Ausgabe - VGB PowerTech Journal 6/2021

Digitalisierung als technologischer Wegbereiter für das Energiesystem der Zukunft

Dr. Oliver Then

Wer hat Sie nicht schon gehört, die Schlüsselbegriffe der digitalen Welt: Big Data, Data Mining und Data Lakes, Smart Meter und Predictive Maintenance, KI und Cybersecurity, um nur einige zu nennen. Manche der dahinter steckenden Technologien gehören für viele von uns in der Energiewirtschaft bereits als konkrete Anwendung zum Alltag, bei anderen Technologien steht die Branche noch am Beginn der Nutzung. [weiter...]

Systemtrennung als Warnschuss? – Aktuelle Aspekte der elektrischen Versorgungssicherheit

Marc Oliver Bettzüge

Der System-Split am 8. Januar 2021 hat gezeigt, welche überregionalen Anstrengungen für die Gewährleistung der Versorgungssicherheit mit Strom im Notfall aktuell bereits notwendig sein können. Die Herausforderungen für die Versorgungssicherheit nehmen durch die Transformation des Energiesystems, nicht zuletzt vorangetrieben durch den (deutschen) Kohleausstieg und das europäische Clean Energy Package, weiter zu, zumal das Stromsystem mittelfristig der entscheidende Bereich für die Transformation bleiben wird. Daher besteht die Aufgabe in den folgenden Jahren darin, unter den verfügbaren Maßnahmen rechtzeitig diejenigen zu identifizieren und umzusetzen, welche die Versorgungssicherheit bestmöglich stützen können. Neben der Förderung der erneuerbaren Energien sind daher gezielte Investitionen in Technologien notwendig, die einen hohen Beitrag zur Versorgungssicherheit leisten. Es bleibt allerdings die Frage, inwieweit der aktuelle institutionelle und marktliche Rahmen eine derartige Anpassung des Stromsystems zur Wahrung der Versorgungssicherheit gewährleisten kann.

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Risikoanalysen: Gefahren neuer Energieprojekte erkennen und beherrschen

Thorsten Weidl

Neue Entwicklungen in der Energietechnik sind nicht immer ausreichend durch Normen und Technische Regeln beschrieben. Bei großen Sonderprojekten sind standardisierte Verfahren mitunter nicht anwendbar. Damit Hersteller und Betreiber ein sicheres Produkt oder Verfahren gewährleisten können, müssen sie dessen Risiken ermitteln. Vier Beispiele zeigen, wie vielfältig die Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile für Unternehmen sind. Entwickler neuer Technologien und Hersteller innovativer Systeme haben es oft schwer, die volle Akzeptanz der Öffentlichkeit für ihre Produkte zu finden, so lange keine Erfahrungswerte existieren und die Technik grundsätzlich als kritisch eingestuft wird. Das tatsächliche Risiko muss daher nach einem Standard bewertet werden. Dabei hat es sich bewährt, einen objektiven Vergleich herzustellen zu bereits bekannten und akzeptierten Techniken mit ähnlichem Nutzwert. Dieser Nachweis der gleichen Sicherheit wurde zum Standard bei der Einführung neuer Technologien in Deutschland.

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Was macht ein Hüttenkraftwerk mit einem Simulator?

Peter Lasch

Ein viel gehörtes Buzzword heutzutage ist der Digitale Zwilling, der zahlreiche Vorteile für den Betrieb von Kraftwerkskomponenten bringt. Warum hat sich also das Konzept eines dynamischen Simulators als Digitaler Zwilling einer ganzen Anlage noch nicht bis auf den großen Kreis der Industriekunden ausgeweitet? Gerade Industriekraftwerke stehen derzeit unter hohem Druck. Die Unternehmen wollen Ihre Produktion dekarbonisieren, müssen aber gleichzeitig sicherstellen, dass die nachgelagerten Prozesse sicher mit Energie und Prozessdampf versorgt werden oder die Lieferverträge für Fernwärme eingehalten werden. Einen Baustein zu Optimierung liefert ein dynamischer high-fidelity Simulator des Gesamtprozesses, welcher alle Aspekte in der Modellierung berücksichtigt. Anhand des Projektes von voestalpine für die Erstellung eines Simulators für deren neusten Kraftwerksblock am Standort Linz werden Details und Umsetzung vorgestellt.

