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115.Jg. (1998L1t. 12 G. Blumauer, W. Sch6fberger, R. Traxler: Betriebsinformationssysteme fª Energieerzeuger

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Wir wª allen Lesern und Freunden der ,,e & i" sch6ne Weihnachtsfeiertage und fª das neue Jahr vor allem Gesundheit, Zufriedenheit und viel Erfolg bei der Arbeit in Wissenschaft und Praxis. Wir danken fª die im vergangenen Jahr bewahrte Treue und hoffen, Ihnen auch im neuen Jahr interessante Sonderhefte und viel beachtenswertes Neues bieten zu k6nnen. Die Redaktion

Betriebsinformationssysteme fª Energieerzeuger G. Biumauer, W. Sch6fberger, R. Traxler ~ Der durch die Liberalisierung des Energiemarkts verursachte Wettbewerb zwingt Betreiber von Querverbundsystemen dazu, alle technisch m6glichen und betriebswirtschaftlich sinnvollen Rationalisierungspotentiale st~irker als bisher zu nutzen. Neben der Verbesserung der technischen Prozesse in den Erzeugungsanlagen kommt der optimalen Planung des Einsatzes der Kraftwerke eine besondere Bedeutung zu. Bereits bei kleinen Energieversorgungssystemen wird auf Grund der Komplexit~it und den immer grtJl3er werdenden Informationsverpflichtungen ah 6ffentliche Stellen eine EDV-gestª Aufbereitung von Daten und Informationen aus dem Unternehmensprozel3 und dem Anlageninventar unumg~inglich.

Schlª

Querverbundsysteme; effiziente Betriebsfª

IT-Werkzeug

Process data information systemsfor energy producers. The competition caused by the liberalization of the energy market forces the operators of transverse compound systems to use all technically possible and economically meaningful rationalization potentials more strongly than so far. Apart from the improvement of the technical processes in the production systems a special meaning comes to the optimal planning of the application of the power stations. Already at small power supply systems an EDP-supported editing of data and information from the enterprise process and the system inventory becomes inevitable due to the complexity and the ever growing information obligations to officials. Keywords: transverse compound systems; efficient management; IT-tooi

1. Einleitung

ORT

Markt

Energieversorgungsuntemehmen stehen mitten in tiefgreifenden ,~nderungen der Wettbewerbssituation. Zum einen erzeugt die Liberalisierung des Energieversorgungsmarkts in der Europ~iischen Union einen erheblichen Preisdruck, und zus~itzlich stellen Forde-

Standort

Betrlebslnformatienssystem

Werk Block

Anlage Baugruppe Bauteil

1 Ing. Mag. Gottfried Blumauer, Dip].-lng. Wemer Sch6fberger und Dipl.-Ing. Rudolf Traxler, Bereich Energieversorgungsunternehmen der ELIN EBG Elektrotechnik GmbH., KrauBstral3e 1-7, A-4021 Linz

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Unternehmen

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Sekunde

Abb. 1.

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Stunde Minute

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Energietag Jahr Energiemonat

Einordnung des Betriebsinformationssystems [1]

ZEIT

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G. Blumauer,W. Sch6fberger,R. Traxler:

rungen der r nach immer detaillierteren Angaben zur Betriebsfª (z. B. Emissionswerte) einen wesentlichen Kostentreiber dar. Ein bedeutender Wettbewerbsfaktor fª die Unternehmen ist daher die fundierte Kenntnis des eigenen Unternehmens bzw. eine effektive Informationsverarbeitung. Diese auf den ersten Blick trivial anmutende Erkenntnis ist bei genauerer Betrachtung alles andere als selbstverst~indlich. Eine informationstechnologisch gesamthafte Betrachtung der Unternehmen ist heute nur in den seltensten Fallen gegeben.

