Drahtlose Kommunikation im RWE-Kraftwerk Westfalen

Einfache und wirtschaftliche Anbindung entfernter Messstellen

Der Kühlturm des RWE-Kraftwerks Westfalen in Hamm-Uentrup

Der Kühlturm des RWE-Kraftwerks Westfalen in Hamm-Uentrup

In ausgedehnten Infrastruktur-Anlagen müssen häufig Daten von den entfernt gelegenen Außenstationen an die Leitzentrale übermittelt werden. Das RWE-Großkraftwerk Westfalen setzt zu diesem Zweck das industrietaugliche Funksystem Radioline von Phoenix Contact ein. So lassen sich die zur Dokumentation aufgenommenen Messwerte einfach und wirtschaftlich an das Leitsystem übertragen.

Applikation

RWE zählt zu den größten Stromerzeugern in Deutschland. Der Konzern nimmt auch bei der Gewinnung von Energierohstoffen eine führende Stellung ein. Eines der zahlreichen von RWE betriebenen Kraftwerke liegt in der Lippe-Aue östlich des Stadtbezirks Hamm-Uentrop. Das Großkraftwerk Westfalen bezieht seinen Hauptbrennstoff Steinkohle über den Datteln-Hamm-Kanal. Die Kohle kommt dabei nicht nur aus dem angrenzenden Ruhrgebiet und der Saar, sondern auch aus Osteuropa und Übersee. 
Seit einigen Jahren nutzt das Kraftwerk darüber hinaus Klärschlamm und Ersatzbrennstoffe, um die Feuerungswärmeleistung zu erzeugen. Außerdem werden Gas und Koks aus der angeschlossenen Pyrolyse-Anlage verwendet, die beispielsweise Altkunststoffe und Sortierreste verschwelt. 
Das Multifunktions-Kraftwerk schafft somit neben der Stromerzeugung einen umweltfreundlichen Zusatznutzen.

Von den ursprünglich drei Blöcken ist derzeit lediglich Block C mit einer Nettoleistung von 284 Megawatt in Betrieb. Block A und B wurden im Februar 2011 dauerhaft abgeschaltet. Für sie errichtet RWE zwei neue Steinkohleblöcke mit einer Gesamtleistung von rund 1600 Megawatt. Als modernste Anlagen ihrer Art können die Blöcke D und E nach ihrer Fertigstellung etwa 3,2 Millionen Haushalte mit Strom versorgen. Aufgrund ihres Nettowirkungsgrads von 46 Prozent reduzieren sie die CO2-Emissionen gegenüber Altanlagen um 2,5 Millionen Tonnen pro Jahr. Ferner kann das Kraftwerk Westfalen später mit einer CO2-Rauchgaswäsche nachgerüstet werden, mit der sich das Kohlendioxid nach der Verbrennung abtrennen und speichern lässt.

Lösung

Entfernung zwischen Messstellen und den Kraftwerksgebäuden beträgt bis zu einem Kilometer

Entfernung zwischen Messstellen und den Kraftwerksgebäuden beträgt bis zu einem Kilometer

Umfassende Dokumentationspflicht des Wasserzu- und Abflusses

Neben dem Neubau und vielen weiteren Projekten standen die Verantwortlichen vor der Herausforderung, die im Außenbereich des Kraftwerks Westfalen gelegenen Temperatur- und Pegelmessstellen an das zentrale Leitsystem anzubinden. Dies vor dem Hintergrund, weil im Rahmen des Kühlprozesses aus dem angrenzenden Fluss Lippe Wasser entnommen wird, um die Verdunstungsverluste bei der Wärmeableitung über die Kühltürme auszugleichen. Zudem wird ein Teil des Kühlturmwassers zusammen mit dem gereinigten Abwasser der Rauchgas-Entschwefelungsanlagen (REA) in die Lippe eingeleitet. Daher muss der Kraftwerks-Betreiber den Zu- und Abfluss des Kühlwassers gegenüber den Behörden in Form von Pegel- und Temperaturmessungen dokumentieren. 
Zu diesem Zweck sind entsprechende Messstellen am Fluss eingerichtet worden, deren Signale zentral in der Leittechnik erfasst und archiviert werden. Die kommunikative Anbindung der weit von den zentralen Gebäuden entfernt gelegenen Einrichtungen war eine Aufgabe. Darüber hinaus musste die in den meist autark aufgebauten Stationen installierte Mess- und Übertragungstechnik mit Energie beliefert werden.

Energieautarke Pegel- und Temperaturmessstelle direkt am Fluss Lippe

Energieautarke Pegel- und Temperaturmessstelle direkt am Fluss Lippe

Autarke Energieversorgung durch eine Photovoltaik-Anlage

Zwei der Temperaturmessstellen befinden sich direkt am Ein- und Auslauf des Kühlwassers in die Lippe. Mitten in der Natur fehlt hier natürlich die notwendige Infrastruktur, will heißen es gibt weder eine Stromversorgung noch eine Kabelanbindung an die Kraftwerks-gebäude. Da das Verlegen von Leitungen aufwändig und teuer ist, haben sich die Verantwortlichen von RWE für eine drahtlose Ankopplung der Stationen über das Radioline-Funksystem von Phoenix Contact entschieden. Der Temperatursensor, der an beiden Messstellen im Fluss angebracht ist, und die Funkkomponenten erhalten die erforderliche Energie durch eine autarke Photovoltaik-Anlage von Phoenix Contact, die genau für die jeweils benötigte Leistung ausgelegt wird. Der vorver-drahtete Schaltkasten der Photovoltaik-Anlage umfasst dabei einen Solar-Lageregler, Solarbatterien, Sicherungen, Reihenklemmen sowie einen Überspannungsschutz.

