naturenergie netze: digitale revolutie in transformatorstations

In het verleden was er distributie. Decennialang werd energie eenvoudigweg in één richting gedistribueerd - van continu werkende kolen- en kerncentrales naar transformatorstations en vandaar (nadat de Spanning een aantal keren was verlaagd) naar eindverbruikers.

Om een verkeersanalogie te gebruiken: dit stille "eenrichtingsverkeer" is nu een druk wegennet in het Middelpunt van de stad geworden. Tegenwoordig verandert de energiemix elk uur met de wind en het weer, dus er is in wezen geen betrouwbare Sokkel meer. Bovendien voeden exploitanten van wind- en zonne-energiesystemen energie decentraal in op midden- en laagspanningsniveaus, zodat Rasters nu in twee richtingen werken.

Warmtepompen en oplaadpunten voor elektrische auto's zorgen voor een hoger verbruik, terwijl de lang bekende belastingsprofielen met pieken in de vroege avond nu tot het verleden behoren. Zowel de kwaliteit van de toevoer als de 50 Hz frequentie moeten echter te allen tijde gegarandeerd zijn.

Netbeheerders staan voor een gigantische taak - ze moeten hun netten geschikt maken voor deze complexe eisen. Voor naturenergie netze betekent dit zowel nieuwbouw als de modernisering van een aantal bestaande transformatorstations.

De centrales moeten worden aangepast aan de toenemende vraag naar elektriciteit, maar dat is niet de enige uitdaging. Een grotere uitdaging is dat ze moeten worden aangepast aan een veel hogere mate van flexibiliteit in termen van energiebronnen en -stromen en de nauwkeurige regeling van elektriciteit.

naturenergie netze (zie kader) heeft deze uitdagingen snel opgepakt en werkt aan een proefproject voor de modernisering van een van zijn systemen. De netbeheerder gebruikt een digitaal concept om de ombouw van het transformatorstation in Rheinfelden te plannen en configureren. De nieuwe aanpak geldt zelfs voor het voorbereidende werk. Rainer Beck, een coördinator voor de ontwikkeling van het Raster, legt uit: ""Voordat we beginnen met plannen, creëren we een digitale tweeling van het transformatorstation, dat wil zeggen een virtuele weergave met alle gegevens voor zowel de live componenten (de primaire technologie) als het besturingsniveau (de secundaire technologie) en natuurlijk voor de gebouwen en alle randapparatuur. Op basis van deze digitale tweeling plannen we vervolgens de conversie."

Een andere reden waarom dit een uitdagende taak is, is dat de primaire en secundaire technologie worden gepland met behulp van verschillende CAD-softwaretools. In dit proefproject werd dit issue opgelost door een zeer speciale samenwerking. Als leden van de VDE ETG ""Digital twins for electrical energy systems"" taakgroep, hadden twee toonaangevende leveranciers - entegra met haar primtech softwareoplossing voor de primaire technologie en Eplan voor de secundaire technologie - precies voorbereid wat naturenergie netze nodig had voor de eerste (voorlopige) planningsfase, namelijk het combineren van primaire en secundaire technologie in één model.

Voor dit unieke project waren entegra en Eplan op zoek naar een innovatieve distributienetbeheerder met een geschikt pilotproject om als derde partij bij deze samenwerking betrokken te raken. Het contact met naturenergie netze kwam precies op het juiste moment - vooral omdat het om een complex project ging.

Zo legt Rainer Beck uit: "Het doel van het project is om alle secundaire technologie in een bestaand, zeer complex transformatorstation te vernieuwen - en tijdens de lopende werkzaamheden." Het is gemakkelijk te begrijpen waarom betrokkenheid bij dit project aantrekkelijk was. "Normaal gesproken zou het twee tot drie jaar duren om de modernisering te plannen en uit te voeren, maar de nieuwe planningsmethodologie zal de zaken echt versnellen." Iedereen die bij het project betrokken is, is het daarmee eens.

Matthias Schuy, Business Development Manager bij entegra, legt uit: "Wat we hier doen - de primaire en secundaire technologie van een transformatorstation integreren in één digitale tweeling - is nog nooit eerder gedaan, maar belooft grote voordelen." We vroegen hem of hij ons wat meer details kon geven. Rainer Beck: "Natuurlijk. Uiteindelijk moeten we bewijzen dat de eenmalige investering snel rendeert. Na de eerste projectfase - de voorlopige planning - zien we aanzienlijke tijdwinst tijdens de eigenlijke ombouw van de transformatorstations. En dat geldt voor elk project."

Tijdens de eerste fase van het project werd het transformatorstation gescand, werden er foto's gemaakt van de typeplaatjes en werden de gegenereerde primtech gegevens vergeleken met de gegevens van het asset management systeem. Het resultaat was een valideerbaar, functioneel primtech 3D-model van het transformatorstation. Tijdens een volledig Automatische bewerking werden de in primtech gecreëerde datasets vervolgens via een Interface geëxporteerd naar Eplan en gebruikt als basis voor de planning van de secundaire technologie in Eplan.