2. Situation der technischen Datenverarbeitung In der Realit~it ist einerseits die Basisautomation in den Bereichen der Energieerzeugung weitgehend fortgeschritten. Dieser Umstand hat in den Versorgungsunternehmen wesentlich zur von technischer Seite gesicherten Bereitstellung von Energie (Strom, Fernw~irme, Gas, usw.) und kommunalen Medien (Wasser, Abwasser, usw.) beigetragen. Andererseits stellt die (menschliche) Betriebserfahrung das wichtigste Potential in Form von Wissen um die Betriebsvorg~ge, -verfahren und deren Transformation in die gew~ihlte Zielvorgabe (Optimierung) dar. Dies wird oftmals auch durch mathematische Methoden in Form von Rechenprogrammen (Validierungs-, Einsatzoptimierungs-, Simulations-, Planungssysteme, Tabellenkalkulation, Textverarbeitung, usw.) unterstª Diese Systeme sind sehr h~iufig voneinander isoliert und k6nnen so nur durch erheblichen administrativen bzw. organisatorischen Aufwand zur gesamtbetrieblichen Sichtweise beitragen. Aus informationstechnischer Sicht liegt das zentrale Problem in der komfortablen, sicheren und raschen Bereitstellung aktueller und historischer Betriebsdaten fª eine gesicherte Entscheidungsfindung -

in Form von unmittelbaren Informationen und Kennziffern fª Entscheidungstr~iger und

Abb. 2. TransformationsprozeB

--

115.Jg.(1998),H. 12 ~ ~

in Form einer Informationsbasis fª singul~ire Systeme (Validierung, Optimierung, Simulation, Instandhaltung usw.).

Moderne Betriebsinformationssysteme bieten fª diese Problemstellung komfortable und sichere L6sungen. Bei diesen Systemen werden Daten aus allen Betriebsbereichen (z. B. verteilte Kraftwerksanlagen) gesammelt, verarbeitet und ausgewertet (vgl. Abb. 2).

3. Anforderungen an ein Betriebsinformationssystem Sowohl die MeBstellen und Anlagen (Modelle) als auch die Algorithmen (Bilanzierungsformeln) und Auswertungen (Protokolle, Soll/Ist Vergleich usw.) sind laufend Anderungen unterworfen. Die Informationssysteme dª dabei nicht ein einmal festgelegtes Abbild eines Zustands sein, sondem mª durch den Anwender flexibel und ohne Programmieraufwand an die sich ~ndemden Bedingungen in einem Untemehmen anpaBbar sein. Erst durch diese Flexibilit~it werden die Systeme grunds~tzlich fª jeden beliebigen ProzeB oder Vorgang, bei dem umfangreiche Datenmengen zur Verarbeitung anfallen, einsetzbar. Folgende Funktionalit~iten und Auswertungen werden durch den Einsatz eines Betriebsinformationssystems erm6glicht: (1) ProzeBdatenvalidierung: Die ProzeBdatenvalidierung repr~isentiert eine wichtige Voraussetzung fª qualitativ hochwertige Auswertungen und Weiterverarbeitung von Prozef5rohdaten. Sie ist quasi die Qualit~itssicherung der Istzustand-Feststellung von kontinuierlichen Prozessen. MeBwertabweichungen und Prozef3driften mª unabh~gig voneinander erkannt und korrigiert werden, bevor der ProzeB l~ingere Zeit unter falschen Voraussetzungen gefª wird. Die Anlagenleistung kann mittel- und langfristig auf hohem Niveau sicher gehalten werden, weil alle MeBstellen einer permanenten, systematischen •252 unterliegen und bereits kleinste Abweichungen dem Bediener deutlich gemacht werden. Unter dem Begriff Datenvalidierung werden einzelne, nicht in Beziehung stehende RohmeBdaten in geeigneter Weise mit anderen ProzeBinformationen verknª daB sie Massen- und Energiebilanzen sowie Phasengleichgewichten genª Durch Einbeziehung m6glichst vieter Informationen in ein Prozef5modell wird Informationsredundanz erzeugt, welche eine Korrektur der Mel3daten erm6glicht. Auch nicht gemessene oder nicht meBbare Gr6Ben wie aktuelle Komponentenwirkungsgrade werden mit dem Validierungsrechenschritt bestimmt. (2) Bilanzierung: zur automatischen Bilanzierung von Stoff- und Energieflª als Basis fª das Energiecontrolling. Eine wesentliche Rolle spielen

