Inbetriebnahme des Kraftwerksblocks im Inselbetrieb | B:TECH
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FALLSTUDIE

Inbetriebnahme des Kraftwerksblocks im Inselbetrieb

Die Inbetriebnahme des Kraftwerksblocks im Inselbetrieb war sowohl technisch als auch hinsichtlich der Lokalität eine Herausforderung. Er befindet sich im Irak. Die Geschichte des Baus eines Kraftwerksblocks für eine Zuckerfabrik etwa 100 km von Bagdad im Irak begann für uns 2014. Für den Technologielieferanten EKOL war dies die erste Phase des Projekts. Wir sind auch heute noch an dem Projekt beteiligt. Damals arbeiteten wir gemeinsam an der Inbetriebnahme von 2 Gegendruckturbinen, 2 Gaskesseln und Hilfstechnologien. 2019 folgte eine Fortsetzung in Form der Erweiterung des Kraftwerksblocks. Wir haben 2 neue, leistungsstärkere Turbinen, 2 neue Kessel und Hilfstechnik vor Ort. Die Steuerung der neuen Technologien erfolgt in einem redundanten System auf der Siemens PCS 7 Plattform.

Die zweite Phase des Vertrages stellt eines unserer mittelgroßen Projekte im Bereich der Prozessautomatisierung für EKOL dar, eines der letzten tschechischen Unternehmen, das in der Lage ist, einen kompletten Kraftwerkblock gemäß den Kundenanforderungen zu liefern. Der Endkunde hat eine größere Erweiterung seiner Zucker- und Ölverarbeitungsanlage in Angriff genommen und benötigt für die bevorstehende Erweiterung eine zusätzliche Stromquelle. Die Anlage befindet sich etwa 100 km südlich der irakischen Hauptstadt Bagdad und etwa 45 km von einer der Wiegen der Zivilisation, der Stadt Babylon, entfernt.

Die erste und zweite Phase waren interessant, weil es sich um ein kleines Kraftwerk auf der grünen Wiese handelte, dessen komplette technische Ausrüstung von einem tschechischen Unternehmen geliefert wurde. In der ersten Phase erhielten wir die Aufgabe, einen SW-Standard zu entwickeln, der eine so große Automatisierungsaufgabe wie ein kleines Kraftwerk (2 Kessel, 2 Turbinen) abdecken sollte. Die erste Stufe war sehr nah am Standard, der heute in der Automatisierung durch das Leitsystem PCS 7 von Siemens repräsentiert wird.

In der zweiten Phase erhielten wir grünes Licht für die Implementierung auf PCS 7. Bei dem Projekt wurde dieses System zur Steuerung der Technik eingesetzt, und der Endkunde hatte damit Betriebserfahrung. Die erste Stufe war auch deshalb wichtig, weil sie eine qualitativ hochwertige Visualisierung ergab, die keine Einschränkungen gegenüber PCS 7 mit sich brachte. Für das Kraftwerk ist ein kontinuierlicher Betrieb wichtig. Dies stellt hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit des Steuerungssystems. Daher sind einige der Komponenten des Kontrollsystems für die zweite Stufe redundant.

Technologie, die das Herz eines Technikers höher schlagen lässt

Das Kraftwerk, an dem wir in den Jahren 2019-2021 im Irak gearbeitet haben, besteht aus zwei mit Schweröl befeuerten Kesseln, die jeweils etwa 100 Tonnen Dampf pro Stunde an zwei Dampfkondensationsturbinen mit einer Leistung von 2 x 20 MW und einer Drehzahl von 7984 U/min liefern.

Das Kraftwerk ist mit Technologien wie dem Brennstofftransport, einer Reduzierstation zur Einstellung von Druck und Temperatur des Dampfes, einem Speisewassersystem (zwei Pumpen mit je etwa 430 kW), Dampfkondensatoren, einem Evakuierungssystem zur Erzeugung eines Vakuums im System und vielem mehr verbunden.

Es handelt sich um eine sehr komplexe Technologie, die das Herz eines jeden Technikers höher schlagen lässt. Und über allem steht ein Steuerungssystem, das der Komplexität des Prozesses entspricht. Siemens PCS 7 9.0, das nach der Integration der ersten Etape 6 SPS Simatic S7-300 und 5 SPS S7-410 HA umfasst. Wir haben auch 2 Server, 1 Archivserver, eine Engineering-Station und nach der Integration des ursprünglichen Systems in das neue System 8 Client-Stationen.

Die Bediener-Workstations sind teilweise über intelligente KVM-Switches mit den Computern verbunden, so dass jede Client-Workstation das Bild von jedem Computer aus anzeigen kann. Nach der Integration erfolgt die lokale Steuerung über 11 Touchpanels TP- 1500 Comfort.