Eindelijk werden de gegevens van de secundaire technologie geïntegreerd in de digitale tweeling. Dit werk is bijna voltooid. Door het huidige scenario te documenteren, is de basis gelegd voor een efficiënte vervanging van de secundaire technologie van het transformatorstation. "Dit is echt een belangrijke stap. Alle gegevens zijn geverifieerd. We volgen in principe het 'single source of truth'-principe. De gegevens in de oorspronkelijke systemen worden onaangeroerd gelaten en gekoppeld aan de digitale tweeling. Dit voorkomt redundanties die in de toekomst problemen zouden kunnen opleveren," legt Jan Oliver Kammesheidt, Global Vertical Market Manager Energy bij Eplan, uit.

Wat betreft de architectuur van het gecombineerde gegevensmodel, hebben de betrokken partijen - geheel in lijn met de twin-aanpak - een speciale infrastructuur gecreëerd. "Er is geen leidend systeem - in plaats daarvan zijn er slechts verschillende perspectieven van één en hetzelfde model. De digitale twin opent een venster naar de systemen - bijvoorbeeld van primtech naar Eplan of SAP. De digitale twin vervult daarmee een van zijn hoofdfuncties, namelijk gecentraliseerde toegang bieden tot alle relevante informatie voor het transformatorstation", legt Schuy uit.

Deze samenwerking tussen de drie partijen - entegra, Eplan en de distributienetbeheerder - werd mogelijk gemaakt, of in ieder geval gemakkelijker, door een beslissing die twee jaar geleden werd genomen. Dat was toen naturenergie netze de Eplan Electric P8 en Eplan Pro Panel softwareoplossingen begon te gebruiken voor het plannen van haar secundaire technologie, d.w.z. haar regeltechnologie. Simon Rümmele, die projectleider is op het gebied van Raster-ontwikkeling, was hiervoor verantwoordelijk en heeft vandaag de dag nog steeds de leiding. "Met Eplan kunnen we de standaardisatie en efficiëntere ontwerper van de secundaire technologie stimuleren - evenals end-to-end planning die we ook tijdens de exploitatiefase kunnen gebruiken voor preventief onderhoud en revisies," zegt hij."

Het project laat zien dat gebruikers in de elektriciteitsindustrie profiteren van ervaring en oplossingen uit de machinebouw. In die sector - een sector waarin Eplan al tientallen jaren actief is - is standaardisatie en "industrialisatie" van Indeling voor paneelbouw en schakelapparatuur stevig ingeburgerd.

Wat betreft deze stap voor transformatorstations is er nog veel in te halen - maar het moet gebeuren. "Tot nu toe werden transformatorstations van geval tot geval gepland en als eenmalige projecten gebouwd. Dit maakt het echter erg moeilijk om de behoefte aan modernisering en nieuwbouw in te schatten die ontstaat als gevolg van de energietransitie.

De sector moet veel meer standaardiseren dan in het verleden. Wij bieden Beugel en zijn blij dat we in naturenergie netze een innovatieve partner hebben gevonden. Met de gezamenlijke digitale twin voor primaire en secundaire techniek versnellen we het proces aanzienlijk en maken we het ook betrouwbaarder", aldus Kammesheidt.

Zoals Rümmele uitlegt, is dit precies wat naturenergie netze wil bereiken. "We willen en moeten meer digitaliseren, omdat we geloven dat dit in de toekomst mogelijkheden biedt en dingen gemakkelijker maakt. Daarom proberen we de nieuwste technologieën uit en plannen we verdere proefprojecten in ons transformatorstation in Rheinfelden. Bovendien hebben we met Rittal, het zusterbedrijf van Eplan, ook een sterke partner aan boord voor het omvormen van de 'hardware', met andere woorden, alle behuizingstechnologie," zegt hij.

naturenergie netze is ook al enige tijd bezig met het plannen van standaardisatie - en de gezamenlijke digitale twin die entegra en Eplan hebben gemaakt, zal ook hiervoor de basis vormen. Rainer Beck: "We kunnen ons voorstellen om twee standaardconcepten en -gebouwen in het 110 kV-bereik te gebruiken en op basis daarvan Varianten te creëren. We werken hier ook aan met de belangrijkste primaire leveranciers.

Dit zal ook de benodigde tijd en planning verminderen. En dat is essentieel, want we zullen het merendeel van onze transformatorstations moeten aanpassen om aan de nieuwe eisen te voldoen. De digitale tweeling en het voorbereidende werk dat wordt uitgevoerd door entegra en Eplan zullen ons hierbij helpen. Door middel van partnerschap en samenwerking komen we met een echte innovatie die ons zal helpen om onze Rasters te ontwikkelen en ze efficiënt klaar te maken voor de toekomst."

Het is echter niet alleen naturenergie netze die van het project zal profiteren. Kammesheidt: "In tegenstelling tot de machinebouw delen netbeheerders openlijk informatie, omdat ze niet met elkaar concurreren. Er is al veel interesse. Ik ben ervan overtuigd dat veel netbeheerders wat we hier en in de VDE-taskforce doen, zullen kunnen gebruiken om hun eigen ombouw- en nieuwbouwprojecten snel te plannen en uit te voeren."

©Foto's (Rittal en Eplan)