Energie-versorgung - ABB Technik
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ABB
Technik
Die technische Zeitschrift
des ABB-Konzerns
www.abb.com/abbreview
3 / 2009
Energie-
versorgung
Herausforderung Klimawandel
Seite 6
Lösungen für ein effizientes Netzmanagement
Seite 33
100 Jahre Hochspannungsdurchführungen
von ABB
Seite 66
a
Auf dem Weg in eine kohlenstoff- ärmere und nachhaltigere Zukunft spielen Stromnetze eine wichtige Rolle. Sie müssen nicht nur in der Lage sein, erneuerbare Energiequellen mit einem naturgemäß schwankenden und schwer prognostizierbaren Energiedargebot wie Sonne und Wind einzubinden, sondern sie müssen diese Energie auch auf effiziente Weise von den häufig entlegenen Standorten der Gewinnung zu den Verbrauchern transportieren können. Diese Ausgabe der ABB Technik befasst sich mit einigen Technologien, die dabei halfen, die Effizienz, Zuver- lässigkeit und Sicherheit der Energie- versorgung zu erhalten und auszu- bauen, damit auch in Zukunft die Lichter nicht ausgehen, wenn die Sonne untergeht.
Editorial
Gestaltung des Stromnetzes von morgen
Für uns ist es nahezu selbstverständlich, dass jeder Raum Ein bedeutender Aspekt des Netzes von morgen ist eine
eines Gebäudes mit Steckdosen und elektrischem Licht deutlich verbesserte Regelbarkeit, die durch eine Vielzahl
ausgestattet ist. Doch es ist nicht nur diese Allgegenwart, von Mess- und Überwachungspunkten und entsprechende
die das elektrische Netz von allen anderen Strukturen Stellelemente sichergestellt wird. So könnte durch die un-
abhebt, die der Mensch geschaffen hat (mit Ausnahme mittelbare Lokalisierung und Behebung von Störungen zum
vielleicht der Funkkommunikation), sondern auch seine Beispiel ein „selbstheilendes“ Netz realisiert werden. Außer-
extrem hohe Verfügbarkeit: Wir erwarten, dass das Licht dem lassen sich durch die kontinuierliche Überwachung
angeht, wann immer wir es wünschen. Für die Netzbetrei- einzelner Betriebsmittel über längere Zeiträume hinweg
ber bedeutet dies, dass das Angebot strikt der Nachfrage Instandhaltungsarbeiten besser planen. Bei Störfällen (zum
folgen muss. Beispiel nach einem Sturm) können entsprechende Systeme
Hinsichtlich der Funktion des elektrischen Netzes findet dabei helfen, Schäden zu lokalisieren und die Entsendung
zurzeit ein fundamentaler Paradigmenwechsel statt. Einer von Reparaturmannschaften unterstützen, sodass die Zeit
der Gründe hierfür ist die verstärkte Nutzung alternativer bis zur Wiederherstellung des normalen Netzbetriebs er-
Energiequellen mit schwankendem und schwer prognosti- heblich verkürzt wird. Die Bereitstellung großer Datenmen-
zierbarem Energiedargebot wie Wind und Sonne, die häufig gen kann jedoch ein Leitsystem vor große Herausforderun-
in großer Entfernung von den Verbrauchsschwerpunkten in gen stellen und zu einer Datenüberflutung führen, in der
Gegenden zu finden sind, in denen die vorhandene Netz- wichtige Informationen verloren gehen. Ebenso wichtig
infrastruktur zu schwach ist, um die zusätzlichen Lastflüsse wie die Messungen selbst ist daher eine Strategie zu deren
zu bewältigen. Hinzu kommt, dass immer mehr Verbrau- Verarbeitung, bei der die Daten auf möglichst niedriger
cher die Herkunft ihres Stroms bestimmen können, was Ebene in Informationen umgewandelt werden. Mehrere
wiederum den Transport der Energie über größere Entfer- Artikel in dieser Ausgabe der ABB Technik befassen sich
nungen erfordert. mit diesen und damit verbundenen Aspekten.
Das Netz von morgen wird oft als „intelligentes Netz“ Weitere energiebezogene Themen sind das Management
bezeichnet. Vorangetrieben wird dieses Konzept vor allem einer Flüssigerdgasanlage vom LNG-Empfangsterminal bis
durch Fortschritte in der Leistungselektronik und Automati- zum Erdgas-Verteilnetz sowie die Bedeutung von Standards
sierung. Im Netz der Zukunft wird es keine einseitige für den Wirkungsgrad von Motoren. Letztere bieten dem
Beziehung zwischen Erzeugung und Bedarf geben, bei Kunden eine bessere Transparenz im Hinblick auf die
der sich die Erzeugung nach dem Bedarf richtet, sondern Beurteilung der Lebenszykluskosten und CO2-Bilanz ihrer
vielmehr eine Wechselbeziehung zwischen beiden Seiten, Anlagen.
bei der Maßnahmen wie Energiespeicherung und der In der Rubrik „Pionierleistungen“ befassen wir uns diesmal
versorgungsabhängige Einsatz von Anlagen eine umwelt- mit der 100-jährigen Erfahrung von ABB in der Herstellung
schonendere und wirtschaftlichere Nutzung der Erzeu- von Durchführungen und deren Anpassung an immer
gungs- und Übertragungsinfrastruktur ermöglichen. höhere Spannungen.
Da sich voraussichtlich eine der kommenden Ausgaben der Wir hoffen, Ihnen mit dieser Ausgabe der ABB Technik
ABB Technik schwerpunktmäßig mit dem Thema „intelli- einen aktuellen Einblick in die Funktionsweise der Energie-
gente Netze“ befasst, wird das Thema in dieser Ausgabe versorgung von heute und morgen geben und Ihnen das
nur zum Teil behandelt. Dennoch stehen viele der hier Engagement von ABB für mehr Effizienz, Zuverlässigkeit
vorgestellten Technologien entweder direkt oder indirekt und Sicherheit näherbringen zu können.
damit im Zusammenhang.
Um größere Lastflüsse bewältigen zu können, muss die
Stabilität des Netzes durch geeignete Technologien gewähr- Eine interessante Lektüre wünscht Ihnen
leistet werden. HVDC Light® bietet nicht nur zusätzliche
Übertragungskapazität, sondern sorgt auch für eine bessere
Stabilität und Regelbarkeit von bestehenden Übertragungs-
korridoren. In vielen Fällen kann die Übertragungskapazi-
tät sogar um mehr als die zusätzlich installierte Leistung Peter Terwiesch
erhöht werden. Chief Technology Officer
ABB Ltd.
ABB Technik 3/2009 3
Inhalt
ABB Technik 3/2009
Energieversorgung
Energie und Umwelt
6 33
Herausforderungen und Chancen Effizientere Netze
Möglichkeiten zur Bewältigung des Klimawandels Reduzierung der Energieverluste und Spitzenlasten
durch Spannungs- und Blindleistungsoptimierung
11
Lenkung des Gasflusses 38
Verbesserung von LNG-Prozessen mithilfe der Informationen statt Daten
ABB-Systeme SCADA Vantage und System 800xA Automatische Erkennung und Meldung von Ereignissen
in Verteilnetzen in Echtzeit
45
Netzmanagement für Verteilnetze
Energieübertragung und Innovative Netzleitstellen für die Verteilnetze von morgen
-verteilung
17
Effizienter Wiederaufbau
Feld- und leitstellenbasierte Wiederversorgung in
Verteilnetzen
Effizienz und Normen
23
50
Leistung macht den Unterschied
In Harmonie
Die HVDC-Light®-Technologie erreicht 1.100 MW
Entwicklung globaler Energieeffizienz-Normen
27
56
Das Gleichgewicht der Kräfte
OPC UA
Integration von HVDC Light® in fortschrittliche
Der zukünftige Standard für Kommunikation und
Übertragungsnetze
Informationsmodellierung in der Automatisierung
4 ABB Technik 3/2009
www.abb.com/abbreview
6
62
Übersetzungshilfe
Kostengünstiges Anlagen-Engineering durch die
intelligente Integration von Subsystemen
17
Pionierleistungen
66
Hochspannungsdurchführungen
100 Jahre technischer Fortschritt
23
62
ABB Technik 3/2009
Energie und Umwelt Herausforderungen und Chancen Möglichkeiten zur Bewältigung des Klimawandels Anders H. Nordstrom Mache bezeichnen es als „Katastrophe in Zeitlupe“. Die Auswirkungen sind bereits deutlich spürbar, doch die wahre Bedrohung wird uns wohl erst in ein paar Generationen treffen. Seit Jahrzehnten tragen Wissenschaftler Beweise zusammen, doch noch bis vor Kurzem hat die Gesellschaft gezögert, gegenzu- steuern. Mittlerweile ist der Klimawandel in aller Munde, und Regierungen rund um den Globus leiten Maßnahmen zur Reduzierung der Treibhausgasemissio- nen ein. Doch die Herausforderungen sind enorm: Die Welt gleicht einem Supertanker, der direkt auf ein Riff zusteuert. Eine schnelle, aber schwierige Wende ist dringend erforderlich. Die Bekämpfung des Klimawandels ist eine langfristige Aufgabe, die bedeuten- de Veränderungen seitens der Industrie und der Gesellschaft bei der Erzeugung und Nutzung von Energie und Elektrizität erfordert. ABB hat sich dazu verpflich- tet, ihren Kunden durch die Bereitstellung einer breiten Palette von Produkten, Systemen und Dienstleistungen dabei zu helfen, eine effizientere Energienut- zung und eine Reduzierung der Umweltbelastung zu ermöglichen. Ein weiteres Ziel von ABB ist es, den Energieverbrauch des Konzerns pro hergestellter Einheit im Laufe der nächsten zwei Jahre um 5 % zu senken. 6 ABB Technik 3/2009
Herausforderungen und Chancen
Energie und Umwelt
D ass die globale Erwärmung
zunimmt, ist allgemein bekannt.
