strong>for</strong> the re-commissioning <strong>of</strong><br />

fossil-thermal power plants – Efficient<br />

ways <strong>for</strong> brownfield reengineering<br />

Scarce resources, changing personnel <strong>and</strong><br />

multi-shift operations dem<strong>and</strong> intelligent<br />

knowledge management. The depersonalisation<br />

<strong>of</strong> in<strong>for</strong>mation is indispensable <strong>for</strong> the<br />

successful <strong>and</strong> safe operation <strong>of</strong> <strong>energy</strong> industry<br />

plants. Digitalisation successes are there-<br />

Autor<br />

Hans Karl Preuss<br />

Geschäftsführer<br />

GABO IDM mbH<br />

Erlangen, Deutschl<strong>and</strong><br />

<strong>for</strong>e not only achieved by companies on the<br />

cost side, but also in terms <strong>of</strong> data availability,<br />

process optimisation <strong>and</strong> the use <strong>of</strong> external<br />

human resources. The current political situation<br />

<strong>and</strong> the associated challenges place further<br />

dem<strong>and</strong>s on the digital twin <strong>of</strong> a fossilthermal<br />

plant. <br />

l<br />

Knappe Ressourcen, wechselndes Personal<br />

und der Mehrschichtbetrieb verlangen ein intelligentes<br />

Wissensmanagement. Die Entpersonalisierung<br />

von In<strong>for</strong>mationen ist unverzichtbar<br />

für den erfolgreichen und sicheren<br />

Betrieb energiewirtschaftlicher Anlagen. Digitalisierungserfolge<br />

erzielen Unternehmen daher<br />

nicht nur auf der Kostenseite, sondern in<br />

Bezug auf die Verfügbarkeit von Daten, die<br />

Optimierung der Prozesse und die Nutzung<br />

externer personeller Ressourcen. Die derzeitige<br />

politische Lage und die damit verbundenen<br />

Heraus<strong>for</strong>derungen stellen weitere An<strong>for</strong>derungen<br />

an den digitalen Zwilling einer fossilthermischen<br />

Anlage. Derzeit befinden sich<br />

knapp 4000 MW Nettonennleistung (elektrische<br />

Wirkleistung) allein an Steinkohlekraftwerken<br />

in Deutschl<strong>and</strong> in Netzreserve aufgrund<br />

§ 13b EnWG. Prominente kürzliche<br />

Stilllegungen wie das Kraftwerk Westfalen<br />

oder das Kraftwerk Moorburg sind dabei nicht<br />

mitberücksichtigt. Gemessen an den über<br />

<strong>10</strong>.000 MW der in Betrieb befindlichen Gaskraftwerke<br />

könnten, bei sich weiter verschlechternder<br />

Versorgung mit Brennst<strong>of</strong>f, somit<br />

knapp 40 % der Kapazitäten ausgeglichen<br />

werden (vgb. B i l d 1 ).<br />

So viel zur Theorie und den Möglichkeiten.<br />

In der Praxis ergeben sich hier jedoch neue<br />

Heraus<strong>for</strong>derungen, die es zu meistern gilt.<br />

Zum einen sind diese Kraftwerke meist älteren<br />

Baujahres zum <strong>and</strong>eren sind die Mitarbeiter,<br />

die diese Kraftwerke jahrelang betrieben<br />

haben, häufig nicht mehr verfügbar. Die<br />

Mitarbeiter des Betriebes und der Inst<strong>and</strong>haltung<br />

haben den Arbeitgeber gewechselt<br />

oder sind in Ruhest<strong>and</strong> gegangen. Das Wissen<br />

um die Anlage und deren Eigenheiten<br />

mit Ihnen.<br />

So ergibt sich eine gänzlich neue Situation<br />

mit einem bestehenden, sich in Netzreserve<br />

befindlichem, Kraftwerk. Bei einem solchen<br />

Szenario kann das Wissen um die Anlage<br />

nicht „On the job“ bei der Inbetriebnahme<br />

weitergegeben werden. Wartungspläne wiederkehrende<br />

Prüfungen und eingespielte<br />

Abläufe sind hier ausgesetzt und müssen gegebenen<br />

Falls komplett neu erarbeitet und<br />

an die An<strong>for</strong>derungen angepasst werden.<br />

Zusätzlich dazu wurden in der Regel, für<br />

Anlagen deren Laufzeit endlich ist, keine<br />

größeren Investitionen mehr getätigt. Sowohl<br />

in die Technik der Anlage als auch in<br />

Dokumentation. Das Wissensmanagement<br />

entspricht hier nicht dem zur Aufgabe benötigten<br />

An<strong>for</strong>derungen.<br />

Um in sehr kurzer Zeit einen Überblick der<br />

vorh<strong>and</strong>enen In<strong>for</strong>mationen zu bekommen<br />

und auch um eventuelle Fehlstellen auszumachen<br />

ist ein Digitaler Zwilling der Kraftwerksanlage<br />

in Kombination mit einem Simulator<br />

eine adäquate Lösung, um verschiedene<br />

Ereignisse (Wiederinbetriebnahme,<br />

Regulärer Betrieb, Störungsbehebung) zu<br />

simulieren.<br />

Siehe auch: Einsatzmöglichkeiten von anlagenspezifischen<br />

1:1-Simulatoren für rostgefeuerte<br />

Kraftwerke von Peter Lasch.<br />

Für die oben beschrieben Ansatzpunkte fehlen<br />

in der Regel dazu vor allem eines: Jede<br />

Menge Daten.<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 45


Effiziente Wege zum Brownfield Reengineering<br />

Leistung in MW<br />

7.500<br />

7.000<br />

6.500<br />

6.000<br />

5.500<br />

5.000<br />

4.500<br />

4.000<br />

3.500<br />

3.000<br />

2.500<br />

2.000<br />

1.500<br />

1.000<br />

500<br />

0<br />

1.886<br />

1.886<br />

Sicherheits<br />

bereitschaft<br />

Kraftwerke außerhalb des Strommarktes<br />

7.293<br />

1.612<br />

1.382<br />

4.299<br />

Netzreserve*<br />

Diese Daten befinden sich in der Technischen<br />

Anlagendokumentation, im Betriebsführungssystem<br />

(z.B. SAP) und in diversen<br />

Hilfslisten bzw. Datenbanken.<br />

Zur Digitalisierung der Anlagenin<strong>for</strong>mationen<br />

können mittlerweile Verfahren eingesetzt<br />

werden die ein Brownfield Reengineering<br />

(light) schnell und effizient ermöglich.<br />

Eingesetzte und nicht eingesetzte Verfahren<br />

zur Erhebung der benötigten In<strong>for</strong>mationen<br />

für den „Digitalen Zwilling“:<br />

––<br />

Scan der analogen Dokumente<br />

––<br />

KEIN 3D-Scan (Kosten/Nutzen-Verhältnis)<br />

––<br />

Vektorisierung zur kostengünstigen CAD-<br />

Überführung<br />

––<br />

OCR-Erkennung als Basis zur digitalen Bearbeitung<br />

und In<strong>for</strong>mationsaggregation<br />

Eingesetzte Verfahren zur Validierung:<br />

––<br />

Prüfung auf Logik<br />

––<br />

Prüfung auf Querverweise<br />

––<br />

Abgleich mit der Prozessleittechnik (PLS)<br />

––<br />

Abgleich mit dem Betriebsführungssystem<br />

(BFS)<br />

Nutzen des digitalen Zwillings<br />

––<br />

Konservierung von Anlagenwissen<br />

––<br />

Verkürzung der Entstörungszeit<br />

––<br />

Effizientes Arbeiten mit dem Inst<strong>and</strong>haltungssystem<br />

durch valide Daten<br />

––<br />

Steigerung der Effizienz bei Arbeiten in<br />

der Anlage<br />

2.047<br />

196<br />

294<br />

Vorläufig<br />

Stillgelegt<br />

Kapazitätsreserve**<br />

Mineralöprodukte<br />

Erdgas<br />

Steinkohle<br />

Braunkohle<br />

* Systemrelevante Kraftwerke in der Netzreserve germ. § 13b EnWG und KVBG sowie Kraftwerke in der<br />

Kapazitätsreserve germ. § 13e EnWG, die nur auf An<strong>for</strong>derung der Übertragungsnetzbetreiber zu Zwecken der<br />

Wahrung der Versorgungssicherheit betrieben werden. Es ist möglich, dass sich Anlagen gleichzeitig in § 13 b und<br />

§13eEnWGbefmden.<br />

**Leistung in der Kapazitätsreserve entspricht hier der Angabe des Kraftwerksbetreibers gem. MaStRV.<br />

1.557<br />

1.263<br />

1.263<br />

St<strong>and</strong>: 31. Mai <strong>2022</strong><br />

Quelle: Monitaringreferat der<br />

Bundesnetz agentur<br />

Bild 1. Kraftwerke außerhalb des Strommarktes mit jeweiligem Energieträger.<br />

Quelle: https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Fachthemen/ElektrizitaetundGas/<br />

Versorgungssicherheit/Erzeugungskapazitaeten/Kraftwerksliste/start.htm<br />

Daten aus Marktstammdatenregister (Datenauszug vom 12.05.<strong>2022</strong>) Monitoring 2012<br />

bis 2021 (Nicht-EEG-Anlagen) sowie EEG-Anlagen bis zum 31.12.2021<br />

(Quellen EEG-Anlagen: AGEE-Stat Zeitreihen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in<br />

Deutschl<strong>and</strong> (AGEE-Stat, Februar <strong>2022</strong>) und Marktstammdatenregister (Bundesnetzagentur,<br />

Datenst<strong>and</strong>: 24.03.<strong>2022</strong><br />

––<br />

Visualisierung von Vorgängen im Verfahrensfließbild<br />

––<br />

Effektiver Änderungsdienst<br />

1.1 Wissen im Kopf – Direkter<br />

Zugriff, s<strong>of</strong>ern der Knowhow<br />

Träger verfügbar ist<br />

Der schnellste Zugriff auf In<strong>for</strong>mationen erfolgt<br />

aus dem Gedächtnis, ohne Recherche,<br />

als direkt angew<strong>and</strong>tes Wissen. Das Arbeiten<br />

mit In<strong>for</strong>mationen aus der „Technischen<br />

Dokumentation“ stellt sich bei vielen Anlagen<br />

wie folgt dar:<br />

Die Mitarbeiter wurden während der Errichtung<br />

oder signifikanter Erneuerungen der<br />

Anlagen eingestellt und konnten „On-The-<br />

Job“ von den Inbetriebnehmern lernen.<br />

Auch konnten neue Mitarbeiter häufig von<br />

den Kollegen mit langjähriger Kraftwerkserfahrung<br />

pr<strong>of</strong>itieren und im Team Erfahrungen<br />

und Wissen austauschen.<br />

So erfolgte der Wissenstransfer ohne Dokumentation<br />

direkt von Inbetriebnehmer zu<br />

Mitarbeiter und von Vorgänger zum Nachfolger.<br />

Daraus ergab sich, dass selten In<strong>for</strong>mationen<br />

aus der Dokumentation benötigt wurden.<br />

Nun stellt sich die Heraus<strong>for</strong>derung, dass<br />

beispielsweise bei Reaktivierung der Wartungspläne<br />

im SAP häufig nur Kurzbeschreibungen<br />

vorh<strong>and</strong>en sind, die mit dem Wissen<br />

des Personals ergänzt die notwendige Tätigkeit<br />

definierten. Das fehlende Detailwissen<br />

muss bei Wiederinbetriebnahme aus den<br />

Komponentenh<strong>and</strong>büchern ergänzt werden.<br />

Im regulären Betrieb war auch dieses Wissen<br />

von den Inbetriebnehmern zur späteren Betriebsmannschaft<br />

transferiert worden.<br />

Somit ist hier gerade der mobile Zugriff von<br />

entscheidender Bedeutung.<br />

2.2 Heraus<strong>for</strong>derung für den<br />

(Wieder-)Betreiber<br />

Bedingt durch das jetziges Fehlen der Knowhow-Träger<br />

müssen diese im Bedarfsfall<br />

durch nicht anlagenerfahrenen Mitarbeiter<br />

adäquat ersetzt werden.<br />

Für das Anlagenin<strong>for</strong>mations- und Inst<strong>and</strong>haltungsplanungssystem<br />

