Wasserkraft – Natur und Technik im Einklang

Im bayerischen Wasserkraftwerk Leipheim übernehmen modulare Stromversorgungssysteme die unterbrechungsfreie Versorgung aller Kraftwerksfunktionen.

Rund 1,1 Milliarden kWh umweltfreundlichen Strom erzeugt die BEW (Bayerische Elektrizitätswerke GmbH) jährlich aus regenerativer Wasserkraft. Damit zählt sie zu den führenden Wasserkraftwerksbetreibern in Bayern. Bei den 36 Wasserkraftwerken, die von ihr betrieben werden, handelt es sich ausschließlich um Laufwasserkraftwerke. Diese sind aufgrund des kontinuierlich fließenden Wassers für den Dauerbetrieb ausgelegt. Nachhaltig erzeugter Strom wird rund um die Uhr bereitgestellt, womit ein wichtiger Beitrag zur Energiewende geleistet werden kann.

Eine zuverlässige Stromversorgung der betriebswichtigen Anlagentechnik des Kraftwerkes, des sogenannten Eigenbedarfs, hat höchste Priorität. Eine lückenlose Datenerfassung an einer Vielzahl von Messstellen stellt die Basis für sämtliche Regelungs- und Steuerungseingriffe an einer enormen Menge von Aktoren innerhalb des Kraftwerkes und dessen Herzstück, den Turbinensätzen dar.

Ein hoch gestecktes Ziel der BEW besteht darin, einen aus der Ferne rund um die Uhr überwachten, unbemannten und dadurch kostenoptimalen Betrieb der Kraftwerke zu ermöglichen.

Links: Anwenderfreundlicher Anlagenaufbau mit hoher Packungsdichte. Rechts: Inzwischen wurde das System im Wasserkraftwerk installiert. Hintergrund: Wasserkraftwerk Leipheim. — **Links:** Anwenderfreundlicher Anlagenaufbau mit hoher Packungsdichte.
**Rechts:** Inzwischen wurde das System im Wasserkraftwerk installiert.
**Hintergrund:** Wasserkraftwerk Leipheim.

Umfangreiche Modernisierung

Um dieses Ziel zu erreichen, wurde eine breit angelegte Modernisierungsoffensive für die elektrotechnische und leittechnische Ausrüstung der Kraftwerke festgelegt.

Nach einer intensiven Planungsphase konnte das erarbeitete Konzept erstmals 2012 von der BEW am Laufwasserkraftwerk Rain, einem Kraftwerk der Rhein-Main-Donau AG umgesetzt werden. Als Systempartner im Bereich Stromversorgung wurde im Wettbewerb hierbei das Unternehmen BENNING ausgewählt.

Eine Beziehung zwischen BENNING und der BEW besteht bereits seit mehr als 30 Jahren. In dieser Zeit konnte BENNING in verschiedenen Projekten die Robustheit, Zuverlässigkeit und Effizienz seiner Anlagen unter Beweis stellen.

Das Automatisierungsprojekt wurde nun auch am Standort Leipheim, dessen Eigentümer die Obere Donau Kraftwerke AG (ODK) ist, gestartet. Die Modernisierung des Laufwasserkraftwerkes Leipheim, das sich im schwäbischen Landkreis Günzburg direkt an der Donau befindet, wird wie in weiteren Lech-, Iller- und Donaukraftwerken mit bewährten Partnern realisiert.

Ausführender der umfangreichen Modernisierungsmaßnahmen ist das Unternehmen KIMA Automatisierung aus Gronau, das gemeinsam mit BENNING bereits mehrere Kraftwerksmodernisierungen (u. a. an den Standorten Offingen, Gundelfingen und Faimingen) durchgeführt hat.

Bei dem von der BEW eingesetzten System musste BENNING vor der Projektzulassung zunächst in umfangreichen Tests nachweisen, dass die modularen Industriegleichrichter des Typs TEBECHOP 3000 HDI den im Kraftwerk, insbesondere bei einer Notabschaltung auftretenden Belastungen widerstehen können.

Durch die bei einer Notabschaltung plötzlich wegfallende Generatorbelastung der Turbinensätze erhöhen diese im Leerlauf ihre Drehzahl erheblich, so dass zunächst Frequenzen von über 70 Hertz auftreten können, bevor die automatisch eingeleiteten Gegenmaßnahmen greifen und die enorme kinetische Energie gezügelt werden kann. Gerade bei Eintritt dieser außerplanmäßigen Betriebssituationen ist die gesicherte Eigenbedarfs-Stromversorgung aller wichtigen Kraftwerkstechniken unerlässlich, um Schäden an der teuren Anlagentechnik zu verhindern.