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Betriebsinformationssysteme fª Energieerzeuger

dabei z.B. Wirkungsgrade einzelner Anlagen, Aggregate oder Maschinen. Weitere Einflugfaktoren sind die Eigenerzeugung, der Brennstoffbezug, die Tarifzeiten etc. Als Ergebnis erh~ilt man Informationen fª die Energiewirtschaft. Graphische Darstellung (Trend): fª Monitoringund Analysezwecke von MeB- und Bilanzdaten. Durch eine derartige Auswertung mª auch Soll- und Istwerte gegenª werden k6nnen. Eine zus~itzliche Anforderung an ein graphisches Auswertemodul ist die historische Darstellung von Langzeitarchivdaten (z. B. Lastaufkommen der letzten drei Jahre). Protokollierung: individuelle Zusammenstellungen von Meg-, Z~ihler- und Zustandsdaten fª einen bestimmten Auswertezeitraum oder fª Snap-Shot Berichte, welche frei konfigurierbar sind. Die Auswertezeitr~iume sollen auf ein EVU abstimmbar sein, z. B. EVU-Jahr, EVU-Tag. Statistische Auswertung: Als Rechtsnachweis fª die ordnungsgem~iBe Betriebsfª der Energieerzeugung. Z. B. Umweltbeh6rden fordem Emissionsauswertungen mit Anzahl der • gen des Tagesmittelwerts, des Halbstundenmittelwerts usw. Stundenverteilung, Dauerlinien: Frei parametrierbare Stundenverteilungen werden z. B. zur Visualisiemng der thermischen Belastung von FemwRrmenetzen, der Ableitung von Wartungst~itigkeiten usw. eingesetzt. Dauerlinien werden h~iufig zur Beurteilung der Leistungsf'Nligkeit bzw. der Fahrweise von Anlagen herangezogen. Vergleichsauswertungen: fª eine rasche Gegenª der Ergebnisse einer Einsatzoptimierung mit den Ist-Daten (Soll-Ist-Vergleich). Betriebsmittelauswertungen: Mit diesem Modul wird eine Qualifizierung des Zustandswissens der Anlage bzw. des Netzes und deren Komponenten zur Verringerung der notwendigen InstandhaltungsmaBnahmen und zur Erh6hung der Zuverlassigkeit bereitgestellt. Erst duch derartige Hilfsmittel wird eine zeit- und zustandso¡ Instandhaltung erm6glicht.

4. Konzept und Realisierung Das Energiemanagement- und Betriebsinformationssystem B.Data der ELIN EBG Elektrotechnik GmbH knª an den oben genannten Anforderungen an und bietet dafª eine komfortable und sichere L6sung. Das in Abb. 3 dargestellte Schnittstellenmanagement beinhaltet die Anbindung an den Prozel3, das heigt an die unterschiedlichsten Leit- bzw. Automatisierungssysteme oder direkt an analoge oder digitale Signale und stetlt somit die Erfassungskomponente des Informationssystems dar.

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9 Information Strategische Ebene