(IPS) stellt sich<br />

die Heraus<strong>for</strong>derung, die für komplexe Vorgänge<br />

benötigten In<strong>for</strong>mationen einfach<br />

und schnell zu erheben und später bereitzustellen.<br />

Starre Betriebsführungssysteme können die<br />

Aufgaben noch komplexer gestalten.<br />

Der Fokus liegt hier auf einem smartes Wissen-Management<br />

einen erfolgreichen Wissenstransfer.<br />

2 Digitale Zwillinge<br />

und technische<br />

Anlagendokumentation –<br />

Begriffsklärung<br />

Die Prägung des Begriffs „Digitaler Zwilling“<br />

ist noch recht neu. Das allgemeine Verständnis<br />

dieser Prägung entst<strong>and</strong> 2002<br />

durch Michael Grieves von der University <strong>of</strong><br />

Michigan und John Vickers von der NASA<br />

(Bild 2).<br />

Man spricht hier auch vom „Digitalen-Zwillings-Konzept“.<br />

Der digitale Zwilling, im Digitalen-Zwillings-Konzept,<br />

setzt sich im Großen und<br />

Ganzen aus drei Teilen zusammen:<br />

––<br />

Den physischen Produkten im „realen<br />

Raum“,<br />

––<br />

den virtuellen oder digitalen Produkten<br />

im „virtuellen Raum“ und<br />

––<br />

den Daten- und In<strong>for</strong>mationsverbindungen<br />

die beide mitein<strong>and</strong>er verbinden.<br />

Vor der Definition des „Digitalen-Zwillings-<br />

Konzepts“ ging es „nur“ um die digitale Abbildung<br />

bzw. Repräsentanz eines realen Objektes<br />

oder Prozesses (digitaler In<strong>for</strong>mationszwilling)<br />

(s.o.), in dem Konzept von<br />

Grieves und Vickers geht es auch um die<br />

Kommunikation zwischen dem realen und<br />

virtuellen Objekt.<br />

Die Daten, die von dem realen zum virtuellen<br />

Objekt/Prozess fließen werden auch als<br />

digital shadow oder digitaler Schatten bezeichnet.<br />

Die In<strong>for</strong>mationen, die vom virtuellen zum<br />

realen Objekt/Prozess fließen, werden als<br />

46 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Effiziente Wege zum Brownfield Reengineering<br />

Reale Anlage<br />

digital Trigger bzw. digitaler Impuls bezeichnet.<br />

Aus dem Vergleich und der Analyse der<br />

Abweichungen zwischen den realen und virtuellen<br />

Objekten können die realen Objekte<br />

wieder anein<strong>and</strong>er angepasst und die Prozesse<br />

entsprechend reguliert werden.<br />

Führend in diesem „Digitalen Zwillings-<br />

Konzept“ ist das virtuelle Objekt, dem das<br />

reale Objekt folgen bzw. sich anpassen<br />

muss. Bei technischen Anlagen kann aus<br />

den auftretenden Abweichungen eine Nachjustierung<br />

einer Anlagenkomponente oder<br />

bspw. auch eine vorausschauende Inst<strong>and</strong>haltung<br />

(predictive maintenance) abgeleitet<br />

werden.<br />

Bei Prozessen oder sich bewegenden Objekten<br />

können die Abweichungen durch die Veränderung<br />

der Steuerungsgrößen (s.a. Stellgröße)<br />

und/oder der Eingabeparameter<br />

entsprechend wieder angeglichen werden.<br />

Der Begriff „Digitaler Zwilling“ ist, wie auch<br />

das Wort „KI“ (künstliche Intelligenz), mittlerweile<br />

zunehmend abgenutzt.<br />

Generell wird in zwei Arten unterschieden:<br />

––<br />

Digitaler Zwilling = Digitaler In<strong>for</strong>mationszwilling<br />

––<br />

Digitaler Zwilling(skonzept) -=Digitales<br />

Zwillings-Konzepte von Grieves und Vickers<br />

Wobei beim „Digitalen Zwillings-Konzept“<br />

der Prozess mitbetrachtet bzw. simuliert<br />

wird und die Erkenntnisse aus der Simulation<br />

für den „realen Zwilling“ genutzt werden.<br />

Der „Digitale (In<strong>for</strong>mations-)Zwilling“ ist<br />

jedoch Voraussetzung für das Zwillings-<br />

Konzept von Grieves und Vickers.<br />

2.2 Zusammenhänge von<br />

Inst<strong>and</strong>haltungsaufgaben und<br />

dem „Digitalen<br />

In<strong>for</strong>mationszwilling“<br />

Für die Betriebsführung und Inst<strong>and</strong>haltung<br />

einer Kraftwerksanlage und den dabei anfallenden<br />

Aufgaben werden zahlreiche In<strong>for</strong>mationen<br />

benötigt, die zu einem wesentlichen<br />

Teil in Form von Dokumenten der technischen<br />

Anlagendokumentation gebunden<br />

sind.<br />

Daten<br />

Prozessin<strong>for</strong>mationen<br />

Bild 2. Digitales Zwillings-Konzept von Grieves und Vickers.<br />

Virtuelle Anlage<br />

Der „Digitale In<strong>for</strong>mationszwilling“ stellt<br />

diese, vorzugsweise platt<strong>for</strong>munabhängig,<br />

webbasiert (z.B. in der privaten Cloud), bereit<br />

und dient somit als Abstraktionsebene<br />

(Bild 3).<br />

2.3 Der Weg zum „Digitalen<br />

In<strong>for</strong>mationszwilling“ mit<br />

KKS/AKZ<br />

„Am Anfang steht das R&I (Rohrleitungsund<br />

Instrumentenfließschema) und natürlich<br />

auch das SIL (Single Line Diagramm -<br />

Einlinienschaltbild)<br />

Der Weg zum „Digitalen Zwilling“ muss<br />

manchmal zum Sprint werden, um den Heraus<strong>for</strong>derungen<br />

des Projektes gerecht zu<br />

werden.<br />

Einer der größten Vorteile, den die Energiebranche<br />

gegenüber <strong>and</strong>eren Branchen<br />

hat, ist das Kraftwerkskennzeichensystem –<br />

6<br />

7<br />

8<br />

9<br />

Störungsregistrierung<br />

Auftragswesen<br />

Wiederkehrende<br />

Prüfungen/Aufgaben<br />

Arbeitssicherungsmaßnahmen/Freischaltungen<br />

1<br />

Anlagenspiegel<br />

der Komponenten<br />

mit KKS<br />

Bezeichnung<br />

KKS/AKZ.<br />

Hier nochmals vereinfacht, die Definition<br />

des „Digitalen In<strong>for</strong>mationszwillings“:<br />

––<br />

Ein digitaler In<strong>for</strong>mationszwilling ist eine<br />

digitale Repräsentanz der In<strong>for</strong>mationen<br />

über ein Objekt oder eines Prozesses aus<br />

der realen Welt in der digitalen Welt.<br />

––<br />

Er wird im Lebenszyklus der Objekte für<br />

das effiziente und kostenbewusste Betreiben<br />

von Produkten, Anlagen und Dienstleistungen<br />

genutzt.<br />

Das KKS-System stellt ein etabliertes Datenbzw.<br />

Funktionsmodel dar. Es beschreibt jedes<br />

System, Teilsystem, Aggregat und Betriebsmittel<br />

mit der dazugehörigen Funktion,<br />

dem Einbau und Aufstellungsort anh<strong>and</strong><br />

von numerischen und alphanumerischen<br />

Ziffern und Buchstaben.<br />

Dadurch inkludiert es alle funktionalen Objekte<br />

in einer Anlage bestehend aus:<br />

––<br />

Maschinentechnik<br />

––<br />

Verfahrenstechnik<br />

––<br />

Elektrotechnik<br />

––<br />

Leittechnik<br />

––<br />

Bautechnik.<br />

Es ist ein weltweiter St<strong>and</strong>ard und eignet<br />

sich hervorragend als Ordnungssystem für<br />

den „Digitalen (In<strong>for</strong>mations-)Zwilling“.<br />

= Verfahrenstechnik<br />

+ Einbauorte<br />

+ Aufstellungsorte<br />

2<br />

3<br />

4<br />

5<br />

Dokumentmanagement<br />

Produkte/Typ<br />

Material- und<br />

Verschleißteile<br />

CAD/CAE Systeme<br />

1. Anlagenspiegel: Alle Anlagenkomponenten der Maschinen-, Elektro-, Leit- und Bautechnik.<br />

2. Dokumentenmanagement: Alle Dokumente der technischen Dokumentation die für Planung, Bau,<br />

Betrieb und Rückbau der Anlagen notwendig sind.<br />

3. Produkte/Typ: Alle Produkte, die als Anlagenkomponenten in die Anlage eingebaut werden.<br />

4. Material- und Verschleißteile: Alle Materialien und Verschleißteile die für den Betrieb der Anlage<br />

notwendig sind.<br />

5. CAD- und CAE-Systeme wie AutoCAD oder E-Plan: CAD / CAE Systemschaltpläne<br />

6. Störungsregistrierung: Alle Störmeldungen die beim Betrieb der Anlage erzeugt werden.<br />

7. Auftragswesen Inst<strong>and</strong>haltungsplanung: Alle Arbeitsaufträge die für den Betrieb, die Wartung und<br />

Inst<strong>and</strong>haltung notwendig sind.<br />

8. WKP / WKM: Alle wiederkehrenden Prüfungen die nach den technischen Regeln des Gesetzgebers<br />

oder des Herstellers notwendig sind.<br />

9. Arbeitssicherheit / Freischaltung: Alle Arbeitssicherungsmaßnahmen die bei Außer- oder<br />

Inbetriebnahmen von Komponenten, Systemen oder Teilsystemen notwendig sind.<br />

Bild 3. Vorgänge im Zusammenhang mit dem Anlagenspiegel.<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 47


Effiziente Wege zum Brownfield Reengineering<br />

2.4 Die Identifikation der<br />

Funktionen (Systeme,<br />

Aggregate) eines digitalen<br />

In<strong>for</strong>mationszwillings<br />

Um die Eindeutigkeit der einzelnen Funktionen,<br />

Teilfunktionen und deren Komponenten<br />

unterscheiden zu können, bietet das<br />

Kraftwerkskennzeichensystem KKS sowie<br />

vergleichbare hierarchische ein-eindeutige<br />

Tab. 1. Ebenenstruktur für einen digitalen In<strong>for</strong>mationszwilling.<br />

• Verfahrenstechnische- Objekte der Maschinentechnik<br />

Ebene KKS Bezeichnung<br />

Ebene 1 =0 Übergeordnete Anlagen<br />

Ebene 2 =0P Kühlwasseranlage<br />

Ebene 3 =0PA Hauptkühlwassersystem<br />

Ebene 4 =0PAC Hauptkühlwasserpumpenanlage<br />

Ebene 5 =0PAC<strong>10</strong> Hauptkühlwasserpumpenanlage Strang 1<br />

Ebene 6 =0PAC<strong>10</strong> AP001 Hauptkühlwasserpumpe Strang 1<br />

Ebene 7 =0PAC<strong>10</strong> AP001 -Q01 Schalter der Hauptkühlwasserpumpe Strang 1<br />

Ebene 7 =0PAC<strong>10</strong> AP001 -M01 Motor der Hauptkühlwasserpumpe Strang 1<br />

Ebene 7 =0PAC<strong>10</strong> AP001 KP01 Pumpenaggregat Hauptkühlwasserpumpe Strang 1<br />

• Verfahrenstechnische- Objekte der Elektrotechnik und Leittechnik<br />

Ebene KKS Bezeichnung<br />

Ebene 1 =1 Linie 1<br />

Ebene 2 =1B Energieableitung und Eigenbedarf Linie 1<br />

Ebene 3 =1BB MS Schaltanlage Linie 1<br />

Ebene 4 =1BBA MS Schaltanlage 1 Linie 1<br />

Ebene 5 =1BBA02 Feld 2 MS Schaltanlage 1 Linie 1<br />

Ebene 6 =1BBA02 GS001 Einspeisung Feld 2 MS Schaltanlage Linie 1<br />

Ebene 7 =1BBA02 GS001 -M01 Motor Einspeisung Feld 2 MS Schaltanlage Linie 1<br />

• Einbauort- Objekte der Elektrotechnik und Leittechnik<br />

Ebene KKS Bezeichnung<br />

Ebene 1 +1 Linie 1<br />

Ebene 2 +1B Felder der Energieableitung und Eigenbedarf Linie 1<br />

Ebene 3 +1BB Felder der MS Schaltanlage Linie 1<br />

Ebene 4 +1BBA Felder der MS Schaltanlage 1 Linie 1<br />

Ebene 5 +1BBA01 Feld 1 der MS Schaltanlage 1 Linie 1<br />

Ebene 6 +1BBA01.A 001 Platz 1 im Feld 1 der MS Schaltanlage 1 Linie 1<br />

• Aufstellungsort- Objekte der Elektrotechnik und Leittechnik<br />

Ebene KKS Bezeichnung<br />

Ebene 1 ++1 Linie 1<br />

Ebene 2 ++1U Bauwerk im Linie 1<br />

Ebene 3 ++1UB Bauwerk für Energieableitung und EB im Linie 1<br />

Ebene 4 ++1UBA Schaltanlagengebäude im Linie 1<br />

Ebene 5 ++1UBA<strong>10</strong> Ebene 0m des Schaltanlagengebäudes im Linie 1<br />

Ebene 6 ++1UBA<strong>10</strong> R 001 Raum 1 der Ebene 0m des Schaltanlagengebäudes im Linie 1<br />

