Regenerative/Alternative Energien
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Elektrotechnik
Brennstoffzellenbasierter Materialtransport im Betrieb
ep7/2010, 2 Seiten
Emissionsfreier Kreislauf Eine werkseigene Photovoltaik-Anlage (615 kWp) versorgt das Unternehmen Fronius emissionsfrei mit Strom. Mithilfe des so gewonnenen PV-Stroms wird Wasser mittels Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespaltet. Pro Jahr werden dadurch 823 kg Wasserstoff erzeugt und dafür zehn Prozent der vom Unternehmen selbst gewonnenen Solarenergie aufgewendet. Die Speicherung des Wasserstoffs erfolgt in Tanks, in denen dieser auch über einen langen Zeitraum gespeichert werden kann (Bild ). Die Betankung des Hylog-Flurförderzeuges erfolgt über eine Wasserstofftankstelle, an welcher der Wasserstoff komprimiert wird und mit der rund 23 kWh Energie innerhalb von rund drei Minuten in die 350 bar Kartuschen abgefüllt werden (Bild ). Bis zu fünf Schichten ist der Hylog-Zug damit aktiv (Bild ). Zurzeit lassen sich mehr als 1000 Tankfüllungen in einem Jahr durchführen. Im Schlepper selbst kommt die Fronius-Energiezelle zum Einsatz und wandelt den Wasserstoff effizient in elektrische Energie um (Bild ). Auf diese Weise entsteht ein perfekter Energiekreislauf, völlig emissionsfrei und ohne CO2 -Erzeugung. Hylog als wirtschaftliche Alternative Die Vorteile liegen klar auf der Hand. Die Betankung bzw. der Kartuschenwechsel benötigen kaum Zeit und ersetzt somit die etwa achtstündige Batterieladephase. Der Hylog-Schlepper schafft durch seine hohe Leistungsfähigkeit die doppelte Reichweite eines herkömmlichen Logistik-Systems, bei gleichbleibender Fahrleistung. Den Hauptvorteil, und gleichzeitig das wirtschaftlich wichtigste Argument für das System, stellt der Entfall der langen Batterieladezeiten dar. Dies ist vor allem für Mehrschichtbetriebe relevant, denn diese unterliegen besonderen Anforderungen. Ein solcher Betrieb benötigt bei voller Auslastung entweder zusätzliche Flurförderzeuge oder Ersatzbatterien. Der Mehraufwand, nach jeder Schicht einen Batteriewechsel durchzuführen, entfällt beim Einsatz der Energiezelle. „Unser Hauptziel war es, eine emissionsfreie und energieeffiziente Alternative zu dem bisher verwendeten Fahrzeug-Antrieb mit Blei/Säure-Batterien zu erforschen, zu entwickeln und zu testen“, erklärt Dipl.-Ing. Michael Schubert, verantwortlich für das Business Development Energiezelle. Diese basiert auf einer ausgeklügelten Wasserstoff-Technologie, welche durch erhöhte Energiedichte und hohe Effizienz bis zu 100 % mehr Reichweite gegenüber einer Blei/Säure-Batterie ermöglicht. Batterien sind äußerst wartungsintensiv. Sie müssen regelmäßig, am Ende jeder Schicht, geladen werden und ihre Lebenszeit ist begrenzt. „Eine Optimierung im wartungsintensiven Batteriebereich schlägt sich natürlich auf der Kostenseite nieder und Wirtschaftlichkeit ist schließlich eines der Hauptthemen im Logistikbereich“, stellt Schubert fest. Um diese suboptimalen Voraussetzungen zu verbessern, hat Fronius das Hylog-Projekt ins Leben gerufen. Es stellt eine vielversprechende mobile Anwendung der Fronius-Energiezelle dar. TÜV-Zertifizierung Herausforderungen ergaben sich vor allem im Bereich der Betriebsgenehmigung. Fahrzeugzulassung, Arbeitnehmerschutz und gewerberechtliche Genehmigung für die Technologie erfordern einen klar definierten Stand der Technik und