In den letzten hundert Jahren haben
Klimadaten konserviert. Durch Unter-
suchung der chemischen Zusammen-
setzung der tief unten im Eis einge-
einen Anstieg der durchschnittlichen
Oberflächentemperatur der Erde um
1,1 bis 6,4 °C bis zum Ende dieses Jahr-
Meteorologen einen Anstieg der Tempe- schlossenen Luftblasen kann die CO2- hunderts.
ratur an der Erdoberfläche von 0,74 Konzentration zu einer bestimmten Zeit
±0,18 ºC festgestellt. Gleichzeitig ist die ermittelt werden. Die durchschnittliche Abschwächung als Herausforderung
CO2-Konzentration in der Atmosphäre Temperatur der betreffenden Zeitspan- Um die Gefahren des Klimawandels zu
von 280 ppm (Parts per Million; Teile ne lässt sich durch Messung des Verhält- minimieren, plädieren die Europäische
pro Million) vor der industriellen Revo- nisses zwischen verschiedenen Sauer- Union (EU) und andere Länder seit
lution bis heute auf fast 390 ppm gestie- stoffisotopen im Eis bestimmen. Die Langem für eine Begrenzung des globa-
gen. Dieser Wert übertrifft bei Weitem Massenspektroskopie ermöglicht eine len Temperaturanstiegs auf 2 °C gegen-
die natürliche CO2-Konzentration in der sehr genaue Bestimmung dieses Verhält- über dem vorindustriellen Wert. Dazu
Atmosphäre über die letzten 650.000 nisses und lässt sogar die Erkennung ist eine Stabilisierung der Treibhausgas-
Jahre und ist vollständig auf mensch- saisonaler Schwankungen zu. Bis heute konzentration in der Atmosphäre auf
liche Aktivität zurückzuführen. Der haben Untersuchungen von Eisbohr- deutlich unter 450 ppm CO2-Äquivalent2)
Hauptgrund für diesen Anstieg, der kernen Informationen über mehrere erforderlich.
jedes Jahr um 2 ppm zunimmt, liegt in hunderttausend Jahre Klimageschichte
der Verbrennung fossiler Brennstoffe. offenbart. Angesichts der derzeitigen Entwicklung
Der Weltklimarat IPCC1) (Intergovern- der globalen Emissionen stellen diese
mental Panel on Climate Change) ist zu Seit Mitte des 19. Jahrhunderts wird die 450 ppm ein anspruchsvolles Ziel dar.
dem Schluss gekommen, dass ein Groß- durchschnittliche Temperatur an der Bei einer Fortsetzung der gegenwärtigen
teil des beobachteten Temperaturan- Erdoberfläche mithilfe von Messauf- Praxis (Business-as-usual-Szenario) geht
stiegs seit Mitte des 20. Jahrhunderts mit zeichnungen bestimmt. Die regelmäßige die Internationale Energieagentur (IEA)
großer Wahrscheinlichkeit auf den Messung der CO2-Konzentration in der von einem starken Anstieg der energie-
Anstieg der Treibhausgaskonzentratio- Atmosphäre begann im Jahr 1958 auf bezogenen Treibhausgasemissionen in
nen zurückzuführen ist. Diese Schluss- Hawaii, und die bisher gesammelten absehbarer Zukunft aus: So wird der
folgerung basiert auf Tausenden von Daten zeigen eine Zunahme der CO2- globale Primärenergiebedarf im Jahr
Studien, die von Wissenschaftlern unter- Konzentration sowie charakteristische 2030 gegenüber heute um 45 % anstei-
schiedlicher Disziplinen überall auf der saisonale Schwankungen 1 . gen, wobei 80 % des Energiemix noch
Welt durchgeführt wurden. immer aus fossilen Brennstoffen gewon-
Heute werden fortschrittliche Compu-
Klimageschichte und Prognosen termodelle verwendet, um zukünftige
Die Natur hat ihre eigene Klimageschich- Klimaänderungen vorauszuberechnen. Fußnoten
te auf verschiedene Art archiviert, und Dabei wird versucht, mithilfe der 1)
Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen des IPCC
Wissenschaftler haben Methoden ent- Modelle möglichst viele der relevanten werden von Wissenschaftsakademien in vielen
wickelt, diese Daten zu untersuchen physikalischen Vorgänge abzudecken Ländern unterstützt.
2)
Das heutige CO2-Äquivalent liegt bereits bei etwa 455
und zu interpretieren. So können histo- und gekoppelte allgemeine Zirkulations-
ppm, wenn fünf andere anthropogene Treibhausgase
rische Temperaturen z. B. aus der Breite modelle für die Atmosphäre und Ozeane
mit berücksichtigt werden. Es wird jedoch angenom-
der Jahresringe von Bäumen und dem mit Modellen für Meereis und Landeis men, dass diese zusätzliche Erwärmung durch Fein-
Wachstum von Korallen abgeleitet wer- zu kombinieren. Das IPCC hat solche staub in der Atmosphäre und Ozon in der Troposphäre
den, und auch in den Eisschichten der Modelle auf verschiedene Emissions- weitgehend kompensiert wird, sodass sich eine effek-
Arktis und Antarktis sind wertvolle szenarien angewandt und prognostiziert tive CO2-Konzentration von etwa 387 ppm ergibt.
1 Kontinuierlicher Anstieg der CO2-Konzentrationen 2 IEA-Emissionsszenarien
CO2-Konzentration am Mauna Loa im monatlichen Mittel
CO2-Emissionen (Gt)
390
40
388 Aktueller Trend
54% Energie-
386 effizienz
Teile pro Million (ppm)
384 450-ppm- Erneuerbare
Szenario 23% Energien und
30
382 Biokraftstoffe
14% Kernenergie
380 9% CCS*
* CO2-Abscheidung
April 2009
378 und -Speicherung
376 20
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2000 2010 2020 2030
Jahr Jahr
Quelle: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/ Quelle: IEA, WEO 2008
ABB Technik 3/2009 7
Herausforderungen und Chancen
Energie und Umwelt
nen werden. Dabei entfallen 97 % des das Ziel von 450 ppm selbst dann nicht weltweiten jährlichen Bruttoinlandspro-
Zuwachses auf die Nicht-OECD-Länder. eigenständig erreichen, wenn sie ihre dukts (BIP). Gleichzeitig können sowohl
Die IEA warnt vor den schwerwiegen- Emissionen auf null senken würden. die Betriebs- als auch die Energiekosten
den und irreparablen Klimaschäden, die Das Szenario prognostiziert einen durch eine verbesserte Energieeffizienz
dieses Szenario mit sich ziehen wird. Anstieg des Primärenergiebedarfs von gesenkt werden.