• Aufstellungsort- Objekte der Maschinentechnik<br />

Ebene KKS Bezeichnung<br />

Ebene 1 ++0 Übergeordnete Anlagen<br />

Ebene 2 ++0U Bauwerk für Übergeordnete Anlagen<br />

Ebene 3 ++0UQ Bauwerk für Kühlwasseranlage<br />

Ebene 4 ++0UQA Kühlwasserpumpenbauwerk<br />

Kennzeichensysteme, RDS-PP, AKS, AKZ,<br />

etc., alle dazu notwendigen Funktionen.<br />

Auch können hier zusammengehörige Objekte<br />

mitein<strong>and</strong>er referenziert und unterschieden<br />

werden.<br />

Ebene 5 ++0UQA<strong>10</strong> Ebene 0m des Kühlwasserpumpenbauwerkes<br />

Ebene 6 ++0UQA<strong>10</strong> R 002 Raum 2 der Ebene 0m des Kühlwasserpumpenbauwerkes<br />

Es werden dabei drei verschiedene Objekttypen<br />

für die Identifikation der Systeme, Teilsysteme<br />

und Komponenten unterschieden:<br />

––<br />

Verfahrenstechnische<br />

Objekte – Vorzeichen „=“.<br />

––<br />

Einbauort- Objekte der<br />

Elektro- und<br />

Leittechnik – Vorzeichen „+“.<br />

––<br />

Aufstellungsortobjekte<br />

der Bautechnik – Vorzeichen„++“.<br />

Die Ebenenstruktur für diese Anlage sollte<br />

sich wie in Ta b e l l e 1 dargestellt:<br />

B i l d 4 zeigt ein Beispiel für eine Referenzierung<br />

der verschiedenen Objektarten der<br />

Anlagenkennzeichnung.<br />

Durch die Referenzierung unterschiedlicher<br />

Objektarten aggregiert sich In<strong>for</strong>mationsgehalt<br />

zu einem Objekt.<br />

Beispiel:<br />

Das Objekt<br />

=0PAC<strong>10</strong> AP001 ist aufgestellt im<br />

++0UQA<strong>10</strong> R002<br />

der Schaltanlagenabzweig<br />

=0PAC<strong>10</strong> AP001 –Q01 ist im <strong>10</strong> kV Feld 1<br />

+1BBA01.A001 eingebaut.<br />

Diese Referenzierungen sind für den Aufbau<br />

und die Nutzung des „Digitalen Zwillings“<br />

unerlässlich (B i l d 5 ).<br />

3 Praktische Umsetzung<br />

ohne aufwendigen<br />

Implementierungsprozess<br />

in starre<br />

Betriebsführungssysteme<br />

Nur valide Daten sind nutzbare Daten. Um<br />

einen Überblick der derzeit aktiven Funktionen<br />

der Verfahrenstechnik zu erhalten, wird<br />

im ersten Schritt, eine Aufnahme des aktuellen<br />

Anlagenbest<strong>and</strong>es anh<strong>and</strong> der Rohrleitungs-<br />

und Instrumentenfließschemas realisiert.<br />

Die Ergebnisse des Digitalisates (vgl.<br />

B i l d 6 ) anschließend nochmals validiert.<br />

Zur effizienten Abarbeitung dieses Schrittes<br />

waren verschiedene Verfahren notwendig:<br />

––<br />

Digitalisierung analoger R&Is durch<br />

scann mit Groß<strong>for</strong>matscanner<br />

––<br />

Vektorisierung für die spätere Bearbeitung<br />

in CAD<br />

––<br />

Einbringung von Intelligenz (Kennzeichen<br />

und Zeichnungsköpfe) in die Zeichnungen<br />

für die Prüfung der Inhalte und<br />

zur Qualitätssicherung<br />

––<br />

Prüfung der KKS:<br />

––<br />

auf Dopplungen über alle R&I Schemata<br />

––<br />

auf Stellenrichtigkeit<br />

––<br />

gegen den VGB Katalog bzw. AVA Velsen<br />

spezifischen Katalog<br />

––<br />

hinsichtlich Unterschiede in den Verwendungskennzeichen<br />

––<br />

Auswertung der Ergebnisse und Rückschlüsse<br />

für die weitere Bearbeitung des<br />

Projektes<br />

48 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Effiziente Wege zum Brownfield Reengineering<br />

+OUQA<strong>10</strong> R 002<br />

Kühlwasserpumpenbauwerk<br />

Raum 02<br />

M<br />

=0PAC<strong>10</strong> AP001<br />

Hauptkühlwasserpumpe<br />

Strang 1<br />

+1UBA<strong>10</strong> R 001<br />

Schaltanlagengebäude im Block 1<br />

Raum1<br />

Feld 1<br />

+1BBA01<br />

MS Schaltanlage Block 1 =1BBA<br />

Bild 4. Referenzierung der verschiedenen Objektarten der Anlagenkennzeichnung.<br />

Objekt CAD/CAE Systeme<br />

Maschinentechnik<br />

Elektrotechnik<br />

Bautechnik<br />

Objekt Anlagenkennzeichen<br />

Objekt Dokument<br />

Objekt Produkt<br />

Objekt Material<br />

Feld 2<br />

+1BBA02<br />

Bild 5. Darstellung der Zusammenhänge von Kennzeichen und Einbau- bzw. Aufstellungsort inkl.<br />

Produkt und Material (nicht Teil des Artikels).<br />

Datenherkunft Datenverwaltung Datennutzung<br />

KKS-Kennzeichen<br />

aus R&I-Fließbildern<br />

KKS-Kennzeichen<br />

aus CAE-Tools<br />

KKS-Kennzeichen<br />

aus Datenlisten<br />

AVIS<br />

Masterdatenbank<br />

mit allen KKS-Kennzeichen<br />

und kennzeichnungsführender<br />

Dokumentation<br />

Fig. Bild 6. Zusammenführung und Validierung verschiedener Quellen.<br />

Technische Daten<br />

aus Leittechnik<br />

Technische Plätze<br />

imBFS<br />

Technische Plätze<br />

imBFS<br />

Die in oben beschriebenen Verfahren ermöglichen<br />

einen schnellen und wirtschaftlichen<br />

ersten Eindruck über Zust<strong>and</strong> der Anlagendokumentation<br />

und weitere notwendige<br />

Schritte für die Erstellung eines „Digitalen<br />

Zwillings“.<br />

Das hierzu speziell entwickelte Verfahren<br />

der Vektorisierung generiert in mehreren<br />

Stufen aus einer Papierzeichnung ein CAD-<br />

Modell mit intelligenten Attributen.<br />

Kennzeichnungs- (primär-) und Sekundärdaten<br />

werden hierbei aus den Zeichnungen<br />

automatisiert extrahiert (siehe B i l d 7 ).<br />

Die Erstellung des „Digitalen Zwillings“<br />

wird mit folgenden Teilschritten realisiert:<br />

––<br />

Sichtung und Bewertung des analogen<br />

Archivs<br />

––<br />

Reduzierung der zu erfassenden Papierdokumentation<br />

anh<strong>and</strong> der obigen In<strong>for</strong>mationen<br />

––<br />

KKS-Scann von vielen tausend Dokumenten<br />

––<br />

Automatisierte Erkennung von vielen tausend<br />

KKS-Kennzeichen<br />

––<br />

Automatisierte Erkennung von dem vielfachen<br />

der Kennzeichen zu den KKS-Dokumentverknüpfungen<br />

––<br />

Validierung der erkannten Kennzeichen<br />

mittels:<br />

––<br />

Daten aus der Prozessleittechnik<br />

––<br />

Daten aus dem Betriebsführungssystem<br />

––<br />

Daten aus in<strong>for</strong>mationsführenden Listen<br />

(Armaturenlisten, Rohrleitungslisten<br />

etc.)<br />

––<br />

AS BUILT-Aufnahme der Anlage<br />

––<br />

Ermittlung relevanter R&I Schemata<br />

––<br />

Vorbereitung der R&I Schemata für die<br />

AS-BUILT-Aktualisierung<br />

––<br />

Extraktion der KKS Inhalte nach R&I<br />

––<br />

Betankung der AS-BUILT-App mit KKS-<br />

Kennzeichen aus R&<br />

––<br />

Aktualisierung der R&I durch Redlining<br />

im PDF<br />

––<br />

Kennzeichnung der Komponente bei<br />

fehlender KKS mittels ID-Schild<br />

––<br />

KKS Neuvergabe bei fehlender KKS in<br />

enger Abstimmung mit AVA Velsen<br />

––<br />

Erfassung Aufstellungsort pro Komponente<br />

––<br />

Erfassung Betriebsmittel, z. B. Schalter<br />

einer Pumpe mit dessen Einbauort, ausgewählter<br />

Komponenten<br />

––<br />

Qualitätsgesicherter Prozess durch:<br />

––<br />

ID vor Ort<br />

––<br />

ID in AVIS<br />

––<br />

ID für kompletten Beschilderungsprozess<br />

––<br />

Anlagenerfahrene Mitarbeiter in den<br />

Bereichen<br />

––<br />

Elektrotechnik<br />

––<br />

Maschinentechnik<br />

––<br />

Bautechnik<br />

––<br />

Bereitstellung in einer webbasierten auf<br />

Benutzerfreundlichkeit optimierten Platt<strong>for</strong>m<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 49


Effiziente Wege zum Brownfield Reengineering<br />

Kennzeichnungsdaten<br />

Sekundärdaten<br />

Kennzeichnungsdaten<br />

Sekundärdaten<br />

Bei der Begehung und dem AS-BUILT-Abgleich<br />

der Anlage (vgl. B i l d 8 ) wurden viele<br />

Stellen gefunden, an denen die Anlagenbeschilderung<br />

verloren, falsch oder nie vorh<strong>and</strong>en<br />

war. Dies kann zum Anlas<br />

genommen werden, die Schilder QR-Code-<br />

Norm (B i l d 9 ) umzustellen und die Nutzbarkeit<br />

und Qualität der Mängelmeldungen<br />

verbessert.<br />

Masterdatenbank<br />

mit Kennzeichen<br />

und Unterlagenart<br />

der Quelle<br />

Valide Daten<br />

für BFS und DMS<br />

Bild 7. Extraktion von Kennzeichen- und Sekundärdaten aus dem R&I und SIL (Einlinienschaltbild).<br />

