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Beitrag der Digitalisierung zur Bewältigung von Herausforderungen in der Fernenergie

Quelle: eKapija

Samstag, 19.11.2022.

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Podeli

Der globale Anteil des Primärenergieverbrauchs im Wärme- und Kältesektor beträgt weltweit 51 %. Aufgrund des dominierenden Anteils am Endenergieverbrauch für Wärme und des sehr geringen Anteils an thermisch erzeugter Energie aus erneuerbaren Energiequellen (10,2 %) werden in Fernwärmesystemen im Prozess der Modernisierung, Digitalisierung und Steigerung der Energieeffizienz zunehmend Softwaretools eingesetzt, um den Betrieb des Systems in Echtzeit zu optimieren. Die globale Energiekrise hat diese Prozesse weiter beschleunigt. Heutzutage verlassen sich Energieunternehmen stark auf vorausschauende Software, um den optimalen Energiemix zu erstellen und den Verbrauchern qualitativ hochwertige Energie bei gleichzeitiger Minimierung der Gesamtkosten zu liefern.

Das Konzept der Integration von Steuerungssystemen in die am weitesten entwickelten entfernten Energiesysteme in Europa umfasst heute die Modernisierung, Automatisierung und vollständige Digitalisierung von thermischen Energieerzeugungs- und -verteilungsanlagen, die Integration von Prozessmanagementsystemen, eine Softwareplattform zur Verwaltung des Systems in Echtzeit, eine Softwareplattform für das Liegenschafts- und Instandhaltungsmanagement, Tools für das Energiemanagement sowie die Integration des Fachinformations- und Betriebsinformationssystems des Unternehmens. Modernste Anwendungen hierfür ermöglichen das Arbeiten aus einer Webumgebung, basieren auf modernen digitalen Plattformen, sind modular, integriert, sicher und speziell für dezentrale Energiesysteme entwickelt.

Das System zur Überwachung und Verwaltung von verteilten Subsystemen (Wärmequellen und Wärmeunterstationen) impliziert die Anwendung eines der modernen verteilten digitalen Steuersysteme, Datenerfassung, Interaktion mit externen Datenbanken, Berichterstattung, Alarmmanagement, Integration von Algorithmen und anderen Funktionen durch die entsprechenden Kommunikationsinfrastruktur. In modernen Fernwärmesystemen wird in der Regel eine Softwareplattform zur technischen und wirtschaftlichen Optimierung des Systems in das bestehende Monitoring- und Managementsystem integriert. Die Implementierung dieses Tools ermöglicht einen umfassenden Einblick und eine Überwachung der Arbeitsindikatoren des Verteilungsnetzes in Echtzeit, es unterstützt das Management der thermischen Energieerzeugung und die Auswahl des optimalen Energiemixes in Echtzeit. Es ermöglicht die Reduzierung von Energieverlusten, Produktionskosten und Investitionskosten. Auf einer übergeordneten Managementebene werden die Analyse verschiedener Entwicklungsszenarien und deren Auswirkungen auf den Anschluss von neuen Wohn- und Gewerbegebäuden, Energiebedarfsplanungen, Netzumbau- und Sanierungsszenarien, Investitionsplanungen für den Umbau des Bestands und den Bau des neuen Vertriebsnetzes etc. durchgeführt.

In großen entfernten Energiesystemen ist eine effiziente Verarbeitung großer Datenmengen nur mit der Verwendung von sogenannten „Big Data“ digitaler Systeme möglich. Die so strukturierten Daten werden mithilfe von Machine-Learning-Tools und Algorithmen der künstlichen Intelligenz verarbeitet, was eine schnelle und adäquate Interpretation der gesammelten Daten ermöglicht und Systembetreiber bei der Entscheidungsfindung unterstützt. Eine der Funktionen dieses Tools ist die Vorhersage der zukünftigen Wärmelast in Abhängigkeit von den Wetterbedingungen und die Auswahl der technisch und wirtschaftlich optimalen Produktionsbilanz, um den Bedarf der Verbraucher zu decken. Algorithmen zur Optimierung auf Basis der Prognose des Wärmeenergiebedarfs sehen als vorrangige Voraussetzung zur Deckung der Wärmelast die Planung der Produktion aus erneuerbaren Energiequellen (Solarthermie, Biomasse, Wärmepumpen, Geothermie, Abwärme) vor, um die Herstellung eines optimalen Produktionsmixes, eine effiziente Energieverteilung durch ein intelligentes Netzwerk und eine rationelle Übertragung von Wärmeenergie in Übereinstimmung mit den Bedürfnissen des Endverbrauchers zu ermöglichen. Mit der Digitalisierung des dezentralen Energiesystems und dem betrieblichen Einsatz solcher Analysetools kann eine optimale Führung des Smart Grids auf der Ebene des Systems zur Erzeugung und Verteilung von Wärmeenergie sowie eine höhere Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Systems erreicht werden.