Mit einem technisch und wirtschaftlich überzeugenden Produkt sicherte man sich im Mai 2017 den Auftrag. Rund zwei Monate später erfolgte die Kundenfreigabe zur Fertigung – und im November, unmittelbar nach der Werksabnahme, die Inbetriebnahme vor Ort.

Umwelt- und Versorgungstechnik aus dem Westmünsterland

Das 1987 gegründete Unternehmen KIMA Gesellschaft für elektronische Steuerungstechnik und Konstruktion mbH in Gronau erbringt mit mehr als 100 Mitarbeitern Ingenieurleistungen im Bereich der Steuerungs- und Regelungstechnik.

Vom Engineering bis zur Inbetriebnahme entwickelt KIMA maßgeschneiderte Applikationen für die verschiedensten fertigungs- und verfahrenstechnischen Prozesse. Weltweit liefert KIMA komplexe Steuerungen und Regelungen für die unterschiedlichsten Industriezweige, wie z. B. Zement-, Lebensmittel-, Wasserkraftwerks- und Umwelttechnik. Dazu gehören auch redundante, hochverfügbare bzw. sicherheitsgerichtete Steuerungen.

Maximale Verfügbarkeit

Die Anlage wurde im BENNING Prüffeld in Betrieb genommen und von Mitarbeitern der Firma KIMA ausführlichen Tests unterzogen.

Die von BENNING entwickelte Eigenstromversorgung beinhaltet Gleichrichter-Systeme (110 V / 100 A) des Typs TEBECHOP 3000 HDI, DC/DC-Wandler (110 V / 24 V) der Baureihe TEBECHOP HDDC und Wechselrichter-Systeme des Typs INVERTRONIC compact (230 V / 20 kVA). Die Systeme versorgen bei vorhandener Netzspannung die Verbraucher und liefern den Lade- bzw. Erhaltungsladestrom für die ebenfalls von BENNING bereitgestellten Batterien. So wird gewährleistet, dass die Batterien bei einem Netzausfall mit ihrer vollen Kapazität zur Verfügung stehen und die Verbraucher ohne Spannungsunterbrechung, entsprechend der notwendigen Überbrückungszeit, sicher versorgt werden.

Bei den bereitgestellten modularen Gleich- und Wechselrichtersystemen handelt es sich um spezielle, auf industrielle Anforderungen abgestimmte robuste Systeme. Eine Parallelschaltung der mit Hot-Plug-Technik ausgestatteten Stromversorgungsmodule bewirkt bei einer n+1 oder n+2 Redundanz eine maximale Anlagenverfügbarkeit. Die Systemleistung kann zudem jederzeit durch die Ergänzung oder Reduzierung von Einschubmodulen flexibel angepasst werden, ohne eine Unterbrechung der Verbraucherversorgung zu verursachen.

Fernzugriff-Funktion

Für den vollautomatisierten unbemannten Betrieb des Laufwasserkraftwerkes ist ein Fernzugriff auf die gesamte Kraftwerkstechnik notwendig.

Das Stromversorgungssystem ist daher mit der BENNING Monitoring- und Kontrolleinheit MCU ausgestattet, sodass eine Anbindung per Profibus an die hochmoderne zentrale BEW-Leitstelle ermöglicht wird. Ein sicherer Fernzugriff auf das gesamte Stromversorgungssystem und die gesamte Kraftwerkstechnik ist so problemlos von der Leitwarte aus möglich. Dank hocheffizienter Datenerfassung und Aktorik via Remote-Management besteht damit im unbemannten Betrieb jederzeit die volle Systemkontrolle.

Weitere Zusammenarbeit geplant

Eine Fortführung der Zusammenarbeit ist bereits in Planung. Ein Vertrauensbeweis des Kraftwerksbetreibers bezüglich der Produkte und Services beider Unternehmen.

Seit der Inbetriebnahme 1961 erzeugten die beiden Kaplan-Turbinen mit zusammen 9.370 Kilowatt maximaler Leistung durchschnittlich rund 50 Millionen Kilowattstunden Strom pro Jahr. Verglichen mit der konventionellen Stromerzeugung werden somit jährlich rund 35.000 Tonnen Kohlendioxid vermieden.