Die Sicherung einer bezahlbaren globa- 22 % bis 2030 bei einem Anteil von
len Energieversorgung zur Deckung fossilen Brennstoffen am Energiemix McKinsey & Company hat eine umfang-
eines stetig steigenden Bedarfs ohne von 67 %3). Die energiebezogenen CO2- reiche Studie zum Emissionsreduktions-
einen übermäßigen Ausstoß von Treib- Emissionen werden im Vergleich zum potenzial und zu den damit verbundenen
hausgasen ist eine große Herausforde- Business-as-usual-Szenario um 37 % Kosten für mehr als 200 Technologien
rung. reduziert. Ganze 54 % der Einsparungen aus 10 verschiedenen Bereichen durch-
werden durch Maßnahmen zur Steige- geführt, die alle relevanten Emissions-
Die IEA hat ein Szenario entwickelt und rung der Energieeffizienz erzielt, wäh- quellen (nicht nur energiebezogene) in
analysiert, mit dem das Ziel der Stabili- rend erneuerbare Energien und Bio- 21 verschiedenen Regionen rund um
sierung bei 450 ppm erreicht werden kraftstoffe mit 23 % dazu beitragen. den Globus abdeckt. Dabei fand das
kann. Dazu ist jedoch ein entschlosse- Die CO2-Abscheidung und -Speicherung Unternehmen heraus, dass eine 70%ige
nes und gemeinschaftliches Handeln (CCS) sowie die Kernenergie spielen Reduktion der Treibhausgasemissionen
zur Reduzierung der Treibhausgasemis- ebenfalls eine wichtige Rolle bei der gegenüber dem Business-as-usual-
sionen erforderlich. Die Grundlage hier- Reduzierung der Emissionen 2 . Szenario bis zum Jahr 2030 ebenso
für sind erfolgreiche internationale möglich ist wie eine Begrenzung des
Klimaverhandlungen, bei denen sich Umfangreiche Investitionen sind für die
alle Länder, insbesondere die Länder Umwandlung des Energiesystems erfor- Fußnote
mit dem höchsten Ausstoß, zu einer derlich. Laut Schätzungen der IEA 3)
Auch bei diesem Szenario spielen die fossilen Brenn-
Reduzierung der Emissionen verpflich- belaufen sich die durchschnittlichen stoffe für einen beträchtlichen Zeitraum eine dominie-
ten. Laut IEA können die OECD-Staaten Kosten hierfür bis 2030 auf 0,55 % des rende Rolle.
3 Globale Kostenkurve für die Vermeidung von Treibhausgasemissionen nach McKinsey (v 2.0)
Gas CCS (Nachrüstung)
Vermeidungskosten Kohle CCS (Nachrüstung)
in € per tCO2e
Eisen & Stahl CCS (Neubau)
60 Geringer Windenergieanteil Kohle CCS (Neubau)
Plug-In-Hybridfahrzeuge Biomasse-Mitverbrennung
50 Haushaltselektronik (Kraftwerke)
Wiederaufforstung
Haushaltsgeräte Vermeidung intensiver
40 Kernenergie Landwirtschaft
HLK Haushalte (Nachrüstung) Aufforstung Weideland Hoher Windenergieanteil
30 Management Bodenbearbeitung Rekultivierung Ödland Photovoltaik
und Ernterückstände Biokraftstoffe
20 Solarthermie
Dämmung Haushalte (Nachrüstung) (2. Generation)
Effizienzsteigerung
Vollhybrid-Fahrzeuge neue Gebäude
10
Abfallrecycling
0
5 10 15 20 25 30 35 38
-10 Rekultivierung organischer Böden
Geothermie Vermeidungspotenzial
-20 in GtCO2e pro Jahr
Graslandmanagement
-30 Vermeidung Entwaldung durch Umwandlung in Weideland
Vermeidung Entwaldung durch Brandrodung
-40 Kleinwasserkraftwerke
Biokraftstoffe (1. Generation)
-50
Reismanagement
-60 Effizienzsteigerungen andere Industrien
Elektrizität aus Deponiegas
-70
Klinkersubstitution durch Flugasche
-80 Nährstoffmanagement Ackerland
Wirkungsgrad Motorsysteme
-90 Dämmung Gewerbe (Nachrüstung)
Austausch Glühlampen gegen LEDs (Haushalte)
-100
Anmerkung: Die Kurve stellt das maximale geschätzte Potenzial der verschiedenen technischen Maßnahmen zur Treibhausgasvermeidung unter 60 €
pro tCO2e bei energischer Verfolgung der Möglichkeiten dar. Es handelt sich nicht um eine Prognose der Rollen, die die Vermeidungsmaßnahmen
und – Technologien in Zukunft spielen werden. Quelle: McKinsey & Company
8 ABB Technik 3/2009
Herausforderungen und Chancen
Energie und Umwelt
globalen Temperaturanstiegs Nach dem sogenannten Bali-
4 Energieeinsparungspotenzial in der Fertigungsindustrie: Motorsysteme
auf unter 2 °C. Die Realisie- Aktionsplan, der vor zwei Jah-
bieten ernorme Möglichkeiten (Daten aus einem Bericht der IEA).
rung des gesamten Potenzials ren auf der COP-13 verabschie-
ist jedoch eine gewaltige Her- 8 det wurde, sind die Regierun-
ausforderung, da der Erfolg 7 gen gehalten, ein weltweites
von der Umsetzung nahezu 6 Nachfolgeabkommen zu dem
aller identifizierten Möglich- 5
EJ/Jahr im Jahr 2012 auslaufenden
keiten abhängt. Laut McKin- 4 Kyoto-Protokoll zu schließen.
sey ist bei einer Verzögerung 3 Über folgende Kernpunkte soll
von 10 Jahren bei der Umset- 2 auf der COP-15 verhandelt
zung der Maßnahmen eine 1 werden:
Begrenzung des globalen 0 Die Höhe der Emissions-
Temperaturanstiegs auf 2 °C Motor- Kraft- Dampf- Prozess- Verstärktes Energie- reduzierung, zu der sich die
systeme Wärme- systeme integration Recycling rück-
nicht mehr möglich. Die jähr- Kopplung gewinnung Industrieländer verpflichten
lichen Vermeidungskosten bis müssen, sowie deren Finan-
2030 werden auf 1 % des pro- zierung
gnostizierten weltweiten BIP geschätzt. Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs Angemessene Maßnahmen zum
Übereinstimmend mit der IEA kommt von Fahrzeugen kann einen erheblichen Klimaschutz für Schwellenländer, ins-
auch diese Studie zu dem Schluss, dass Beitrag zur Energieeinsparung leisten. besondere für China und Indien
ein Großteil der Anfangsinvestitionen Die Möglichkeit zur Erzielung einer
durch zukünftige Energieeinsparungen In der Industrie lassen sich ebenfalls zuverlässigen Vereinbarung über die
kompensiert werden 3 . erhebliche Einsparungen erzielen. Laut Stabilisierung der Treibhausgaskon-
einem Bericht der IEA entfallen ein zentrationen in der Atmosphäre bei
Energieeffizienz Drittel des weltweiten Energiever- 450 ppm CO2-Äquivalent oder weniger
In vielen Ländern ist die Energieeffizienz brauchs und 36 % der CO2-Emissionen
nach der Ölkrise in den 1970er Jahren auf die industrielle Fertigung. Der Ener- Der Erfolg der COP-15 hängt davon ab,
deutlich gestiegen. Heutzutage wird in gieverbrauch der Industrie ist in den ob akzeptable Kompromisse für diese
den Industrieländern für die Produktion vergangenen 25 Jahren stark gestiegen, Punkte gefunden werden und eine
einer BIP-Einheit 30 % Prozent weniger wobei 80 % des Zuwachses in China zu neue Vereinbarung getroffen wird.
Energie benötigt als 1973. Dies ist das verzeichnen sind. Die IEA hat für die Doch auch ohne ein neues weltweites
Ergebnis von Produktivitätsverbesserun- Fertigungsindustrie ein jährliches Ein- Abkommen sind viele Länder und Regi-
gen und dem Einsatz von energieeffizi- sparungspotenzial von 25 bis 37 EJ4) onen bereits dabei, entsprechende Ziele
enteren und intelligenteren Produkten. (Exajoule) errechnet, wenn optimale und Vorschriften zur Reduzierung der
Verfahrensweisen („Best Practices“) und Emissionen umzusetzen.