Der Zucker darf nicht fest werden!

Aus technischer Sicht war ein interessanter, aber auch herausfordernder Aspekt die Tatsache, dass die Turbinen im sogenannten Inselbetrieb gesteuert wurden. Das bedeutet, dass sie nicht mit einem öffentlichen Netz verbunden waren. Ein Fehler, der zu einem Stromausfall führt, würde eine Abschaltung bewirken. Das größte Risiko besteht darin, dass der Zucker in der Technologie aushärtet und die dadurch verursachten Verluste zu hoch sind. Dies stellt hohe Anforderungen an das Testen bei der Inbetriebnahme der Technologie. Die Zuckerfabrik darf nicht stehen bleiben, der Zucker darf nicht erstarren!

"Die Turbine ist eine Technologie wie jede andere. Man muss Respekt vor ihr haben. Wir müssen wissen, was sie verzeiht und was nicht", erklärt Roman Krejčík, der seit 2007 zu unserem Team gehört. Er sagt, er sei zu den Turbinen gekommen wie ein Blinder zu den Geigen. Ursprünglich wollte er in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie arbeiten, aber wie es das Schicksal wollte, wurde er Energieingenieur und arbeitet seit 13 Jahren hauptsächlich in der Dampfturbinensteuerung und -inbetriebnahme. Bei einem Projekt im Irak half er bei der Inbetriebnahme von Software.

Solution Partnerschaft Siemens

"Bei Energie- und großen Prozessprojekten wollen wir auf der PCS 7-Plattform aufbauen", sagt in einem offenen Interview Kollege Karel Tonar, der die Abteilung für Prozessautomatisierung leitet, in der dieses Projekt durchgeführt wird. Die Geschäftsstrategie des Herstellers deckt sich mit der unseren, indem sie auf große Prozessprojekte ausgerichtet ist. Die PCS 7-Plattform ist das Backbone-Leitsystem für die Prozessautomatisierung innerhalb des Siemens-Produktportfolios. Das System ist buchstäblich maßgeschneidert für Prozessanwendungen. Es stützt sich auf standardisierte Bibliotheken und bietet auch die Möglichkeit, Änderungen im laufenden Betrieb der technologischen Abläufe vorzunehmen. Sie berücksichtigt die Prozesssicherheit und legt Wert auf die langfristige Verfügbarkeit aller Ersatzteile, denn die von ihr beherrschten Technologien sind für ihre Betreiber eine langfristige Investition. 

"Das aktuelle PCS 7 ist ein Überbau über die bei Siemens vorhandenen Standardressourcen und unterstützt die Automatisierung einiger Teilaufgaben, die bisher manuell vom Programmierer erledigt werden mussten. Außerdem gibt es eine großartige Verfahrensbibliothek dazu. Unter Programmierern gibt es manchmal Streitigkeiten über die Komplexität und Benutzerfreundlichkeit des Programms im Hinblick auf die notwendige Parametrisierung, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen. Aus meiner Sicht deckt sie jedoch alle Bedürfnisse ab, die ich bisher bei der Programmierung des Projekts hatte", kommentiert PCS 7 Šimon Adámek, unser externer Mitarbeiter und Kollege, der hinter der technischen Lösung steht und auf eine mehr als 20-jährige Zusammenarbeit mit B:TECH zurückblicken kann.

Siemens-Vertriebsleiter Petr Buchta ergänzt zur Partnerschaft mit unserem Unternehmen: „Wir schätzen die Zusammenarbeit mit B:TECH sehr. Die Kommunikation ist immer offen. Wir haben es mit Menschen zu tun, die wissen, wovon sie sprechen, sowohl auf geschäftlicher als auch auf technischer Ebene.“

JAN KVÁČ, Abteilungsleiter Vertrieb, SIEMENS

"B:TECH war einer der ersten Integratoren, die mit der Idee einer Partnerschaft zu uns kamen. Seine wichtigste interne Motivation war es, das Prozessmanagement zu standardisieren, die eigene Entwicklung in diesem Bereich zu eliminieren und die Nachhaltigkeit der Lösung langfristig zu sichern", sagt Jan Kváč, der technische Garant der Plattform, über die ersten Verhandlungen in diesem Bereich. Er kooperiert seit 2006 mit unserem Unternehmen, als wir uns gemeinsam mit dem Einsatz von PCS 7-Projekten für das Management von Balloki- und Muridke-Kraftwerken in Pakistan beschäftigten. "Wir hatten bereits vor Beginn dieses Projekts mit B:TECH über die Partnerschaft mit PCS 7 gesprochen. Zu dieser Zeit begannen wir, über die Erweiterung unserer Partner mit B:TECH nachzudenken. Die Teilnahme an dem Partnerschaftsprogramm für diesen Bereich ist recht exklusiv. Wir wollen die Qualität beibehalten und haben erfahrene Integratoren mit Referenzen, aber auch Unternehmen mit einer ähnlichen Vision wie wir und Leute, die mit der PCS 7-Plattform arbeiten können. Bei B:TECH sehen wir auch die Einheit dieser Vision zwischen Umsetzung, Business und technischem Management. Das ist auch für uns wichtig", fügt Jan Kváč hinzu.

