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16.11.2018

Modulare USV-Systeme – für den harten Einsatz in rauen Industrie-Umgebungen

Modulare Stromversorgungen von BENNING stellen die Verfügbarkeit des Uniper Kraftwerks im britischen Ratcliffe-on-Soar sicher. Dieses gilt als eines der größten und energieeffizientesten Kohlekraftwerke Großbritanniens.

Einfacher Modultausch: Hot-Plug-Technologie und modulare Selbstkonfiguration

Uniper Kraftwerk im britischen Ratcliffe-on-Soar

Bei dem 1970 in Betrieb genommenen Uniper Kraftwerk in Ratcliffe-on-Soar (Nottinghamshire) handelt es sich um ein 2.000-MW-Kohlekraftwerk. Dieses deckt den Strombedarf von rund zwei Millionen Haushalten und verfügt über vier Kohlekessel von Babcock & Wilcox, die jeweils einen 500  Megawatt (MW) Parsons-Generator antreiben.

Höchste Anlagen-Leistung trifft hier auf modernste Technik – denn es handelt sich um das erste Kraftwerk in Großbritannien, das mit der so genannten Selective Catalytic Reduction-Technologie (SCR) ausgestattet ist. Diese ermöglicht eine Reduzierung der Stickoxidemissionen, indem Ammoniak direkt in das Rauchgas eingespritzt wird.

Ihren Ursprung nahm die Kooperation beider Unternehmen im April 2016. Mit dem Ziel, ein neues Wechselrichtersystem zu erhalten, nahm der Leitende Elektroingenieur des Kraftwerks Kontakt zum Unternehmen BENNING auf. Dieses erkannte bei einem Besuch vor Ort die Notwendigkeit eines umfangreichen Upgrades der im Kraftwerk zur Versorgung der betriebskritischen Verbraucher eingesetzten USV-Systeme.

Schnell zeigte sich Uniper davon überzeugt, mit BENNING genau den richtigen Kooperationspartner an der Seite zu haben. Denn die modularen BENNING Stromversorgungen erweisen sich für den Industriebereich bereits seit vielen Jahren als prädestiniert. Sie halten den rauen industriellen Bedingungen stand, sind robust und höchst zuverlässig. Qualitätsmerkmale, die ausschlaggebend für die Vergabe der Projekte an BENNING waren.

Durchführung zweier Großprojekte

Im ersten Schritt nahm BENNING die Erneuerung der Gleichrichter-Systeme vor, welche im Kraftwerk für einen sicheren Betrieb der Kesselhäuser und Kohleförderbandanlagen zuständig sind.

Im Anschluss daran wurde einerseits festgelegt, dass die Wechselrichter-Systeme für verschiedene Anlagen-Elemente wie Computer, Mess- und Steuerungsgeräte durch modulare USV-Systeme ersetzt werden. Zum anderen beauftragte man BENNING damit, mehrere Notbeleuchtungsstromversorgungen mittels modularer USV-Anlagenkonzepte zu ersetzen.

Für diese Großprojekte offerierte BENNING moderne redundante Systeme mit höchster Energieeffizienz und digitaler Steuerung.
Diese bieten ein Höchstmaß an Verfügbarkeit und minimieren gleichzeitig neben dem Ausfallrisiko auch die Kosten für Wartung und Betrieb.

USV-Teilsystem für die Instrumentierung
USV-Teilsystem für die Instrumentierung

Aufgabe 1 – Maximaler Ausfallschutz

Für Kraftwerke wie das in Ratcliffe-on-Soar ist es von entscheidender Bedeutung, dass alle hier eingesetzten elektrischen Verbraucher durch eine Notstromversorgung gegen den Ausfall des öffentlichen Netzes abgesichert werden.
Um dies bestmöglich zu realisieren, hat BENNING im Rahmen des ersten Auftrages drei n+n redundante DC-Stromversorgungssysteme entwickelt (zwei Systeme 1000 A / 240 V (A+B) und ein System 400 A / 240 V) und im Kraftwerk an einem neuen Standort installiert. Bei letzterem System wurde die Kapazität während der Installation auf 200 A reduziert, um die existierende AC-Versorgung nicht zu überlasten.
Alle drei Systeme sind auf eine identische Spannung ausgelegt, so dass sie bei Bedarf während der Wartung oder in Notsituationen miteinander gekoppelt werden können, was die Verfügbarkeit des Kraftwerks zusätzlich erhöht. Gemäß den Kundenanforderungen stellte BENNING außerdem sicher, dass alle Systeme an ihrem neuen Standort im Kraftwerk perfekt ausgerichtet und über den Kabelschächten positioniert sowie angeschlossen und in Betrieb genommen wurden.

Aufgabe 2 – Flexibilität & Modularität

In einem weiteren Schritt tauschte BENNING insgesamt 13 Wechselrichtersysteme aus, die zum Teil bereits kurz vor dem Ende ihrer Lebensdauer standen. Auf dem Kraftwerksgelände konnte sich BENNING ein konkretes Bild vom Ist-Zustand sowie den zentralen Nachrüstungsanforderungen machen. Die Entwicklungsphase erfolgte wie schon beim ersten Auftrag in sehr enger Zusammenarbeit mit dem leitenden Elektroingenieur des Kraftwerks, welcher von den zahlreichen Vorteilen und Möglichkeiten der modularen Technik sofort überzeugt war.
Der modulare Ansatz hat sich in Marktsegmenten wie beispielweise in der Telekommunikation oder in Rechenzentren bereits seit längerem etabliert. In der rauen Industrieumgebung hingegen kommt er noch relativ selten zum Einsatz. Denn diese Anwendungen erfordern eine längere Lebensdauer der USV, eine höhere Komplexität des installierten Systems sowie eine sehr robuste Systemhardware. BENNING ist der einzige Hersteller, der diese speziellen industriellen Anforderungen erfüllt und gleichzeitig eine skalierbare modulare Systemarchitektur bietet.
Verglichen mit einem Monoblocksystem, besteht eine modulare USV aus kleineren Einheiten oder Modulen, die pro­blem­los aus dem Gesamtsystem, welches keinen Single Point of Failure aufweist, entfernt und auch wieder hinzugefügt werden können.