In den 1990er Jahren war die Steigerung bewährte Technologien5) eingesetzt Die Europäische Union (EU) gehört zu
der Energieeffizienz rückläufig, da die werden. Dies entspräche einer 7- bis den eifrigen Verfechtern des UN-Prozes-
Energiepreise niedrig und stabil waren 12%igen Reduzierung der derzeitigen ses zur Bekämpfung des Klimawandels
und bereits erhebliche Reduzierungen globalen CO2-Emissionen. und ist bereits seit einiger Zeit dabei,
der Energieintensität erreicht worden entsprechende klimapolitische Ziele
waren. Wenn die Energiekosten nur Das größte Einsparungspotenzial in der und Vorschriften umzusetzen. Ihr wich-
einen Bruchteil der Gesamtkosten eines Fertigungsindustrie bieten elektrische tigstes Werkzeug ist das Emissionshan-
Unternehmens ausmachen, gerät die Antriebssysteme. Durch die Optimie- delssystem EU ETS (European Union
Energieeffizienz bei der Optimierung rung dieser Systeme ließen sich jährliche Emission Trading System), das zurzeit
von Fertigungsprozessen und der Pro- Einsparungen von 6 bis 8 EJ erzielen, 12.000 Anlagen aus dem Bereich der
duktleistung leicht in Vergessenheit. was einem Viertel der weltweiten nuk- Stromerzeugung und einigen Bereichen
Heute hat das Thema Energieeffizienz learen Stromerzeugung entspricht 4 . der Industrie (und somit 50 % der
in vielen Unternehmen einen hohen Maßnahmen zur Realisierung dieser EU-weiten Emissionen) umfasst. Das
Stellenwert, und seine Schlüsselrolle im Einsparungen sind unter anderem der EU-Klimaschutzpaket 20-20-20 enthält
Kampf gegen den Klimawandel ist all- Einsatz von Motoren mit hohen Wir- unter anderem folgende Zielsetzungen
gemein anerkannt. kungsgraden, die Verwendung von bis zum Jahr 2020:
drehzahlgeregelten Antrieben zur Rege-
Energieeinsparungspotenziale finden lung der Motordrehzahl und ein geeig- Reduzierung der CO2-Emissionen um
sich überall – zum Beispiel in der Elek- neter Motorschutz, der den Einsatz von 20 % gegenüber dem Ausstoß von
trizitätswirtschaft entlang der gesamten kleineren Motoren mit geringerer Leis- 1990. Der Prozentsatz wird auf 30 %
Versorgungskette von der Stromerzeu- tung ermöglicht. erhöht, wenn ein entsprechendes
gung bis hin zum Verbraucher. In weltweites Klimaabkommen zustande
öffentlichen und privaten Gebäuden Verhandlungen und Klimapolitik kommt.
kann der Energieverbrauch durch eine Zurzeit bereiten sich die Regierungen
bessere Isolierung und die effiziente weltweit auf die 15. UN-Klimakonferenz Footnotes
Steuerung von Heizungs- und Klima- (COP-15) vor, die dieses Jahr im 4)
1 Exajoule (EJ) = 1018 Joule
systemen reduziert werden. Auch die Dezember in Kopenhagen stattfindet. 5)
Mit einer Steigerung der Energieeffizienz um 18 bis 26 %
ABB Technik 3/2009 9
Herausforderungen und Chancen
Energie und Umwelt
Erhöhung des Anteils von erneuerba- Ziel enthält, die Energieintensität bis mehr als 1 % des konzernweiten Ener-
ren Energien am Energiemix auf 20 % 2010 um 20 % zu senken. Außerdem giebedarfs verbrauchen. Außerdem hat
Reduzierung des primären Energie- soll der Anteil an erneuerbaren Energien sich ABB dazu verpflichtet, ihren Kun-
verbrauchs um 20 % durch Maß- in China bis 2020 verdoppelt werden. den durch die Bereitstellung einer brei-
nahmen zur Verbesserung der Ener- Ein weiteres ambitioniertes Programm ten Palette von Produkten, Systemen
gieeffizienz sieht eine Reduzierung des Energiever- und Dienstleistungen dabei zu helfen,
brauchs der 1.000 größten Unternehmen eine effizientere Energienutzung und
Die US-Regierung hat signalisiert, dass des Landes vor. eine Reduzierung der Umweltbelastung
sie in Kopenhagen ein Abkommen zu ermöglichen. So helfen zum Beispiel
anstrebt, das eine verbindliche Verpflich- Der Beitrag von ABB die fortschrittlichen IT-Systeme des
tung zur Reduzierung der Emissionen Die Bekämpfung des Klimawandels ist Unternehmens zur Steuerung und Opti-
beinhaltet. Das „New Energy for America“- eine langfristige Aufgabe, die bedeuten- mierung integrierter industrieller Prozes-
Programm der US-Regierung beinhaltet de Veränderungen seitens der Industrie se, elektrischer Energieversorgungsnetze
folgende Zielsetzungen: und der Gesellschaft bei der Erzeugung und Gebäude dabei, Energie zu sparen
Reduzierung der Emissionen auf den und Nutzung von Energie und Elektrizi- und Emissionen zu reduzieren.
Stand von 1990 bis 2020 und um tät erfordert. Der Erfolg hängt von Die Kopplung und Stärkung von Ener-
80 % bis 2050 einem veränderten Verbraucherverhal- gieversorgungssystemen durch Hoch-
Erhöhung des Anteils von Plug-In- ten sowie von der Entwicklung und spannungs-Gleichstrom-Übertragungs-
Hybridfahrzeugen bis 2015 auf eine dem Einsatz neuer Technologien in technologie (klassische HGÜ und
Million Fahrzeuge großem Umfang ab. HVDC Light®) und flexible Drehstrom-
Steigerung des Anteils erneuerbarer Das Ziel von ABB ist es, den konzern- Übertragungssysteme (FACTS) ermögli-
Energien auf 10 % bis 2012 und auf weiten Energieverbrauch pro hergestell- chen umfangreiche Einsparungen durch
25 % bis 2025 ter Einheit im Laufe der nächsten zwei eine gleichmäßigere Lastverteilung, eine
Einführung eines gesamtwirtschaft- Jahre um 5 % zu senken. Im Jahr 2008 effiziente Nutzung von Primärenergie-
lichen Emissionshandelsprogramms hat ABB ihre Produktionsleistung um quellen und eine höhere Versorgungs-
20 % gesteigert, während der Energie- qualität bei gleichzeitiger Reduzierung
China hat sich dem im Kyoto-Protokoll verbrauch nahezu unverändert blieb. der CO2-Emissionen. Darüber hinaus
verankerten Prinzip der „gemeinsamen, Dies ist das Ergebnis von Energieeffizi- unterstützen diese Technologien eine
aber differenzierten Verantwortung“ enzprogrammen, die im gesamten Kon- umfangreiche Einbindung erneuerbarer
(„common but differentiated responsibi- zern eingeführt wurden. Zu den typi- Energiequellen in die Stromnetze.
lities“) verschrieben. Dieses besagt, dass schen Maßnahmen gehören eine bes-
die Industrieländer bei der Reduzierung sere Klimaregelung, eine effizientere Die hocheffizienten Motoren und dreh-
der Treibhausgasemissionen die Füh- Beleuchtung und die Installation von zahlgeregelten Antriebe von ABB tragen
rung übernehmen und den Entwick- energieeffizienten Betriebsmitteln in ebenfalls in erheblichem Maße zur
lungsländern finanzielle und technolo- Fabriken und Büros. Dies hat zu ein- Reduzierung der Emissionen bei. Im
gische Unterstützung zukommen lassen. druckvollen Ergebnissen in allen Teilen Jahr 2008 konnten durch den installier-
Es gibt jedoch Anzeichen dafür, dass der Welt geführt. So ist zum Beispiel die ten Bestand an Niederspannungs-
China bereit ist, seinen Widerstand Stromintensität bei ABB China in 5 Jah- Antriebssystemen von ABB geschätzte
gegen eine Kontrolle seiner Emissionen ren um 55 % gesunken. 170 TW/h an elektrischer Energie einge-
zu lockern und an einer Vereinbarung Nun sind die Durchführung von Ener- spart werden – eine Energiemenge die
in Kopenhagen interessiert ist. Vor zwei gieaudits und die Einführung entspre- ausreichen würde, um den jährlichen
Jahren hat China sein nationales Pro- chender Programme zur Verbesserung Strombedarf von 42 Millionen Haushalten
gramm zum Klimawandel verabschie- der Energieeffizienz für alle 23 ABB- in der EU zu decken und den weltwei-
det, das unter anderem das ehrgeizige Fertigungsstandorte vorgesehen, die ten CO2-Ausstoß um etwa 140 Millionen
Tonnen im Jahr zu senken.