Abb. 3. Aufbauund Einordnung des Betriebsinfomaationssystems B.Data in das Drei-Ebenen-Modell der technischen Informationsverarbeitung Diese Erfassungskomponente besteht je nach Anzahl der vom Feld erfaBten Datenpunkte, 6rtlichen Gegebenheiten und Art der Anbindung an das ProzeBleitsystem aus einem oder mehreren Erfassungsrechnern. Aufgabe dieser Komponenten ist neben der • der Megwerte in der vom Proze8 erhaltenen Forman das Datenmanagement auch die Aufbereitung, das heiBt Validierung, Verdichtung und Filterung der gewª Information. Das Datenmanagement beinhaltet alle vom System erfaBten Daten sowie die Parametrierdaten fª Schnittstellenmanagement, Datenmanagement und Benutzersystem inklusive Standardsoftware. Diese Daten werden in einem relationalen Datenbankmanagementsystem (RDBMS) zentral verwaltet und stehen somit immer in der aktuellsten Forrn allen Anwendern zur Verfª Eine Langzeitdatenhaltung effolgt im Archivsystem des Betriebsinformationssystems. Im Benutzersystem w~ihlt der Anwender die Auswertemodule ª eine graphische Oberfl~iche an, wobei die Anlagenstruktur die ª Verbindung aller Komponenten bildet. Sie stellt auBerdem das fª den Benutzer notwendige Orientierungs- bzw. Navigationshilfsmittel dar. Nach Anwahl eines Elements in der Anlagenstruktur ktinnen alle Auswertungen, Messungen, Datenpunkte, Megvariablen und Parametrierungen dieses Strukturelements zur Anzeige gebracht werden. Die Anlagenstruktur ist durch den Endbenutzer frei definierbar. Jeder Benutzer im Untemehmen, der vielleicht andere Aufgaben und somit andere Sichtweisen auf die Unternehmensdaten hat, kann seine eigene Perspektive definieren. Um eine bereits parametrierte Auswertung berechnen zu lassen, ist ein Beobachtungszeitraum anzugeben. Die Ergebnisse der Berechnung werden vorzugsweise in der MS-Office| Umgebung visualisiert. Die gesamte Funktionalit~it von MS-EXCEL | kann ohne Einschrankung als Zusatz zur Funktionalit~it des Energiemanagementund Betriebsinforrnationssystems genutzt werden. Die dabei entstehenden Auswertungsdokumente werden in

650

G. Blumauer, W. SchOfberger,R. Traxler:

Kraftwerk PC Warte Sª Windows NT

Sª

]]5. Jg.(1998),H. 12 ~ ~

Kraftwerk I

PC Bª Sª Windows 3.1/95

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Erfassung PC Sª Erfassung

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EMl-Rechner Mi[te

(C) ELIN EBG Elektrotechnik

Abb. 4. •

des Betriebsinformationssystems der ESG-Linz

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,.,gt..~ * ELE. I ~ + 8ezugswerte(S,G,F ~! Eigenbed.Kraflwerk ~ i Eigenerzeugungswe Freikonfig Werte ~ + Klimadaten ~ + Netzdaten L~

TRA-Daten

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Abb. 5. Die Navigation im Benutzersystem erfolgt ª

die Anlagenstruktur

der Datenbank zentral verwaltet und k6nnen jederzeit vom Anwender abgerufen oder neu berechnet werden,

Durch die Archivkomponente des Betriebsinformationssystems besteht die M•glichkeit der Langzeitarchi-

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Betriebsinformationssysteme fª Energieerzeuger

vierung (bis zu 10 Jahren) von Auswertungen und MeBwerten. Archivierte MeSwerte und Informationen stehen in der vollen Aufzeichnungsgenauigkeit (1/2 hMeBwerte usw.) fª sp~itere Analysen und Auswertungen zur Verfª Durch den transparenten Zugriff des Systems auf das Archiv k6nnen Auswertungen auch ª l~ngere Zeitr~ume berechnet werden (z. B. Energiebilanzen ª 3 Jahre).

5. Projektbeispiel Fª die Linzer Elektrizit~its-, Fernw~me- und Verkehrsbetriebe Aktiengesellschaft (ESG) wurde mit der Zielsetzung ,,transparente Fª der Kraftwerke" ein Betriebsinformationssystem installiert. Bei diesem Projekt wurden schwerpunktm~i6ig die Engergieerzeugungssysteme Femw¡ und Strom

FHKW / Bilanz Gasturbinel Datum : 28.02.1997 13:01:31 Von : 22.02.1997 00:00:00 Bis : 23.02.1997 00:00:00

Behalten : Ja Status :gedruckt Automatik

~

Zufuhr: Oelmenge Gasmenge

tm3

Energiezufuhr: Energiezufuhr Oel Energiezufuhr Gas Summe Energiezufuhr:

Energieabfuhr:

Waerrnernenge Rauchgas zu Elektrische Arbeit Summe Energieabfuhr:

Ad-Hoc : 09.01.1997 00:00

bis 10.01.1997 00:00 0,00"

288.96i,90

MWh MWh

0,00'

2,889,62 I 2,889,621

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MWh

Kessel

MWh

1.843,101 939,54 2.782,64

MWh

106,98

MWh

Verluste Saldo: El. Leist u n gen__/~/_irku n gsg rad El. Leistung Min MIN-Zeit: 09.01.1997 16:21 El. Leistung Max MAX-Zeit: 09.01,1997 01:49 El. Leistung Mw Mittelwert seit: 09.01.1997 00:00 ETA (Wirkunqsgrad) elektrisch Setriebsstunden/Zaehler/Ausnutzung: Betriebsstunden Gas BetriebsslundenOel BetriebsstundenGesamt Betriebsstunden Bypass / noch oflen Revisionsstunden Stoerstunden

-MW MW

37,48 ! 40,48

MW

38,68

%

32.51

h h h h h h h !% Anzahl

24,0e 0,06 24,00 0,0G O,0C 0,0(3 24,00 100,00

Trips

~nzahl

Zeitausnutzung Arbeitsausnutzung / noch offen

%

100.0(3

Betriebsbereitstunden Verfuegbarkeit Starts

Guete: Guete

%

Abgastemperaturen: _ _ Abgastemp. M[n MIN-Ze}t: 22.02.1997 07:59 Abgastemp, Max MAX-Zeit: 22.02.1997 15:45 Abgastemp. Mw Mittelwert seit: 22.02.1997 O0:00

Da das Kraftwerk Mitte der ESG bereits vor 28 Jahren errichtet und zwischenzeitlich einigemale erweitert wurde, sind hier die unterschiedlichsten Entwicklungsstufen der Leittechnik anzutreffen. Das Kraftwerk Mitte hat heute eine elekt¡ Leistung von 80 MW und eine thermische Leistung von 220 MW. Die elektrische Energie wird dabei von drei Dampfturbinen und zwei Dieselaggregaten erzeugt. Beim Kraftwerk Sª handelt es sich um eine neu errichtete Gas- und Dampfanlage, die eine elektrische Leistung von 116 MW und eine thermische Leistung von 110 MW aufweist. Hier wird ein RS3-Leitsystem von Fisher Rosemount eingesetzt, wobei die Anbindung ª eine SCI-Schnittstelle erfolgt. Grundlage aller Auswertungen ist das Benutzersystem mit dem Anlagenexplorer (Abb. 5). Die Auswertungen werden mittels interaktiver Konfiguration der einzutragenden Berechnungswerte (Me6variablen), Angaben zum darzustellenden Zahlenformat sowie deren Ausrichtung parametriert (Abb. 6 und 7). - ..,,..,. 80-

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sowie alle fª die Erzeugung ben6tigten Prim~irkomponenten betrachtet. Dabei werden Prozel3daten der Erzeugungs- und Verteileinheiten in einer zentralen Datenbasis verwaltet und in geeigneter Form aufbereitet. Es werden dadurch Entscheidungsgrundlagen fª alle Fª von den Schichtmeistem, Kraftwerksleiter, bis zum Lastverteiler sowie auch dem Vorstand, zur Verfª gestellt. Fª dieses Projekt wurde die in Abb. 4 dargestellte Rechnertopologie gew~ihlt. Dabei wurden die Kraftwerke Sª und Mitte eingebunden [2].

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651

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531,86 536,45 534,56

Abb. 6. Die gezeigte Auswertung wird zur automatischen Bilanzierung von Stoff- und Energieflª eingesetzt. Dieses Modul ist durch seinen Black-Box-Ansatz an alle verfahrensund tariftechnischen Anforderungen flexibelanpal3bar

Abb. 7. Tagesgang der elektrischen Gesamterzeugung im Kraftwerk Mitte

Diese Auswertungen k6nnen automatisch berechnet, ausgedruckt oder via E-Mail an den entsprechenden Verteiler weitergesendet werden und erm6glichen somit ein automatisiertes Berichtswesen.