AS-BUILT<br />

Anlagenaufnahme<br />

QR-Code<br />

RFID-Schild<br />

Anlagenerfassung<br />

CAD-<br />

Erstellung<br />

Anlagenbeschilderung<br />

Best<strong>and</strong>sdokumentation<br />

Bild 8. Optimierte AS-BUILT Erfassung, Prozess.<br />

Bild 9. QR-Code mit ID-Schild an Typ und<br />

Hersteller für AS BUILT Aufnahme.<br />

Prüfung &<br />

Auswertung<br />

Zentrale<br />

Validierungsstelle<br />

Valide Daten und Dokumente<br />

durch verfahrensbasierte<br />

Anlagen-lnventarisierung<br />

3.2 Nutzen: Gründe für den<br />

digitalen Zwilling<br />

Auswertungen<br />

Compilerlisten<br />

MOAs Transitdoku<br />

Verwendung<br />

Die Gründe für die Erhebung eines „Digitalen<br />

Zwillings“ sind vielfältig in diesem Szenario<br />

stehen die wissensbezogenen An<strong>for</strong>derungen<br />

im Vordergrund:<br />

––<br />

Neue Mitarbeiter erwarten zeitgemäßes<br />

In<strong>for</strong>mationsManagement.<br />

––<br />

Neue Mitarbeiter benötigen mit Beginn<br />

der Tätigkeit valide In<strong>for</strong>mationen, um<br />

ihre Arbeit zu erledigen<br />

––<br />

Prozesse werden dadurch vereinfacht,<br />

nachvollziehbar und personenunabhängig.<br />

––<br />

Routineaufgaben können automatisiert<br />

werden.<br />

––<br />

Der In<strong>for</strong>mationsfluss wird beschleunigt,<br />

die Arbeit vereinfacht.<br />

––<br />

Alle vorangegangenen Schritte sind die<br />

Basis für das Digitale-Zwillings-Konzept,<br />

eine Simulation des Kraftwerks, die zu<br />

folgenden weiteren Zwecken eingesetzte<br />

werden kann:<br />

––<br />

1:1-Simulator als Validierungswerkzeug<br />

––<br />

1:1-Simulator als Engineering - Werkzeug<br />

––<br />

1:1-Simulator als Trainingswerkzeug<br />

3.3 S<strong>of</strong>tware und Services für stetig<br />

aktuelle Digitale (In<strong>for</strong>mations-)<br />

Zwillinge in der kritischen<br />

Infrastruktur.<br />

Die Erstellung eines „Digitalen (In<strong>for</strong>mations-)Zwillings<br />

ist ein ebenso aufwändiger<br />

wie lohnender und manchmal unumgänglicher<br />

Vorgang. Doch wie die Nachrichten verlieren<br />

auch In<strong>for</strong>mationen, mit der Zeit an<br />

Wert, wenn diese nicht aktualisiert werden.<br />

Um den „Digitalen Zwilling“ auf St<strong>and</strong> zu<br />

halten ist es wichtig in mit aktuellen Daten zu<br />

versorgen, Dokumente zu aktualisieren, Dokumente<br />

zu tauschen, wenn Umbauten stattfinden<br />

oder Systeme, Bauteile Nebenanlagen<br />

welche inaktiv sind zurückgebaut werden.<br />

Diese An<strong>for</strong>derung besteht gesetzlich für jedes<br />

Dokumentationskonzept einer verfahrenstechnischen<br />

Anlage, unabhängig ob<br />

dieses traditionell analog oder eben in Form<br />

eines digitalen Zwillings vorliegt. Allerdings<br />

bietet der digitale Zwilling hier riesige Vorteile,<br />

was die Ausführung, Implementierung<br />

und Verfügbarkeit der aktualisierten In<strong>for</strong>mation<br />

anbelangt.<br />

Die damit verbundene Arbeit kann durch<br />

ein eigenes technisches Büro oder über ein<br />

virtuelles technisches Büro erfolgen.<br />

Nach Abschluss der Arbeiten, beginnet die<br />

Pflege des digitalen Modells. Die Anlage und<br />

deren Systeme sind stetigen Veränderungen<br />

ausgesetzt. Es gibt Erneuerungen, Optimierungen<br />

und Umbauten. Diese sich in der Realität<br />

ereignenden Dinge müssen in den digitalen<br />

Zwilling nachgezogen werden, um<br />

diesen auf St<strong>and</strong> zu halten.<br />

Eine <strong>and</strong>ere Möglichkeit ist die externe Vergabe<br />

der In<strong>for</strong>mationsaktualisierung an einen<br />

Dienstleister, der durch einen virtuellen<br />

Mitarbeiter des technischen Büros unterstützt<br />

wird.<br />

Definition eines durch den virtuellen Mitarbeiter<br />

gestütztes technisches Büro:<br />

––<br />

KI-basierte S<strong>of</strong>tware-Lösung zur Musterund<br />

Metadatenerkennung<br />

––<br />

Prüfung der Dateien auf Duplikate<br />

––<br />

Erfassung der Dateien in einem Anlagenin<strong>for</strong>mationssystem<br />

––<br />

OCR Erkennung aller Dateien<br />

––<br />

Leistungsstarke Volltextsuche<br />

––<br />

KKS Extraktion aus den Dateien<br />

––<br />

Bereitstellung aktueller, intelligenter und<br />

interaktiver R&Is und Dokumente im HT-<br />

ML-Format<br />

4 Den „Digitalen In<strong>for</strong>mationszwilling“<br />

nutzen<br />

Die Nutzungsmöglichkeiten eines „Digitalen<br />

Zwillings“ sind vielschichtig. Folgend werden<br />

einige dieser Möglichkeiten aufgezeigt.<br />

Zusammengefasst beinhaltet der „Digitale<br />

Zwilling“ im Nebenprodukt ein zentrales In<strong>for</strong>mationssystem<br />

für Anlagen In<strong>for</strong>mation<br />

und Inst<strong>and</strong>haltungsplanung.<br />

50 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Effiziente Wege zum Brownfield Reengineering<br />

Durch die S<strong>of</strong>tware- und Platt<strong>for</strong>munabhängigkeit<br />

können hier alle In<strong>for</strong>mationen zusammenfließen.<br />

Diese Merkmale beschreiben den s<strong>of</strong>twarebasierten<br />

Digitalen Zwilling für Inst<strong>and</strong>haltungsplanung:<br />

––<br />

Alle In<strong>for</strong>mationen in einer zentralen<br />

Platt<strong>for</strong>m<br />

––<br />

Maschinen-, verfahrens- und leittechnische<br />

In<strong>for</strong>mationen in einem Portal<br />

––<br />

Vorschausuche mit visueller Darstellung<br />

des „Fundorts“ in der Gestalt des digitalen<br />

Abbilds<br />

––<br />

In<strong>for</strong>mationen aus Betriebsführungssystem,<br />

Leittechnik, Planzahlen, Auslegungsparametern,<br />

zentral nutz- und weiterverwendbar<br />

––<br />

Aufgaben und Eskalationssystem für kritische<br />

Anwendungen<br />

––<br />

Schichtbuch, Arbeitsfreigaben, etc.<br />

––<br />

Mängelmeldungen<br />

––<br />

Verwaltung wiederkehrender Aufgaben<br />

––<br />

Webbasierte Bereitstellung ohne S<strong>of</strong>twareinstallation<br />

Feststellung Störung<br />

Erstellen Stör-/Mängelmeldung<br />

Besprechung Meldung/Vorgehen<br />

Anlegen Reparatur-Auftrag<br />

Freischaltung<br />

Reparatur-Auftrag<br />

Materialbeschaffung<br />

Durchführung Reparatur<br />

Aufhebung Freischaltung<br />

Rolle<br />

Betriebspersonal<br />

lnst<strong>and</strong>halter<br />

4.1 Digitaler (In<strong>for</strong>mations-)Zwilling<br />

für Schulung durch den Einsatz<br />

eines Simulators<br />

Der Einsatz des Simulators in der Ausbildung<br />

des Bedienpersonals ist heute noch<br />

aktueller als vor 40 Jahren. Dünne Personaldecken,<br />

hoher Automatisierungsgrad und<br />

die durch Netzschwankungen bedingte, <strong>of</strong>t<br />

dynamische Fahrweise moderner Anlagen<br />

sind heute eher die Regel als die Ausnahme.<br />

Die Mitarbeiter, die mehrere Jahre die Anlage<br />

betrieben haben, sind jetzt nicht mehr<br />

verfügbar.<br />

Hier bietet die 1:1-Simulation eine Abkürzung<br />

für den Bediener. Die in der Fachtheorie<br />

erlernten Zusammenhänge werden an<br />

der eigenen Anlage mit den gewohnten Bedienbildern<br />

erlebt. Mitarbeiter können mit<br />

Betriebssituationen konfrontiert werden,<br />

die nur selten im Normalbetrieb vorkommen.<br />

Sie können die Störungsbeherrschung<br />

trainieren und gemeinsam mit den Fachabteilungen<br />

das bestmögliche Verhalten für<br />

jeden Betriebspunkt der eigenen Anlage<br />

durchdenken.<br />

(Quelle Einsatzmöglichkeiten von anlagenspezifischen<br />

1:1-Simulatoren für rostgefeuerte<br />

Kraftwerke – Peter Lasch EcuSim)<br />

Technischer Abschluss<br />

Bild <strong>10</strong>. Zusammenhänge in der Inst<strong>and</strong>haltung – Visualisierung der Freischaltungsplanung<br />

im R&I.<br />

4.2 Nutzung des digitalen<br />

(In<strong>for</strong>mations-)Zwillings in der<br />

Inst<strong>and</strong>haltungsplanung<br />

Der wohl <strong>of</strong>fensichtlichste Zweck des digitalen<br />

Zwillings ist die Nutzung aller vorh<strong>and</strong>enen<br />

In<strong>for</strong>mationen zur Inst<strong>and</strong>haltungsoptimierung.<br />

Ein auf diesen In<strong>for</strong>mationen basierendes<br />

digitales Abbild ermöglicht echte<br />

Inst<strong>and</strong>haltung 4.0 und anwendbare „predictive<br />

maintenance“. Der Digitale Zwilling<br />

ist Basis einer Inst<strong>and</strong>haltungsplanung und<br />

aller weiteren Vorgänge in Bezug auf die Anlage<br />

und die Aufgaben, die für deren Betrieb<br />

notwendig sind.<br />

4.3 Digitaler (In<strong>for</strong>mations-)Zwilling<br />

für Stör- und Mängelmeldung,<br />

Arbeitserlaubnis,<br />

Behälterbefahrschein,<br />

Sicherungsschein und<br />

Freischaltung<br />

Die Stör- und Mängel-Meldung bzw. deren<br />

Beseitigung erfolgte und erfolgt, in manchen<br />

Anlagen, teilweise immer noch verbal<br />

oder nur teildokumentiert.<br />

Über lange Zeit wurde Wissen um diese Vorgänge<br />

von einem Mitarbeiter zum <strong>and</strong>eren<br />

weitergegeben oder bei der Inbetriebnahme<br />

vermittelt.<br />

Bei der Erstellung eines digitalen (In<strong>for</strong>mations-)Zwillings<br />