Funkverbindung erstreckt sich vom Gebäude des Kraftwerks bis zum Fluss Lippe

Funkverbindung erstreckt sich vom Gebäude des Kraftwerks bis zum Fluss Lippe

Neben den beiden genannten wurde an einer weiteren Stelle eine Pegelmessung an der Lippe installiert. Hier liegt eine Spannungs-versorgung vor, weshalb lediglich die funkbasierte Datenverbindung zum Leitsystem umzusetzen war. Alle Messstellen müssen eine bis 
zu 1000 Meter lange Distanz bis zu dem Kraftwerksgebäude überbrücken, in dem die Ankopplung an das Leitsystem erfolgt. Zwischen den auf den Messstellen und auf dem Gebäudedach montierten Antennen erstreckt sich eine Wiese mit freier Sicht.

Einfache Installation und Inbetriebnahme des Funksystems

Das Radioline-System unterstützt den Aufbau eines vermaschten Netzwerks mit maximal 250 Funkmodulen. In diesem Netzwerk kann jedes Wireless-Gerät als Repeater arbeiten und somit Daten an die übrigen Teilnehmer weiterleiten. Dies ist die Grundlage für eine selbstheilende Lösung. Sollte also ein direkter Kommunikationspfad gestört sein, sucht sich das Funksystem automatisch eine alternative Verbindung über ein anderes im Netzwerk funkendes Radioline-Modul. Der Einsatz von robusten 6-dBi-Rundstrahlantennen an sämtlichen Wireless-Komponenten sorgt für ein stabiles Funksignal zwischen den Stationen. Dem Kraftwerk steht somit eine zuverlässige industrietaugliche Kommunikationslösung zur Verfügung.

Einfache Verteilung der I/O-Signale über das IO-Mapping in der Anlage

Einfache Verteilung der I/O-Signale über das IO-Mapping in der Anlage

Als langjähriger Lieferant von RWE hat die in Bergheim ansässige 
PBE Esser GmbH die Installation und Inbetriebnahme der vorkonfektionierten Komponenten übernommen. Diese gestaltete sich sowohl für das Radioline-System als auch die Photovoltaik-Anlage einfach. Die entfernten Messstellen übertragen nun analoge Temperatur- und Pegelsignale sowie digitale Störmeldungen an das Leitsystem. Die Funklösung ermöglicht folglich einen wirtschaftlichen Kabelersatz für die I/O-Signale. Über das so genannte I/O-Mapping werden die Daten ohne Software-Unterstützung nur durch Betätigen eines weißen Rändelrads im Funknetzwerk verteilt. Um das Eingangs- mit dem Ausgangsmodul zu verbinden, stellt der Anwender dazu an beiden Modulen lediglich die gleiche I/O-Map-Adresse – beispielsweise "23" – ein und zieht damit ein "drahtloses" Kabel zwischen den Stationen.

Grüne Funkmodule der Produktfamilie Radioline übertragen die Signale an die befindliche Gegenstelle

Grüne Funkmodule der Produktfamilie Radioline übertragen die Signale an die befindliche Gegenstelle

Zuverlässige Signalübertragung über große Distanzen

Das Radioline-System besteht aus einem Funkmodul, an das bis zu 32 I/O-Erweiterungsmodule angereiht werden können. Die Ein- und Ausgabemodule, die sich im laufenden Betrieb installieren lassen, verfügen teilweise über eine hochwertige galvanische Kanal-zu-Kanal-Trennung. Im Kraftwerk Westfalen sind jeweils analoge 
und digitale Eingangskomponenten im Schaltkasten an der Messstelle nahe der Lippe verbaut. Die entsprechenden Ausgangsmodule befinden sich auf dem Dach eines Kraftwerks-gebäudes. Alle aufgenommenen Signale werden automatisch 
eins zu eins über das Funksystem kommuniziert; ein analoges 8-mA-Eingangssignal wird also auch mit 8 mA am Ausgang ausgegeben. Im Kraftwerk sind die Signale auf die jeweiligen Eingangskarten des Leitsystems verdrahtet. Programmieraufwand entsteht somit nur hier, um die Daten entsprechend darzustellen und zu archivieren.

Die Funkmodule der Produktfamilie Radioline basieren auf der von Phoenix Contact entwickelten Version 2.0 der Trusted-Wireless-Technologie. Das lizenzfrei im 2,4-GHz-Frequenzband arbeitende Wireless-Verfahren zeichnet sich neben der hohen Robustheit und Zuverlässigkeit durch die große überbrückbare Reichweite aus, die bei freier Sicht mehrere Kilometer betragen kann. Außerdem entstehen dem Anwender aus der Nutzung der Technik weder zusätzliche noch laufende Kosten.

Fazit

Durch den Einsatz des Radioline-Funksystems und der autarken Spannungsversorgung über eine Photovoltaik-Anlage haben die Verantwortlichen des Kraftwerks Westfalen Zeit und Geld gespart. Denn zur Weiterleitung der dokumentationspflichtigen Temperatur- und Pegelwerte der entfernt an der Lippe gelegenen Messstationen müssen keine Leitungen verlegt werden. Mit der einfach handhabbaren, flexiblen und robusten Lösung lassen sich auch zukünftige Außenbauwerke schnell und problemlos an das Leitsystem ankoppeln.

PHOENIX CONTACT
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