Verbesserung des Wasserkraftbetriebs mit digitalen Lösungen

Die Verbesserung der Effizienz ist eine klare und unkomplizierte Methode, die jedem Unternehmen zahlreiche Vorteile bringen kann, unabhängig davon, in welcher Branche es tätig ist. Selbst wenn ein Unternehmen eine stabile Marktposition innehat und sich nicht sonderlich um die Unternehmensleistung sorgt, kann die Implementierung betrieblicher Verbesserungen viele Vorteile bringen, vor allem für seine wichtigste Ressource — die Mitarbeiter.

Im Wasserkraftsektor gibt es eine Reihe von Faktoren, die den Wandel vorantreiben und die Betreiber dazu zwingen, nach Wegen zu suchen, um die Effizienz in Schlüsselbereichen zu verbessern: von täglichen betrieblichen Herausforderungen über Umsatzziele bis hin zur Einhaltung gesetzlicher Auflagen. Hinzu kommt, dass die Betreiber der Natur und ihren Launen ausgeliefert sind, die in den letzten Jahren viel stärker geworden sind und langfristige Auswirkungen auf die Umwelt, aber auch auf die Infrastruktur der Kraftwerke hatten.

Angesichts der Komplexität all dieser Einflussfaktoren und ihrer Vernetzung stehen Wasserkraftwerksbetreiber häufig vor der Herausforderung, mehrere, sich ständig ändernde Variablen abzuwägen, um die richtige Konfiguration und Ausgewogenheit zu finden, was zu besseren Geschäftsergebnissen führt, aber auch weniger Kopfschmerzen für alle Beteiligten bedeutet.

Zum Glück kommt hier die Technologie zur Hilfe. Das Beharren auf der Verwendung bewährter, 50 Jahre alter Spielregeln und Verfahren mag wie eine sichere Wahl für die Verwaltung eines Wasserkraftwerks erscheinen, aber angesichts des zunehmenden Drucks sowohl interner als auch externer Interessengruppen wenden sich viele Betreiber heute modernen technischen Lösungen zu, um betriebliche Spitzenleistungen zu erzielen.

In diesem Whitepaper werden wir versuchen, die zentrale Frage zu beantworten: Wie können Wasserkraftwerksbetreiber neue Effizienzniveaus erreichen und mehr Flexibilität mit vorhandenen Ressourcen erreichen, indem sie sich stärker auf Technologie und die damit verbundenen Vorteile verlassen.

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Bewältigung der Herausforderungen des Betriebsmanagements

Wenn Sie einen Wasserkraftwerksleiter fragen, was die Hauptursachen für seine Kopfschmerzen sind, würden einige Dinge auftauchen, aber die unbestrittenen Favoriten sind die täglichen Betriebs- und Wartungsprobleme (O&M). Betriebsleiter, die zwischen den komplexen und miteinander verflochtenen Realitäten der hydrologischen Unsicherheiten, der Kapazität und Bereitschaft der Anlagen und dem dynamischen Strommarkt jonglieren, entscheiden sich oft dafür, sich an bewährte Strategien und Techniken zu halten.

Obwohl es den Anschein hat, dass es besser ist, auf der sicheren Seite zu bleiben und bewährte Modelle und Pläne zu verwenden, lässt dieser Ansatz wenig oder gar keinen Raum für spürbare Verbesserungen der betrieblichen Effizienz oder Umsatzsteigerungen. Der Begriff „Das haben wir schon immer so gemacht“ verfolgt inzwischen viele Branchen (schauen Sie sich zum Beispiel die deutschen Autohersteller und ihren Niedergang in den letzten Jahren an). Es ist also nur eine Frage der Zeit, wann dieses Unheilsgespenst in der Wasserkraft sein Unwesen treiben wird.

Um den Anforderungen des Marktes und der Eigentümer gerecht zu werden, führen viele Wasserkraftbetreiber die Produktionsplanung auf wöchentlicher Basis durch, mit einem groben Jahresüberblick, um den Zeitplan für die Wartung der Anlagen festzulegen. Dies geschieht hauptsächlich mithilfe von Methoden und Tools, die vor fast einem halben Jahrhundert entwickelt wurden. Dabei werden historische Erfahrungen und ein begrenzter Datensatz zur Steuerung des Planungsprozesses verwendet.

Und in einer überwiegenden Anzahl von Fällen ignoriert dieser Prozess vorsätzlich mindestens einen, wenn nicht sogar mehrere der Schlüsselfaktoren — meistens sind die sich ändernden Preise auf dem Strommarkt nicht Teil der Planungsgleichung. Wenn Sie jedoch alle relevanten Faktoren in Ihre Planung einbeziehen und die Produktionsplanung aus einer etwas anderen Perspektive betrachten, könnten Sie zu ganz anderen Ergebnissen kommen.

