Ein funktionaler Baukasten deckt sowohl die Ex- als auch Nicht-Ex-Bereiche wirtschaftlich ab. Im Schaltschrank sind nur die Prozesse mit Ex-I/O-Modulen aus der Produktfamilie Axioline ausgestattet, in denen der Ex-Schutz tatsächlich benötigt wird. Z. B. werden im HyRunner Eingangskarten für die Ventile der Wasserstoffleitungen eingesetzt. Mit ihnen lassen sich die Signale direkt auf die entsprechend zertifizierten I/O-Module verdrahten. Separate Ex-Barrieren sind folglich überflüssig bzw. werden nur dort eingesetzt, wo aufgrund sehr weniger Signaltypen keine separaten I/O-Module wirtschaftlich wären. Das spart wertvollen Platz und senkt die Kosten. Außerhalb der Ex-Zone ist das Standard-I/O-Portfolio aus dem Axioline-Baukasten ausreichend, ohne dass funktionale Einschränkungen für ein durchgängiges Gesamtsystem entstehen.
Intelligente Sektorenkopplung in Bremerhaven In der HY.City.Bremerhaven wurde eine komplette Wertschöpfungskette für grünen Wasserstoff realisiert. Innovative Automatisierungstechnik sorgt für eine zuverlässige Sektorenkopplung und sichere Fernanbindung.
Kundenprofil
Leuchtturmprojekt für grünen Wasserstoff in der HY.City.Bremerhaven
Die Produktion von grünem Wasserstoff ist Teil des regionalen Wasserstoff-Ökosystems von HY.City.Bremerhaven. Das Projekt gilt als Leuchtturm beim Umstieg von fossilen Kraftstoffen auf regenerative Treibstoffe. GP Joule, ein Systemanbieter für integrierte Energielösungen, fungiert als Generalunternehmer für das grüne Wasserstoffprojekt der HY.City.Bremerhaven GmbH & Co. KG. Dabei hat GP Joule eine komplette Wertschöpfungskette für grünen Wasserstoff umgesetzt. Sie beginnt mit der Elektrolyse als Schlüsseltechnologie und umfasst die Verdichtung und das Speichern in mobilen Tankwagen. Außerdem gehören dazu eine Tankstelle und passende Brennstoffzellen-Busse für den ÖPNV. Einzig die Windenergieanlage stand bereits im Gewerbegebiet am Grauwallring. Die Anlage dient als Energielieferant für den Elektrolyseur.
Herausforderung
Optimale Energieversorgung
Gesucht werden Lösungen, die die passende Energieart in der benötigten Menge am optimalen Ort zur richtigen Zeit bereitstellen. GP Joule hat mit dem HyRunner einen mobilen Speicher entwickelt, der den intelligenten Wasserstofftransport vom Elektrolysestandort zur Tankstelle oder zu Industriekunden ermöglicht. Ein zentraler Bestandteil in der Prozesskette sind die Wasserstofftrailer. Die Fahrzeuge beinhalten umfangreiche Steuerungs- und Schnittstellenintelligenz. Dabei sollte sichergestellt sein, dass die Risikobewertung in Bezug auf den Explosionsschutz nicht die gesamte Automatisierung auf teure Ex-Komponenten beschränkt. Zudem müssen anfallende Daten in eine Cloud übertragen, gespeichert und vielfältig genutzt werden können.
Die Wasserstoff-Tankstelle versorgt autark den wasserstoffbasierten öffentlichen Personennahverkehr in Bremerhaven. Aus Sicht der Digitalisierung muss der HyRunner sich nahtlos in die digitale Prozesskette einfügen. Darüber hinaus muss die technische Ausstattung der Datenlogistik für eine hohe Verfügbarkeit sorgen.
Lösung
Mit innovativer Automatisierungstechnik zu einer intelligenten Sektorenkopplung
Erfahren Sie in dem Video mehr über unsere Lösung zur Standortsteuerung der Wasserstoffproduktion sowie zur Steuerung der intelligenten Wasserstofftrailer.
Für die Übertragung in die Cloud sorgt ein im Schaltschrank verbauter industrieller Mobilfunk-Router der Baureihe TC Router 3002T-4G. Die notwendige IT- und OT-Sicherheit stellt der Router TC MGUARD RS4000 bereit. Dank dieser Ausstattung kann der straßentaugliche Speicher eigenständig und sicher mit der Cloud kommunizieren. Zudem ermöglicht er in Abstimmung mit den vorgelagerten Elektrolyse- und Speicherprozessen ein zeiteffizientes Tanken. Z. B. werden Füllmengen ermittelt, Ventile gesteuert und per GPS verfolgt, wo sich der Trailer gerade befindet. Ergänzt werden die Funktionen durch ein in die Steuerung PLCnext Control integriertes System zur bestimmungskonformen Abrechnung des gelieferten Wasserstoffs.
Am Standort der Elektrolyseure wird PLCnext Control als oberste Steuerungsinstanz eingesetzt. Die sogenannte Standortsteuerung erfasst sämtliche Betriebsdaten der Prozesskette von der Elektrolyse bis zum Tankanhänger. Über den Router TC MGUARD und eine Antenne werden diese Daten kabellos an eine zentrale Auswerteeinheit weitergeleitet.
Für die Ausfallsicherheit sorgen zwei Spannungsversorgungen vom Typ QUINT4-PS in Kombination mit einem Redundanzmodul der Produktfamilie QUINT O-Ring. Unterstützt wird die Lösung durch fünf Batteriemodule, die zusammen mit einer QUINT4-UPS eine unterbrechungsfreie Stromversorgung bilden. Auf diese Weise lassen sich kurzzeitige Stromausfälle überbrücken oder die komplette Anlage im Fall einer Störung kontrolliert herunterfahren. Dadurch wird verhindert, dass die Anlage aufgrund der hohen Reaktionsfähigkeit von Wasserstoff einen kritischen Zustand erreicht. Auch die beiden Steuereinheiten ergeben über das Konzept der applikativen Systemredundanz (ASR) ein hochverfügbares Redundanzpaar. Abgerundet wird die Verfügbarkeitslösung durch das Netzwerk. Dies verbindet die einzelnen Teilmodule des Standorts miteinander und erweist sich aufgrund seiner Ringstruktur als ausfallsicher gegenüber einzelnen Fehlern.
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Fazit
Maximale Verfügbarkeit und Sicherheit in der Wasserstoffinfrastruktur
Die Wasserstoffproduktion und Tankinfrastruktur gehören zum Kernkonzept von GP Joule. Die Standorte sind dafür mit eigenständiger Steuerungstechnik ausgerüstet, autark automatisiert und in der Lage, mit der übergeordneten Cloudintelligenz von GP Joule beidseitig zu kommunizieren. Für maximale Verfügbarkeit wurde eine redundante Steuerungshardware implementiert, die durch die smarte Software-Lösung ASR (Applicative System Redundancy) koordiniert wird. Angesichts zunehmender Gefahr von Cyber-Angriffen wurden umfassende Security-Lösungen bereitgestellt. Der Einsatz von MGUARD-Fernwartungsroutern sorgt für eine sichere Kommunikation innerhalb des Wasserstoff-Ecosystems. Die Wasserstofftrailer spielen eine zentrale Rolle als mobile Speicher- und Transporttanks. Mit einem funktionalen Baukasten, der Ex- und Nicht-Ex-Bereiche abdeckt, wurde der Explosionsschutz wirtschaftlich umgesetzt.
Dieses Projekt zeigt eindrucksvoll, dass schon heute Lösungen und Technologien zur Verfügung stehen, um eine All Electric Society zu verwirklichen.