entsprechende Anwendungserfahrung. Gemeinsam AUS DER PRAXIS Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 7 606 Brennstoffzellenbasierter Materialtransport im Betrieb Die Energieversorgung des österreichischen Unternehmens Fronius erfolgt zu 90 % über eine PV-Anlage und ein Biomasseheizwerk. Das Pilotprojekt Hylog (Hydrogen Powered Logistic System) punktet mit einem wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellensystem, welches in der innerbetrieblichen Logistik herkömmliche Antriebsbatterien ersetzt. Auch eine stationäre Lösung ist mittlerweile verfügbar. Der emissionsfreie Kreislauf im Überblick 1 PV-Anlage; 2 Wechselrichter; 3 Netzeinspeisung; 4 Elektrolyseur; 5 Wasserstofftankstelle; 6 Wasserstoffkartusche; 7 Energiezelle; 8 Hylog-Schlepper Quelle: Fronius International/ep Die Befüllung der 350-bar-Kartusche für den Hylog-Zug dauert an der Tankstelle nur etwa 3 Minuten Mobile Anwendung der Energiezelle: bis zu fünf Schichten schafft ein Hylog-Zug mit einer Kartuschenfüllung mit dem TÜV-Süd wurden die maßgeschneiderten Sicherheitsvorkehrungen erarbeitet. Das Hylog-System ist TÜV-Süd zertifiziert und bietet damit höchsten Schutz und Verlässlichkeit. Ein Blick in die emissionsfreie Zukunft „Für das Gesamtsystem sehen wir einen weltweiten Bedarf, vor allem im Bereich der Flurförderzeuge und Stapler, dem weltgrößten Markt für Elektroflurförderzeuge. In diesem Bereich werden jährlich etwa 300000 Einheiten angesetzt“, sagt Dr. Ewald Wahlmüller, Projektleiter Hylog. Vor allem für Unternehmen, die rund um die Uhr arbeiten, rentiert sich dieses Prinzip. Arbeitsprozesse dürfen nicht zu lange unterbrochen werden, da Stehzeiten verlorene Ressourcen darstellen. Durch die erforderliche Installation einer Wasserstoff-Betankungsinfrastruktur ist die Wirtschaftlichkeit vor allem für Mehrschicht-Betriebe mit einer größeren Fahrzeugflotte im Umfang ab 15 bis 20 Stück gegeben. In Hinblick auf etwaige zukünftige Kosten für CO2 -Zertifikate liegt im emissionsfreien Energiekreislauf ein zusätzliches Sparpotential. Starke Partner Partner im Hylog-Projekt waren neben Fronius International auch Biovest, die den Elektrolyseur bereit stellten, die Bitter Gmb H für das Tanksystem im Fahrzeug, sowie das Hy-Cent-A der TU Graz und die Clusterland OÖ, welche begleitende Studien durchführten. Gefördert wurde Hylog durch die FFG im Rahmen des A3 Technologieprogramms des bmvit. Genutzt wird für die völlig emissionsfreie Transportlösung lediglich Sonnenlicht und reines Wasser. VDI-Innovationspreis Vor kurzem wurde das innovative und klimafreundliche Logistik-System mit dem deutschen VDI-Innovationspreis für Logistik 2010 ausgezeichnet. Das einzigartige Hylog-Projekt gewann außerdem mehrere Umweltpreise, wie den World Energy Globe 2007 oder den österreichischen Umweltschutzpreis. Ein weiteres Projekt: das Elektroboot Ende April 2009 präsentierten die österreichischen Unternehmen Fronius, Bitter und Frauscher im Schloss Orth am Traunsee (Oberösterreich) das weltweit erste serientaugliche Elektroboot mit Wasserstoff-Brennstoffzellen Antrieb (Bild ). Der ökonomische Hauptvorteil gegenüber einem herkömmlichen Elektroboot liegt in der wegfallenden Ladezeit. Diese dauert beim konventionellen Elektroboot 6 bis 8 Stunden und steht einer Betriebszeit von lediglich 2 bis 3 Stunden gegenüber. Durch das wasserstoffbetriebene Elektroboot bedarf es nur der Zeit des