Für ABB stellt der Klimawandel eine
große Herausforderung und Chance
zugleich dar. Getreu dem Motto „Power
and productivity for a better world“ ist
das Unternehmen bestrebt, seinen Kun-
den weiterhin aktuelle und neue Tech-
nologien bereitzustellen, die den stei-
genden Marktanforderungen in puncto
Energie- und Klimaeffizienz langfristig
gerecht werden.
Anders H. Nordstrom
ABB Group Sustainability
Sollentuna, Schweden
anders.h.nordstrom@se.abb.com
10 ABB Technik 3/2009Energie und Umwelt
Lenkung
des Gasflusses
Verbesserung von LNG-Prozessen mithilfe der ABB-Systeme
SCADA Vantage und System 800xA
Zhimei Feng, Fei Wang, Xiaoxing Bi
In letzter Zeit wurden viele neue Anla- nicht benötigt wird. Das bedeutet, handen ist, um alle planmäßigen
gen für Flüssigerdgas (Liquefied Natu- dass das Importvolumen und die LNG-Lieferungen aufzunehmen. Dies
ral Gas, LNG) in China fertiggestellt, Lagerkapazität an den Empfangtermi- wird durch die Steuerung des Gasum-
die mittlerweile erfolgreich in Betrieb nals direkt von den nachgelagerten schlags zwischen dem LNG-Emp-
sind und für eine Zunahme der LNG- Verbrauchern beeinflusst wird. Im Ver- fangsterminal und der Gaspipeline
Importe sorgen. Der internationale trag ist ein Transportplan festgelegt, erreicht. Moderne Informationsverar-
Handel mit Flüssigerdgas basiert in der die Menge an LNG bestimmt, die beitungs- und Automatisierungstech-
erster Linie auf langfristigen soge- vom Verladeterminal zum Empfangs- nologie hilft dabei, Fehleinschätzun-
nannten Take-or-Pay-Verträgen, bei terminal transportiert und dort in gen zu vermeiden, sodass die Ankunft
denen ein Käufer verpflichtet ist, für gekühlten Lagertanks gespeichert von LNG-Lieferungen am Empfangs-
eine festgelegte Produktmenge zu wird. Durch eingehende Analyse der terminal effizient und sicher mit dem
zahlen, auch wenn diese letztendlich Angebots- und Nachfragekette kann Weitertransport des Gases und der
ein Prozessleitsystem dafür sorgen, Belieferung der nachgelagerten Ver-
dass genügend Lagerkapazität vor- braucher koordiniert werden kann.
ABB Technik 3/2009 11Lenkung des Gasflusses
Energie und Umwelt
D ie Fujian LNG-Anlage in Südost-
china ist das erste Projekt, das
unter der unabhängigen Führung eines
LNG wird meist mit speziellen Trans-
portschiffen vom Verladeterminal am
Herkunftsort zum Empfangsterminal
Heute wird die konstante Gasversor-
gung von Kraftwerken und kommerziel-
len Gasnetzen durch die Integration
inländischen Unternehmens in China transportiert, wo es wieder in den gas- von Produktion, Transport und Vertei-
realisiert, betrieben und gewartet wird. förmigen Zustand überführt und über lung sichergestellt. Für das Fujian LNG-
Seit Februar 2009 wird die Anlage mit Gasfernleitungen zu den Verbrauchern Projekt wurde ein Prozess entwickelt,
Gas aus dem Togguh-Gasfeld in Indo- transportiert wird. Der Hauptbestandteil der die Produktion, Lagerung, den
nesien beliefert. Das derzeitige Import- von Erdgas ist Methan (CH4). Wird die- Transport, den Empfang und die Wieder-
volumen beträgt 2,6 Millionen Tonnen ses Gas unter normalen Druckbedin- verdampfung (Regasifizierung) des LNG
im Jahr, wobei eine Erweiterung um gungen auf -162 °C heruntergekühlt, umfasst 1 .
5 Millionen Tonnen für den Zeitraum geht es in den flüssigen Zustand über.
nach 2012 geplant ist. Das Projekt Durch die Verflüssigung kann das Volu-
umfasst einen LNG-Empfangsterminal men von Erdgas auf etwa 1/600 redu-
Die konstante Gasver-
und eine 360 km lange Gasfernleitung ziert werden, was den Transport über sorgung wird durch die
durch die Küstenregionen und die große Entfernungen, die Lagerung und Integration von Produk-
Städte Fuzhou, Putian, Quanzhous, die Nutzung vereinfacht. Aus diesem
Xiamen und Zhangzhou im Südosten Grund hat sich LNG als bedeutendste tion, Transport und
der Provinz Fujian, über die fünf städti- Form des Erdgastransports auf dem See- Verteilung sichergestellt.
sche Gasversorger und drei gasbefeu- weg etabliert1).
erte Kraftwerke beliefert werden. Der LNG-Empfangsterminal
Generell umfasst ein LNG-Empfangs-
terminal fünf Teilsysteme: LNG-Ent-
ladung, Lagerung, Regasifizierung
1 Die „LNG-Kette“
(Export), Dampfaufbereitung und Ab-
LNG-
fackeln (Abblasen) 2 .
Verladeterminal
Entladung und Lagerung
Nach dem Anlegen des LNG-Tankers
wird das LNG über den Entladearm am
Anleger aus den Tanks an Bord des
Schiffs in einen Lagertank an Land
gepumpt. Da während des Abpumpens
Fahrt mit Ballast Beladen
Kommerzielle
der Druck in den Schiffstanks allmäh-
Gasnetze lich sinkt, wird Gas aus dem Lagertank
Entladen in die Schiffstanks zurückgeleitet, um
den Druck aufrechtzuerhalten. Findet
Fahrt mit Ladung
kein Entladevorgang statt, wird die
Entladeleitung an Land mithilfe von
LNG aus den Lagertanks gekühlt. Dieses
LNG-Empfangsterminal Kraftwerk
LNG wird über eine isolierte Rohrlei-
tung in den Lagertank zurückgeführt.
2 Prozesssystem für einen LNG-Empfangsterminal
Regasifizierung und Export
Nachdem es mithilfe der Transferpumpe
des Tanks unter Druck gesetzt wurde,
gelangt ein Teil des LNG aus dem
Lagertank in den Rückverflüssiger, wo
Entladearm
LNG-Tanker Messstation eine bestimmte Menge an Dampf ver-
Fernleitung
flüssigt wird. Das LNG vom Rückver-
flüssiger und der Niederdruckpumpe
BOG- des Tanks wird mittels einer Hoch-
Verdichter
druckpumpe dem Verdampfersystem
zugeführt. Zähler messen das Gasvolu-
ORV
men, bevor es durch die Fernleitung zu
Rückver-
Lagertank flüssigung
den Verbrauchern transportiert wird.
Um einen normalen Betrieb der Trans-
ferpumpen des Tanks und der Hoch-
LNG-Lagertank ORV
ORV
Fußnote
HD-Pumpe 1)
Siehe „Tanker auf Sparkurs“ auf Seite 74 der
ABB Technik 1/2009.
