Typ om te zoeken

Geen onderdeel van een categorie

Hoe werkt de noodstroominstallatie van de Brussels Health Campus?

Delen

UPS’en en noodstroomgeneratoren


Wat als? Dat was zowat de vraag die het UZ Brussel moest en wou beantwoorden toen het een risicoanalyse moest maken van de black-outscenario’s. Er dreigden in de winterperiodes immers stroomtekorten. Daarop ging de technische dienst op zoek naar een systeem dat gedurende een langere periode in noodstroom kon voorzien. De uitbouw van zo’n nieuwe hoogspanningsinstallatie en noodstroomvoorziening voor de gehele Brussels Health Campus in Jette duurde twee jaar. De kroon op het werk was een uitgebreide en geslaagde test in februari 2016.

 
De Brussels Health Campus omvat niet alleen het UZ Brussel, maar ook de faculteit Geneeskunde en Farmacie van de Vrije Universiteit Brussel, het departement gezondheidszorg van de Erasmushogeschool Brussel en Basic-Fit. Goed voor 250.000 vierkante meter. Natuurlijk was bij het UZ Brussel voordien al een noodplan voor elektriciteitsonderbrekingen, maar als die onderbrekingen langer dan een paar uur duurden, moesten er keuzes worden gemaakt en werden alleen de meest kritische diensten van noodstroom voorzien. Ondersteunende diensten zoals de keuken of grote verbruikers als de medische beeldvorming en koeling werkten dan niet.
 
Een noodstroominstallatie ontwikkelen voor de hele campus, die alle diensten operationeel hield, zonder enige invloed voor de patiënten, was een helse job, maar het eindpunt van het verhaal is de ontwikkeling van een operationeel noodsysteem dat volautomatisch de volledige campus gedurende vijf tot tien dagen autonoom kan laten werken, van alle kritische diensten tot en met de verwarming en de keuken.
 

Behalve noodgeneratoren bouwde het UZ Brussel nog een extra noodsysteem in met twee warmtekrachtkoppelingen (wkk’s) met een totaal vermogen van 2,5 megawatt, die geïntegreerd zijn in de noodstroomproductie.

 
Om een performant systeem te ontwikkelen, werden talloze scenario’s en risicoanalyses doorlopen, maar het uitgangspunt waren twee types stroomonderbrekingen: lokale onderbrekingen in een hoogspanningscabine, waar ook onderhoud onder valt, en algemene onderbrekingen of black-out van het openbaar elektriciteitsnet.
 

Gesloten hoogspanningslus met logische selectiviteit

Rond de gebouwen werd een gesloten hoogspanningslus aangelegd met vijftien hoogspanningscabines en in totaal 49 transformatoren. Als de lus ergens onderbroken wordt, heeft dat geen invloed op de stroomvoorziening van de cabines, want de stroom kan nog altijd langs de andere kant de cabines voeden. De lus wordt verbonden met twee gescheiden kopcabines. Beide cabines zijn bouwkundig volledig van elkaar gescheiden en hebben elk een afzonderlijke feeder van het openbaar hoogspanningsnet.  Wanneer één feeder of één van de beide kopcabines uitvalt, schakelt het systeem automatisch over naar de andere.
 

Lokale fout

Elke hoogspanningscabine heeft een productiekant, met een tot acht transformatoren van 800kVA. Hiernaast zijn de cabines uitgerust met een noodtransformator die over een gescheiden hoogspanningsaansluiting beschikt die bij een lokale fout de voeding van de productietransformatoren overneemt. Dat gebeurt door geautomatiseerde omschakelborden (net-noodborden) die de Algemene Laagspanningsborden (ALSB) voeden vanaf de productietransformator (net) of van de noodtransformator (nood).
 

Black-out

Bij een totale stroomonderbreking van het openbaar hoogspanningsnet (black-out), starten onmiddellijk drie dieselgeneratoren met een gezamenlijk vermogen van 5 megawatt als eerste op.
 
De generatoren voorzien de kritische installaties en diensten zoals bijvoorbeeld het operatiekwartier in maximaal vijftien seconden van elektriciteit. Daarna worden stapsgewijs de overige verbruikers ingeschakeld zodat na één minuut de volledige campus weer operationeel is. De meest kritische installaties zijn voorzien van een UPS (Uninterruptible Power Supply) zodat ze geen hinder hebben van de stroomonderbreking.


Autonomie

De noodstroominstallatie beschikt over een brandstofvoorraad van twee keer 100.000 liter. Mocht het nodig zijn, dan kan nog een tankwagen worden aangekoppeld om de brandstof bij te vullen of de generatoren rechtstreeks van brandstof te voorzien.
 

De tweedaagse black-outtest tussen 19 en 24 uur op 16 en 18 februari 2016 was uniek. Elke avond werden meer dan elf testen gedaan, terwijl het ziekenhuis bleef draaien en volledig operationeel was.