Kartuschenwechsels, welcher in fünf Minuten erledigt ist. Das Boot mit einem 4-kW-Elektromotor hat eine Reichweite von 80 km bei vollem Wasserstofftank und kommt damit doppelt so weit wie mit der standardmäßigen Batterieausstattung. Der Wasserstoff wird in der Brennstoffzelle oxidiert, die einzige Emission ist reines Wasser. Gewonnen wird der Wasserstoff auch hier mittels Photovoltaik und Elektrolyse aus Wasser. Also gespeicherte Sonnenenergie und in Summe ein perfekter Kreislauf. Das Betankungssystem für das Boot ist von der Engineering-Firma Bitter entwickelt worden. Es besteht aus einer Kartusche, die mit bis zu 0,7 Kilogramm Wasserstoff geladen werden kann. Das gesamte Boot wurde vom TÜV mit einem Sicherheitszertifikat abgenommen. Die Energiezelle als stationäres System Alternativ zum Hylog-Projekt wird die Energiezelle auch in stationären Anwendungen eingesetzt. Seit Mitte Mai steht sie in den Leistungsklassen 2 und 4 kW für stationäre Anwendungen in Serie zur Verfügung (Bild ). Der Systemwirkungsgrad erreicht 47 %, die Systemspannung beträgt für die 2-kW-Variante DC 24-30 V, für die 4-kW-Variante DC 48-56 V, der maximale Ausgangsstrom liegt für beide Typen bei 82 A. Die Abmessungen betragen nur 850 x 470 x 850 (L x B x H in mm). In einem ersten Schritt steht die Brennstoffzelle im Mittelpunkt, die schon erfolgreich in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt wird. Bewährt hat sich das System bereits in einem einjährigen Pilotprojekt an der Schweizer Universität Genf. In der Folgeversion, an der bereits intensiv gearbeitet wird, soll auch die Elektrolysefunktion in die Energiezelle integriert werden. Damit kann beispielsweise der überschüssige Solarstrom vor Ort umweltfreundlich in Wasserstoff umgewandelt und in Flaschen gespeichert werden. Somit steht ein Gesamtsystem regenerativer Energieerzeugung und -speicherung zur Verfügung. Besonders eignet sich die Fronius-Energiezelle bisher für autarke Energieversorgungen wie beispielsweise Telekomstationen, Berghütten, Wetterstationen sowie für Pioniere im Bereich der Solarelektronik. „Starkes Interesse zeigen Vorreiter aus aller Welt, die Bedarf an energieautonomen Anwendungen haben, wie die Türkei, Südafrika und andere Länder“,erklärt Dipl.-Ing. Michael Schubert, welcher die Energiezellen-Projekte direkt mit den Investoren abwickelt. „Das Ende der Fahnenstange ist noch lange nicht erreicht“, prophezeit Klaus Fronius, Solarpionier und Geschäftsführer der Fronius International Gmb H. Die Energiezelle stellt einen wichtigen - aber nur einen - Meilenstein in der nachhaltigen Gestaltung der Zukunft dar, welche sich Fronius zur Aufgabe gemacht hat. AUS DER PRAXIS Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 7 607 Das Frauscher 600 Riviera wird von einem 4-kW-Elektromotor angetrieben, der von einer Brennstoffzelle mit Energie versorgt wird - die Wasserstoff-Kartusche befindet sich im hier geöffneten Heck Fotos: Fronius International Die Fronius-Energiezelle, hier in stationärer Bauweise - das Brennstoffzellen-System ist vom TÜV Süd zertifiziert Weitere Informationen Dipl.-Ing. Michael Schubert Fronius International Gmb H, Business Development Energycell, Buxbaumstraße 2, A-4600 Wels Tel: +43 (7242) 241-5599 E-Mail: energycell@fronius.com Speziell zum Elektroboot: www.zukunftsprojektwasserstoff.at www.frauscherboats.com
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