steht der Zweck der Anwendung<br />

nach Fertigstellung im Fokus. Somit ist<br />

es unerlässlich sich mit der Identifizierung<br />

des benötigten Wissens in den Prozessen des<br />

täglichen Betriebes, bzw. für die Wiederinbetriebnahme<br />

zu befassen.<br />

Zusätzlich dazu werden die er<strong>for</strong>derlichen<br />

Rollen der Mitarbeiter, die die gestellten<br />

Aufgaben später erfüllen können müssen,<br />

benötigt.<br />

Die untere Abbildung zeigt die Prozesse und<br />

Rollen und die dafür benötigten Daten und<br />

Dokumente, sowie die Visualisierung eines<br />

R&Is zur Freischaltungsplanung (B i l d <strong>10</strong> ).<br />

Arbeitsausführung<br />

ohne<br />

Freigabeverfahren<br />

nein<br />

nein<br />

geplante Arbeit<br />

Sicherungsmaßnahme<br />

notwendig?<br />

ja<br />

Festlegung der Sicherungsmaßnahmen<br />

(Sim)<br />

Zustimmung zur<br />

Durchführung der SIM<br />

Durchführung der SIM<br />

Freischaltung<br />

Befahrerlaubnis<br />

Feuererlaubnis<br />

Strahlenschutz<br />

Arbeitserlaubnis<br />

Arbeitsfreigabe vor Ort<br />

Durchführung der Arbeit<br />

Funktionsprüfung<br />

notwendig?<br />

ja<br />

Arbeitsunterbrechung<br />

und Rückgabe<br />

der Arbeitserlaubnis<br />

Aufhebung der<br />

Freischaltung<br />

Funktionsprüfung<br />

erfolgreich?<br />

ja<br />

Fertigmeldung der Arbeit<br />

Aufhebung der SIM<br />

Aufhebung der<br />

Arbeitserlaubnis<br />

Herstellen der<br />

Betriebsbereitschaft<br />

Bild 11. Workflow für eine Freischaltung,<br />

Beispiel.<br />

nein<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 51


Effiziente Wege zum Brownfield Reengineering<br />

4.3.1.1 Störungsmeldung<br />

Störungen werden nicht nur aufgenommen,<br />

sondern aufbereitet und so<strong>for</strong>t an alle zuständigen<br />

Bearbeiter im Unternehmen und<br />

ggf. auch an Auftraggeber oder Dienstleister<br />

weitergeleitet. Bei der Aufnahme von Mängeln<br />

und Störungen können neben Texten<br />

auch Fotos, Unterschriften, Spracheingaben<br />

und GPS-Koordinaten erfasst werden.<br />

Wer wann die Störung erfasst hat, ist jederzeit<br />

nachvollziehbar. Erfasste Mängel können<br />

in zu erledigende Aufgaben umgew<strong>and</strong>elt<br />

werden und unterliegen dann dem normalen<br />

Workflow.<br />

4.3.1.2 Freischaltung (elektrisch)<br />

Um z.B. einen Motor zu wechseln, muss dieser<br />

Freigeschaltet werden. Das bedeutet, der<br />

Gruppenleiter E-Technik muss in der Planung<br />

„Freischaltung/Schaltauftrag“ er<strong>for</strong>derlich<br />

wählen. Das intelligente System<br />

kann die Freischaltung/Schaltauftrag direkt<br />

bei der Arbeitserlaubnis in den Workflow<br />

anhängen ( B i l d 11 ).<br />

4.3.2 Variable Datenstrukturen für<br />

digitales Formularwesen<br />

Ein Großteil dieses Artikels beschäftigt sich<br />

mit der Überführung analoger statischer Daten<br />

in den digitalen Zwilling. Das prozessbezogene<br />

Formularwesen stellt die digitale<br />

Entsprechung vormals analoger Arbeitsscheine<br />

dar. Auch hier werden etablierte<br />

Prozesse inklusiver deren analoger Entsprechungen<br />

in die digitale Welt überführt.<br />

Beispiele hierfür sind:<br />

––<br />

Mängel und Störungen werden nicht nur<br />

aufgenommen, sondern digital aufbereitet<br />

und so<strong>for</strong>t an alle zuständigen Bearbeiter<br />

im Unternehmen und ggf. auch an<br />

Auftraggeber oder Dienstleister weitergeleitet.<br />

––<br />

Bei der Aufnahme von Mängeln und Störungen<br />

können neben Texten auch Fotos,<br />

Unterschriften, Spracheingaben und GPS-<br />

Koordinaten im digitalen Schein erfasst<br />

werden.<br />

––<br />

Wer wann den Mangel / die Störung erfasst<br />

hat, ist jederzeit nachvollziehbar.<br />

Erfasste Mängel können in zu erledigende<br />

Aufgaben umgew<strong>and</strong>elt werden und unterliegen<br />

dann dem normalen Workflow.<br />

Mangelbeschreibungen können (auch)<br />

als PDF abgerufen und an Externe zu Bearbeitung<br />

weitergegeben werden.<br />

4.3.2.1 Mängelmeldung<br />

Die Mängelmeldung beschreibt einen Mangel<br />

an einem Bauteil oder System. Die Definition<br />

und der Einsatz sind, von Anlage zu<br />

Anlage, unterschiedlich aber in großen Teilen<br />

inhaltlich ähnlich.<br />

Deshalb ist bei der Wahl des Werkzeugs auf<br />

Flexibilität zu achten. Es muss jederzeit<br />

mehrdimensional angepasst, um auf die An<strong>for</strong>derungen<br />

der jeweiligen Anlage optimiert<br />

werden zu können.<br />

Beispielhafter Ablauf:<br />

Mängelmeldung (MM) <strong>for</strong>tlaufend (Nummerierung<br />

automatisiert vom System generiert<br />

und verwaltet)<br />

––<br />

Schichtleiter meldet einen Mangel anh<strong>and</strong>:<br />

––<br />

einer KKS (Katalog),<br />

––<br />

einem Freitextfeld,<br />

––<br />

Linie,<br />

––<br />

Priorität,<br />

––<br />

Zust<strong>and</strong>,<br />

––<br />

Betriebseinschränkung<br />

und wählt die betr<strong>of</strong>fene Disposition z.B.<br />

E-Technik oder M-Technik aus. (alle Felder<br />

frei konfigurierbar)<br />

––<br />

Der Schichtleiter speichert die MM.<br />

––<br />

Die MM wird in der Systemdatenbank angezeigt,<br />

sodass nach E-Technik/M-Technik<br />

gefiltert und der entsprechende Gruppenleiter<br />

darauf eine Arbeitserlaubnis planen<br />

kann.<br />

––<br />

Systembenachrichtigung an den entsprechenden<br />

Gruppenleiter<br />

4.3.2.2 Erstellung Arbeitserlaubnis<br />

Arbeitserlaubnis (AE) <strong>for</strong>tlaufend (Nummerierung<br />

automatisiert vom System generiert<br />

und verwaltet)<br />

––<br />

Arbeitserlaubnis in Planung (1.Step =<br />

Status: In Planung)<br />

Wird durch z. B. Gruppenleiter E-Technik<br />

oder M-Technik erstellt<br />

Der Gruppenleiter E-Technik filtert nach<br />

seiner Disposition und ihm werden alle<br />

vorh<strong>and</strong>enen MM angezeigt oder hat diesen<br />

Filter als „Default“ eingestellt.<br />

––<br />

Er ruft die MM auf und kann direkt über<br />

einen Button „Arbeitserlaubnis erstellen“<br />

zum nächsten Punkt springen.<br />

Hier zeigt das System direkt die MM-Nr.,<br />

KKS, KKS-Bezeichnung sowie Linie und<br />

Ort der vorherigen MM an.<br />

––<br />

Das System erstellt eine Arbeitserlaubnisnummer<br />

(AE)<br />

––<br />

Als nächstes wird vom Gruppenleiter E-<br />

Technik festgelegt welche Maßnahmen<br />

ergriffen werden müssen, um den Mangel<br />

zu beseitigen.<br />

––<br />

Z.B. „Motor wechseln“.<br />

––<br />

Er kann sich direkt die Dokumentation<br />

(über einen Button) aufrufen, um ggfs.<br />

ein R&I oder Betriebsanleitung zu lesen.<br />

––<br />

Darüber hinaus muss er festlegen, welche<br />

Gefahren bei den Arbeiten herrschen. Aktuelle<br />

Gefährdungsbeurteilungen und Betriebsanweisungen<br />

kann er zur Arbeitserlaubnis<br />

hinzufügen. Das kann jeweils<br />

eine, oder mehrere sein.<br />

––<br />

Um den o.g. Motor zu wechseln, muss dieser<br />

Freigeschaltet werden.<br />

––<br />

Das bedeutet, der Gruppenleiter E-Technik<br />

muss in der Planung „Freischaltung/<br />

Schaltauftrag“ er<strong>for</strong>derlich wählen.<br />

––<br />

Das System hängt die Freischaltung/<br />

Schaltauftrag direkt bei der Arbeitserlaubnis<br />

in den Workflow.<br />

––<br />

Der Gruppenleiter E-Technik in<strong>for</strong>miert<br />

den Pförtner über einen möglichen<br />

Dienstleister und die Schichtleiter per<br />

Mail über die auszuführenden Arbeiten<br />

anh<strong>and</strong> der AE-NR.<br />

––<br />

Erteilung Arbeitserlaubnis (2. Stepp =<br />

Status: In Bearbeitung)<br />

Wird durch Schichtleiter erstellt<br />

––<br />

Der Schichtleiter ruft beim Eintreffen<br />

des Dienstleisters die AE in der Datenbank<br />

auf kontrolliert die geplanten Arbeiten<br />

und ergänzt diese ggfs. da er den<br />

aktuellen Anlagenzust<strong>and</strong> beurteilen<br />

kann.<br />

––<br />

Ist der Schichtleiter mit den geplanten<br />

Maßnahmen einverst<strong>and</strong>en, wird er die<br />

geplante Freischaltung des Motors veranlassen.<br />

Hierbei muss das Protokoll<br />

„Freischaltung“ mit Vermerk zur MM<br />

und AE genutzt werden. Erst wenn die<br />

Freischaltung durchgeführt, dokumentiert<br />

und in der Arbeitserlaubnis vermerkt<br />

wurde, kann er die Arbeiten für<br />

den Dienstleister ausdrucken und freigeben.<br />

Die PDF beinhaltet die Arbeitserlaubnis, alle<br />

Betriebsanweisungen, Gefährdungsbeurteilungen<br />

und mitgeltende Freigaben. Die technische<br />

Dokumentation nicht.<br />

Dieses komplette PDF kann zur KKS als Reiter<br />

„Arbeitsfreigaben“ in der Datenbank gespeichert<br />

werden.<br />

––<br />

Freigabe Arbeitserlaubnis (3. Stepp = Status:<br />

Freigabe)<br />

Wird durch die Schichtleiter veranlasst:<br />

––<br />

Alle geplanten Maßnahmen werden<br />

umgesetzt. Der Motor wurde getauscht.<br />

––<br />

Der Dienstleister meldet die Arbeiten<br />

als abgeschlossen.<br />

––<br />

Als nächster Schritt erfolgt die Zuschaltung<br />

des Motors. Dies veranlasst wieder<br />

der Schichtleiter.<br />

––<br />

Daraufhin erfolgt ein Probelauf. Verläuft<br />

dieser positiv, kann der Dienstleister<br />

sich abmelden<br />

––<br />

Der Schichtleiter erklärt die Anlage<br />

wieder für betriebsbereit.<br />

––<br />

Abschluss Arbeitserlaubnis (4. Stepp =<br />

Status: Abgeschlossen)<br />

Der Schichtleiter meldet die Arbeitserlaubnis<br />

als „abgeschlossen“. Die MM wird<br />

als „abgeschlossen“ automatisch vom System<br />

übernommen.<br />

4.3.2.3 Behälterbefahrschein -<br />

Befahrerlaubnisschein<br />

Der Behälterbefahrschein ist notwendig um<br />

in Behältern und engen Räumen (sind allseits<br />

oder überwiegend von festen W<strong>and</strong>ungen<br />

umgebene Bereiche, in denen aufgrund<br />

ihrer räumlichen Enge, von zu geringem<br />

Luftaustausch oder der in ihnen befindlichen<br />

bzw. eingebrachten St<strong>of</strong>fe, Gemische,<br />

Verunreinigungen oder Einrichtungen besondere<br />

Gefährdungen bestehen oder entstehen<br />

können, die über das üblicherweise<br />

an Arbeitsplätzen herrschende Gefahrenpo-<br />

52 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


20 ><br />

Umschlag S-831-00-2015-05-DE_A3q.indd 1 13.<strong>10</strong>.2015 14:13:55<br />

< 20 ><br />

Umschlag S-831-00-2015-05-DE_A3q.indd 1 13.<strong>10</strong>.2015 14:13:55<br />

Effiziente Wege zum Brownfield Reengineering<br />

tenzial deutlich hinausgehen) arbeiten zu 4.3.3 Digitaler In<strong>for</strong>mationszwilling bei Diese Dinge haben sich durch die Erstellung<br />

können. Auch Bereiche, die nur teilweise der Revisionsplanung<br />

des „Digitalen Zwillings“ verändert:<br />

von festen W<strong>and</strong>ungen umgeben sind, in denen<br />

sich aber aufgrund der örtlichen Gegebenheiten<br />

oder der Konstruktion Gefahr-<br />

Zur Steigerung der Effizienz in der Revisionsplanung<br />

soll das Anlegen von Arbeitsaufrenen<br />

Fachkräfte-Pool<br />

Remote-Zugriff auf einen langjährig erfah-<br />

VGB-St<strong>and</strong>ard<br />

st<strong>of</strong>fe ansammeln können bzw. Sauerst<strong>of</strong>fmangel<br />

entstehen kann, sind enge Räume<br />

trägen vereinfacht werden. Hierzu kann auf ––<br />

Aktuelle und schnelle In<strong>for</strong>mationsverfügbarkeit<br />

durch AVIS.WEB<br />

die Inhalte und Erfahrungswerte der letzten<br />

im Lieferung Sinne dieser Regel. der Technischen Dokumentation<br />

Revisionen zugegriffen werden.<br />

––<br />

Risikominimierung der Betriebsführung:<br />

––<br />

Revisionshistorie, Sicherstellung der Aktualität<br />

der Dokumentation<br />

(Technische Anlagendaten, Dokumente)<br />

Zur Einhaltung und Kontrolle der dafür geltenden<br />

für Anlagen Bestimmungen der dient Energieversorgung<br />

der Behälter-<br />

Zum Beispiel können hier auf Mustervorlagen,<br />

Arbeitserlaubnisse repliziert und Vorgänge<br />

digital erstellt, die dann real abgearbefahrschein.<br />

––<br />

Verbesserung der Datenqualität, VGB-St<strong>and</strong>ard Reduzierung<br />

von Fehlerquellen, Lieferung der Vermeidung Technischen von<br />

Ausgabe/edition 2015 – VGB-S-831-00-2015-05-DE<br />

beitet werden.<br />

Dokumentation<br />

4.3.2.4 DIN A4, Sicherungsschein<br />

58 Seiten, Preis für VGB-Mit glie der € 420,–, für Nicht mit glie der € 630,–, + Ver s<strong>and</strong> kos ten und MwSt. Mehrfachbearbeitung (Technische und Anlagendaten, Redundanzen<br />

Dokumente) für DIN A4, 58 Pa ges, Pri ce <strong>for</strong> VGB mem bers € 420.–, <strong>for</strong> In non der mem Revisionsübersicht € 630.–, plus VAT, sind ship ping alle <strong>and</strong> abzuarbeiten<br />

deren Tätigkeiten Teilanlagen inkl. und Arbeitserlaubnis,<br />

deren einzelnen Ausrüstungen schnelle Lokalisierung aller für die Anlage<br />

h<strong>and</strong> ling. ––<br />

Höhere Anlagenverfügbarkeit der Energieversorgung durch<br />

Inst<strong>and</strong>haltungsarbeiten Mit der Lieferung von Anlagen dürfen der grundsätzlich<br />

(Bauteile) erst dann im Rahmen beginnen, von wenn Projekten man und Gefähr-<br />

bei Einzelaufträgen Sicherungsschein ist auch die usw. Lieferung hinterlegt. der Diese relevanten In<strong>for</strong>mationen<br />

Energieversorgung,<br />

dungen für die durch Betriebsführung gefahrbringende und Inst<strong>and</strong>haltung Bewegungen<br />

ausschließen kann.<br />

Durch immer schwierigere, kalkulierbare<br />

er<strong>for</strong>derlichen werden Dokumentation beh<strong>and</strong>elt wie verknüpft. eine AE.<br />

VGB-S-831-00-2015-05-DE<br />

Diese ist er<strong>for</strong>derlich, um einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb der Energieversorgungsanlagen<br />

zu gewährleisten.<br />

Einflüsse auf unser tägliches Leben ist vorausschauendes<br />

H<strong>and</strong>eln ein Faktor des Er-<br />

Ein unbefugtes, irrtümliches und unerwartetes<br />

5 Resümee<br />

Während der Lieferumfang der Energieversorgungsanlagen bei Projekten präzise<br />

beschrieben<br />

Ingangsetzen<br />

ist, bestehen<br />

gefahrbringender<br />

hinsichtlich der<br />

Bewegung<br />

kann nur durch Ausschalten und Ab-<br />

zu liefernden Die Einsatzmöglichkeiten Dokumentation <strong>of</strong>t erhebliche<br />

folgs und der Planbarkeit.<br />

l<br />

von digitalen<br />

VGB PowerTech e.V. Fon: +49 201 8128 – 0<br />

Klinkestraße 27-31 Fax: +49 201 8128 – 329<br />

45136 Essen<br />

www.vgb.org<br />

Unterschiede zwischen den Erwartungen der Auftraggeber<br />

schließen des Hauptschalters ausgeschlossen<br />

werden.<br />

Zwillingen<br />

und<br />

sind<br />

den<br />

vielseitig,<br />

tatsächlichen<br />

die von digitalen<br />

Lieferungen der Auftragnehmer.<br />

Zwillingskonzepten schier unbegrenzt, so<br />

Dies liegt zum Teil an nicht vorgeschriebenen Dokumentationsstrukturen, an den nicht festgelegten Lieferumfängen der Dokumentation und des<br />

dass ich die Frage kaum mehr stelle, ob ein<br />

Weiteren an der Begriffsvielfalt bei der Beschreibung der Dokumentationen.<br />

Dies bedeutet: Alle Beschäftigten müssen ein digitaler Zwilling realisiert werden sollte<br />

eigenes<br />

Zweck<br />

Schloss<br />

dieses VGB-St<strong>and</strong>ards<br />

haben. Für dieses<br />

ist Festlegung<br />

Schloss<br />

eines Rahmens für:<br />

sondern eher wann.<br />

darf – Dokumentationsinhalte es nur einen passenden (Bedarf Schlüssel an Dokumenten geben. und Daten) – Dokumentationsstruktur und -<strong>for</strong>m<br />