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Ist der Sommer wirklich die beste Zeit für Wartungsarbeiten?

Zum Beispiel ist der logische Zeitpunkt für größere Wartungsarbeiten an Toren, Turbinen und Generatoren der Sommer, wenn der Wasserstand normalerweise niedriger ist. Aber wie wir in den letzten zehn Jahren beobachtet haben, kann der Strombedarf aufgrund der zunehmenden Hitzewellen in den Sommermonaten genau in diesem Zeitraum stark ansteigen. Wenn Sie sich als Planungsleiter nur auf frühere Erfahrungen und etablierte Routinen verlassen, anstatt von einem intelligenten System informiert zu werden, das auf Wetterdaten und Preisänderungen basiert, könnten Ihnen viele Einnahmen entgehen.

Außerdem ist es nützlich, den Wasserfluss und den bevorstehenden Wasserwert nur auf der Grundlage der lokalen Wettervorhersage und der erwarteten Niederschläge in den nächsten 24 bis 48 Stunden vorherzusagen, aber nicht genau genug. Bei dieser vereinfachten Methode werden Umgebungsfaktoren wie die Trockenheit des Bodens rund um den Fluss, die Lufttemperatur und die damit verbundene Verdunstung von Niederschlägen sowie viele andere Faktoren, die den Wasserstand in den kommenden Tagen beeinflussen werden, nicht berücksichtigt.

Darüber hinaus haben wir in den letzten Jahren viele Black Swan-Ereignisse in verschiedenen Regionen erlebt, die nach einem scheinbar „weiteren Regensturm“ stattfanden und nicht einmal so nah an die Pflanze herabfielen. Da der Klimawandel seinen Tribut von den globalen Wasserkreisläufen und Windmustern fordert, kann selbst ein normaler Nachmittagsschauer einen stillen Bach schnell in einen reißenden Fluss verwandeln, der die Umwelt Ihrer Anlage, aber auch Ihre Ausrüstung beeinträchtigt und Ihre Produktionspläne im sensibelsten Moment stört — wenn die Endverbraucher den Strom, den Sie produzieren, wirklich benötigen.

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Fallstudie

Optimierungsmöglichkeiten gibt es überall

Die Preisvolatilität ist in den letzten fünf bis sieben Jahren in ganz Europa zu einem echten Problem geworden. Angesichts der Prognosen, dass der Großhandelspreis für Strom im Vereinigten Königreich bis 2030 unter 50 GBP/MWh fallen wird, sollte jeder Betreiber die Umsetzung jeder Optimierung in Betracht ziehen, die zu einem Drittel mehr Umsatz bringt.

Ein anschauliches Beispiel stammt aus einem mittelgroßen Wasserkraftwerk in Europa. Die Anlage hat zwei Stauseen, von denen ein oberer vier Turbinen mit einer installierten Gesamtleistung von 140 MW antreibt, und ein unterer, der durch ein einziges Tor gesteuert wird. Aufgrund behördlicher Auflagen ist der Betreiber nicht in der Lage, den Wasserstand in den Stauseen deutlich zu senken, sodass das Zeitfenster für Optimierungsmöglichkeiten auf der Grundlage des Wasserwerts mit etwa 7% relativ klein ist.

Für die Verwaltung dieser Anlage verwendet der Betreiber ein modernes Wasserkraftwerksmanagementsystem, das von HYDROGRID entwickelt wurde und es ihm ermöglicht, die Anlage sehr effizient und proaktiv zu betreiben. Dieses System berücksichtigt die oberen und unteren Wasserstandsgrenzen des oberen Reservoirs, den von den lokalen Behörden begrenzten Fluss flussabwärts und die Preisschwankungen auf dem Strommarkt und liefert einen Vorschlag für einen Produktionsplan.

Dank des preisorientierten Produktionsplans von HYDROGRID Insight kann der Betreiber dieser Anlage alle Wassergrenzen einhalten und sich darauf konzentrieren, nur zu Zeiten zu produzieren, in denen der Preis über dem bestimmten Schwellenwert lag. Im September 2024 wurde dieser Schwellenwert auf 70 GBP/MWh festgesetzt, was dem Betreiber einen Umsatzanstieg von 34% gegenüber der Produktion bescherte, die auf nicht optimierten Plänen basieren würde.