ENERTRONIC modular SE 40-kW-Modul, entwickelt für höchste Anforderungen

Zentrale Vorteile des von BENNING einge­setzten modularen Systems sind:

  • Die erhöhte Verfügbarkeit: Einzelne Einheiten können flexibel ausgetauscht werden, ohne einen Single Point of Failure darzustellen
  • die reduzierte MTTR: Ein Modul-Austausch ist in kürzester Zeit realisierbar, auch während das Gesamtsystem in Betrieb bzw. online ist
  • die einfache Lagerhaltung: Alle USV-Module lassen sich aufgrund ihrer geringen Größe problemlos von einer Person transportieren und als Ersatzmodul platzsparend lagern
  • der flexible Austausch mit anderen Systemen: Alle Module sind identisch und untereinander kompatibel, sodass sie in allen vorhandenen Systemen einfach getauscht werden können
  • Skalierbarkeit und Flexibilität: Das USV-System wächst mit den Anforderungen des Betreibers mit, indem es ein nachträgliches Hinzufügen einzelner Module zulässt
  • die USV-Schwarzstartfunktion ermöglicht es dem Karftwerk nach einem umfangreichen Netzausfall einen Systemneustart einzuleiten

Laut dem Leitenden Ingenieur von Uniper war BENNING „der einzige industrielle Anbieter einer derart flexiblen modularen Technologie“. Folglich kam man „schnell zu der Überzeugung, für dieses Großprojekt genau den richtigen Partner an der Seite zu haben.“

Entsprechend den speziellen Anforderungen dieses Projektes erhielt Uniper von BENNING folgende USV-Systeme:

  • ein stationäres N+N USV-System mit 30 kVA, N+1 Redundanz und zwei Batteriesträngen pro USV
  • 1 x USV-System mit 20 kVA, N+1 Redundanz und Stationsbatteriesatz für die Kraftwerkstechnik
  • 1 x USV-System mit 7,5 kVA, N+1 Redundanz und Doppelbatteriesträngen für die FDG-Systeme (Rauchgasentschwefelung)
  • 1 x USV-System mit 7,5 kVA, N+1 Redundanz und Dreifachbatteriesträngen für die Kommunikationstechnik
  • 1 x USV-System mit 25 kVA, N+1 Redundanz und Einzelbatteriesträngen für die IT-Infrastruktur
  • 4 x USV-System mit 20 kVA und stationären Batteriesätzen für die Instrumentierung
  • 4 x USV-System mit 20 kVA und stationären Batteriesätzen für die Computerversorgung

Einsatz modernster Technologien

Die installierte und in Betrieb genommene Kraftwerks-Stromversorgung besteht aus einem doppelt redundanten USV-System der Baureihe ENERTRONIC modular SE. Dieses besitzt einen skalierbaren, transformatorlosen Dreiphasen-Ausgang auf Basis von IGBT/MOSFET-Halbleiter- und DSP-Prozessoren. Es wurde entwickelt, um ein Höchstmaß an Verfügbarkeit für kritische Verbraucher verschiedener industrieller Branchen zu gewährleisten – insbesondere in den Bereichen Energieversorgung, Öl, Gas und Transport. 
Wie bereits beschrieben, bedeutet die modulare Systemarchitektur, dass jedes Modul seinen eigenen Gleichrichter, Wechselrichter, Regler und statischen Bypass-Schalter enthält. So ist sichergestellt, dass innerhalb des USV-Systems kein Single Point of Failure existiert. In Kombination mit einem modularen, hot-swap-fähigen Design, ergibt sich daraus eine hohe MTBF (Mean Time Between Failures) bei gleichzeitig niedriger MTTR. Zu Wartungszwecken ist außerdem ein manueller Bypass-Schalter vorhanden. Bei geforderter Redundanz ergeben sich aufgrund des hohen Wirkungsgrades auch im Teillastbereich Energieeinsparungen und ein geringerer Raumbedarf gegenüber konventionellen Systemen. Dieses verringert ebenfalls die TCO (Total Cost of Ownership). Darüber hinaus kann die Systemleistung jeder­zeit durch Hinzufügen oder Entfernen von Modulen angepasst werden (pay as you grow).
Passend zu diesem System hat Uniper von BENNING entsprechende VRLA-Batterien, die eine Lebensdauer von zwölf bis 15 Jahren aufweisen, erhalten.

Termingerechte Inbetriebnahme

Im November 2017 wurden die Installation und Inbetriebnahme aller USV-Anlagen abgeschlossen und das Projekt damit innerhalb des vorgesehenen Zeitraums erfolgreich beendet.

Weitere Informationen

Autor/Kontakt: Dirk Meyer 
Telefon: +49 2871 93 261
E-mail: d.meyer@benning.de

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