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G. Hatzenbichler:

ll5.Jg. (1998), H. 12 .~~

6. S c h l u B b e m e r k u n g

Schrifttum

Das Betriebsinformationssystem tr~igt zum einen durch die Automation des internen und externen Berichtswesens wesentlich zur innerbetrieblichen Effizienzsteigerung bei. Darª hinaus konnten bei den realisierten Projekten durch die Optimierung des Anlagenbetriebs im Querverbund Steigerungen des Gesamtwirkungsgrads im Prozentbereich erzielt werden.

[1] Andersen Consulting: Neue Wege fª den Kraftwerksbetrieb anl~iBlich der EVU-Sonderfachtagung ,,Innovative Betriebsfª in der Kraftwerkspraxis" vom 22. bis 23. J~inner 1997. [2] Heizinger, J., Topf, W.: Stromerzeugung durch KraftW~rme-Kopplung - Perspektiven eines Betreibers. e & i 114 (1997), H. 10, S. 546-551.

Dampfkraftwerk St. Andrii Rationalisierung durch Automatisierung G. Hatzenbichler O V E 1 Ein wesentlicher Kostenfaktor der Betriebsfª von Dampfkraftwerken sind die Personalkosten, deren Senkung bei dem vorliegenden Revitalisierungsprogramm von DKW St. Andr~i 2, in den Jahren 1993 bis 1997, im Vordergrund stand. Eine modeme Leittechnik, die einen hohen Automatisierungsgrad erlaubt, war dafª eine unumg~ingliche Magnahme. Der erste Teil des Artikels stellt den gesamten Projektablauf mit den Zielsetzungen, wie die generellen • und Begrª dar. Ira Hauptteil wird die konkrete Realisierung der Automatisierung, mit dem ProzeBleitsystem TELEPERM M der Lieferfirma Siemens, beschrieben. Schlª Dampfkraftwerk; Revitalisierungsprogramm; Automatisierung; moderne Leittechnik

Personalkosten;

Thermal power plant St. Andrfi - Rationalization by automation. A significant cost factor for the operational management of thermal power plants are personnel costs, the reduction of which was given top priority in the revitalization programme at issue for St. Andr~i 2 Thermal Power Plant during the years 1993-1997. Modern control and intrumentation, allowing fora high degree of automation, was an inevitable measure. The first part of this article illustrates the entire course of the project with appertaining objectives, as for instance, general considerations and explanations. The main part describes the actual realization of automation with the TELEPERM M process control system from Siemens. Keywords: Thermal power plant; revitalization programme; personnel costs; automation; modern control and instrumentation

Aro Betriebsstandort St. Andr~i im Lavanttal errichteten die Osterreichischen Draukraftwerke AG in den Jahren 1957 bis 1959 den Block St. Andrg 2 mit einer Leistung von 110 MW. Die erste Ausbaustufe, St. Andr~i 1, wurde 1952 mit einer Leistung von 67,5 MW in Betrieb genommen, muBte aber im Mai 1986 aus Umweltschutzgrª wieder stillgelegt werden.

Block 2 erreichte bis 1994 eine relativ geringe Anzahl von 108 000 Betriebsstunden. Ein Vergleich relevanter Kenndaten der Blockanlage mit neueren Anlagen erscheint zul~issig. Weiters zeigten Werkstoffuntersuchungen keine bzw. nur eine geringe Alterung, so dag eine Restnutzungsdauer bis etwa 2015 durchaus angenommen werden kann.

I Dipl.-Ing. Gernot Hatzenbichler, Verbundplan/Drauconsulting, KohldorferstraBe 98, A-9020 Klagenfurt.

Diese Erkenntnisse und der Umstand, daB es fª Energieversorgungsunternehmen immer schwieriger wird,