Ein – Kennzeichnung Ersatzschlüssel von kann Dokumenten vorh<strong>and</strong>en sein,<br />

Der Zeitpunkt – Zuordnung der Realisierung von Dokumenten sollte so gewählt<br />

sein, dass sich im besten Falle die<br />

zu Referenzkennzeichen (KKS, RDS-PP ® )<br />

muss jedoch für <strong>and</strong>ere Beschäftigte unzugänglich<br />

aufbewahrt werden (z.B. bei der<br />

– Lieferfristen, Übergabe- und Übernahmeprozedur – Anlagenbeschilderung.<br />

Knowhow Träger noch aktiv im Unternehmen<br />

befinden.<br />

Mit der überarbeiteten Fassung des VGB-St<strong>and</strong>ards VGB-S-831-00 (vormals VGB-R 171) aus dem Jahre 20<strong>10</strong> wurde den oben genannten<br />

zuständigen Produktionsleitung oder beim<br />

Forderungen entsprochen. Die Erfahrungen der Anwendung verlangten jedoch eine weitere Präzisierung der Vorgaben und die explizite<br />

zuständigen Integration des Meister Themas oder der bei Lieferung der Meisterin). von Technischen Das es Anlagendaten möglich ist als in zunehmend einem guten bevorzugten Kostennutzen<br />

erfolgt Verhältnis weitgehend einen entsprechend digitalen Zwilling<br />

Gegenst<strong>and</strong> der Dokumentation.<br />

Wenn Die Klassifizierung das nicht gewährleistet der Technischen ist, besteht Anlagendaten die<br />

Möglichkeit, internationalen dass Normen, eine Person wobei die eine Schlösser weitere St<strong>and</strong>ardisierung für eine Best<strong>and</strong>sanlage in Zusammenarbeit zu erstellen mit eCl@ss hat dieses<br />

mit Beispiel dem Hauptverb<strong>and</strong> gezeigt. der Bauindustrie e.V. und dem VGB-Fachausschuss „Bautechnik“<br />

e. V. vorgenommen wird.<br />

der Die Kollegen Belange der und Bautechnik Kolleginnen wurden öffnet, in Absprache die<br />

dann berücksichtigt. wiederum gefährdet sein können.<br />

Die speziellen An<strong>for</strong>derungen der Windenergie für ihre Energieversorgungsanlagen sind in die vorliegende Fassung eingeflossen.<br />

* Für Ordentliche Mitglieder des VGB ist der Bezug von eBooks im Mitgliedsbeitrag enthalten.<br />

VGB PowerTech Service GmbH<br />

Verlag technisch-wissenschaftlicher Schriften<br />

Deilbachtal 173 | 45257 Essen | P.O. Box <strong>10</strong> 39 32 | Germany<br />

Fon: +49 201 8128-200 | Fax: +49 201 8128-302 | E-Mail: mark@vgb.org | www.vgb.org/shop<br />

VGB-St<strong>and</strong>ard<br />

Lieferung der Technischen Dokumentation<br />

(Technische Anlagen daten, Dokumente)<br />

für Anlagen der Energieversorgung<br />

Ausgabe/edition 2015 – VGB-S-831-00-2015-05-DE VGB-S-831-00-2015-05-EN)<br />

DIN A4, 114 Seiten, Preis für Mit glie der des <strong>vgbe</strong> € 420,–, für Nicht mit glie der € 630,–, + Ver s<strong>and</strong> kos ten und MwSt.<br />

Mit der Lieferung von Anlagen der Energieversorgung, deren Teilanlagen und deren einzelnen Ausrüstungen<br />

(Bauteile) im Rahmen von Projekten und bei Einzelaufträgen ist auch die Lieferung der für die<br />

Betriebsführung und Inst<strong>and</strong>haltung er<strong>for</strong>derlichen Dokumentation verknüpft. Diese ist er<strong>for</strong>derlich,<br />

um einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb der Energieversorgungsanlagen zu gewährleisten.<br />

Zweck dieses VGB-St<strong>and</strong>ards ist die Festlegung eines Rahmens für:<br />

Dokumentationsinhalte (Bedarf an Dokumenten und Daten), Dokumentationsstruktur und -<strong>for</strong>m,<br />

Kennzeichnung von Dokumenten, Zuordnung von Dokumenten zu Referenzkennzeichen (KKS, RDS-<br />

VGB-St<strong>and</strong>ard<br />

Lieferung der Technischen<br />

Dokumentation<br />

(Technische Anlagendaten,<br />

Dokumente) für Anlagen<br />

der Energieversorgung<br />

VGB-S-831-00-2015-05-DE<br />

VGB PowerTech e.V. Fon: +49 201 8128 – 0<br />

Klinkestraße 27-31 Fax: +49 201 8128 – 329<br />

PP ® ), Lieferfristen, Übergabe- und Übernahmeprozedur, Anlagenbeschilderung.<br />

45136 Essen<br />

www.vgb.org<br />

Mit der überarbeiteten Fassung des VGB-St<strong>and</strong>ards VGB-S-831-00 (vormals VGB-R 171) aus dem Jahre<br />

20<strong>10</strong> wurde den oben genannten Forderungen entsprochen. Die Erfahrungen bei der Anwendung verlangten jedoch eine weitere<br />

Präzisierung der Vorgaben und die explizite Integration des Themas der Lieferung von Technischen Anlagendaten als zunehmend bevorzugten<br />

Gegenst<strong>and</strong> der Dokumentation. Die speziellen An<strong>for</strong>derungen der Windenergie für ihre Energieversorgungsanlagen sind<br />

in die vorliegende Fassung eingeflossen.<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 53


Analysis <strong>of</strong> VERA core physics<br />

benchmark problems with<br />

DRAGON5 <strong>and</strong> DONJON5<br />

computer codes<br />

Amjad Ali, Meer Bacha, Ghayoor Ahmed, Umer Ali, Nadeem Shaukat <strong>and</strong> Rustam Khan<br />

Abstract<br />

Analyse der Kern-Benchmarks VERA<br />

mit den Computercodes DRAGON5 und<br />

DONJON5<br />

In diesem Beitrag wird die Validierung der<br />

Open-Source-Codes DRAGON5 und DON-<br />

JON5 für Druckwasserreaktoren (DWR) anh<strong>and</strong><br />

von Benchmark-Problemen der virtuellen<br />

Umgebung für Reaktoranwendungen<br />

(VERA) für die Kernphysik vorgestellt. Ziel<br />

dieser Studie ist die Validierung dieser Codes<br />

vor der Analyse des Reaktorkerns und des<br />

Brennst<strong>of</strong>fmanagements von in Betrieb befindlichen<br />

Kernkraftwerken. Bei den für diese<br />

Studie durchgeführten Analysen h<strong>and</strong>elt es<br />

sich um 2D-Brennstabzellen, Brennelemente<br />

mit und ohne Steuerstäbe (Ag-In-Cd) und abbrennbarem<br />

Neutronengift (Borosilikatglas<br />

und Gadolinium) sowie um den Erstkern bei<br />

Authors<br />

Amjad Ali<br />

Meer Bacha<br />

Ghayoor Ahmed<br />

Umer Ali<br />

Rustam Khan<br />

Department <strong>of</strong> Nuclear<br />

Engineering<br />

Pakistan Institute <strong>of</strong> Engineering<br />

<strong>and</strong> Applied Sciences<br />

Islamabad, Pakistan<br />

Nadeem Shaukat<br />

Center <strong>for</strong> Mathematical Sciences<br />

Pakistan Institute <strong>of</strong> Engineering<br />

<strong>and</strong> Applied Sciences<br />

Islamabad, Pakistan<br />

heißem Nullleistungsbetrieb (HZP). Die<br />

Benchmark-Probleme wurden auf der Grundlage<br />

der Kernkonfiguration und der Berechnungsan<strong>for</strong>derungen<br />

von in Betrieb befindlichen<br />

Kernkraftwerken ausgewählt. Die Kerndatenbibliothek<br />

mit 281 Gruppen, die auf<br />

ENDF/B-VII-0 ausgewerteten Kerndatendateien<br />

basiert, wird für die Analysen verwendet.<br />

Bei den 2D-Rechungen wird ein Anstieg<br />

von k eff mit dem Anstieg der Brennst<strong>of</strong>ftemperatur<br />

beobachtet. Die maximale Reaktivitätsdifferenz<br />

beträgt -263 pcm bei 1200 K.<br />

Ein ähnlicher Trend wird bei den Gitterproblemen<br />

beobachtet, mit einer maximalen Reak<br />

tivitätsdifferenz von -303 pcm bei 1200 K<br />

Brennst<strong>of</strong>ftemperatur. Der relative Fehler in<br />

den Leistungsverteilungen unter Verwendung<br />

des DONJON5-Computercodes für das<br />

Gitter beträgt ~3 %, während die unkontrollierten<br />

und AIC (Ag-In-Cd) kontrollierten<br />

Viertelkernauswertungen ~2,8 % bzw.<br />

~6,6 % betragen. Die Übereinstimmung<br />

mit der Referenz gilt als Nachweis für die Anwendung<br />

dieser Codes auf derzeit in Betrieb<br />

befindliche kommerzielle Leistungsreaktoren.<br />

l<br />

This paper presents the validation <strong>of</strong> open<br />

source codes DRAGON5 <strong>and</strong> DONJON5 <strong>for</strong><br />

Pressurized Water Reactors (PWRs) through<br />

Virtual Environment <strong>for</strong> Reactor Applications<br />

(VERA) core physics benchmark problems.<br />

The objective <strong>of</strong> this study is to validate these<br />

codes prior to reactor core analyses <strong>and</strong> incore<br />

fuel management <strong>of</strong> Pakistan’s operating<br />

Nuclear Power Plants (NPPs). The analyses<br />

per<strong>for</strong>med <strong>for</strong> this study, are 2D pin cell, assemblies<br />

with <strong>and</strong> without control rods (Ag-<br />

In-Cd) <strong>and</strong> burnable poison (borosilicate glass<br />

<strong>and</strong> gadolinium) as well as the initial startup<br />

core at Hot Zero Power (HZP). The benchmark<br />

problems have been selected based on the core<br />

configuration <strong>and</strong> calculation needs <strong>of</strong> the operating<br />

NPPs. The 281-group nuclear data library<br />

based on ENDF/B-VII-0 evaluated nuclear<br />

data files are used in the analyses. An<br />

increase in k eff is observed with the rise in fuel<br />

temperature in the pin cell problems. The maximum<br />

reactivity difference is -263 pcm at<br />

1200 K. Similar trend is observed in the lattice<br />

problems, with the maximum reactivity difference<br />

<strong>of</strong> -303 pcm at 1200 K fuel temperature.<br />

The relative error in power distributions using<br />

DONJON5 computer code <strong>for</strong> lattice is ~3 %<br />

while the uncontrolled <strong>and</strong> AIC (Ag-In-Cd)<br />

controlled quarter core problems is ~2.8 %<br />

<strong>and</strong> ~6.6 % respectively. The agreement with<br />

reference provides a valid justification <strong>for</strong> the<br />

application <strong>of</strong> these codes to currently operating<br />

commercial power reactors.<br />

1 Introduction<br />

Reactor Core Simulations are extensively<br />

used to predict the neutronic behavior <strong>of</strong> the<br />

reactor core <strong>for</strong> the safe <strong>and</strong> economical operation<br />

