Das Kraftwerk der Zukunft

Aussen ein typisches Laufwasserkraftwerk – innen die digitale Zukunft? Im Kraftwerk Rabenstein in der Steiermark (AT) erprobt die VERBUND Hydro Power GmbH (VERBUND) neueste Technologien für die verschiedensten Anwendungsfälle in einem ‹digitalen Wasserkraftwerk›. Für das ‹transfer› erhielten wir einen ersten Eindruck.

Das Kraftwerk Rabenstein ist ein Laufkraftwerk an der Mur, in der österreichischen Gemeinde Frohnleiten in der Steiermark gelegen. Es gehört VERBUND, wurde 1987 in Betrieb genommen, erzeugt 65 GWh Strom jährlich – und sei ein ‹typisches Durchschnittskraftwerk› im Kraftwerkspark des Unternehmens, wie uns Dr. Bernd Hollauf bei unserem Gespräch einleitend erklärt. Er ist Projektleiter des Projektes «Digitales Wasserkraftwerk», ein langfristig angelegtes Vorhaben, mit dem laufend die vielfältigen Digitalisierungsmöglichkeiten bei Wasserkraftwerken ausgelotet werden sollen.

In der Wasserkraft existieren jahrzehntelange Erfahrungen mit der Automatisierung der Anlagen, es gilt nun darauf aufbauend die nächsten Schritte zu setzen: «Die grundsätzliche Frage, die wir uns im Projekt stellen, ist: Wie kann es gelingen, Arbeitsprozesse unter Nutzung digitaler Technologien zu vereinfachen und sie effizienter und vor allem auch sicherer zu gestalten? Und wie können wir den Anlagenzustand der robusten Anlagen auch aus dem laufenden Betrieb heraus erkennen um Schäden rechtzeitig zu vermeiden?» Als Basis für die Weiterentwicklung wird insbesondere den bereits verfügbaren bzw. noch zu erfassenden Daten nachgesagt, das «Öl der Zukunft zu sein». Es gilt also auch zu prüfen, inwieweit eine Vernetzung der Anlagen bzw. Kraftwerke im eigenen Kraftwerkspark und sogar darüber hinaus neue Erkenntnisse bringen kann. «Kein leichtes Unterfangen, nachdem der offene Austausch von Prozessdaten im Widerspruch zu den Anforderungen steht, die an eine möglichst sichere, kritische Infrastruktur zu stellen sind.»

Zusammen mit den einzelnen Fachabteilungen wurden bei VERBUND ganz zu Beginn Wünsche und Vorstellungen an eine ‹Digitalisierung› ausgelotet, und so die Schwerpunkte des Projekts festgelegt. Diese werden jedoch mit der Zeit ergänzt: «Wir lernen laufend, in der Anwendung und aus Gesprächen mit Lieferanten und Mitarbeitenden anderer Abteilungen», erzählt Daniela Schlüsselberger, Verantwortliche im Projekt für Elektrotechnik und Leittechnik und Stellvertreterin von Bernd Hollauf.

Deshalb gibt es regelmässige Ideenworkshops, in denen bisherige Ergebnisse bewertet und gegebenenfalls neue Themen aufgenommen werden.

Eine der zentralen Aufgaben beim Projekt ist die Recherche nach im Markt bereits verfügbaren Systemen, deren Prüfen auf Verwendungstauglichkeit und die Beurteilung einer möglichen Weiterentwicklung für die Belange im Wasserkraftwerk: «In anderen Branchen gibt es Anwendungen, von denen wir lernen, aus denen neue Ideen entstehen – und von denen wir meinen, dass sie durchaus auf unsere Anforderungen angepasst werden können», sagt Hollauf. «Genau das wollen wir herausfinden und im Projekt erste eigene Erfahrungen sammeln.»

Das Team hat sich zunächst auf sechs Aufgabenfelder eingegrenzt: Vermessungsaufgaben, die 3D-Visualisierung wichtiger Komponenten und Einrichtungen des Kraftwerks, der Einsatz intelligenter Sensorik, interaktive Assistenzsysteme, die Umsetzung eines ‹digitalen Zwillings› (Digital Twin) von relevanten Anlagenteilen, sowie der Aufbau einer zentralen Datenplattform für umfangreiche Analysen. «Erste Erfahrungen haben wir bereits mit autonomen Vermessungen und Inspektionen sowie mobilen Assistenzsystemen gesammelt», fasst Bernd Hollauf Ergebnisse aus der ersten Phase des Projekts zusammen. Diese Themenfelder haben wir daher in unserem Gespräch weiter vertieft.