 
Die autonomie is, afhankelijk van seizoen, mogelijk tot een periode van vijf tot tien dagen. En meteen wordt er gedacht aan meer oplossingen. Stel dat er een heel grote stroompanne is in België, dan kan de sporthal die zich op de campus bevindt en die ook op noodstroom staat, een noodcentrum worden, waar tot vijfhonderd bedden kunnen worden gezet, om bijvoorbeeld nierpatiënten dialyse te geven.


Warmtekrachtkoppeling als noodstroomgenerator

Het UZ Brussel bouwde nog een extra noodsysteem in met twee warmtekrachtkoppelingen (wkk’s) met een totaal vermogen van 2,5 megawatt, die geïntegreerd zijn in de noodstroomproductie. Die wkk’s zijn zo gedimensioneerd dat ze honderd procent warmteonafhankelijk kunnen werken en bijgevolg zonder warmteafname vanuit de verwarmingsinstallatie functioneren. Zolang er gas is, kunnen zij dus elektriciteit produceren. Het duurt enkele minuten vooraleer zij zijn opgestart en zodra zij functioneren, nemen zij een deel van de belasting over van de dieselgeneratoren zodat reservevermogen wordt opgebouwd. Wanneer de volledige noodstroomproductie operationeel is, is er zelfs bij de zwaarste belasting in de zomer meer dan 7 megawatt beschikbaar, terwijl er maar 5 megawatt nodig is.
 
De wkk’s lijken op het eerste gezicht, door de aanwezigheid van de generatoren, niet nodig te zijn, maar ze bieden comfortnoodstroom: als er om een of andere reden een generator zou uitvallen, dan zouden er mogelijk installaties of diensten moeten worden afgeschakeld. Dankzij de inzet van de wkk’s is dat niet nodig en is het UZ Brussel in staat om dagenlang onafhankelijk van het net stroom op te wekken voor de gehele Brussels Health Campus.
 

Elektrische as

Bij het UZ Brussel worden de generatoren opgestart in “elektrische as”. De drie motoren starten gezamenlijk op en synchroniseren zich eerst op lage toeren met elkaar. Daarna  bouwen ze hun vermogen op alsof ze één motor zijn. Dat geeft minder kans op fouten dan wanneer ze elk autonoom zouden synchroniseren en hierdoor elkaar beïnvloeden bij de opstart. Op het moment dat die motoren volledig opgestart zijn, worden die via step-uptransformatoren gekoppeld aan de hoogspanningslus en voeden dus weer de volledige campus op hoogspanning.
 

Automatisatie

De hele automatisatie is gebaseerd op een evenwicht tussen de vraag en het beschikbaar vermogen. Wanneer de noodstroomproductie operationeel is, wordt continu de belasting van de transformatoren en het beschikbaar vermogen vanuit de productie gemeten. Bij een onevenwicht door bijvoorbeeld de uitval van een generator, zal het systeem ogenblikkelijk minder kritische verbruikers uitschakelen om zo de meest kritische verbruikers te beschermen. Omgekeerd zal het systeem verbruikers bijschakelen wanneer er weer extra vermogen beschikbaar is, nadat bijvoorbeeld de wkk’s opgestart zijn. Het constant balancerende systeem tussen wat nodig is en wat beschikbaar is in combinatie met diesel- en gasmotoren, is vrij uniek.
 

Backup

De automatisatie is volledig redundant opgebouwd: elke kopcabine heeft een redundante hoofdprocessor die volledig autonoom werkt, mocht er iets misgaan. Hiernaast beschikt elke hoogspanningscabine ook nog eens over een eigen lokale intelligentie. Mocht die echter falen of de hoogspanningslus zou niet beschikbaar zijn, dan is er voor de meest kritische diensten nog een rechtstreekse laagspanningsvoeding die eveneens volautomatisch inschakelt. Dan geeft één motor rechtstreeks en op laagspanning voeding aan bijvoorbeeld het operatiekwartier.
 

Bij een totale stroomonderbreking van het openbaar hoogspanningsnet (black-out), starten onmiddellijk drie dieselgeneratoren met een gezamenlijk vermogen van 5 megawatt als eerste op.

 

Valorisatie

De noodstroomproductie kan ook opstarten terwijl het openbaar hoogspanningsnet aanwezig is en zich hiermee binnen enkele seconden synchroniseren. Hierdoor kan de noodstroomproductie gevaloriseerd worden met producten van netbeheerder Elia, zoals R3DP. Als netbeheerder is er af en toe voor een korte periode nood aan extra vermogen, wanneer er bijvoorbeeld plots te weinig wind of zon is. Vroeger werd dat gecompenseerd met de gascentrales, maar dat is niet altijd rendabel. Elia doet daarvoor nu ook een beroep op de markt, die vermogen kan ter beschikking stellen. Het UZ Brussel neemt daaraan deel: is er plots te weinig elektriciteit beschikbaar, dan kan Elia vanop afstand de noodstroomproductie aansturen en extra megawatt op het net krijgen via het UZ Brussel.
Het UZ Brussel krijgt voor het ter beschikking stellen van de noodstroomproductie een vergoeding die een deel van de investering terugbetaalt.
 