<strong>of</strong> nuclear Power Plant. Numerical<br />

methods applied are broadly classified as<br />

Stochastic (or Monte Carlo) <strong>and</strong> Deterministic<br />

methods. Stochastic methods provide accurate<br />

results but are prohibitive in terms<br />

computational costs <strong>for</strong> commercial applications.<br />

Deterministic methods are there<strong>for</strong>e<br />

applied to produce quick <strong>and</strong> multiple results<br />

with reasonable accuracy.<br />

Deterministic approach can be applied as<br />

single step complete core calculations in<br />

transport theory like nTRACER based on<br />

subgroup as well as equivalence theory<br />

method developed by Reactor Physics Laboratory<br />

at Seoul National University, South<br />

Korea [Jung, Shim et al. 2013, Bacha <strong>and</strong><br />

Joo 2015] or in two steps approach with assembly<br />

calculations in transport theory followed<br />

by core using diffusion equation. Due<br />

to large computation time <strong>and</strong> memory requirement<br />

involved in single step, normally<br />

two step procedure is adopted <strong>for</strong> practical<br />

calculations. DRAGON5 [G, Hébert et al.<br />

2021] <strong>and</strong> DONJON5 [Hébert, Sekki et al.]<br />

have been developed by École Polytechnique<br />

de Montréal, Canada <strong>for</strong> application<br />

<strong>of</strong> two-step procedure.<br />

The study presented is aimed at validation<br />

<strong>of</strong> DRAGON5 <strong>and</strong> DONJON5 codes <strong>for</strong> subsequent<br />

use on GEN-II <strong>and</strong> GEN-III core calculations<br />

<strong>of</strong> commercial PWRs. DRAGON5<br />

54 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong>


Analysis <strong>of</strong> VERA core physics benchmark problems<br />

has a modular structure <strong>and</strong> <strong>of</strong>fers multiple<br />

solvers <strong>for</strong> the neutron transport equation<br />

on 1D or 2D geometry with different boundary<br />

conditions. DONJON5 employs diffusion<br />

<strong>and</strong> SPn solution schemes [Hebert,<br />

1987] with ability to h<strong>and</strong>le detailed modeling<br />

such as thermal-hydraulic feedback<br />

through THM module. For lattice calculations,<br />

scheme <strong>of</strong> Canbakan <strong>and</strong> Hebert 2015<br />

is used. To produce improved multi-group<br />

cross sections <strong>for</strong> core calculation, B1 leakage<br />

including homogenization <strong>and</strong> condensation<br />

procedure have been considered.<br />

Two-step flux computation are carried out<br />

using Method <strong>of</strong> Characteristics (MOC) on<br />

detailed geometry instead <strong>of</strong> collision probability<br />

method [Hebert, 2020] <strong>for</strong> fast calculations.<br />

The self-shielding methods incorporated<br />

as sub-group method as well as the<br />

equivalence theory method [Lamarsh <strong>and</strong><br />

Baratta 2001].<br />

DRAGON <strong>and</strong> DONJON computer codes<br />

have been validated on different core configuration<br />

including PWRs. BEAVRS benchmark-initial<br />

core at Hot Zero Power (HZP)<br />

conditions [Horelik, Herman et al. 2018].<br />

For typical PWRs core configuration DRAG-<br />

ON5 <strong>and</strong> DONJON5 have been applied to<br />

find criticality, axial <strong>and</strong> radial power distributions<br />

[Sukarno 2021]. To per<strong>for</strong>m comparative<br />

studies <strong>for</strong> conversion from high<br />

enriched uranium (HEU) to low enriched<br />

uranium (LEU) in the reactor MNSR using<br />

DRAGON4 [Al Zain, El Hajjaji et al. 2018].<br />

For the analyses <strong>of</strong> IAEA benchmark titled<br />

in-core fuel management code package validation<br />

<strong>for</strong> WWERs [Rooijen, Khan et al.<br />

2017]. to per<strong>for</strong>m burnup dependent analysis<br />

<strong>of</strong> plate type research reactors [Liu, Wang<br />

et al. 2015]. For the assessment in predicting<br />

pin power reconstruction <strong>and</strong> <strong>for</strong>m factors<br />

as lattice code [Grgić, Ječmenica et al.<br />

2012]. Validation to per<strong>for</strong>m the fuel depletion<br />

on UO2 pin cell <strong>for</strong> prediction <strong>of</strong> infinite<br />

multiplication factor, isotopic inventories<br />

<strong>and</strong> activities [Al Zain, El Hajjaji et al. 2021].<br />

the effect <strong>of</strong> asymmetric assemblies <strong>and</strong> different<br />

reflectors [Fröhlicher, Salino et al.<br />

2021], Nuclear <strong>Heat</strong> Reactor NHR-5 [El<br />

Yaakoubi, Boukhal et al. 2021] are studied<br />

earlier to benchmark or validate the codes<br />

<strong>for</strong> various problem scenarios. To validate<br />

DRAGON5 <strong>and</strong> DONJON5 computer codes<br />

<strong>for</strong> application on PWRs from pin cell to core<br />

configurations including different burnable<br />

poison rods, Virtual Environment <strong>for</strong> Reactor<br />

Applications (VERA) core physics benchmark<br />

set <strong>of</strong> problems provides an excellent<br />

reference.<br />

The VERA Benchmark [Godfrey 2014] consists<br />

<strong>of</strong> a series <strong>of</strong> Core Physics Progression<br />

problems <strong>for</strong> Pressurized Water Reactor.<br />

The VERA benchmarks comprise <strong>of</strong> the twodimensional<br />

(2-D) pin cell problems at fixed<br />

temperature, various 2-D lattice assembly<br />

<strong>for</strong> different configurations as well as initial<br />

startup core i.e., Hot Zero Power (HZP)<br />

quarter core problem <strong>and</strong> three-dimensional<br />

(3-D) hot full power (HFP) core depletion<br />

problem. The benchmarks were proposed by<br />

the Consortium <strong>for</strong> Advanced Simulation <strong>of</strong><br />

Light water reactors (CASL) to assist nuclear<br />

s<strong>of</strong>tware <strong>and</strong> methods developers <strong>and</strong> analysts<br />

in assessing capabilities needed to<br />

model LWR cores. In addition to problem<br />

specification, reference solutions by continuous<br />

<strong>energy</strong> Monte Carlo code KENO-VI are<br />

also provided.<br />

2 Computer codes<br />

In this study <strong>for</strong> pin cell <strong>and</strong> fuel assembly<br />

lattice calculation the DRAGON5 <strong>and</strong> <strong>for</strong><br />

core calculation the DONJON5 code is used.<br />

The calculations have been per<strong>for</strong>med at<br />

Hot Zero Power operating conditions with<br />

multi-group cross-sections (XSs) libraries<br />

based on ENDF/B-VII.0.<br />

2.1 DRAGON5<br />

28 1 group Multi-group<br />

Library (DRAGLIB)<br />

Self-Shielded<br />

Library<br />

Next Bum up Step<br />

USS:<br />

FLU:<br />

Multi cell Flux<br />

Calculation<br />

Energy<br />

Condensation<br />

(26 groups)<br />

2 nd Level MOC<br />

Flux Calculation<br />

Condensation (2 groups)<br />

Fuel Burn up<br />

Database (COMPO)<br />

Micro Lib Updated <strong>for</strong><br />

1 st Level<br />

Fig. 1. Flow chart <strong>of</strong> calculation procedure.<br />

The lattice code DRAGON5 is a deterministic<br />

lattice computer code to solve the neutron<br />

transport equation using collision probability<br />

(CP) as well as Method <strong>of</strong> Characteristics<br />

(MOC) to generate few-group<br />

constants <strong>for</strong> later use in core calculations.<br />

The DRAGON5 computer code consists<br />

<strong>of</strong> a set <strong>of</strong> modules connected through<br />

the GAN generalized driver Branch calculations<br />

<strong>for</strong> moderator temperature, fuel<br />

temperature, moderator density, boron concentration,<br />

burnup <strong>and</strong> control variations<br />

to accommodate the various core conditions.<br />

DRAGON5 lattice computer code per<strong>for</strong>ms<br />

the multi-dimensional, multi-group resonance<br />

self-shielding calculations <strong>and</strong> neutron<br />

flux calculations considering the neutron<br />

leakage. It also per<strong>for</strong>ms transporttransport<br />

or transport-diffusion calculations<br />

<strong>and</strong> isotopic depletion calculations<br />

[G, Hébert et al. 2021].<br />

2.2 DONJON5<br />

DONJON5 is a modular deterministic code<br />

used <strong>for</strong> 3-dimensional core calculation developed<br />

by École Polytechnique de Montréal<br />

in Canada. The DONJON5 computer code<br />

consists <strong>of</strong> a set <strong>of</strong> modules connected<br />

through the GAN generalized driver [Roy<br />

<strong>and</strong> Hébert 2000]. It solves the neutron diffusion<br />

equations in few groups <strong>for</strong> core cal-<br />

FLU:<br />

Tracking<br />

Tracking<br />

Tracking<br />

Simple<br />

Geometry<br />

Level1<br />

Geometry<br />

Level2<br />

Geometry<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 55


Analysis <strong>of</strong> VERA core physics benchmark problems<br />

culations using nodal technique. The database<br />

<strong>for</strong> inventory <strong>and</strong> few group constants<br />

<strong>for</strong> different core conditions are generated<br />

by lattice computer code DRAGON. Various<br />

modules are used in DONJON, mainly GEO:<br />

to generate the geometry <strong>of</strong> a reactor <strong>and</strong> to<br />

define the spatial locations <strong>of</strong> the reactor<br />

material mixtures. TRIVAT: module is used<br />

<strong>for</strong> 3-Dimensional numerical discretization<br />

or tracking <strong>of</strong> the reactor geometry. TRIVAA:<br />

is used to calculate the set <strong>of</strong> system matrices<br />

with respect to the previously achieved<br />

tracking in<strong>for</strong>mation <strong>and</strong> FLUD: <strong>for</strong> numerical<br />

solution to an eigenvalue problem. MA-<br />

CINI: module is used to create an exp<strong>and</strong>ed<br />

MACROLIB by combining the material properties<br />

found in the two separate MACROLIB<br />

objects. NCR: module is used <strong>for</strong> interpolation<br />

<strong>of</strong> the nuclear properties from a previously<br />

generated database. The flux <strong>and</strong><br />

power distributions, flux ratios relative to<br />

thermal <strong>energy</strong>-group fluxes, mean, power<br />

density <strong>and</strong> <strong>for</strong>m factors over the reactor<br />

core are computed <strong>and</strong> printed using FL-<br />

POW: module.<br />

3 Methodology<br />

In this work, the two-level scheme as depicted<br />

in F i g u r e 1 is implemented, which reduces<br />

the execution time considerably <strong>for</strong><br />

the generation <strong>of</strong> database <strong>of</strong> multi-parameters.<br />

In this methodology the first level flux<br />

is calculated with interface current approximation<br />

using GEO: module. Using the nuclear<br />

data <strong>and</strong> tracking files to per<strong>for</strong>m resonance<br />

self-shielding calculation. The selfshielding<br />

has been per<strong>for</strong>med by the USS:<br />

module which uses the sub-group method.<br />

The 281 groups <strong>energy</strong> mesh are then used<br />

<strong>for</strong> flux calculations using interface current<br />

(IC) technique. In the second level, flux is<br />

calculated by solving the neutron transport<br />

equation based on Method <strong>of</strong> characteristics<br />

(MOC) with 26 <strong>energy</strong> groups. SPH equivalence<br />

method is used due to cross sections<br />

collapsing, to correct the expected loss <strong>of</strong> accuracy<br />

after the collapsing to 26 <strong>energy</strong><br />

groups, second level MOC flux calculation is<br />

per<strong>for</strong>med. Using this method convergence<br />

at this level is achieved quickly because <strong>of</strong><br />

considering the first level flux as a starting<br />

flux.<br />

Level one tracking is per<strong>for</strong>med on first level<br />

geometry <strong>and</strong> the then the tracking is per<strong>for</strong>med<br />

on the second level geometry using<br />

SYBILT: module. The SYBILT: module is<br />

used <strong>for</strong> one-dimensional geometries<br />

(plane, cylindrical or spherical) <strong>and</strong> interface<br />

current tracking inside heterogeneous<br />

block while <strong>for</strong> assembly tracking EXCELT:<br />

NXT: modules are used. The PSP: module<br />

generates a digital image <strong>of</strong> the geometry.<br />

The maximum number <strong>of</strong> regions (MAXR)<br />

to be considered during DRAGON5 calculation<br />

was taken as 500, <strong>and</strong> the maximum<br />

amount <strong>of</strong> memory required (MAXZ) to<br />

store the integration line was taken as<br />

1,000,000.<br />

4 Results <strong>and</strong> discussion<br />

The results obtained from DRAGON5/DON-<br />

JON5 code <strong>for</strong> VERA benchmark problems<br />

are presented <strong>and</strong> compared with the reference<br />

results obtained by KENO-VI. The<br />

benchmarks selected to be analyzed are<br />

Problem # 1, Problem # 2 <strong>and</strong> Problem # 5<br />

ranging from 2-D pin cell through assembly<br />

<strong>and</strong> the quarter core problem. Problem<br />

identifications have been kept same as<br />

source <strong>for</strong> easy referencing. The detailed description<br />

<strong>of</strong> the problems <strong>and</strong> their comparison<br />

with the reference are given as follows:<br />

4.1 Problem #1: 2D HZP BOC pin<br />

cell problem<br />

In this section the pin-cell problem <strong>of</strong> VERA<br />

benchmark is analyzed <strong>and</strong> the multiplication<br />

factors are compared with reference<br />

value obtained by KENO-VI. In this problem<br />

multiple cases (1A through 1D) <strong>of</strong> 2-D pincell<br />

are modeled. In the pin cell, UO 2 fuel<br />

with Zircaloy-4 clad <strong>and</strong> borated water as<br />

Tab. 1. keff calculations <strong>for</strong> pin cell problem.<br />

Problem<br />

ID<br />

Moderator<br />

Density<br />

(g/cc)<br />

Fuel<br />

Temperature<br />

(K)<br />

moderator are used, <strong>and</strong> there is a helium<br />

gap between the fuel <strong>and</strong> clad material. The<br />

fuel temperature <strong>of</strong> pin cell is increased from<br />

565 K to 1, 200 K (1A-1D) in successive cases<br />

[Godfrey 2014]. As shown in Ta b l e 1 , the<br />

DRAGON5 <strong>and</strong> KENO-VI solutions <strong>for</strong> all the<br />

cases are in good agreement. It is observed<br />

that the maximum relative error is -263 pcm<br />

which is quite favorable agreement with reference<br />

value.<br />

4.2 Problem #2: 2D HZP BOC fuel<br />

assembly<br />

The second problem analyzed in this paper<br />

is lattice calculations <strong>of</strong> various VERA assemblies.<br />

The assemblies consist <strong>of</strong> 17x17<br />

lattice structure with 264 fuel pins, 24 guide<br />

thimbles <strong>and</strong> one instrumentation thimble.<br />

The fuel material is UO 2 <strong>and</strong> the material <strong>for</strong><br />

guide thimble clad is Zircaloy. The control<br />

rods <strong>and</strong> Pyrex rods materials, in this case,<br />

are AIC (Silver, Indium <strong>and</strong> Cadmium) <strong>and</strong><br />

borosilicate glass respectively [Godfrey<br />

2014]. Ten (<strong>10</strong>) out <strong>of</strong> sixteen (16) fuel as-<br />