12 ABB Technik 3/2009Lenkung des Gasflusses
Energie und Umwelt
druck-Exportpumpen zu gewährleisten, geachtet. Die meisten Protokolle für die dard-Kommunikationsprotokoll, sodass
sind Rückflussleitungen an allen interne Kommunikation zwischen dem ein Informationsaustausch mit den
Pumpenauslässen erforderlich. So kön- PLS und dem PLS-Controller werden meisten Arten von PLS-Controllern mög-
nen Veränderungen im LNG-Transport- unabhängig voneinander entwickelt lich ist. Die Integration eines SCADA-
volumen kompensiert und niedrige und sind daher häufig nicht kompatibel. Systems und eines PLS ist schon nicht
Temperaturen im System gewährleistet Das SCADA-System von ABB hingegen einfach, doch die Integration von Steue-
werden, auch wenn keine Abgabe statt- basiert auf einem offenen, umfassend rungssystemen verschiedener Anbieter
findet. kompatiblen und weit verbreiteten Stan- ist noch schwieriger. Beim Fujian LNG-
Dampfaufbereitung und Abblasen 3 Netzwerkstruktur des Fujian LNG-Leitsystems
Das Dampfaufbereitungssystem hat die
Aufgabe, einen normalen Lagertankbe-
Hauptleitwarte LNG-Terminal SCADA- Notleitwarte
trieb innerhalb eines bestimmten Druck- ABB System 800xA Client BS BS
bereichs zu gewährleisten. Im Lagertank BS
B B
BS
überwacht ein Druckmessumformer die
Druckwerte. Steigt oder sinkt der Druck
SCADA-- Anwen- SCADA-- Anwen-
über oder unter den Sollwert, wird der Server dungs- Server dungs-
server PLS ESD F&G IEDs server
Gasdruck im Lagertank über das Dampf-
aufbereitungssystem entsprechend ge-
regelt. Um die Bildung eines Vakuums
im LNG-Lagertank zu verhindern, ist ein
WAN
Vakuum-Gaszufuhrsystem im Prozess-
fluss vorgesehen.
Die Gaspipeline
Die Gaspipeline umfasst eine Hauptgas-
leitung mit Zweigleitungen, Ventilstati- SPS
ESD IEDs
onen und Entnahmestationen. Eine Ven- PLS Steuerung Entnahme- Steuerung Ventilstation
tilstation hat die Aufgabe, die Pipeline station (insgesamt (insgesamt 6 Systeme)
12 Systeme)
bei Bedarf abzusperren und eine unbe-
mannte Überwachung und Steuerung zu
ermöglichen, während eine Entnahme-
station die Aufgabe hat, das Erdgas Infotbox 1 Das Fernwirk- und Datenerfassungssystem SCADA Vantage
nach der Filterung, Messung, Erwär-
mung und Druckregelung an nachge-
lagerte Verbraucher wie städtische Gas- Das SCADA-Vantage-System sorgt für eine Das SCADA-Vantage-System bietet Steue-
netze und Kraftwerke zu leiten 3 . effizientere Nutzung der Pipeline und der rungs- und Datenerfassungsfunktionen für
Druckerhöhungsstation. Dadurch werden der spezielle Industriezweige wie die Lagerung
Leitsystem Umschlag beschleunigt und verschiedene und Lieferung von LNG. Es ist vielseitig und
Da das Fujian LNG-Projekt verschiedene Funktionen verbessert. Das LNG kann in kürzes- kann durch seine offene Kompatibilität in ver-
Prozesse umfasst, waren ein Fernwirk- ter Zeit und zu minimalen Kosten vom Produk- schiedenen Anwendungen von Einzelknoten-
und Datenerfassungssystem (Super- tionsstandort zum Verbraucher transportiert systemen bis hin zu Multi-Server-Systemen
visiory Control and Data Acquisition, werden. Die von ABB bereitgestellte Lösung eingesetzt werden.
SCADA) Infobox 1 , ein Notabschaltsystem hilft dabei, die Betriebskosten zu minimieren.
(Emergency Shutdown, ESD) Infobox 2 , Die Prozessausführung basiert auf dem
ein Feuer- und Gaswarnsystem (F&G) Eigenschaften: Client-Server-Prinzip und einem redundanten
Infobox 3 , ein Prozessleitsystem (PLS) Redundante und offene Struktur objektorientierten System. Ein konfigurier-
sowie lokale Steuerungs- und Fernüber- Objektorientierte Echtzeit-Datenbank bares Berechtigungssystem sorgt dafür, dass
wachungssysteme erforderlich. Die Integrierter Server für historische Protokolle sich keine unbefugten Personen im System
Integration all dieser Systeme stellte die Integriertes Pipelinemodell und fortschritt- anmelden können. Die Kommunikation
größte technische Herausforderung des liche Prozessgrafik erfolgt auf der Basis der Standardprotokolle
Projekts dar. Erweiterbar vom Einzelknoten- zum ODBC, COM, OPC und OL (siehe hierzu
Multi-Server-System auch den Artikel „OPC Unified Architecture“
Zur Steuerung der Förderrichtung der Intuitive Konfigurationstools für das auf Seite 56 dieses Hefts). Außerdem verfügt
Pumpen am Empfangsterminal wurde Gesamtsystem und die Anwendung das System über eine Frontend-Kommuni-
die Logik zur kombinierten Steuerung Kommunikationsprotokolle unterstützen kation mit redundanter Konfiguration, die im
des Gasflusses (Dispatch) in das PLS OPC und andere Industriestandards wie Falle einer Unterbrechung der Kommunika-
des Empfangsterminals integriert. Dabei IEC 870-5-101/104 und DNP 3.0 tion mithilfe dezentraler Geräte automatisch
wurde insbesondere auf einen reibungs- Einfache Integration mit der automatischen umgeschaltet werden kann.
losen Informationsaustausch zwischen Lösung zur Steuerung der Pipeline-Stationen
dem PLS und dem SCADA-System
ABB Technik 3/2009 13Lenkung des Gasflusses
Energie und Umwelt
Projekt entschied man sich dafür, das integriert werden. Durch die Fähigkeit Sicherheitsintegritätsstufe 3 (SIL 3).
Extended Automation System 800xA zur Verwendung diverser Kommunika- Kommt es zu Prozessstörungen, die die
von ABB zur Überwachung der Steue- tionsprotokolle ist die System-800xA- Sicherheit des Personals, der Umwelt
rungssysteme im LNG-Empfangsterminal Software in der Lage, nahtlos Daten mit oder der Betriebsmittel gefährden oder
und das SCADA-Vantage-System von Drittanbieterkomponenten am Emp- zu großen wirtschaftlichen Verlusten
ABB zur Überwachung der Steuerungs- fangsterminal auszutauschen, während führen könnten, initiiert das ESD-System
systeme an der Gasfernleitung einzu- die SCADA-Vantage-Software die Über- die entsprechenden Schutzverriegelun-
setzen Infobox 5 . Dazu mussten das PLS, wachung von zentralen Steuerungssys- gen, um eine Eskalation weiterer Gefah-
das ESD- und das F&G-System vollstän- temen und Steuerungssystemen an den ren oder Unfälle zu verhindern. Beim
dig mithilfe der System-800xA-Plattform Stationen der Gasleitung ermöglicht. F&G-System handelt es sich um das
Feuer- und Gaswarnsystem von ABB
Leitsystem für den Empfangsterminal mit SIL 3. Dieses System erkennt Feuer
Infobox 2 Hauptfunktionen des ESD-Systems
Das Leitsystem für den Empfangsterminal und gefährliche Gasleckagen, löst einen
1. Über den Not-Aus-Schalter kann eine besteht aus einem zentralen Steuerungs- Alarm aus, aktiviert bei Bedarf Feuer-
manuelle Notabschaltung ausgelöst system und einem Steuerungssystem für löschsysteme und leitet Maßnahmen zur
werden, um die Prozessanlagen ver- den Anleger. Beide umfassen ein PLS, Isolierung von Produktionsanlagen ein.
schiedener Einheiten zu isolieren. ein ESD-System und ein F&G-System.
