Intelligenter Trafo ebnet den Weg zum Internet der Energie

Mit Sensformer bringt Siemens als erster Hersteller weltweit einen intelligenten und vernetzten Transformator auf den Markt.

 

Katrin Nikolaus

Das Internet der Energie kommt: Ebenso wie in der Industrie die Anlagen und Maschinen – hier spricht man vom Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) –  bekommen auch in der Energiebranche immer mehr Elemente neue, digitale Funktionen. Siemens ist Vorreiter dieser Entwicklung: Kürzlich stellte die Division Energy Management (EM) den weltweit ersten digitalen Transformator vor. Vom Ortsnetztrafo bis zu Großleistungstransformatoren liefert Siemens künftig jedes Modell auch mit Intelligenz und Konnektivität aus. So können Stromnetze effizienter und vorausschauender betrieben werden und es eröffnen sich neue Service- und Wartungsmodelle, die in Zukunft via Datenübertragung in die Cloud und mit Apps verwirklicht werden.

 

Innovationsschub in der Energiebranche

 

Sensformer – so heißt der digitale Transformator – wird nach Ansicht von Siemens-Experten in der Energiebranche einen vergleichbaren Innovationsschub auslösen wie die Ablösung des Handys durch das Smartphone. Während Transformatoren bis heute ausschließlich dazu da sind, die Stromspannungen und –stärken zwischen unterschiedlichen Netzteilen zu regeln, liefern Sensformer zusätzlich Daten über ihren Betriebszustand und senden diese in die Cloud, wo sie von Apps ausgewertet werden.

 

„Äußerlich hat sich beim Sensformer im Vergleich zu herkömmlichen Transformatoren praktisch nichts geändert“, erklärt Puneet Harminder Singh, Application Manager in der Division Energy Management (EM). Sensformer mit Konnektivität und Intelligenz stellen jedoch eine neue Produktklasse dar: „Unser Domain-Know-how hat es uns ermöglicht, die bestehende Physik um die Ebene der Information zu erweitern und den Trafo für das digitale Zeitalter zu entwickeln.“ Der Sensformer ist ausgestattet mit Sensoren, die den Ölstand, die Öltemperatur und den Wicklungsstrom auf der Niederspannungsseite in Echtzeit messen. Über einen GPS-Sender wird die genaue Position des Sensformers ermittelt. Wie Singh erklärt, „sind das unsere Meinung nach die grundlegenden Daten, die ausreichen, um den erforderlichen Überblick über den Betriebszustand des Geräts auf Smartphone oder Tablet zu erhalten, und dies in Echtzeit.“ Alle von den Sensoren erzeugten Daten werden mit dem Verbindungsgerät des Sensformers in die Cloud geschickt. Die Datenübertragung geschieht über den Mobilfunkstandard GSM oder über das Ethernet, wenn der Sensformer in einer Substation über Kabel angeschlossen werden kann. GMS wurde ausgewählt, weil er der zurzeit robusteste und sicherste Kommunikationsstandard ist.

Sensformer wird in der Energiebranche einen Innovationsschub auslösen wie einst die Ablösung des Handys durch das Smartphone.

Informationsdrehscheiben für Stromnetzbetreiber

 

Neben ihrer primären Aufgabe, der Umspannung von Strom, werden Sensformer so zu Informationsdrehscheiben für die Stromnetzbetreiber. Und die brauchen neue Lösungen, um die drei D der Energieversorgung voranzutreiben, nämlich Dekarbonisierung, Dezentralisierung und Digitalisierung. Denn die Stromindustrie befindet sich in einem epochalen Wandel: Das große Ziel, den Kohlendioxid-Ausstoß drastisch zu verringern um dem Klimawandel entgegenzuwirken, kann nur mit einer stark steigenden Stromproduktion aus erneuerbaren Energiequellen erreicht werden. Dies bringt gleichzeitig die Dezentralisierung der Stromerzeugung mit sich. Deutschland ist ein gutes Beispiel dafür: In den 1990er Jahren erzeugten rund 1.000 große Kraftwerke Strom für das Land. Heute speisen rund 1,7 Millionen Stromerzeuger in das Netz ein. Nach wie vor sind das große Kohle-, Gas- und Kernkraftwerke, aber eben auch große Windparks und einzelne Windturbinen, Solarstromfarmen und PV-Anlagen von Wohnhäusern, Biomasseanlagen in der Landwirtschaft, Wasserkraftwerke und andere. Und es werden immer mehr Teilnehmer dazu kommen: Gebäude und Elektroautos werden in naher Zukunft nicht nur Stromverbraucher sein, sondern auch als Zwischenspeicher dienen.

Damit Netzbetreiber und Energieerzeuger diese neue Stromlandschaft automatisiert managen können, legt sich nach und nach eine digitale Schicht über die physische Infrastruktur. Sensformer spielen dabei eine Schlüsselrolle. „Nachdem Siemens beschlossen hatte, den digitalen Transformator zu bauen, wollten wir auch die ersten auf dem Markt sein. Es gelang uns, das neue Produkt in nur etwas über sechs Monaten zu entwickeln“, berichtet Singh. Eine weitere Vorgabe war es, den Sensformer so einfach und so kostengünstig wie möglich zu bauen. Auch damit waren die Entwickler erfolgreich: „Der Kunde kann den Sensformer ohne Aufwand in seine bestehende Infrastruktur implementieren und er zahlt für die neue Konnektivität und Intelligenz keinen Aufpreis“, sagt Singh.

 

Geringere Gefahr eines Blackouts

 

Die stark schwankenden Lasten, die die nicht planbare Erzeugung von erneuerbarer Energie mit sich bringt, wirken sich auf die Belastung der Transformatoren aus. Bei großer Last können sie beispielsweise überhitzen. Der Sensformer kann dies nun mitteilen, indem seine Öltemperatur und der Wicklungsstrom gemessen und die Ergebnisse in die Cloud geleitet werden. Wird die Stromlast besser verteilt, können so Schäden bis hin zu Blackouts vermieden werden. Selbst wenn ein Sensformer ausfällt, ist schnell klar, wo sich dieses Gerät befindet. Gerade in abgelegenen Gegenden ist das wichtig, um Servicetechniker umgehend zur Reparatur schicken zu können und auch damit das Risiko von Blackouts zu verringern.

 

Die Daten, die vom Sensformer gesammelt und analysiert werden, können laut Produktmanager Singh dazu führen, dass zukünftige Geräte besser an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. „Bisher wissen wir ja gar nicht, ob ein Transformator für bestimmte Netzabschnitte nicht völlig überdimensioniert ist und nicht auch ein wesentlich simpleres Design ausreichen würde“, erklärt er. Die neuen Erkenntnisse über die gesamte Lebensdauer des Sensformer hinweg werden seiner Ansicht nach in allen Bereichen zu Verbesserungen führen: Design, Asset Management bis hin zur Materialwissenschaft – die digitale Metamorphose des herkömmlichen Transformators hat gerade erst begonnen.

 

 „Transformatoren sind bisher eine Blackbox in der Stromversorgung“, erklärt Singh. Indem Siemens sie mit Intelligenz ausstattet und mit der digitalen Schicht verbindet, werden sie zur unverzichtbaren Informationsquelle. Einfach zu implementieren und zu nutzen, bringen sie Stromnetzbetreiber und Energieunternehmen auf ihrem Weg der Digitalisierung voran.

 

02.07.2018

Katrin Nikolaus

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