Komplexe Projekte in andalusischer Sonne

Spezial

Planung - Entwickler von solarthermischen Kraftwerksprojekten brauchen leistungsstarke CAD-Werkzeuge, um die großen Datenmengen zu handeln und das Gesamtprojekt im Blick zu halten. So lassen sich Arbeit und Zeit sparen.

04. Mai 2011

Die Szene in der andalusischen Wüste mutet futuristisch an: Ein gigantisches Feld aus silbrigen Spiegeln. Endlose Rohrleitungen harren in der flirrenden Luft. Und in der Tat: hier in der Provinz Granada hat die Zukunft – zumindest was die Energieversorgung betrifft – bereits begonnen. Die drei Andasol-Kraftwerke in Südspanien sind die ersten Parabolrinnen-Kraftwerke Europas und gemessen an ihrer Kollektorfläche zugleich die größten Solarkraftwerke der Welt.

Das Kölner Unternehmen Flagsol verantwortet das Engineering für das Kernelement des Kraftwerkes – das Solarfeld. Es besteht aus vielen parallel angeordneten Reihen von Solarkollektoren, die in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet werden. Sie werden entsprechend dem Sonnenverlauf von Osten nach Westen nachgeführt.

Die Kölner sind Technologiegeber und Generalunternehmer für Parabolrinnen-Kraftwerke. Solar Millennium (74,9%) und die Ferrostaal (25,1%) bündeln im gemeinsamen Unternehmen ihre Kompetenzen für Entwicklung und Bau dieser solaren Großkraftwerke.

Seit 2007 nutzt Flagsol das 3D-Planungstool PDMS des Sulzbacher Unternehmens Aveva für die Auslegung und Planung des Solarfeldes. Vorher arbeiteten die Solarexperten mit einem anderen CAD-Werkzeug, das jedoch immer häufiger an seine Grenzen stieß. »Wir benötigten eine Software, die in der Lage ist, mit sehr großen Datenmengen umzugehen und auch bei internationalen Projekten einsatzfähig ist«, beschreibt Daniel Müllenborn, verantwortlich für den CAD-Einsatz bei Flagsol, seine damaligen Anforderungen. Nachdem man das Tool der Sulzbacher getestet hatte, fiel die Entscheidung, künftig mit diesem zu arbeiten.

Detailblick auf Rohrleitungen

Kurz danach ging es bereits an den praktischen Einsatz – das dritte Parabolrinnen-Kraftwerk Andasol 3 planten die Experten direkt mit PDMS. »Ein bisschen Lehrgeld zahlt man immer«, erinnert sich Müllenborn an die Anfänge, betont jedoch gleichzeitig, dass man den Sprung ins kalte Wasser nicht bereut hat.

Im Laufe des Projektes erschloss sich dem Team der gesamte Funktionsumfang der Software. Heute wird das Tool vor allem für die Rohrleitungsplanung sowie die Stahl- und Betonkonstruktion verwendet. Während die einzelnen Konstrukteure ihre Aufgaben in Spezialmodulen bearbeiten, haben sie jederzeit das Gesamtmodell im Blick.

Anhand der Entwürfe generiert das System eine umfassende Anlagendatenbank, aus der alle Layout- und Detailzeichnungen, Stücklisten und Isometrien automatisch erstellt werden können. Mit Hilfe von Rohrleitungskatalogen und technischen Spezifikationen im Piping-Modul lässt sich ein detailliertes Modell aller Rohrleitungssysteme anfertigen.

Wiederholung mit Zeitersparnis

Von Vorteil ist, dass sich alle Stadien der Projektierung verwalten und in das Tool integrieren lassen - vom Festlegen der groben Leitungsführung zu Projektbeginn bis zu einfachen und detaillierten Designs und der Spezifizierung von Rohrleitungselementen für die Herstellung.

So planten die Kölner in Andasol 1.300 Rohrleitungen in einer Länge von 40 bis 50km sowie Rohrhalterungen und Kabel mit einer Gesamtlänge von 30km. Dank der gemeinsamen Nutzung von Komponentendaten und der Wiederverwendung von Designdaten in neuen Projekten wird der Bearbeitungsaufwand reduziert, Planungszeiten werden verkürzt. »Wir haben einen hohen Wiederholungsgrad, beispielsweise sind mehrere Hundert Rohrleitungen im Prinzip gleich. Aber sie befinden sich natürlich an verschiedenen Stellen. PDMS übernimmt für uns die Stücklistengenerierung und spart uns eine Menge Arbeit«, so Müllenborn.