Integration von Technologien aus der ersten Phase in PCS 7

Was der Kunde nicht wusste, war, dass die Erweiterung der Technologie zu einer sehr komplexen Anlage führen würde, die zusätzliche Möglichkeiten zur Optimierung des gesamten Betriebs bietet. Die einzelnen Einheiten wurden als isolierte Technologien geliefert und vom Kunden zunächst auch als solche betrachtet. Eine weitere interessante Aufgabe innerhalb des Projekts war die Anforderung, die erste Stufe in PCS 7 zu integrieren und so die Technologien miteinander zu verbinden. Glücklicherweise war dies dank einer originellen technischen Lösung möglich. Es war eine ungewöhnliche Anfrage und eine Herausforderung für uns. Letztlich war dieser Plan erfolgreich, auch wenn er zusätzliche Kosten, Zeitaufwand und entsprechende Belastungen für die Baustelle mit sich brachte.

In der zweiten Phase waren diese Anforderungen des Betreibers auf der Ebene der Technologie ursprünglich nicht vorgesehen. So wurde z. B. der Erwerb zusätzlicher Lizenzen für Bedienfelder, die für die Integration der Technologien aus der ersten Phase in PCS 7 erforderlich waren, nicht in das Projekt einbezogen. Die SPS in der ersten Phase waren nicht redundant, so dass die Tests während ihrer Integration recht kompliziert waren.

Wir haben keine Kompromisse bei der Prozesssicherheit gemacht

Bei der technischen Lösung wurde der Schwerpunkt auf Sicherheit und Zuverlässigkeit gelegt. Wir haben also keine Kompromisse bei der Prozesssicherheit gemacht. Alle in der zweiten Phase installierten Steuerungen sind redundant und vom gleichen Typ. Dies ist auch im Hinblick auf die Wartung und den Betrieb der Technologie wichtig. Die größte Herausforderung bei diesem Projekt war die Steuerung der Turbinenleistung. Im Inselbetrieb müssen die Anlagen die Frequenz und Spannung des Netzes auch bei relativ großen Ausfällen oder erhöhtem Stromverbrauch aufrechterhalten.

"Es stellte sich heraus, dass die in der ersten Phase installierten Steuerungen den Bedarf der Anlage nicht vollständig abdeckten. Bei plötzlichen Stromausfällen waren die Turbinengeneratoren nicht in der Lage, ihre Leistung zu reduzieren, und es kam zu Ausfällen des Frequenzschutzes. Die Hardware-Beschränkung dieser Steuerungen bestand darin, dass die Geschwindigkeitsdaten mit einer gewissen Verzögerung über den Profibus eintrafen. Auch die Softwarelösung des Controllers war nicht ideal", fügt Šimon Adámek hinzu und erläutert, wie wir die Erfahrungen aus der ersten Phase genutzt haben.

Eine kleine tschechische Meisterschaft

In der zweiten Phase befassten wir uns hauptsächlich mit den Hardwarebeschränkungen und testeten den neuen Typ der ET 200SP HA-Karten im Hinblick auf die Messung der Kommunikationsgeschwindigkeit. Die originalen Drehzahlmesser kommunizieren über eine 4-20 mA Stromschleife. Wir mussten prüfen, ob diese Karten die Messung dieses analogen Signals in einem 25-ms-Zyklus bewältigen konnten, was bestätigt wurde. Eine weitere Herausforderung war die eigentliche Verordnung und ihr Konzept, um wirklich alle Bedürfnisse einer so komplexen und vernetzten technologischen Einheit abzudecken.

Jan Kváč ergänzt die technische Lösung um eine interessante Tatsache: „Bei diesem Projekt gewann B:Tech auch einen tschechischen Erstpreis. Es war das erste Mal, dass ein tschechisches Unternehmen die ET 200SP HA Ein- und Ausgabeeinheiten bei diesem Projekt einsetzte. Damals war es eine neue Lösung in der Prozessautomatisierung, bei der die dezentralen Ein-/Ausgabeeinheiten über den Profinet-Bus statt über den weit verbreiteten Profibus-Standard mit der CPU kommunizieren. Diese auf dem Profinet-Kommunikationsbus basierende Lösung war eine der ersten in der Welt, und es ist großartig, dass dieses Projekt von einem tschechischen Unternehmen umgesetzt wird."