Sichere IT-/OT-Geräte nach IEC 62443-4-2: eine weltweite Lösung

Stefan Loubichi

Aufgrund der sehr großen Zunahme von Cyberattacken auf Kritische Infrastrukturen und der Debatte darüber, inwieweit IT-/OT-Geräte eine unverhältnismäßig große Gefahr darstellen, wird weltweit nach einer Lösung gesucht, wie die Sicherheit von kritischen Komponenten nach gleichen Kriterien bewertet werden kann. Die eher politisch denn wissenschaftlich- belegte These, dass die Geräte eines Herstellers nur deshalb unsicher sind, weil diese in einem bestimmten Land hergestellt werden, ist zu leicht als wirtschaftlicher Protektionismus zu durchschauen und wird auf lange Sicht keinen Bestand haben. Die Normenreihe der IEC 62443 bietet hier einen Ausweg über eine Produktzertifizierung nach IEC 62443-4-2 in Verbindung mit der IEC 62443-4-1. Schließt man hieran noch einen Black-Box-Penetrationstest an, so hat man hierdurch den Nachweis der sicheren Funktionalität, ohne dass Hersteller ihren Quellcode offenlegen müssen. Dieser Aufsatz zeigt, wie man die Herausforderungen der europäischen NIS Direktive 2.0 oder des deutschen IT-Sicherheitsgesetz 2.0 relativ einfach mit bewährten normativen Wegen lösen kann.

Flexibilisierung thermischer Kraftwerken: Eine Literaturübersicht

Silas Heim und Lars Komogowski

Die „Energiewende“ in den Industrieländern stellt neue Herausforderungen an konventionelle, thermische Kraftwerke. Die Anlagen sind ursprünglich für den Betrieb bei vorrangig gleichbleibender Leistung ausgelegt. Mit dem fortschreitenden Zubau erneuerbarer Energien ändert sich aufgrund der volatilen Einspeisung der erneuerbaren Energien der Bedarf an konventioneller Leistung von einer gleichbleibenden hin zu einer dynamischen, flexiblen Einspeisung. Um diesen neuen Betriebsarten Rechnung zu tragen, müssen Kraftwerke sowohl durch bauliche als auch durch verfahrenstechnische Änderungen „flexibilisiert“ werden. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die verschiedenen Flexibilisierungsmethoden als Literaturübersicht und kategorisiert diese Methoden in drei unterschiedliche Hauptkategorien. Damit soll eine Grundlage zu diesem Thema geschaffen werden, da dieses in Zukunft an Popularität und Bedeutung gewinnen wird.

KKS und RDS-PP® – VGB spricht die Sprache der Kraftwerkstechnik

Andreas Böser und Sabine Kuhlmann

Unabhängig vom Grad der Industrialisierung, zählt die Stromerzeugung zweifellos zu den wichtigsten und komplexesten Aufgaben einer Gesellschaft. Die zuverlässige Energieversorgung und damit der erfolgreiche Betrieb eines jeden einzelnen Kraftwerks – unabhängig von der eingesetzten Primärenergie – benötigt ein Kennzeichnungssystem zur konsistenten Identifikation von Anlagenteilen und Prozessen. KKS und RDS-PP® bieten diese Möglichkeiten von der Planung bis zum geordneten Rückbau. Angefangen bei der Projektierung, über den Betrieb der Anlage und bis zum geplanten Laufzeitende sprechen alle Prozessbeteiligten dieselbe „VGB-Sprache“ und können so national und auch international problemlos miteinander kommunizieren. Dank dieser VGB-Kraftwerks-Sprache können hersteller- und betreiberunabhängig Daten ausgetauscht werden und versetzen Kraftwerksbetreiber in die Lage, ihre Anlagen selbstständig zu betreiben, zu warten und am Ende auch gesetzes- und normenkonform zu demontieren.