Das folgende Diagramm folgt der Produktionsplanung, den tatsächlichen Produktionsdaten, den Energiepreisen und -preisprognosen, den Reservoirpegeln und -füllstandsprognosen sowie den hydrologischen Zu- und Zuflussprognosen.

Alle tatsächlichen Werte werden blaugrün und alle Plan- oder Prognosewerte grau dargestellt. Wenn der Preis unter den für diese Anlage festgelegten Wasserwert fällt, wird Wasser für den zukünftigen Versand gespeichert, und die Produktionsplanung für einen Tag im Voraus folgt diesem Prinzip. Die gestrichelten horizontalen Linien stellen die Grenzen des Reservoirs sowie die mit dieser Anlage verbundenen Umwelt- und Produktionsbeschränkungen dar

Die Flexibilität des Reservoirspiegels ist in der Tabelle zum Wasserstand des Reservoirs mit den beiden gepunkteten Linien gekennzeichnet. Sie können verfolgen, wie ein Produktionsstopp zu einem unmerklichen Anstieg des Wasserspiegels führt, da diese flexible Anlage über ein großes Reservoir verfügt. Nichtsdestotrotz werden die Ober- oder Untergrenzen von preisgesteuerten Versandalgorithmen immer priorisiert.

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Wasserkraft hat ein paar Asse im Ärmel

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Die massive Umstellung auf erneuerbare Energiequellen wie Wind, Sonne oder Biomasse hilft Nationen und Organisationen dabei, die CO2-Emissionen und die Gesamtverschmutzung deutlich zu reduzieren. Genau aus diesem Grund sind die installierten erneuerbaren Kapazitäten in den letzten zwei Jahrzehnten mit beispielloser Geschwindigkeit gewachsen. Da Wasserkraft zu einem Schlüsselelement dieser Energiewende wurde, war die Betriebseffizienz eines der wichtigsten Themen in der Gemeinschaft.

Obwohl die Energiewende bisher als erfolgreich angesehen wurde, hat sie in den Industrieländern zu einem steigenden Strombedarf geführt, was sich in vielen Bereichen erheblich auf die Netzstabilität ausgewirkt hat. In den letzten 20 Jahren hat sich Wasserkraft als Schlüsselelement für die Stabilisierung des Netzes und die sichere Versorgung von Verbrauchern aller Art mit „grünem“ Strom erwiesen.

Dies hat es der Wasserkraft ermöglicht, in vielen Ländern den Eckpfeiler der Stromerzeugung einzunehmen, hat aber auch den Druck erhöht, mehr zu liefern. Und da es höchst unwahrscheinlich ist, dass die erhöhte Produktion auf neu installierte Kapazitäten zurückzuführen ist, liegt es an den Betreibern, zu versuchen, das Beste aus den vorhandenen Ressourcen herauszuholen.

Da andere erneuerbare Energiequellen nicht das gleiche Maß an Flexibilität bieten können, hat sich das Anbieten von Nebendienstleistungen als Hauptargument für weitere Investitionen in Wasserkraft erwiesen und trägt zur Gesamtstabilität des Netzes und zur Flexibilität innerhalb des Tages bei.

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Verschiedene Ansätze für unterschiedliche Anlagenkonfigurationen anwenden

Die Optimierung der Produktion auf der Grundlage früherer Erfahrungen mit verfügbaren Wasserständen und Wasserwerten wird häufig als Strategie verwendet, die zu weniger Unsicherheiten im täglichen Betrieb führt und die Einhaltung der Umweltvorschriften sicherstellt, aber auch zu potenziellen Umsatzeinbußen führt. Aus diesem Grund suchen viele Betreiber nach einem ausgeklügelten Managementkontrollsystem, das ihnen helfen könnte, den Mehrwert der verfügbaren Anlagenressourcen auszuschöpfen und bessere Geschäftsergebnisse zu erzielen, ohne den täglichen Betrieb wesentlich zu verändern.

Dies ist besonders relevant für Betreiber kleiner Wasserkraftwerke, die derzeit möglicherweise nicht unter Druck stehen, ihre Produktionspläne zu optimieren. Da der Wettbewerb jedoch zunimmt und die Nachfrage nach erneuerbaren Energien steigt, reichen die Betriebsmethoden, die in den letzten 10 oder 20 Jahren gut funktioniert haben, möglicherweise nicht aus, um Ihre Anlage für die nächsten Jahrzehnte in einem nachhaltigen Betrieb zu halten.