Vermessungsaufgaben stehen regelmässig an, Bedarf: zunehmend. «Wir sind also auf der Suche nach Möglichkeiten, wie das in der geforderten Genauigkeit möglichst effizient gelingt», sagt Hollauf. Attraktive Anwendungen sieht das Team um Bernd Hollauf für Vermessungsaufgaben unter Wasser, beispielsweise für die Gewässersohlenvermessung. Was derzeit noch manuell erledigt wird, könnten zukünftig schon heute verfügbare autonome und mit entsprechender Messtechnik ausgestattete ‹Plattformen› im Gewässerraum übernehmen: «Diese würden nach einer programmierten GPS-Route den Stauraum unmittelbar vor dem Kraftwerk abfahren und praktisch auf Knopfdruck das 3D-Modell des Gewässergrundes abbilden», gibt Hollauf einen Ausblick. Ein Fokus im Projekt ist daher die Prüfung und Auswahl eines am besten für den geplanten Einsatzzweck geeigneten Messsystems. Mit deren Einsatz sind zukünftig jedenfalls mehr Daten zu erwarten, weshalb auch eine Anpassung der Systeme zur Speicherung, Auswertung und Visualisierung der Daten erforderlich sein wird.

Dazu sei aber noch viel Vorarbeit zu leisten. Nicht nur was das ‹Eingabeformat› betrifft, sondern bereits den eigentlichen Grundstock der Informationen: Nach 30 Jahren Betrieb kommt vieles zusammen, manches erfordert eine langwierige Suche im Archiv. Die Basis für ein papierloses Kraftwerk zu schaffen gestaltet sich sehr aufwändig: «Es ist ja noch einfach zu verlangen, dass Tablets oder Smartphones verwendet werden – aber die brauchen zuerst die Daten», bestätigt Schlüsselberger.

«Einfach zu versuchen, einen grossen Plan mit einem kleinen Display darzustellen, das kann wohl nicht gelingen. Also muss man erst mal eine Menge Hausaufgaben machen, bevor man mit solchen Ideen in ein Kraftwerk gehen kann.»

Sie stellt sich vor, dass man irgendwann einmal das komplette ‹Leben› des Kraftwerks im zeitlichen Verlauf sieht. Das beinhalte dann nicht nur die Störfälle, sondern soll auch eine Suche dahingehend ermöglichen, ob eine vergleichbare Aufgabe vielleicht schon einmal andernorts, beispielsweise im Schwesterkraftwerk, gelöst wurde. Wichtig sei einfach die Datenqualität, wie Schlüsselberger betont: «Manches ist heute schon vorhanden, aber eben nur punktuell. Und wird persönlich von einem Kollegen zum anderen weitergegeben, oft nur handschriftlich. Und manches wird eben leider gar nicht geteilt, einfach deshalb, weil man nicht daran denkt und das nur als persönliche Notiz anlegte.»

Eines ist ihr dabei sehr bewusst: Mitentscheidend wird sein, ob es gelingt, eine sehr einfache, intuitive Benutzeroberfläche zu entwickeln, über die man solche Informationen unkompliziert und vor allem unbürokratisch erfassen kann. Und: Jede Eingabe muss dann schliesslich aufbereitet und am richtigen Ort abgelegt werden. Das richtige ‹Management› der Daten sei jedenfalls noch eine bis dato ungelöste Herkulesaufgabe.

Diese Überlegungen stossen manche Diskussion an, lösen mitunter Unsicherheiten aus. «Da steht dann schon die Frage im Raum, ob das irgendwann einmal ‹normal› sei, mit einem Tablet durch die Anlage zu gehen und Arbeitsabläufe zu filmen», merkt Daniela Schlüsselberger an. Und auch das Thema Persönlichkeitsschutz sei zu klären: «Das impliziert Kontrollierbarkeit, und wirft damit genauso arbeitsrechtliche Fragen auf.»

Einig sind sich die beiden, dass man mit diesen Überlegungen sehr früh mit den späteren Anwendern in Kontakt treten muss, immer wieder von Inhalten und Fortschritt im Projekt berichtet, Ängste nimmt. Sie sehen auch gerade darin die Schwierigkeiten: «Digitalisierung ist das Schlagwort in allen Medien. Das weckt gewisse Grundängste, denn oft gehen die Berichte einher mit Phrasen wie Rationalisierung, Ersetzen des Menschen durch digitale Gadgets, Stellenabbau», bedauert Hollauf. Da sei viel Aufklärungsarbeit zu leisten: «Wir sehen in der Digitalisierung in erster Linie eine Unterstützung für die Arbeit vor Ort im Kraftwerk, um die ständig steigenden Herausforderungen weiterhin meistern zu können.» Dazu gehören beispielsweise das zunehmende Anlagenalter, rechtliche bzw. administrative Anforderungen oder auch die Veränderung der Umwelteinflüsse. «Vermessungs- und Inspektionsaufgaben werden mit den besseren technischen Möglichkeiten mit Sicherheit zu- und nicht abnehmen. Dazu wird es aber nach wie vor die Experten brauchen, die die Ergebnisse bewerten können», bestätigt Hollauf.