Angesichts der steigenden Energiekosten sowie der Notwendigkeit einer intensiven Dekarbonisierung des Systems und der Erhöhung des Anteils der Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen sind solche Softwaretools von strategischer Bedeutung für moderne Fernwärmesysteme. Das Fernwärmesystem der vierten Generation (4GDH) stellt ein kohärentes technologisches und institutionelles Konzept dar, das durch intelligente Wärmenetze die Entwicklung nachhaltiger Energiesysteme sicherstellt und die Integration aller verfügbaren Wärmequellen in ein einziges Netzwerk (Abfall und Wärme aus erneuerbaren Energien) für die Bereitstellung von Wärmeenergie zum Heizen und Kühlen von Niedrigenergiegebäuden mit geringen Verlusten und hoher Energieeffizienz beinhaltet. Mit diesem technologischen Wandel, für den sowohl Verbraucher als auch Energieunternehmen ein Motiv haben, streben wir intelligente Fernenergiesysteme in Städten an.

Eines der Beispiele bewährter Praxis wurde kürzlich von der Firma METRONIK Inženjering d.o.o. (www.metronik.rs) mit Sitz in Belgrad vorgestellt. Es handelte sich um eine modulare Softwareplattform aus eigener Produktion, MePIS Energy, für die Verwaltung des Produktions- und Informationssystems der Fernwärme der Belgrader Kraftwerke, die die Funktionalität der Integration mit Prozessdatenbanken, Datenüberprüfung, Prognose des Wärmeenergiebedarfs mit zugewiesenem Temperaturregime, Erstellung eines optimalen Produktionsplans, Ausgleich der Wärmeproduktion in Echtzeit, Produktionsanalysen, Alarme und Kommunikation mit den Bedienern abdeckt. Das Funktionieren eines solchen Produktionsinformationssystems (PIS) impliziert eine vollständige Integration in die bestehende Informationsumgebung des Heizwerks, dh einen Datenaustausch mit dem Überwachungs-Management- und Geschäftsinformationssystem des Heizwerks. Das Produktions- und Informationssystem MePIS Energy ermöglicht die vollständige Integration von Schlüsseldaten aus dem thermischen Energieerzeugungssystem (Wärmequellen und Kesselräume der Kraftwerke in Belgrad), Bilanzanalysen auf stündlicher, täglicher, monatlicher und jährlicher Basis, Echtzeitkommunikation mit dem Überwachungs- und Managementsystem und der Entwicklung von Produktionsplänen, der Generierung von Berichten, Trends und Leistungsindikatoren, der Einstellung des Betriebsmodus und der Ausgangstemperatur und vielen anderen Funktionalitäten. Die Plattform arbeitet aus der Web-Umgebung heraus und bietet ein qualitativ unvergleichlich besseres Werkzeug für das Produktionsmanagement als die bisherigen Möglichkeiten, das Heizwerk zu betreiben.

Blockdiagramm des Systems der Belgrader Kraftwerke (FotoMetronik) Blockdiagramm des Systems der Belgrader Kraftwerke

<span class="HwtZe"><span class="jCAhz><span class=">Blockdiagramm des Systems der Belgrader Kraftwerke</span></span>

Das MePIS-System sammelt Daten von allen Wärmequellen und Wettervorhersagedaten und organisiert sie in einer umfassenden Einheit. Die Methode der Datenerfassung hängt von der digitalen Entwicklung einzelner Systeme ab, bei weniger entwickelten Systemen ist eine manuelle Dateneingabe möglich. Die gesammelten Daten werden verarbeitet, sortiert und dem Endverbraucher auf einfache Weise präsentiert, wobei die erforderliche Wärmeenergie vorhergesagt wird, um die Anforderungen des Verbrauchers zu erfüllen. Das System generiert Berichte, Produktionsbilanzen, Alarme, Telegramme und dergleichen, mit denen die Produktion und Lieferung von thermischer Energie und der Verbrauch von Energieträgern und deren Vorhersage im Detail überwacht werden.

Die Daten werden in der MySQL-Datenbank durch automatische Übernahme aus dem SCADA-System gespeichert und anschließend an den SQL-Server von MePIS übertragen. Daten, die nicht automatisch erhoben werden können, werden manuell über die MePIS-Programmumgebung eingegeben. Die Wettervorhersage sendet alle 1 Stunde Daten mit einer Vorhersage der Außentemperatur, und das System prognostiziert auf der Grundlage dieser Daten die erforderliche Wärmeenergie, die an den Verbraucher geliefert werden sollte, und den Energieverbrauch, der zu ihrer Erzeugung erforderlich ist. Basierend auf den gesammelten Daten erstellt MePIS Produktionsbilanzen auf Tages-, Wochen- und Monatsebene, die dem Endbenutzer sofort in Standardformaten (pdf, xlsx, csv usw.) zur Verfügung stehen. MePIS generiert auch Alarme und Telegramme, die an Disponenten und technische Dienste gesendet werden, wenn dringend auf eine Änderung im System reagiert werden muss.

(FotoMetronik)

Beispiele verschiedener Bildschirmdarstellungen (FotoMetronik) Beispiele verschiedener Bildschirmdarstellungen

<span class="HwtZe"><span class="jCAhz><span class=">Beispiele verschiedener Bildschirmdarstellungen

Neben der eigenen Softwareproduktion ist METRONIK Inženjering auch Systemintegrator der Softwareplattform Leanheat Network zur technisch-wirtschaftlichen Optimierung des Fernwärmesystems in Echtzeit, des weltweit größten Produzenten im Bereich Fernwärme, der Firma "Danfoss" aus Dänemark.

Unternehmen

Metronik Inženjering d.o.o. Beograd

JKP Beogradske Elektrane Beograd

Danfoss d.o.o. Beograd

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