Das digitale Wasserkraftwerk 4.0.

Es ist eine Zeitreise vom Mittelalter ins dritte Jahrtausend, wenn man in Frohnleiten bei Graz den Blick vom Felsen auf die Mur schweifen lässt. Während auf einem Hügel die im 12. Jahrhundert entstandene Burg Rammenstein thront, betreibt ein Stück weiter unten am Fluss die Verbund AG ihr digitales Wasserkraftwerk 4.0. Was 1987 als Laufkraftwerk Rabenstein in Betrieb ging und heute rund 15.000 Haushalte mit ökologischem Wasserstrom versorgt, ist in jüngster Zeit zu einem europaweit einzigartigen Schauplatz digitaler Technologien geworden. „Wir schöpfen alle digitalen Möglichkeiten aus, die es bereits gibt, und konzipieren zugleich neue. Wir proben und testen im Echtbetrieb die Zukunft der Wasserkraft“, sagt Karl Heinz Gruber, Geschäftsführer der Verbund Hydro Power.

Digitaler Zwilling

Gearbeitet wird beispielsweise mit virtuellen Kopien realer Bauteile. „Wir haben einen sogenannten digitalen Zwilling eines Laufschaufel-Verstellhebels einer Kaplan-Rohrturbine angefertigt.  Damit ist es möglich, die Lebensdauer online zu erfassen und auf Knopfdruck darzustellen. Wir wissen also genau, wie lange der Hebel noch funktionstüchtig ist“, erläutert Maschinenbautechniker Wolfgang Engelke, Verantwortlicher des Projekts Digital Twin. Im nächsten Schritt soll der Zwilling auf weitere Bauteile umgelegt werden. Die Idee dahinter: Ungeplante Kraftwerksausfälle sind problematisch, denn sobald ein Bauteil demontiert werden muss, steht der Betrieb still.

Mit digitalen Zwillingen können in Echtzeit Betriebszustände abgebildet werden. Inspektionen oder Wartungen werden so besser getaktet. Kein Bauteil wird frühzeitig ausgebaut, wenn er noch eine hohe Restlebensdauer hat. Ein weiterer Vorteil: Ändert sich die Betriebsweise eines Kraftwerks, können die Beanspruchungen der Komponenten in den digitalen Zwilling eingespeist werden, um vorab die Auswirkungen auf die Bauteile zu berechnen.  „Anlagen werden somit planbarer. Mit der Abnahme von Kraftwerksausfällen steigt die Versorgungssicherheit“, so Engelke.

Mensch und Maschine

Der digitale Zwilling ist nur eine von zahlreichen Technologien, die im Pilotkraftwerk auf dem Prüfstand stehen. Kann etwa trotz der digitalen Überwachungssysteme ein Störfall nicht vermieden werden, kommen mobile Assistenzsysteme zum Einsatz. Auf die Vermessungs- und Inspektionsreise geschickt werden autonome Tauchroboter mit Echtzeit-3D-Sonar, die zugleich alle für die Störungsbehebung erforderlichen Informationen zeitnah über mobile Endgeräte wie z.B. Tablet, Smartphone oder Datenbrillen an jedem Ort im Kraftwerk bereitstellen.

Es ist die Verknüpfung von intelligenten Sensorsystemen mit der Künstlichen Intelligenz, welche die Datenbasis für virtuelle Modelle liefert, die wiederum die Detektion und Prognose von Anomalien erlauben. Vernetzt werden die Daten auf einer gemeinsamen Plattform. Das Ergebnis ist ein digitaler Kreislauf der Effizienz – der den Menschen begleiten und unterstützen soll, wie Gruber und Engelke betonen: „Die Digitalisierung ist ein sinnvolles Werkzeug, mit dem tägliche Aufgaben erleichtert werden. Wie der PC, der unseren Alltag verändert hat, werden auch andere digitale Technologien die Aufgaben in der Kraftwerkswelt verändern. Leute mit handwerklichen und planerischen Fachkenntnissen benötigen wir in unseren Kraftwerken aber auch in 100 Jahren noch.“

Der Bedarf an Experten ihres Fachs sei zeitlos. Was in Frohnleiten bei den Felsburgbauern im 12. Jahrhundert galt, scheint auch in der durchdigitalisierten Welt unten am Fluss Bestand zu haben.