Huntorf è la sede dell’unica centrale europea di stoccaggio ad aria compressa e con turbina a gas.
Nella centrale elettrica di Huntorf, PLCnext Technology di Phoenix Contact integra in modo sicuro la tecnologia esistente e obsoleta nel sistema che controlla lo stoccaggio di energia eolica e solare.
di Joel Stratemann (*)
Il cambiamento climatico si sta rivelando una delle sfide chiave per l’umanità. Tra le altre cose, per limitare il riscaldamento globale è necessario passare dai combustibili fossili alle fonti di energia rigenerative. Tuttavia, il sole e il vento non sono sempre disponibili quando c’è domanda. L’energia da questi generata deve quindi essere immagazzinata e reimmessa nella rete nei periodi di assenza di vento e luce solare. Sono attualmente in corso molte ricerche sulle tecnologie di stoccaggio utilizzabili: la parola chiave è Power-to-X.
Tuttavia, ci sono altre possibilità, come la centrale elettrica di Huntorf, in funzione dal 1978. Questa è l’unica centrale di stoccaggio ad aria compressa e con turbina a gas in Europa. Originariamente era stata costruita per immagazzinare di notte il carico di base a basso costo e rilasciarlo nella rete elettrica durante i picchi di carico nel corso del giorno. Oggi la centrale di Huntorf utilizza l’aria come mezzo operativo per immagazzinare l’energia elettrica in eccesso generata nei momenti di forte immissione di energia eolica. Se l’energia elettrica è richiesta in un momento successivo, l’aria compressa e accumulata fluisce in modo controllato dalle caverne sotterranee alla turbina a gas, azionando il generatore che reimmette l’energia nella rete elettrica. In questo modo, l’impianto contribuisce in modo significativo al mantenimento della stabilità della rete. La centrale ad aria compressa di Huntorf ha una potenza di 321 MW, immessa in rete in un periodo di circa tre ore.
L’esistente sistema di controllo della centrale elettrica è in funzione dal 1978.
LETTURA E VISUALIZZAZIONE DEI DATI
L’impianto di stoccaggio dell’aria compressa di Huntorf è gestito a distanza. Per fare questo, però, il gestore Uniper deve poterlo monitorare a distanza ed effettuare operazioni di commutazione. Poiché la centrale di Huntorf svolge un ruolo importante nella transizione energetica, la tecnologia usata ha dovuto essere modernizzata di conseguenza.
Il sistema di controllo e le apparecchiature tecniche utilizzate hanno la datazione della centrale elettrica. Nonostante la regolare manutenzione, è diventato evidente che non sarebbero più stati in grado di affrontare le sfide future. Inoltre, l’affidabilità dei moduli costruttivi diminuisce negli anni, aumentando la probabilità di tempi di fermo macchina e riducendo, quindi, la disponibilità. In questo contesto, è necessario rinnovare i componenti dell’impianto o dotarli di nuove tecnologie. Nell’ambito di un primo ampliamento, i dati operativi essenziali devono essere letti dal sistema di controllo della centrale tramite il protocollo bus di campo Modbus TCP e raffigurati tramite visualizzazione basata sul web. Affinché il personale operativo possa reagire rapidamente ai malfunzionamenti, i relativi messaggi di allarme devono essere trasmessi direttamente allo smartphone dei dipendenti. Inoltre, tutti i dati operativi devono essere a resi disponibili per il centro di controllo superiore, che si trova presso la centrale Uniper di Wilhelmshaven.
INCLUDERE UNA PIATTAFORMA DI CONTROLLO APERTA
I requisiti del gestore chiariscono che è necessaria la compatibilità tra il nuovo sistema tecnico e la tecnologia di controllo esistente. Allo stesso tempo, la soluzione dovrebbe supportare tecnologie future.
Nella realizzazione dell’ampliamento dell’impianto, Uniper ha optato per PLCnext Technology di Phoenix Contact, componente dell’ecosistema. Si tratta di una piattaforma di controllo aperta, basata su un sistema operativo Linux.
