Automatisierungstechnik

Kontrollsystem für Multi-Megawatt-Energiespeicher

Großbatteriehersteller zapft Siemens an, um mit durchgängigen Lösungen und Expertise Kosten zu sparen und Markteinführungszeit zu reduzieren

Die Herausforderung war ein umfassendes und hochskalierbares automatisiertes Kontrollsystem für Multi-Megawatt-Energiespeicher in minimaler Entwicklungszeit und mit minimalen Kosten für eine schnelle Markteinführung zu entwickeln.

Während sich das Thema intelligente Stromnetze (Smart Grid) aktuell in Richtung Verteilinfrastruktur für Wechselstrom, mit immer mehr Sensorik, Interaktivität und Transaktionsfähigkeiten entwickelt, feiert eine 150 Jahre alte Gleichstrom-Technologie ihr Comeback: Die Nassbatterie – die heute auf der Grundlage hochentwickelter chemischer Prozesse entworfen, konstruiert und hergestellt wird, um Kapazitäten für Multimegawatt-Bereiche zu liefern und obendrein noch mit vielen Zusatzfunktionen ausgestattet ist.
Einer der weltweit führenden Anbieter solcher Lösungen zur Energiespeicherung ist UniEnergy Technologies (UET), ein kleines, aber wachsendes Unternehmen, das im Jahr 2012 gegründet wurde. In seiner Fertigungsanlage in der Nähe von Seattle, wo auch der Hauptsitz des Unternehmens liegt, wird das Uni.System™ hergestellt. Uni.System™ ist eine hoch skalierbare Energiespeicherlösung der nächsten Generation für Energieversorgungsunternehmen, Gewerbe und Industrie sowie für Mikro-Stromnetze und andere Anwendungen. Das gesamte System findet in einem 6 Meter großen Standard-Container Platz.

UniEnergy Technologies (UET) energy-storage solutions


Die modulare Architektur ermöglicht den Kunden, je nach Bedarf die Kapazität der Batterien jederzeit zu erweitern. Dank Plug-and-Play ist das so einfach wie heutzutage die Datenspeichererweiterung eines Computers. Das Uni.System kann als Zwischenspeicher bei der Erzeugung großer Energiemengen und einer nachhaltigen Energienutzung fungieren, da es nahezu sofort und für unterschiedliche Zeiträume Energie bereitstellen kann.

Laut David Ridley, Leiter der Abteilung Elektrotechnik bei UET, hatte das Unternehmen bei der Entwicklung des Uni.System zahlreiche Herausforderungen zu bewältigen. „Wir mussten eine Steuerungsarchitektur entwickeln, die genau so skalierbar und erweiterbar ist wie unser Produkt selbst“, erläutert Ridley. „So können unsere Kunden problemlos je nach Bedarf die Kapazität der Batterien um ein Megawatt erweitern. Unsere Steuerungen sollten so einfach zu skalieren sein, dass wir, wenn wir dem Kunden einen weiteren Container liefern und ihn anschließen, in unserer Software den Zähler nur um ein Megawatt erhöhen, und schon kann der Kunde mit dem neuen Container in Betrieb gehen.“ Einfachheit und Zuverlässigkeit waren sowohl für die Kunden als auch für die UET wichtig.
Weitere Ziele bei der Entwicklung des Uni.System waren geringe Herstellungskosten und ein modularer Aufbau. Laut Ridley war das auch der Grund dafür, dass sich das Unternehmen für die 6 Meter Standard-Container entschieden hat. „Die Container sind als vorgefertigte Artikel erhältlich, damit sparen wir Kosten bei der Materialbeschaffung und bei der Herstellung“, so Ridley. „Zudem sind sie stapelbar und leicht über verschiedene Logistikwege, sei es per LKW, Bahn oder Schiff, zu transportieren."

Lösung

Neben SIMATIC WinCC Open Architecture (WinCC OA) zogen Ridley und sein Team auch andere führende Softwarenbieter in Erwägung. Letztendlich entschieden sie sich aber aus mehreren Gründen für WinCC OA - einer dieser Gründe ist die vollständig objektorientierte Implementierung und Methodik.
„Was bei WinCC OA besonders herausstach, war die erweiterbare Architektur - in den meisten Fällen sogar während der Betriebszeit“, so Ridley. „Das zeigt, wie leistungsstark und flexibel eine SCADA-Lösung sein kann, wenn das gesamte Software-Paket auf objektorientierten Prinzipien basiert.“
„Dank der SCADA Software-Plattform WinCC OA können wir all die Protokolle, Treiber und alle Speicherverwaltungsfragen vergessen, die wir sonst hätten kodieren, dann kompilieren, auf Fehler überprüfen, erneut kompilieren usw. usw. müssen. So arbeiten wir mit einem kleinen, effizienten Team, das sich nur mit der Batterielogik beschäftigt. Genau das ist unser Mehrwert, nicht der ganze andere Aufwand.“
Ein weiterer großer Vorteil war, dass WinCC OA eine höchst skalierbare und verteilte Plattform ist, wie eine Reihe Vorzeigeprojekte deutlich beweisen. „UET möchte auf dem schnell wachsenden Energiespeichermarkt ein international führender Anbieter werden. Konkret geplant ist eine Produktionssteigerung auf über 100 MW pro Jahr. Unsere Demonstrationsprojekte beginnen in einem Bereich von 0,5 - 2 MW, typische Erneuerungs-/Erweiterungsprojekte werden aber in Bereichen von 5 - 20 MW liegen und große Ersatzprojekte die 50 MW überschreiten können. Hierfür brauchten wir eine Plattform, die dementsprechend skalierbar ist.“

Vorteile

Ridley schätzt, dass die UET durch WinCC OA ihre Markteinführungszeit halbieren und damit monatelange Entwicklungszeiten und bares Geld einsparen konnte. Der wahre Wert von WinCC OA zeigt sich aber nicht beim ersten Projekt, sondern vielmehr darin, dass der wiederkehrende Engineeringaufwand für Folgeprojekte entfällt.
„Jetzt besitzen wir ein Steuerungssystem, das für jeden Megawatt- und Megawattstundenbereich und spezielle Laufzeiten konfiguriert werden kann. Es ist nicht mehr nötig, manuell neue Datenpunkte oder Screens zu erstellen, neue Schnittstellen oder Warnfunktionen hinzuzufügen. All diese Aufgaben werden automatisch erledigt, da wir durch Programmierung das Hinzufügen von Batterien instanziieren können.“
Der zweite Grund für die zukünftige Senkung der Engineeringkosten durch den Einsatz von WinCC OA ist die Flexibilität des Systems. Das offene Konzept von WinCC OA ermöglicht die Einbindung vieler unterschiedlicher Komponenten. Von der Automatisierungsebene bis hin zur Betriebs- und Managementebene ermöglicht das System die Entwicklung fein abgestimmter Lösungen.
„Die offene Gestaltung von WinCC OA gibt mir die Sicherheit, dass wir jederzeit etwaige neue Schnittstellen, Features oder Standards, die der Kunde benötigt, in das System einbinden können. WinCC OA bietet eine zukunftssichere Lösung, die uns ganz sicher nicht in eine technische „Sackgasse“ führen wird.“