Angesichts der sehr volatilen Großhandelspreise für Strom wurde eine erfolgreiche Planung für kleine und mittlere Wasserkraftwerksbetreiber immer schwieriger. In einigen Märkten wurden sogar Anfragen nach 15-minütigen Planungsschritten gestellt, und angesichts dieser Granularität wird die Intraday-Planung mit herkömmlichen Tools extrem schwierig, wenn nicht sogar unmöglich. Da die Anlagenkonfiguration immer komplexer wird, gehen auch korrekte Berechnungen und Prognosen definitiv über die Grenzen herkömmlicher Tabellenkalkulationstools hinaus. Und niemand mag es, diese negativen Preise in den monatlichen Bilanzen zu sehen.

Es gibt eine Grenze für das, was Sie mit Excel erreichen können

Selbst wenn Sie es irgendwie schaffen, meteorologische Daten und aktuelle Wasserreserven in ein einziges Excel-Blatt zu packen, kommt es nicht in Frage, komplexe, miteinander verbundene Faktoren wie mehrere Kaskaden oder einen sich ständig ändernden Großhandelspreis in die Berechnung einzubeziehen.

Nehmen wir ein Beispiel für Wasserkraftwerke mit mehreren Kaskaden, bei denen der optimale Betrieb ein nichtlineares Optimierungsproblem mit vielen Variablen und Einschränkungen ist. In einer wissenschaftlichen Arbeit mit dem Titel „Optimaler Betrieb von Kaskadenwasserkraftwerken auf der Grundlage der Innenpunktmethode“, die auf der International Conference on Power Engineering 2021 veröffentlicht wurde, hat ein Forscherteam aus China mithilfe der Innenpunktmethode den optimalen Betrieb eines 4-stufigen Kaskadenwasserkraftwerks untersucht, bei dem Abflüsse zwischen den Bergen in den Stausee fließen. Die Optimierung, bei der ein algorithmischer Ansatz verwendet wurde, genau wie bei HYDROGRID Insight, führte zu einem Anstieg der Stromerzeugung um 6,7% im Vergleich zu einer manuellen Methode zur Berechnung der erwarteten Stromerzeugung in einer komplexen Umgebung mit begrenzten Wasserressourcen.

Es liegt also auf der Hand, dass moderne Methoden zur Berechnung des Wasserwerts und der potenziellen Stromerzeugung eine viel bessere Grundlage für die Erstellung von Produktionsplänen bieten, insbesondere für die Tagesplanung und die Planung innerhalb eines Tages. Wenn Sie über ein automatisiertes Steuerungssystem verfügen, das kontinuierlich alle wichtigen Parameter Ihrer Anlage, die Umgebungsfaktoren und die aktuelle Marktlage überwacht, können Sie sowohl kurz- als auch langfristige Pläne viel einfacher und schneller erstellen, mit größerer Sicherheit und geringerem Risiko.

Mastering Gerätewartung und Erneuerungsplanung

Agilere und vorausschauendere Betreiber von Wasserkraftwerken haben darüber nachgedacht, modernere Lösungen für das Betriebsmanagement einzuführen, aber das häufigste Hindernis, mit dem sie konfrontiert sind, ist das Fehlen von Automatisierungs- und Verwaltungsfunktionen in den von ihnen verwendeten Geräten.

Sofern eine Anlage nicht in den letzten zwei Jahrzehnten gebaut wurde, weisen die meisten darin verwendeten Geräte einen geringen Digitalisierungsgrad auf, und der Anschluss an moderne Steuerungssysteme ist entweder sehr schwierig oder unmöglich. Und Betreiber können sich nicht den Luxus leisten, noch ein oder zwei Jahrzehnte zu warten, bis sie die Tore, Turbinen, Generatoren und andere wichtige Geräte durch modernere, digitale Lösungen ersetzen können.

Zum Glück gibt es Zwischenlösungen, mit denen die bestehende Ausrüstung von Wasserkraftwerken digital transformiert werden kann. Die Installation von Sensoren an kritischen Anlagenkomponenten ermöglicht die kontinuierliche Überwachung von Betriebsparametern wie Wasserfluss, erzeugte Leistung, Betriebs- und Übertragungsverluste, aber auch zusätzlicher Faktoren wie Vibration, Temperatur oder Druck — wichtige Parameter für eine erfolgreiche vorausschauende Wartung.

Diese Sensoren sammeln Daten, die analysiert werden können, um Anomalien zu erkennen, die auf Verschleiß oder drohende Geräteausfälle hinweisen. Schwingungssensoren erkennen Veränderungen der Schwingung mechanischer Komponenten, Temperatursensoren überwachen übermäßige Wärmewerte in Geräten, während Drucksensoren in Hydrauliksystemen sicherstellen, dass das Druckniveau innerhalb sicherer Grenzwerte bleibt.