Nella centrale elettrica di Huntorf, il controllore PLCnext legge ora i dati operativi più importanti dall’esistente sistema di controllo della centrale e li inoltra alla visualizzazione web locale, che può essere richiamata tramite un browser standard. Lo standard di trasmissione OPC UA viene utilizzato per la comunicazione tra il PLC e la visualizzazione. Il personale operativo può quindi monitorare lo stato dell’impianto in qualsiasi momento, sia sul PC dell’ufficio sia tramite un dispositivo intelligente. Un modem radio LTE viene utilizzato per stabilire un tunnel VPN (Virtual Private Network) verso il centro di controllo superiore di Wilhelmshaven. Anche la connessione viene realizzata tramite il protocollo Modbus TCP.
“Il sistema di controllo PLCnext è ideale per collegare la centrale di Huntorf al sistema di controllo esistente, nonché per la lettura e l’inoltro dei relativi dati”, riferisce Uwe Krüger, Head of Operations Power Plant Group Wilhelmshaven. “La piattaforma di controllo aperta ci permette di combinare in modo flessibile i vecchi percorsi di comunicazione esistenti con nuove soluzioni. In questo modo, la centrale può essere ampliata senza grandi sforzi e adattata a sfide future”.
I messaggi di allarme possono ora essere trasmessi direttamente ai dispositivi smart dei dipendenti.
TRASFERIMENTO DEI DATI A UNA BLOCKCHAIN
L’applicazione IEC61131 in esecuzione completamente sul controllore è stata creata nell’ambiente di sviluppo PLCnext Engineer. Come altro elemento centrale di PLCnext Technology, lo strumento viene utilizzato per la configurazione, la programmazione e la diagnostica dei controllori PLCnext. Qualora in futuro si rendessero necessarie delle estensioni, la piattaforma di controllo aperta consente anche l’integrazione di programmi software generati in un linguaggio di alto livello come C++ o C#.
Oltre al controllore e all’ambiente di sviluppo, Uniper utilizza anche PLCnext Store: Phoenix Contact e altri fornitori forniscono software attraverso questo mercato digitale. L’offerta spazia dai blocchi funzionali alle estensioni di funzioni ai connettori cloud. Per ampliare la centrale di Huntorf, i dipendenti hanno scaricato le librerie per la comunicazione Modbus, in modo da poter stabilire il collegamento con l’esistente sistema di controllo della centrale. Grazie alla disponibilità e alla profonda integrazione delle interfacce richieste, lo sviluppo delle applicazioni ha subito una notevole accelerazione. L’apertura alle nuove tecnologie - come la blockchain - è un argomento decisivo a favore di PLCnext Technology da parte di Uniper. Nel contesto della transizione energetica, l’importanza della tecnologia blockchain è in costante aumento. A differenza del sistema di controllo esistente, PLCnext Control può trasmettere i valori letti a una blockchain. Ad esempio, l’energia eolica generata nella regione può essere registrata e bilanciata in relazione all’energia immagazzinata e recuperata nell’impianto di Huntorf.
FOCUS: INTEGRAZIONE DI TECNOLOGIE DEL FUTURO
La svolta energetica pone nuove sfide per l’impianto ad aria compressa e a turbina a gas di Huntorf. Il focus è sul compito di modernizzare l’impianto, che ha più di 40 anni, in modo da soddisfare le esigenze future. In questo contesto, il gestore Uniper ha optato per l’ecosistema PLCnext Technology, che permette l’espansione tecnica degli impianti esistenti grazie alla sua apertura e compatibilità. Inoltre, la soluzione soddisfa tutti i requisiti per un’elevata sicurezza dei dati. Oltretutto, tecnologie che oggi potrebbero non esistere ancora, potranno essere facilmente integrate nell’ecosistema in un secondo momento; ad esempio, tramite le applicazioni del PLCnext Store. In questo modo la centrale sarà a prova di futuro anche per i prossimi decenni. ©ÉUREKA!
Con PLCnext Technology, l’impianto, che ha più di 40 anni, soddisferà anche i requisiti futuri.