Insgesamt umfasste das Andasol-3-Projekt mehrere Tausend Rohrleitungskomponenten, die entworfen, verwaltet und dokumentiert werden mussten. So lassen sich Rohrhalterungen mit Hilfe von PDMS Piping und Aveva Multi-Discipline Supports planen und die Aveva-Pipe-Stress-Schnittstelle stellt die Verbindung zur Belastungsberechnung her.

Projekte zentral gemanagt

Die Software enthält zudem Spezialfunktionen für das Entwerfen und Ausgestalten von Stahl- und Betonkonstruktionen. Die Beams-and-Columns-Funktion definiert und verwaltet zum Beispiel vollständige Knotennetzwerke von Stahlbaukonstruktionen mit Verbindungselementen und allen Ausstattungsdetails. Einfache reguläre Strukturen werden in einem einzigen Schritt erstellt. Im Knotennetzwerk können Belastungen modelliert werden. Darüber hinaus lassen sich beliebig geformte Platten, Böden, Decken sowie passende Ausstattungselemente definieren und verwalten.

Außerdem gibt es keine Begrenzungen hinsichtlich der Größe und Komplexität von Projekten. »Für uns hat dieses Tool sehr großen Charme, weil sich alle Daten an einer Stelle, sprich in einer großen gemeinsamen Datenbank befinden«, verdeutlicht Müllenborn.

Für Analysesysteme, Entwurfssysteme und Designanwendungen von Drittanbietern stehen verschiedene Schnittstellen zur Verfügung. Das Tool unterstützt viele Datenaustauschformate, darunter DXF, DGN, SDNF und CSV. Auch die Standardschnittstelle STEP wird vor dem Hintergrund der internationalen Projektarbeit wichtiger.

Alle Zeichnungen werden direkt aus der Datenbank erstellt. Beschriftungen und Größenangaben in den Plänen lassen sich ebenfalls direkt aus dieser generieren, um eine Übereinstimmung zwischen Dokumenten und Design zu garantieren. Bei erneuten Zeichnungen werden aktuelle Änderungen am Design automatisch berücksichtigt. Dank der automatischen Hervorhebung sind Änderungen im Vergleich zu früheren Entwurfsversionen leicht erkennbar.

Müllenborn schätzt an der Software vor allem die Verlässlichkeit. Das System arbeitet mit einer eigenen Programmiersprache. Was normalerweise unüblich ist, hat in der Praxis einen entscheidenden Vorteil: »Alle Aktionen, die PDMS vorgibt, sind sehr transparent und nachvollziehbar«, so Müllenborn. »Die Software lässt sich dadurch sehr leicht an meine Bedürfnisse anpassen und wir haben maximale Freiheitsgrade.«

Seit dem Frühjahr 2010 kommt zudem das erst kürzlich entwickelte Tool Cable Design zum Einsatz. Früher wurde eine Kabelbahn anhand von Zeichnungen manuell bestimmt, heute gibt Cable Design die optimale Kabelführung automatisch vor.

Kabelverschnitt verringert

Dabei berücksichtigt die Software auch die Umgebungsbedingungen oder den Kabeltyp, also etwa stromführende Kabel oder Signalkabel. Positiver Nebeneffekt: Während früher die benötigten Kabellängen abgeschätzt und dementsprechend großzügig ausgelegt wurden, sind heute exakte Angaben möglich. Der Verschnitt verringert sich also beträchtlich.

»Das Schöne an PDMS ist, dass Sie sich darauf verlassen können, dass Aveva den Bestandsschutz wirklich ernst nimmt. Sind neue Elemente nötig, werden diese über Module ergänzt«, so Müllenborn. Ein Beispiel ist das ASL-Modul (Access Platforms, Stairs and Ladders), mit dem sich Plattformen, Treppen, Treppentürme, Leitern und ähnliche Elemente erstellen lassen.

Das Planungstool ist seit über 30 Jahren sowohl bei kleinen Änderungsprojekten als auch beim Neubau großer Industrieanlagen im Einsatz. Dafür verfügt es über die notwendigen Funktionen wie Fehlerbehebung, Revisionsmanagement und Änderungssteuerung.

Bei Andasol 3 laufen derzeit die Bauarbeiten auf Hochtouren. 2011 wird auch das dritte Parabolrinnen-Kraftwerk in Spanien in Betrieb gehen. Die Planungen für das nächste Großprojekt sind schon angelaufen. Das ebenfalls in Spanien geplante Solarthermie-Kraftwerk in der Extremadura wird ähnlich groß sein wie Andasol. 2013 soll dann auch dort Sonnenlicht in Strom umgewandelt werden.

Erschienen in Ausgabe: 04/2011