Prädiktive Wartung auf der Grundlage von Dateneinblicken

Eine Kombination aus Betriebs- und Wartungsvorteilen veranlasste die Tennessee Valley Authority (TVA), ein bundeseigenes Elektrizitätsversorgungsunternehmen in den Vereinigten Staaten, dazu, seine Flotte von 30 Wasserkraftwerken vorausschauend instandzuhalten. Der Ansatz von TVA beinhaltete den Einsatz eines Sensornetzwerks und die Entwicklung von Modellen für maschinelles Lernen, die auf ihre spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten waren.

Diese hochentwickelte Lösung analysiert kontinuierlich Daten und kann Wartungsteams in Echtzeit benachrichtigen. Infolgedessen verzeichnete TVA einen deutlichen Rückgang ungeplanter Ausfälle, verlängerte die Betriebsdauer seiner Anlagen und erzielte eine jährliche Senkung der Betriebs- und Wartungskosten um 9%, wodurch mehrere zehn Millionen Dollar eingespart wurden.

Auch ohne ausgeklügelte Sensornetzwerke können Anlagenbetreiber von einer strategischen Wartungsplanung profitieren. Andere relevante Daten, die als Grundlage für die Wartungsplanung dienen können, sind historische Zuflüsse, Produktions- und Strompreise. Hier ist ein Beispiel für eine datengestützte Wartungsplanung.

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Überwindung der Gerätealterung mit Hilfe eines digitalen Zwillings

Am Itaipu-Damm, mit einer installierten Kapazität von 14000 MW, eines der größten Wasserkraftwerke der Welt, wird seit über zwei Jahrzehnten ein umfangreiches Projekt zur Erneuerung der Ausrüstung durchgeführt. Durch den Einsatz einer Kombination aus SCADA-Systemen und digitaler Zwillingstechnologie war der Betreiber der Anlage in der Lage, die Auswirkungen der Erneuerung oder des Austauschs der installierten Geräte nachzuvollziehen.

Da ein Teil der Geräte in Itaipu über 40 Jahre alt ist und es keine Möglichkeit gibt, sie einfach an das digitale Zeitalter anzupassen, da einige der Gerätehersteller nicht mehr existieren, ist die Verwendung eines digitalen Zwillings nicht nur elegant und sicher, sondern wahrscheinlich auch die einzige Möglichkeit, die Auswirkungen einer größeren Änderung in der Konfiguration eines so komplexen Systems abzuschätzen.

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Mit digitalen Zwillingen testen und simulieren

Eine weitere erfolgreiche Methode zur Nutzung digitaler Technologien zur Vereinfachung und Verbesserung des täglichen Betriebs und der Planung von Wasserkraftwerken ist die Verwendung digitaler Zwillinge, einer virtuellen Nachbildung einer physischen Anlage wie einer Wasserkraftanlage, die in Echtzeit mit Daten von Sensoren und anderen Quellen aktualisiert wird.

Diese Technologie ermöglicht es Anlagenbetreibern, verschiedene Szenarien zu simulieren und die Auswirkungen von Änderungen des Produktionsplans oder Zwischenfällen auf die Anlagenleistung zu bewerten, ohne die tatsächlichen Anlagen irgendeiner Gefahr auszusetzen. Durch den Einsatz digitaler Zwillinge ist es viel einfacher, Geräteausfälle und Wartungsbedarf vorherzusagen, indem historische Sensordaten und Echtzeit-Sensordaten analysiert und Ausreißer und andere Anomalien identifiziert werden.

Auf diese Weise können Betreiber ungeplante Wartungsereignisse vermeiden, die zu kostspieligen Ausfällen führen, und Wartungsarbeiten zum richtigen Zeitpunkt und mit minimalen Ausfallzeiten planen. Und das gilt für Wasserkraftwerke jeder Größe, von winzigen Laufwasseranlagen in abgelegenen Berggebieten bis hin zu riesigen Anlagen mit komplexer Konfiguration und vielfältiger Ausrüstung.

Organisatorische Silos aufbrechen

In kleineren Kraftwerken scheint alles viel einfacher zu sein, insbesondere wenn es um Planung und Betrieb geht. Ein bis zwei Personen überwachen den gesamten Prozess, und die Kommunikation ist einfach und effizient. Dennoch bleibt das Problem der komplexen Eingaben und Variablen bestehen, und selbst die erfahrensten Manager können Schwierigkeiten haben, die vorhandenen Pläne und Ressourcen optimal zu nutzen.