2. Die Notabschaltung wird durch die Bis auf die Einrichtungen am Anleger Leitsystem für die Gasleitung
automatische Erkennungsfunktion des werden sämtliche Anlagen, d. h. der Das zur Überwachung und Steuerung
Systems ausgelöst. Die Sicherheit der Lagertank, Verdichter, Rückverflüssiger der Gasfernleitung eingesetzte ABB
Eingangssignale wird mithilfe von Voting- und die mit Meerwasser beheizte Ver- SCADA-Vantage-System besteht in erster
Verfahren gewährleistet. dampfungsanlage (Open Rack Vaporizer, Linie aus Haupt- und Reserveleitstellen,
3. Rücksetzung einer Notabschaltung:
ORV) zentral gesteuert. mehreren Steuerungssystemen für die
Nachdem die Bedingungen für die
Entnahmestationen und einer fernge-
Auslösung einer Verriegelung manuell
Das PLS ist ein umfangreiches Automa- steuerten Ventilstation. Die Entnahme-
bestätigt und zurückgesetzt wurden,
kann das System in einen normalen
tisierungssystem, das die Aufgabe hat, stationen und die Ventilstation tauschen
Zustand zurückkehren, um die Sicherheit den Prozessfluss am Empfangsterminal Daten über die Haupt- und Reserve-
der Produktion zu gewährleisten. zu überwachen und zu steuern. Darüber Kommunikationsleitungen mit der Leit-
4. Umgehung von Verriegelungen: Das hinaus umfasst das System zwei weitere stelle aus, wobei die Zuverlässigkeit
ESD-System bietet die Möglichkeit einer unabhängige Komponenten: das ESD- und Sicherheit der Datenkommunikation
Umgehung zu Wartungszwecken sowie System zur Abschaltung des Empfangs- durch das SCADA-System gewährleistet
einen Überbrückungsschalter. Diese terminals und das F&G-System zur wird. Das SCADA-System unterstützt
können verwendet werden, um einen Erkennung von Feuer und LNG- bzw. verschiedene Kommunikationsproto-
Online-Test der Ausrüstung durchzuführen, Erdgasleckagen. Das ESD-System basiert kolle wie MODBUS TCP/IP, OPC und
ohne die normale Produktion zu beein- auf dem Sicherheitssystem von ABB mit IEC 1042).
trächtigen, um eine Umgehung des Sig-
nals beim ersten Anfahren des Prozess-
systems abzuschalten und um eine Infobox 4 Hauptmerkmale des PLS
Umgehung an der ESD-Schnittstelle
durchzuführen, wenn der Schalter durch
die Umgehung in die zulässige Stellung 1. Echtzeitüberwachung von Prozesspara- Management der Produktionsinforma-
gesetzt werden kann. metern wie Druck, Flüssigkeitsstand, tionen der gesamten Empfangsstation:
Temperatur und Durchfluss
2. Dynamische Anzeige des Produktionsab- Datenerfassungssystem des Lagertanks
laufs an der Empfangsstation, wichtiger Verdichter für das Boil-Off-Gas (BOG)
Infobox 3 Hauptfunktionen des F&G-Systems
Prozessparameter und des Betriebszu- Schwingungsüberwachungssystem für
1. Erfassung und Anzeige der Betriebs- stands der Ausrüstung die Pumpe im Tank und die Hochdruck-
zustände von Gas- und Feuermeldern 3. Alarmierung bei anormalen Betriebszu- pumpe
2. Erkennung von LNG-Leckagen und ständen, Ausdrucken des Alarms für das SCADA-System der Export-Pipeline
Ausgabe von akustischen und visuellen Protokoll und Speicherung wichtiger Para- Kaianlegesystem
Alarmen für den jeweiligen anormalen meter Schiff-Land-Kommunikation
Zustand 4. Bereitstellung einer Möglichkeit zur Ein- Power-Management-System
3. Erfassung und Anzeige der Betriebs- stellung und Veränderung von Prozess- Erdgas-Analysengerät
zustände von Brandbekämpfungs- und steuerungsparametern und Fernsteuerung Steuerungssystem für die Beladung
Hilfseinrichtungen von Geräten wie Ventilen und Pumpen von Tankfahrzeugen
4. Ausführung der Logik für die Notab-
5. Überwachung der Anlandung, Lagerung Elektrochlor-System
schaltung und Anzeige entsprechender
und Gasifizierung von LNG sowie des Meerwasser-System
Alarmsignale
Exports und der Messung von Erdgas Abrechnungszählersystem
5. Verknüpfung von Brandbekämpfungs-
6. Sicherung der Echtzeitkommunikation mit ESD-System
einrichtungen
den folgenden Systemen für ein zentrales F&G-System
6. Ausgabe eines Nothaltsignals an das
ESD-System
14 ABB Technik 3/2009Lenkung des Gasflusses
Energie und Umwelt
Integriertes Dispatching-System des Empfangsterminals und der Gaslei- plan für die nachgelagerten Verbrau-
Das SCADA-System übernimmt die tungen zu überwachen. Gleichzeitig cher. Daraufhin übernimmt das System
Datenerfassung und Steuerung der Ent- kann das SCADA-System den täglichen, den Dispatch und die Steuerung der
nahmestationen sowie die Fernsteue- wöchentlichen, monatlichen und jähr- Exportmenge vom Empfangsterminal
rung der Ventilstationen der Gasfern- lichen Gaslieferplan für die nachgelager- entsprechend dem Druck auf der
leitung. Außerdem übernimmt es die ten Verbraucher sowie den Transport- Eingangsseite, den Exporten in die
wichtigsten Prozessparameter des plan für die vorgelagerten LNG-Trans- Gasfernleitung und der vorhandenen
Empfangsterminals sowie Daten, die portschiffe über Webserver abrufen. Gasmenge in der Fernleitung.
vom PLS bereitgestellt werden, wie der Diese Daten werden zusammen mit
Füllstand im Lagertank und die für die Informationen über die Exportmenge Bei der Steuerung des kombinierten
Verladung auf Lkw vorgesehene Export- jeder Entnahmestation an das PLS über- Dispatchings prüft der PLS-Controller
menge. Diese Daten werden über mittelt. Geschützt durch eine Firewall zuerst, ob der Exportdruck innerhalb
Standardprotokolle wie OPC oder können sich berechtigte Benutzer über des erforderlichen Bereichs liegt. Ist der
MODBUS TCP/IP kommuniziert. Das das Internet beim Webserver anmelden
SCADA-System betrachtet das PLS eben- und den Nominierungsplan für die Gas-
Fußnote
falls als eine „Entnahmestation“ und lieferungen ändern. Die kombinierte 2)
Das MODBUS-Protokoll wurde 1979 von Modicon
ermöglicht so eine Überwachung der Dispatching-Funktion des PLS liefert
entwickelt und ist ein Protokoll für die Master-Slave/
Produktionsabläufe des Empfangstermi- eine Prognose für den Transport und Client-Server-Kommunikation zwischen intelligenten
nals in Echtzeit und bietet Benutzern die Verteilung des Erdgases nach dem Geräten. TCP/IP steht für „Transmission Control
über den Webserver die Möglichkeit, Flüssigkeitsstand im Lagertank, dem Protocol/Internet Protocol“ und OPC für „OLE for
die Produktions- und Betriebszustände LNG-Transportplan und dem Gasliefer- Process Control“.
Infobox 5 Eigenschaften des ABB System 800xA
Das System 800xA von ABB ist ein leistungs- bus und bietet ein komfortables Designtool, Sichere Speicherung und Zugriff auf
starkes Leitsystem mit einer einfachen, das alle Aspekte von der Netzwerktopologie bis historische Daten
optisch ansprechenden Benutzerschnittstel- zu den Feldgeräten einschließlich Gerätepara- Fehlertolerante und dezentrale Datenkonfigu-
le. Es bietet eine flexible, verteilte Enginee- metrisierung, Applikationsplanung, Probelauf rationen sorgen für eine zuverlässige Spei-
ring-Umgebung für Engineering- und Design- und detaillierte Diagnosefunktionen umfasst. cherung und Verfügbarkeit der Daten, die
aufgaben, die Konfiguration von Automatisie- durch eingeschränkte Zugriffsrechte und
rungsstrategien, Prozessvisualisierung, Infor- Massendatenverwaltung Offline-Speicherung geschützt sind. Die
mationsmanagement, Ressourcenoptimie- Mithilfe von Microsoft Excel® und Excel-Add-Ins Daten erfüllen die Anforderungen an elektro-
rung und die Integration von Feldgeräten. ermöglicht die Massendatenverwaltung von nische Aufzeichnungen und liefern eine
System 800xA den automatischen Import von zuverlässige Grundlage für Entscheidungen.