 

JIŘÍ CÍDL, Leiter der Abteilung Automatisierung und Elektro, EKOL

Jiří Cídl ist seit etwa 3 Jahren bei EKOL als Leiter der Abteilung Automatisierung und Elektro tätig. Er lernte unser Unternehmen jedoch vor fast 17 Jahren im Rahmen der Entwicklung einer Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Turbinensteuerung und -inbetriebnahme für Siemens kennen, wo er zuvor gearbeitet hatte. 

"Dieses Projekt war für EKOL außergewöhnlich und verdient definitiv Aufmerksamkeit. Es handelte sich um ein komplettes Kraftwerk, das zu fast 100 % von EKOL geliefert wurde. Aus unserer Sicht war die größte Herausforderung die Logistik. Die Durchführung erfolgte in einer geschlossenen Zone außerhalb besiedelter Gebiete und im Irak. Die Sperrzone sorgte für Sicherheit aus Sicht des Arbeitsschutzes, brachte aber andererseits auch die Reiseunmöglichkeit mit sich, was für das gesamte Team auf der Baustelle immer schwierig ist. An dem Projekt waren auch eine Reihe von Freiberuflern beteiligt; die Zusammenstellung eines Teams für die Inbetriebnahme vor Ort war angesichts der Zeit und des Standorts schwierig. B:TECH war der einzige Auftragnehmer, dem es gelang, eigene Mitarbeiter auf die Baustelle zu schicken. Wir schätzen auch die Hilfsbereitschaft von B:TECH. Wann immer es Anforderungen auf unserer Seite gab, gab es nie ein Problem mit ihrer Erfüllung,“ bewertet die Zusammenarbeit im Auftrag von EKOL Jiří Cídl. 

Es spielt keine Rolle, was auf deinem T-Shirt steht, wir sind alle ein Team

An derart komplexen Projekten ist ein wirklich vielfältiges Team von Spezialisten aus mehreren Unternehmen der gesamten Lieferkette beteiligt, das auch externe Mitarbeiter einbezieht. "Am Ende des Tages ist es egal, was auf dem T-Shirt steht, wir sind alle ein Team auf der Baustelle und haben ein gemeinsames Ziel. Kraftwerk in Betrieb nehmen“, erklärt mein Kollege Roman Krejčík auf der Baustelle.

Die Herausforderung war auch der Standort

Eine der Herausforderungen bei diesem Projekt war dieses Mal der Standort im Irak. Die Reise- und Arbeitsbedingungen waren schwierig und gefährlich. Dies gilt nicht nur für Reisen, die durch Sicherheitsmaßnahmen, die politische und sicherheitspolitische Lage und den Lebensstandard am Zielort gekennzeichnet sind. Auch die klimatischen Bedingungen spielten eine Rolle. Die Tagestemperaturen lagen in manchen Teilen des Jahres zwischen 40 und 50 °C und fielen über Nacht auf 30 °C.

"Die Sicherheitslage war im Jahr 2020 viel besser. Dennoch wurde die Zuckerfabrik von Soldaten geschützt. Wir hatten auch eine bewaffnete Begleitung auf dem Weg zum Flughafen,“ erinnert sich Roman, der an der Technologie-Inbetriebnahme teilnahm und immer wieder für 2-5 Wochen auf die Baustelle ging.

In der Wiege der Zivilisation

Der Irak ist eine der Wiegen der alten Zivilisationen. Die Zuckerfabrik befindet sich ca. 30 – 40 km von den Resten der antiken Stadt Babylon entfernt, die die Kollegen besichtigen konnten. Das Reisen zu solchen Orten ist körperlich und geistig anstrengend. Die Tatsache, dass sie Orte zu sehen bekommen, an die man normalerweise nicht gehen kann, wird von den Kollegen als eine der Chancen wahrgenommen, die dieser Beruf mit sich bringt. Die Möglichkeit, neue Orte aus einer nicht-touristischen Perspektive zu entdecken.  

FAKTEN IN EINER NUTSHELL

  • 2019 - 2021 Bagdad, Irak
  • Entwurf der Topologie des redundanten Leitsystems PCS 7 und der Konfiguration von Klemmenbus und AS-Bus
  • Vorschlag für die Implementierung des bestehenden Systems in das neue DCS-System
  • Detailplanung der Projektdokumentation, einschließlich der Dokumentation der USV, des Backup-Systems für das Steuerungssystem und der Schaltschränke für Server, Technik und Bediener-PCs
  • SW-Entwicklung für PLC und HMI auf PCS 7-Plattform
  • Aktivierung der Technologie, Inbetriebnahme
  • Projektmanagement
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