In größeren Organisationen neigen die Teams dazu, mit zunehmender Komplexität der Anlagenkonfiguration oder mit mehr beteiligten Anlagen zu beginnen, separater und isolierter zu arbeiten. Jeder konzentriert sich auf seine Aufgaben und Verantwortlichkeiten und übersieht oft nicht das Gesamtbild und die Möglichkeiten.

Dies ist nicht typisch für Wasserkraftwerke; das Gleiche passiert in praktisch jeder Art von Organisation. Und die Art und Weise, es zu lösen, ist dieselbe: Manager müssen die Barrieren überwinden und einen Weg finden, wie Teams synergetisch zusammenarbeiten können, anstatt Abteilungen zu haben, die nicht effizient miteinander kommunizieren.

Mit der Macht der Daten können auch kleine Spieler gewinnen

Die Vorteile einer 360-Grad-Ansicht aller für die Produktionsplanung relevanten Parameter werden selbst an kleinsten Beispielen deutlich. Ein Betreiber eines kleinen Wasserkraftwerks in Norwegen mit mehreren Kaskaden, einem kleinen Reservoir und einer einzigen Turbine mit einer Kapazität von 2 MW verwendet HYDROGRID Insight, um Produktionspläne zu erstellen und diese direkt umzusetzen.

Selbst mit einer so geringen installierten Kapazität und einer begrenzten Kapazität durch ein kleines Reservoir ist es diesem Betreiber gelungen, seinen Umsatz im August 2024 um 39% zu steigern. Und das gelang ihnen, indem sie die Produktion auf der Grundlage der Empfehlungen von HYDROGRID Insight optimierten. Sie basierten auf dem verfügbaren Wasserwert, den prognostizierten Tagespreisen sowie den von der lokalen Verwaltung festgelegten Wasserstands- und Durchflussbeschränkungen.

Wenn Menschen zusammenarbeiten, können Wunder geschehen

In der Wasserkraft wird dieses Problem durch die Tatsache verschärft, dass die Produktionsplanung von Inputs aus unterschiedlichen Quellen abhängt. Sie müssen den aktuellen Stand des Wasserwerts, den prognostizierten Wasserzufluss für den kommenden Zeitraum und die Preisänderungen auf dem Strommarkt in Echtzeit kennen. Um einen optimalen Produktionsplan zu erstellen, müssen die Abteilungen Betrieb, Wartung und Handel also effektiv und reibungslos zusammenarbeiten.

Normalerweise arbeiten die O&M-Teams selbstständig, mit allen ihnen zur Verfügung stehenden Planungstools, und synchronisieren sich gelegentlich mit dem Handel, um kleinere Anpassungen vorzunehmen. Selbst in Szenarien mit einfachen Wasserkraftwerkskonfigurationen kann eine Tagesplanung, die wichtige Faktoren nicht in ein einziges Entscheidungsunterstützungssystem einbezieht, völlig daneben liegen und zu Umsatzeinbußen für den Betreiber führen.

Stellen Sie sich vor diesem Hintergrund vor, was in komplexeren Szenarien mit mehreren Kaskaden oder einem Pumpspeicher passiert, und Sie werden erkennen, wie wichtig es ist, alle verfügbaren Daten in einer einzigen Informationsquelle zu synchronisieren. Dies würde den Werksleitern auch die Organisation zahlreicher Synchronisierungsgespräche ersparen, da alle relevanten Daten für alle Teammitglieder verfügbar wären, sodass sie auf dem neuesten Stand wären und sie die richtigen Entscheidungen treffen könnten.

Darüber hinaus behindert das Fehlen einer zentralisierten und aktualisierten Datenansicht agile Reaktionen auf Marktbedingungen und eine angemessene Intraday-Planung. Stellen Sie sich vor, Sie treffen sich jeden Tag alle sechs Stunden, um sich über die Produktionspläne zu beraten, und Sie werden leicht verstehen, dass dies definitiv nicht der richtige Weg ist, um Wasserkraftgeschäfte zu tätigen. Wir schreiben das Jahr 2024, die Menschen sollten wirklich anfangen, moderne Technologie zu ihrem Vorteil zu nutzen, nicht nur als verherrlichten Taschenrechner.