Grafisches Funktionsdesign externen Daten wie Signallisten, Label-Bezeich-
Dank des grafischen Funktionsdesigns von nungen oder Dokumenten. Außerdem können Integrierte Administration und
System 800xA können Ingenieure wirklich die Systemdaten jederzeit zur Validierung oder Konfiguration
Ingenieure bleiben und müssen nicht zu Modifizierung exportiert werden. Die eingebetteten Historienfunktionen nutzen
Programmierern werden. Durch die automa- die integrierte Systemkonfiguration und
tische Erstellung von Prozessgrafiken werden Berichterstellung und -verteilung Administration. Dadurch ist ein Änderungs-
Projekte erheblich einfacher und praktikabler. System 800xA bietet verschiedene flexible management von einem einzigen Punkt aus
Da das Design funktionsbasiert ist, kann ein Reportfunktionen mit bekannten, benutzer- möglich und Inkonsistenzen zwischen meh-
Design auch ohne ein tiefgehendes Verständ- freundlichen Formaten. Die Reports erfüllen reren Datenbanken werden ebenso vermie-
nis des Controllers und der E/As erstellt nicht nur die Dokumentationsanforderungen den wie doppelter Engineering-Aufwand.
werden. Darüber hinaus bietet System 800xA der Anlagen und Aufsichtsbehörden, sondern
Funktionen zur Online-Überwachung und dienen auch als leistungsstarkes Entschei- Chargenproduktion, Produktqualität und
-Abstimmung. dungsfindungs- und Planungswerkzeug zur Produktionszyklus
Verbesserung der Performance. Das System 800xA Batch Management bie-
Prozessvisualisierung tet hervorragende Funktionen für das Pro-
Interaktive Prozessgrafiken können mithilfe Fortschrittliche Datenumwandlung duktionsmanagement, die Chargensteuerung
vordefinierter Elemente und Symbole aus der Benutzerdefinierte Datenstrukturen und und die Verfahrenssteuerung und hilft dabei,
umfangreichen Bibliothek von System 800xA Berechnungen bieten leistungsstarke, wieder- die Sicherheit, Zuverlässigkeit und die
bequem angepasst werden. Darüber hinaus verwendbare Algorithmen und Programme zur Einhaltung von Spezifikationen zu gewähr-
werden Bitmaps, Fotos und grafische Ele- Umwandlung der Rohdaten in Informationen leisten. Dies ermöglicht eine schnelle und
mente von Drittanbietern unterstützt. wie Leistungskennzahlen (KPI) oder Material- flexible Reak-tion auf steigende Produktan-
eigenschaften. Auch eine leistungsstarke forderungen bei gleichzeitiger Reduzierung
Gerätemanagement Automatisierungsunterstützung ist möglich. der Betriebskosten und Produktionsausfälle
Das Gerätemanagement unterstützt die Pro- Außerdem können die Datenstrukturen zur Ein- und verschafft dem Nutzer so einen langfris-
tokolle HART (Highway Addressable Remote bindung externer Daten in das System genutzt tigen Wettbewerbsvorteil.
Transducer), Foundation Fieldbus und Profi- werden.
ABB Technik 3/2009 15Lenkung des Gasflusses
Energie und Umwelt
Druck zu hoch (ca. 90 % des maxima- werden. Ist das Motor Control Center Durch die umfassende Nutzung moder-
len Werts) wird der Export reduziert. (MCC) zur Steuerung der Niederdruck-, ner Automatisierungs- und Informations-
Übersteigt der Druck den Maximalwert, Hochdruck und Meerwasserpumpen verarbeitungstechnologie zur Integration
führt das ESD-System eine Notabschal- nicht in der Lage, die Anforderungen verschiedener, aber zusammengehöriger
tung des Exports aus. Ist der Druck hin- der Steuerungslogik zu erfüllen, gibt der Steuerungssysteme für den Produktions-
gegen zu niedrig (ca. 110 % des mini- PLS-Controller automatisch einen Alarm prozess ist es dem Fujian-Projekt gelun-
malen Werts), erhöht das System den aus, der das Bedienpersonal dazu auf- gen, einen effizienten kombinierten
Export und signalisiert einen Alarm. fordert, auf manuellen Betrieb umzu- Dispatching-Prozess für den LNG-Emp-
schalten. fang und den Erdgasexport zu realisie-
Der PLS-Controller berechnet umgehend ren. Das SCADA-Vantage-System und
die Differenz zwischen der Abgabemenge Mit Bezug auf den Transportplan der System 800xA von ABB ermöglichen
des Empfangsterminals und der Gesamt- LNG-Tanker beurteilt das integrierte eine effizientere Steuerung des Gas-
abgabe der verschiedenen Entnahme- Dispatching-System, ob die vorhandene flusses und helfen dabei, betriebliche
stationen. Außerdem schätzt er die vor- LNG-Menge ausreicht, um die geplante Fehleinschätzungen zu verhindern, den
handene Gasmenge in der Fernleitung Exportmenge für die Gasfernleitung kombinierten Dispatch zwischen dem
und bestimmt unter Berücksichtigung über den Prognosezeitraum bis zum LNG-Empfangsterminal und der Gas-
des Gaslieferplans der vorherigen zwei Entladen des LNG-Tankers zu decken. fernleitung zu koordinieren und somit
Stunden, ob die vorhandene Export- Ist dies nicht der Fall, gibt das System die Fähigkeiten des Unternehmens im
menge plus der Gasmenge in der Lei- einen Alarm aus, der das Bedienpersonal Hinblick auf Produktion, Betrieb und
tung ausreicht, um den Bedarf über daran erinnert, den Gasverbrauchsplan Management insgesamt zu verbessern.
die nächsten zwei Stunden zu decken. durch Verhandlungen mit den nachge-
Sollte der prognostizierte Bedarf die lagerten Verbrauchern anzupassen.
erwartete Exportmenge übersteigen, Außerdem prüft das System, ob im
initiiert der PLS-Controller eine Erhöhung LNG-Tank genügend Kapazität vorhan-
des Exports. den ist, um die Ladung des Tankers auf-
zunehmen. Sollte dies nicht der Fall
sein, wird ein Alarm ausgegeben, der
Die Systeme von ABB das Bedienpersonal daran erinnert, mit
ermöglichen eine den nachgelagerten Verbrauchern eine
effizientere Steuerung Anpassung des Lieferplans abzustimmen
oder die Liefermenge auf andere Weise
des Gasflusses und helfen (z. B. durch den Transport mit Tank-
dabei, Fehleinschätzungen wagen) zu erhöhen, sodass im Lager-
tank entsprechende Kapazitäten zur
zu verhindern und den Aufnahme der geplanten LNG-Lieferung
Dispatch zwischen dem geschaffen werden.
LNG-Empfangsterminal
Das Leitsystem
und der Gasfernleitung Die Haupteigenschaften des Leitsystems
zu koordinieren. sind in Infobox 5 aufgeführt. Die Hauptleit-
stelle kommuniziert mit dem Leitsystem
Bei der Bestimmung, ob der Export zu am Empfangsterminal und der Leitstelle
erhöhen oder zu reduzieren ist, prüft für die Entnahmestationen. Letztere
das System zuerst, ob es gemäß dem überwacht mehrere Entnahmestationen Zhimei Feng
Gaslieferplan in den letzten zwei Stunden und Ventilstationen. Die Sicherheit des ABB Process Automation
große Schwankungen im Gasverbrauch Systems wird durch die redundante Beijing, China
gegeben hat. Liegen die Schwankungen Ausführung der Server, Controller und zhimei.feng@cn.abb.com
innerhalb der maximalen Exportmenge Netzwerke gewährleistet.
eines Hochdruckpumpensatzes, reicht Fei Wang
ein Anfahren bzw. Abschalten dieser Optimierung Xiaoxing Bi
Pumpen aus. Sind die Schwankungen In der Fujian LNG-Anlage wurde die CNOOC Fujian LNG Company
hingegen größer als die maximale erste LNG-Lieferung bereits erfolgreich Fujian, China
Exportmenge dieses Pumpensatzes, abgewickelt. Durch die optimierte wangfei@cnooc.com.cn
müssen je nach Größe der Schwankung Steuerungslösung können mehrere bixx@cnooc.com.cn
zwei oder auch drei Hochdruckpumpen- Millionen US-Dollar bei der monatlichen
sätze angefahren bzw. abgeschaltet Versorgung mit LNG eingespart werden. Weiterführende Literatur
Yudong, W. (2007): „The principle and process for
werden. Bei der Erhöhung bzw. Redu- Mit dem Erdgas werden Stationen in
natural gas conditioning“. China Petrochemical Press.
zierung der Exportmenge muss auch Putian, Hui’an, Quanzhou und Honglu Kuichang, G. (2008): ): „The application and safety of
der Betrieb anderer Prozessausrüstun- versorgt, und die daran angeschlosse- liquefied natural gas (LNG)“. China Petrochemical Press.
gen wie Niederdruckpumpen und Meer- nen Verbraucher nutzen bereits das Erd- ABB System 800xA Technical Manual
wasserpumpen entsprechend angepasst gas aus dem Fujian LNG-Projekt. ABB SCADA Version Technical Manual
16 ABB Technik 3/2009Sie können auch lesen