Onderhoud en bedrijfszekerheid

De kans dat er een volledig stroomuitval is, is niet erg groot, maar het UZ Brussel wil voorbereid zijn. Zeker omdat er minstens één keer per jaar een onderbreking nodig is voor onderhoud. Vroeger kon de hoogspanningscabine niet of moeilijk onderhouden worden, omdat er delen onder spanning bleven staan.
 
Nu kan het ziekenhuis elke cabine switchen tussen nood en net. Bij onderhoud wordt het noodnet opgezet. De gebruiker merkt daar niets van en het onderhoud kan worden gedaan. Meteen is het probleem dat het noodnet nooit kan worden getest, opgelost. Want als dat nooit kan worden getest, kan het UZ Brussel nooit weten of de noodstroomproductie bedrijfszeker is bij een korte of lange stroomonderbreking. En dat is net wat een ziekenhuis, met heel wat kritische verbruikers, heel goed moet weten.
 

Black-outtest

De tweedaagse black-outtest tussen 19 en 24 uur op 16 en 18 februari 2016 was uniek. Na een maandenlange voorbereiding werd zowat alles getest. Een lokale fout, de communicatie tussen de cabines of de communicatie met Sibelga die wegviel: elke avond werden meer dan elf testen gedaan, terwijl het ziekenhuis bleef draaien en volledig operationeel was.
 

Om een performant systeem te ontwikkelen, werden talloze scenario’s en risicoanalyses doorlopen, maar het uitgangspunt waren twee types stroomonderbrekingen: lokale en algemene onderbrekingen.

Alleen de spoedafdeling was gedeeltelijk gesloten. De bedden lagen vol en tijdens de test werden zes kinderen geboren, waren er verschillende dringende ingrepen: een punctie op de Spoed-CT, hartoperaties en een neurologische ingreep. Dat beseften de diensten die verantwoordelijk waren voor de test maar al te goed: een ziekenhuis kan nooit op nul worden gezet.
 

Teamwork

Belangrijk aan de test was dat iedereen eraan meewerkte. Vroeger was dit misschien het ‘privilege’ van de technische dienst, maar nu werden alle diensten uitgedaagd om op hun niveau te bekijken wat er fout zou kunnen gaan en hoe ze twee uur lang in een ‘dood’ ziekenhuis zouden kunnen werken.
 
Zo stonden er op intensieve zorg student-artsen klaar om manueel te beademen, mocht er toch iets zijn misgegaan. Op alle diensten waren extra artsen en verpleegkundigen aanwezig en werden studenten ingezet om indien nodig de volledige werking van het ziekenhuis manueel over te nemen.
 
Het IT-systeem moest volledig down kunnen gaan. Niet eenvoudig, want alle procedures en administratie zijn volledig gedigitaliseerd. Daarom werd het manueel noodsysteem klaargezet en alle nodige medicijnrapporten werden geprint. Als er nu iets fout gaat, liggen alle scenario’s, de meest mogelijke en onmogelijke, duidelijk vast. Hoe krijg je een patiënt vanop de zesde verdieping beneden, als er geen lift meer is? Of wat met het personeel dat niet meer in de afdeling binnen kan, omdat de deur elektronisch wordt geopend? In de maanden die aan de test voorafgingen, werd op elke afdeling en door elk personeelslid, van de CEO en de chirurg tot het onderhoudspersoneel, nagedacht over de specifieke gevolgen van een black-out op de eigen diensten en het eigen personeel. Het resultaat is een rampenscenario waarvan het UZ Brussel kan zeggen dat het uitgebreid is getest, met verschillende back-ups voor nagenoeg elke mogelijke fout die zich kan voordoen.
 
Jaarlijks zal het UZ Brussel minimaal twee testen blijven doen: een powertest en een functionerings- of black-outtest. Bij de power- of belastingtest wordt nagegaan of het systeem het hele ziekenhuis aankan bij hoge buitentemperaturen. Bij de functioneringstest worden bewust onderbrekingen gedaan, op het net of in de cabine. Verplicht is dat niet, maar het UZ Brussel verplicht zichzelf ertoe.
 

Het “Clubke van de Hoogspanning”

Niet alles voor de black-outtest en de ontwikkeling van de noodprocedure werd in huis gedaan. Debeuckelaere Electro en de ATS Group uit Merelbeke stonden in voor de hoogspanningsinstallatie en SDM uit Overijse voor de automatisatie. Drie jaar lang werd er samen aan gezwoegd en ook vandaag komt ‘het Clubke van de Hoogspanning’, zoals ze zichzelf intussen noemen, een keer per week samen om het systeem verder uit te bouwen en te blijven evalueren.
 
Ook buiten de Belgische grenzen is de realisatie van het UZ Brussel vrij uniek: weinig andere ziekenhuizen kunnen op zo’n grote schaal hun hele werking operationeel houden gedurende zo’n lange tijd.
 
Met dank aan Jimmy Van Moer, Manager Energie en Engineering
 
 
Dit artikel verscheen in het magazine Zorg&Techniek, het ledenblad van Zorg.tech 

Tags:

Geef een reactie