Und vergessen wir nicht den sehr wichtigen Aspekt der Berichterstattung an die Interessengruppen. Ein vollautomatisches Steuerungssystem in Ihrem Wasserkraftwerk kann den Aufwand, den Sie derzeit bei der Erstellung von Berichten an verschiedene interessierte Parteien haben, erheblich reduzieren. Dazu gehören Anlagenbesitzer und Investoren, Regierungsbehörden, aber auch die breite Öffentlichkeit, die an den Betriebspraktiken ihrer Stromerzeuger interessiert ist. Und mit einer detaillierten Historie Ihrer Geschäftstätigkeit an einem einzigen Ort können Sie alle Fragen beantworten, die von diesen Interessengruppen gestellt werden könnten.

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Integration ökologischer und regulatorischer Beschränkungen

Selbst wenn Sie die Planungs-, Produktions-, Wartungs- und Handelsteile genau richtig gemacht haben, bleibt eine große betriebliche Herausforderung bestehen: Alle Wasserkraftwerksbetreiber sind mit verschiedenen regulatorischen Auflagen konfrontiert, die sich hauptsächlich auf den Umweltschutz konzentrieren.

Als erneuerbare Energiequelle gilt Wasserkraft als „grün“ und umweltfreundlich, aber es gibt auch zu viele Dinge, die schief gehen können, wenn Umweltfaktoren nicht berücksichtigt werden. Sauberes Wasser ist eine unschätzbare Ressource für die Menschheit, und die Betreiber haben die Aufgabe, es und das Leben und die Lebensgrundlagen, die es beherbergt, zu schützen.

Die verstärkte Regulierung stellt eine der wichtigsten Veränderungen in der Wasserkraftbranche der letzten zwei bis drei Jahrzehnte dar. Betriebspraktiken, die bisher erlaubt waren, sind nicht mehr erlaubt, und es gibt immer mehr neue Anforderungen von Anlagenbetreibern. Außerdem schränken diese neuen Regeln das Kerngeschäft der Anlage — die erfolgreiche Stromerzeugung und den erfolgreichen Verkauf von Strom — stark ein.

Digitalisierung der Wasserkraft: Hilfe oder Hindernis?

Um Umwelteinschränkungen auszugleichen, hat der Glen Canyon Dam am Colorado River in den Vereinigten Staaten Solarenergie- und Energiespeicherlösungen in seinen Wasserkraftbetrieb integriert. Diese Integration hat die Flexibilität des Betriebs des Kraftwerks verbessert, die langfristigen Auswirkungen der Dürre gemildert und es dem Betreiber ermöglicht, schnell auf Schwankungen des Energiebedarfs zu reagieren.

Um dieses Hybridsystem effizient zu verwalten, benötigten sie jedoch ein leistungsstarkes Steuerungssystem, das in der Lage ist, den Betrieb der Sonnenkollektoren, Speicher- und Wasserkraftturbinen zu koordinieren und so eine optimale Energieerzeugung zu gewährleisten. Gleichzeitig muss das System für ausreichend Wasser sorgen, um die miteinander verbundenen Ökosysteme aufrechtzuerhalten und potenzielle Gefahren für ein wichtiges Touristenziel — den Grand Canyon, der flussabwärts vom Damm liegt — zu verhindern.

Angesichts der Größe des gesamten Systems am Glen Canyon und des Stausees Lake Powell könnte jeder Versuch, den hohen Strombedarf durch eine plötzliche Änderung der Wasserabgabe zu decken, zu erheblichen Umweltschäden führen, einschließlich höherer Treibhausgasemissionen. 1995 wurde dem Betreiber eine Reihe von Beschränkungen auferlegt, die die Freisetzung des Staudamms auf einen Bereich zwischen 8000 und 25000 Kubikfuß pro Sekunde (230 bis 710 m3/s) begrenzen. Dies schränkt den Betreiber weitgehend in die Lage, den wachsenden Bedarf an Stromerzeugung zu decken, was zu einem geschätzten jährlichen Umsatzverlust von über 50 Millionen US-Dollar führt.

In einer solchen Situation hilft ein hochmodernes Kontrollsystem, das sowohl die potenziellen als auch die Einschränkungen berücksichtigt, dem Betreiber, einen Teil der finanziellen Verluste auszugleichen und gleichzeitig die behördlichen Anforderungen vollständig einzuhalten. Angesichts des Ausmaßes der Verluste könnte selbst eine Veränderung im einstelligen Prozentbereich zu Einnahmen in Höhe von Zehntausenden von Dollar führen, sodass sich eine Investition in ein so ausgeklügeltes Steuerungssystem auch kurzfristig durchaus lohnt.