KENO-VI<br />

keff<br />

DRAGON5<br />

∆ρ<br />

(pcm)<br />

1A 0.743 565 1.18704 ± 0.000054 1.18560 -<strong>10</strong>2<br />

1B 0.661 600 1.18215 ± 0.000068 1.18071 -<strong>10</strong>3<br />

1C 0.661 900 1.17172 ± 0.000072 1.16903 -197<br />

1D 0.661 1200 1.16260 ± 0.000071 1.15905 -263<br />

Tab. 2. Calculation conditions <strong>for</strong> assembly problem.<br />

Problem ID Description Moderator<br />

Temperature<br />

2A<br />

2B<br />

2C<br />

2D<br />

2E<br />

2F<br />

2G<br />

2K<br />

2O<br />

2P<br />

No poisons<br />

12 Pyrex<br />

24 Pyrex<br />

24 AIC<br />

Zoned + 24 Pyrex<br />

12 Gadolinia<br />

24 Gadolinia<br />

Tab. 3. Results <strong>for</strong> fuel assembly problems.<br />

Fuel<br />

Temperature<br />

Moderator<br />

Density<br />

565 K 565 K 0.743 g/cc<br />

600 K<br />

600 K<br />

900 K<br />

1200 K<br />

0.661 g/cc<br />

600 K 0.743 g/cc<br />

Assembly Description keff ∆ρ<br />

(pcm)<br />

KENO-VI<br />

DRAGON5<br />

2A No poisons 1.18218 ± 0.000017 1.17881 -242<br />

2B No poisons 1.18336 ± 0.000024 1.17972 -261<br />

2C No poisons 1.17375 ± 0.000023 1.16992 -279<br />

2D No poisons 1.16559 ± 0.000023 1.16149 -303<br />

2E 12 Pyrex 1.06963 ± 0.000024 1.07025 54<br />

2F 24 Pyrex 0.97602 ± 0.000026 0.97889 301<br />

2G 24 AIC 0.84770 ± 0.000025 0.84533 -330<br />

2K Zoned + 24 Pyrex 1.02006 ± 0.000025 1.02188 175<br />

2O 12 Gd 1.04773 ± 0.000024 1.04663 -<strong>10</strong>1<br />

2P 24 Gd 0.92741 ± 0.000024 0.92656 -99<br />

56 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Analysis <strong>of</strong> VERA core physics benchmark problems<br />

Reference<br />

Calsulated<br />

% Error<br />

Fig. 2. Comparison <strong>of</strong> relative power distribution <strong>for</strong> 2A assembly<br />

Reference<br />

Calsulated<br />

% Error<br />

Fig. 3. Comparison <strong>of</strong> relative power distribution <strong>for</strong> 2F assembly.<br />

Reference<br />

Calsulated<br />

% Error<br />

Fig. 4. Comparison <strong>of</strong> relative power distribution <strong>for</strong> 2G assembly<br />

Reference<br />

Calsulated<br />

% Error<br />

Fig. 5. Comparison <strong>of</strong> relative power distribution <strong>for</strong> 2K assembly.<br />

semblies (FAs) with various configuration<br />

<strong>and</strong> temperatures are analyzed. The calculation<br />

conditions are given in Ta b l e 2 . Fuel<br />

assemblies 2A to 2D are analyzed with varying<br />

temperature conditions from 565 K to<br />

1,200 K. The rest <strong>of</strong> problems have the same<br />

temperature conditions (600 K). The simulated<br />

results <strong>of</strong> various VERA assemblies are<br />

given in Ta b l e 3 , which shows that the<br />

maximum relative error in multiplication<br />

factor is -330 pcm observed in 2G assembly.<br />

It is clear from the comparison that error in<br />

reactivity increases with increase in temperature<br />

<strong>for</strong> no Pyrex assemblies <strong>and</strong> increase<br />

in the number Pyrex rods. It is observed that<br />

the maximum error is in AIC controlled assemblies.<br />

For the Gadolinium (Gd) poisoned<br />

assemblies, the reactivity difference is about<br />

<strong>10</strong>0 pcm, which is quite reasonable agreement<br />

with reference value. The comparison<br />

shows quite favorable agreement with the<br />

reference which implies that DRAGON can<br />

be confidently applied to two-dimension<br />

Pressurized Water Reactors (PWRs) lattice<br />

problems. The pin power distribution <strong>for</strong> the<br />

varying temperature conditions (2A to 2D)<br />

are calculated, but only the pin power distribution<br />

<strong>for</strong> the no Pyrex assembly <strong>of</strong> 2A is<br />

shown in F i g u r e 2 . In the no Pyrex cases,<br />

the pin powers are close to the reference<br />

with the maximum error <strong>of</strong> 0.34 %. The calculated,<br />

reference power distribution <strong>and</strong><br />

percentage error <strong>for</strong> the assemblies with 12<br />

<strong>and</strong> 24 Pyrex were evaluated. F i g u r e 3<br />

show the relative error in assembly 2F (with<br />

24 Pyrex rods). The percent relative errors<br />

are in acceptable range with the maximum<br />

value <strong>of</strong> 1.22 %. For the AIC controlled case,<br />

the maximum underestimation is 2.75 % as<br />

shown in F i g u r e 4 . For 2 K zoned assembly<br />

with 24 Pyrex rods, the maximum overpower<br />

estimation is 1.29 % as shown in F i g -<br />

u r e 5 . In case <strong>of</strong> Gd based fuel, the 3.43 %<br />

underestimation in power occurs in the Gd<br />

pins in the assembly with 24 Gadolinia pins.<br />

The pin power distribution <strong>for</strong> the Gd based<br />

fuels show quite good agreement as shown<br />

in Figure 6.<br />

4.3 Problem #5-2D: 2D HZP BOC<br />

Quarter Core<br />

In this VERA benchmark, the HZP (Hot Zero<br />

Power) two-dimensional reactor core is<br />

analyzed to predict the criticality, power distribution<br />

<strong>and</strong> control rod worth at BOL (Beginning<br />

<strong>of</strong> Life) isothermal conditions. Ta -<br />

b l e 4 shows the comparison <strong>of</strong> reactivity<br />

<strong>for</strong> uncontrolled <strong>and</strong> controlled configuration.<br />

The reactivity is underestimated in the<br />

AIC controlled core by 663 pcm which is in<br />

the acceptable range <strong>for</strong> the core configuration.<br />

F i g u r e 7 <strong>and</strong> F i g u r e 8 show the<br />

<strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong> | 57


Analysis <strong>of</strong> VERA core physics benchmark problems<br />

Tab. 4. K-eff comparison <strong>for</strong> uncontrolled <strong>and</strong> AIC controlled core.<br />

Problem Description keff ∆ρ<br />

(pcm)<br />

KENO-VI DRAGON5<br />

5A-2D Uncontrolled 1.004085 (8) 1.000749 -332<br />

5B-2D AIC Controlled 0.991496 (8) 0.985022 -663<br />

Acknowledgements<br />

The author would like to acknowledge the<br />

institute <strong>of</strong> Nuclear Engineering at École<br />

Polytechnique de Montréal <strong>for</strong> their great<br />

development <strong>of</strong> the open source codes<br />

DRAGON <strong>and</strong> DONJON <strong>and</strong> their valuable<br />

suggestions/help to complete this work.<br />

Reference<br />

Calsulated<br />

% Error<br />

Fig. 6. Comparison <strong>of</strong> relative power distribution <strong>for</strong> 2P assembly.<br />

assembly power distribution <strong>for</strong> the uncontrolled<br />

<strong>and</strong> AIC controlled cores respectively.<br />

The maximum power error in the uncontrolled<br />

core is -2.8 % <strong>and</strong> in the AIC controlled<br />

core the powers are overestimated at<br />

maximum up to 6.6 %, which still are in acceptable<br />

limits. From the results it can be<br />

deduced that these codes systems can be applied<br />

<strong>for</strong> the lattice as well as core calculation.<br />

5 Conclusions <strong>and</strong> future<br />

work<br />

This paper presents the VERA Benchmark<br />

analyses per<strong>for</strong>med <strong>for</strong> pin cell, assemblies<br />

inclusive <strong>of</strong> Burnable poison (Borosilicate<br />

Glass <strong>and</strong> Gd) Control structure <strong>and</strong> HZP<br />

quarter core problems using the open source<br />

computer codes DRAGON5 <strong>and</strong> DONJON5.<br />

The reactivity calculated <strong>for</strong> pin cell <strong>and</strong> assemblies<br />

using the lattice code DRAGON are<br />

consistent with the referenced values. The<br />

pin power distribution <strong>for</strong> all the analyzed<br />

assemblies are in the acceptable limits.<br />

The VERA quarter core results <strong>for</strong> effective<br />

multiplication factor, flux <strong>and</strong> power distribution<br />

are in good agreement with the reference<br />

values from KENO-VI. These analyses<br />

reveal that DRAGON5 <strong>and</strong> DONJON5 can be<br />

used <strong>for</strong> the lattice calculation as well as<br />

core calculation <strong>of</strong> PWRs. To extend the current<br />

study the spacer grids will be modelled<br />

in DRAGON. This code system will also be<br />

checked <strong>for</strong> depletion calculations <strong>and</strong> coupled<br />

thermal hydraulics calculations. This<br />

system will be used to model Pakistan CNP-<br />

300 NPPs <strong>and</strong> results will be published in<br />

the next article.<br />

References<br />

Al Zain, J., et al. (2018). Deterministic evaluation<br />

<strong>of</strong> safety parameters <strong>and</strong> neutron flux spectra<br />

in the MNSR research reactor using DRAG-<br />

ON-4 code. <strong>Journal</strong> <strong>of</strong> Radiation Research<br />

<strong>and</strong> Applied Sciences 11(3): 255-261.<br />

Al Zain, J., et al. (2021). Validation <strong>of</strong> deterministic<br />

code DRAGON5 <strong>for</strong> the fuel depletion<br />

analysis <strong>of</strong> a PWR pin-cell benchmark. Radiation<br />

Physics <strong>and</strong> Chemistry 186: <strong>10</strong>9545.<br />

Bacha, M. <strong>and</strong> H. G. Joo (2015). Pointwise crosssection-based<br />

on-the-fly resonance interference<br />

treatment with intermediate resonance<br />

approximation. Nuclear Engineering Technology<br />

47(7): 791-803.<br />

Clerc, T., et al. (2014). An advanced computational<br />

scheme <strong>for</strong> the optimization <strong>of</strong> 2D radial<br />

reflector calculations in pressurized water<br />

reactors. Nuclear Engineering <strong>and</strong> Design<br />

273: 560-575.<br />

El Yaakoubi, H., et al. (2021). Neutronic modeling<br />

<strong>and</strong> calculation <strong>of</strong> the Nuclear <strong>Heat</strong>ing<br />

Reactor NHR-5 by the deterministic codes<br />

DRAGON5 & DONJON5. Progress in Nuclear<br />

Energy 142: <strong>10</strong>4000.<br />

Fröhlicher, K., et al. (2021). Investigating fission<br />

distribution behavior under various homogenization<br />

techniques <strong>for</strong> asymmetrical fuel assemblies<br />

<strong>and</strong> different reflector equivalence<br />

methods. Annals <strong>of</strong> Nuclear Energy 157:<br />

<strong>10</strong>8221.<br />

Fig. 7. Comparison <strong>of</strong> relative power distribution <strong>for</strong> uncontrolled core.<br />

Fig. 8. Comparison <strong>of</strong> relative power distribution <strong>for</strong> AIC controlled core.<br />

58 | <strong>vgbe</strong> <strong>energy</strong> <strong>journal</strong> <strong>10</strong> · <strong>2022</strong>


Analysis <strong>of</strong> VERA core physics benchmark problems<br />