«Dazu kommt, dass Diskussionen zu Dingen, welche den Anschein von Kontrollierbarkeit wecken, schnell auf der emotionalen Ebene geführt werden», sagt Daniela Schlüsselberger. Deshalb seien sehr früh bereits Gespräche mit dem Betriebsrat geführt worden. «Wir haben ihn darüber informiert, wie wir mit dem Begriff ‹Digitalisierung› umgehen, haben aufgeklärt, was wir überhaupt machen und immer wieder berichtet, wo wir stehen.»

Ihr ist es ganz wichtig, dass die neuen Werkzeuge von den Anwendern mitgestaltet werden.

 «Die Anwender müssen später mit den Werkzeugen leben. Also muss das drin sein, was sie erwarten und benötigen.»

«Und die ‹Oberfläche› muss so aussehen, dass sie damit arbeiten können. Das ist ganz wichtig für die Akzeptanz vor Ort.» Diese Diskussionen seien zwar nicht immer leicht, aber sinnvoll, wie Schlüsselberger meint: «Kritische Stimmen sind wichtig. Sie machen einen schliesslich immer wieder aufmerksam auf Dinge, die man übersehen hat oder die vergessen gehen könnten. Gerade in der euphorischen Phase eines Projekts.»

Jeder, der aktiv im Projekt arbeitet, kommuniziert und bringt Rückmeldungen zurück ins Team. «Nur wenn wir diese aufnehmen, können wir Verständnis schaffen, für das was wir tun. Wir müssen zeigen und greifbar machen, was ein ‹digitales Wasserkraftwerk› sein könnte», unterstreicht Bernd Hollauf. «Wir dürfen jedoch auch keinen Zweifel aufkommen lassen, dass sich Prozesse ändern werden, dass wir vorhandene weiterentwickeln müssen. Wir reden nicht schön, sondern wir liefern ganz pragmatisch Fakten.»

«Ich denke, jeder weiss inzwischen, dass dies kein Hype, sondern ein Schritt in die Zukunft ist.»

Viele der Technologien, die das Team um Bernd Hollauf untersucht, sind in anderen Branchen bereits etabliert. Wie die ROVs oder intelligente Sensorik. «Das werden wir konkret weiterverfolgen und versuchen, für unsere Anliegen nutzbar zu machen», fasst Hollauf zusammen. Ein umfangreicheres Aufgabenfeld sieht er bei den notwendigen strukturellen Veränderungen:

«Wasserkraftwerke mit unterschiedlichem Alter und unterschiedlichen Standards auf ein einheitliches Digitalisierungsniveau zu heben ist echte Knochenarbeit, die Verknüpfung der einzelnen Systeme eine grosse Herausforderung.»

Überdies sieht er in seiner Arbeit den Faktor Mensch als absolut zentral an: «Wir wollen keinen überrumpeln und mit digitalen Medien und Tools überschütten, sondern ein ‹Hineingleiten› in die Digitalisierung ermöglichen. Nur wenn der Mitarbeitende die neuen Medien als Arbeitsgerät anerkennt, das Spass macht und hilft, wird es irgendwann zu ihm gehören können wie die Werkzeugkiste und die Ersatzteile.»

«Wie digital ein Kraftwerk sein kann oder muss ist im Grunde ein Diskussionsprozess, mit dem man sich möglichst früh und auch längerfristig auseinandersetzen sollte», meint Hollauf. Das Projekt hat deshalb für die testweisen Umsetzungen im Pilotkraftwerk und für die Analyse und Planung der Ausrollung in weiteren Kraftwerken einen mehrjährigen Zeithorizont: «So haben wir die Chance, nachhaltig etwas zu bewegen.»

«Digitalisierung ist eine Haltung, eine neue Denkweise. Kein einmaliger Sprint, der erledigt und abgehakt wird.»

«Digitalisierung bedingt einen Kulturwandel, Arbeitsweisen müssen angepasst werden, Strukturen werden aufgebrochen. Das hinterlässt mitunter Narben, und da muss man sensibel sein. Darum wird es auch Dinge geben, die eben länger brauchen. Aber, und davon bin ich überzeugt, die Reise geht definitiv in diese Richtung.»