Die Macht der Digitalisierung nutzen

Angesichts des zunehmenden Drucks, die Effizienz zu steigern, suchen Anlagenbetreiber und -manager nach neuen Wegen, um bestehende Technologien und Anlagenmanagementlösungen zu nutzen. Wenn Sie Telemetriedaten von Toren, Turbinen und Generatoren nur verwenden, um Entscheidungen auf der Grundlage kleiner Datensätze zu treffen, verschwenden Sie das Potenzial der Datengoldmine, auf der Sie buchstäblich sitzen. Dies ist jedoch ein weiterer Bereich, in dem Ihre fortschrittlichen Excel-Dateien mit VBA-Skripten, die vor einem Jahrzehnt entwickelt wurden, einfach nicht ausreichen.

Moderne Verwaltungslösungen nutzen maschinelles Lernen, um vergangene Daten zu analysieren und zukünftige Ereignisse auf der Grundlage der Korrelation historischer Datenpunkte von Wetterdiensten, Ihren Maschinen und den Handelsschaltern vorherzusagen. Auf diese Weise kann das Steuerungssystem wesentlich genauere Schätzungen wichtiger Faktoren wie Wasserstände liefern, sodass der Anlagenbetreiber die Produktions- und Wartungspläne entsprechend optimieren kann.

Selbst kleine Schritte bei der Modernisierung eines Wasserkraftwerks mit digitalen Tools können enorme Vorteile bringen, da der Ausgangspunkt oft auf einem sehr niedrigen Niveau liegt. Umsatzzuwächse zwischen 20 und 40% bei einer unverhältnismäßig geringeren Investition in die digitale Lösung sind für jeden Geschäftsinhaber oder Planungsleiter ein sehr interessantes Angebot.

Auch wenn wir dies nicht nur aus einer rein finanziellen Perspektive betrachten, kann eine Steigerung der Anlagenproduktivität um 2-3% einen dringend benötigten Vorteil in einem zunehmend wettbewerbsintensiven Markt bringen. Klingt logisch und einfach, aber es ist klar, dass es tatsächlich sehr komplex ist. Und ohne die Hilfe von Technologie würden Sie sich in all dieser Komplexität so gut wie verlieren.

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Fazit

Wenn Sie immer noch manuelle Dateneingaben von verschiedenen Seiten (Wasser, Wartung, Handel) verwenden, um die Produktionsplanung in wöchentlichen Besprechungen anhand von Excel-Tabellen zu besprechen, liegen Sie weit hinter der Konkurrenz zurück, die ausgefeiltere Anlagenmanagementsysteme zur Erstellung und Umsetzung optimierter Produktionspläne verwendet.

Denn sie müssen sich nur die vorgeschlagenen Planvarianten ansehen und entscheiden, welcher Produktionsplan verwendet werden soll. Und in einigen Fällen kann der gewählte Plan direkt umgesetzt werden, denn ein gutes Managementsystem kann auch „mit den Maschinen sprechen“ — den Toren, Turbinen und Generatoren.

Sie können moderne Anlagenmanagementlösungen wie HYDROGRID Insight als Entscheidungsunterstützungssystem betrachten, das Risiken reduziert und den Betrieb und die Rentabilität Ihres Kraftwerks verbessert. Durch die Zusammenführung der Abteilungen Produktionsplanung, Wartung und Handel in einer einzigen, zentralen Ansicht durchbricht diese Lösung auch die organisatorischen Silos.

Das HYDROGRID Insight-Steuerungssystem kann mit vorhandenen Fernerkundungsdaten Ihrer Geräte arbeiten, einen Produktionsplan erstellen und ihn an die Anlage zurücksenden oder Sie entscheiden lassen. Diese digitale Managementlösung kann auch nur mit manuell eingegebenen Daten (wie Ihren Wasserständen) arbeiten und einen Plan erstellen, den ein Produktionsleiter akzeptieren und umsetzen oder ablehnen und dann anhand anderer Eingaben oder geänderter Einschränkungen ein anderes Szenario ausprobieren kann.

Ja, so einfach ist das, und vergleichen Sie das einfach mit Ihrem täglichen Kampf mit mehreren Datenquellen und Stakeholdern. Leider bedeutet das nicht, dass Sie Ihre Arbeit als Produktionsplaner an die Maschine verlagern und nach Hause gehen können, um Fußball zu schauen, aber der gesamte Prozess könnte viel eleganter und reibungsloser ablaufen, weniger fehleranfällig sein und viel bessere Ergebnisse liefern. Ist das nicht einen Versuch wert?

Vereinbaren Sie noch heute eine Vorführung des HYDROGRID Insight und überzeugen Sie sich selbst, wie Sie die Effizienz Ihrer Wasserkraftanlage durch den Einsatz moderner Technologie steigern können.

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