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Fortschritte bei nicht-energetischen Produkten aus Kohle

Ian Reid

Das weltweite Ziel einer kohlenstofffreien Energieversorgung führt zu grundlegenden Veränderungen in der Art und Weise, wie fossile Brennstoffe genutzt und eingesetzt werden. Was bedeuten diese folgenschweren Veränderungen für die Zukunft der Kohle? Die Nachfrage nach Kohle als Brennstoff wird sinken, so dass sie eine Ressource sein wird, die sowohl reichlich vorhanden als auch preiswert ist, was ihr Potenzial als einen attraktiven Rohstoff erhöht. Zum Beispiel enthält Kohle Fragmente von Nanomaterialien, die zunehmend als die Zukunft in den Materialwissenschaften angesehen werden. Jeder Elektromotor und jede Batterie benötigen Komponenten, die aus Kohle gewonnen werden können. Zunehmend verschiebt sich die Perspektive auf Kohle als Rohstoff, um neuen Industriezweige zu versorgen, sei es in der nachhaltigen Landwirtschaft, bei der Behebung von Engpässen bei kritischen Rohstoffen oder als Quelle für transformative kohlenstoffreiche Materialien. Die Wachstumsperspektiven von Kohle liegen daher eher in der Verwendung als Rohstoff denn als Brennstoff.

Steigerung des Wirkungsgrades von Kohlestaubkraftwerken

Malgorzata Wiatros-Motyka

Die Steigerung des Wirkungsgrads von Kohlekraftwerken bedeutet, dass weniger Kohle für die gleiche Menge an erzeugtem Strom eingesetzt wird. Damit ist dies eine Möglichkeit, die Brennstoffkosten zu senken und die CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren. Der Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken in verschiedenen Flotten variiert stark; der derzeitige weltweite Durchschnitt liegt bei ca. 37,5 %, während modernste Anlagen wie RDK8 in Deutschland Wirkungsgrade von über 47 % erreichen. Dies bedeutet, dass etwa 2 GtCO2/Jahr eingespart würden, wenn die Lücke zwischen dem Durchschnitt und dem Stand der Technik geschlossen würde. Eine solche Reduktion würde etwa 5 % der gesamten globalen jährlichen CO2-Emissionen oder etwa 20 % der gesamten jährlichen Emissionen von Kohlekraftwerken entsprechen. Aufgezeigt werden technologische Entwicklungen und Optionen zur Steigerung der Effizienz von neuen und bestehenden Kohlekraftwerken.

Technologie-Roadmap für hocheffiziente, emissionsarme Kohlekraftwerke

Toby Lockwood

Kohle trägt weltweit mit dem größten Anteil zur Stromerzeugung bei und hat seit 1990 einen Anteil von etwa 37 % an der globalen Stromerzeugung obwohl sich die Gesamtnachfrage mehr als verdoppelt hat. Mit der Verstärkung der internationalen Bemühungen zur Reduzierung der Kohlendioxid(CO2)-Emissionen wird die Dominanz der Kohle bei der Stromerzeugung voraussichtlich allmählich abnehmen, aber sie wird auch in den kommenden Jahrzehnten eine wichtige Rolle in diesem Sektor spielen – vor allem für die Schwellenländer mit wachsendem Bedarf. HELE-Technologien (High Efficiency, Low Emissions) beschreiben eine Reihe von modernen und neu in der Entwicklung befindlichen Lösungen zur Stromerzeugung mit geringerer Kohlenstoffintensität und mit effektiver Entfernung von Schadstoffen aus dem Rauchgas. Solange es Kohle im Energiesektor gibt, ist es von entscheidender Bedeutung, die Einführung und Entwicklung solcher Technologien zu maximieren, die auch den Weg für die kostengünstigere Anwendung der Kohlenstoffabscheidung ebnen können.l