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Elektrotechnik
Hannover Messe 2002: Elektrotechnik dominant auf der größten Industrieschau
ep7/2002, 4 Seiten
Exportorientierung nimmt zu Unangefochten präsentierte sich die Messe als weltweit größte Industrieschau. Unter ihrem Dach versammelten sich sieben Fachmessen, die zu den bedeutendsten ihrer Branche zählen und die sich gleichzeitig miteinander ergänzen: Factory Automation, Micro Technology, CeMat, Surface Technology, Energy, Subcon Technology und Research Technology (vgl. ep 4/2002, S. 231- 232). Während die Zahl der Aussteller und die starke internationale Beteiligung nahezu unverändert blieben, wurde die Nettoausstellungsfläche erweitert. Die Besucherzahl sank von 260 000 um 20 000 und liegt damit höher als von der Messeleitung prognostiziert. Gleichzeitig erhöhte sich aber der Anteil an nationalen und internationalen Fachbesuchern. Damit festigte sich die Funktion der Messe als Informations- und Kommunikationsplattform, die dem Besucher das jeweils branchenspezifische Weltmarktangebot und seine Zukunftspotentiale aufzeigte. Anhaltendes Fachkräfte-Defizit Trotz der auch in Deutschland spürbaren weltweiten Konjunkturflaute beklagten Wirtschaftsverbände, VDI und VDE erneut den Fachkräftemangel, der den Forschungs- und Wirtschaftsstandort und damit den mehrfach vorhergesagten Wirtschaftsaufschwung gefährdet. Trotz der Umsatzeinbußen im vergangenen Jahr, die sich nach übereinstimmenden Aussagen der Unternehmen zumindest im 1. Halbjahr 2002 fortsetzen, sind einer Umfrage zufolge Ingenieure mit knapp 23 % der mit Abstand häufigste „Mangelberuf“. Eine VDI-Analyse der Stellenanzeigen ergab, dass sich der Bedarf im vergangenen Jahr allein im Bereich der Elektrotechnik um 30 % reduzierte. Den „verbleibenden“ 20533 Stellenanzeigen standen allerdings nur 6400 Absolventen der Elektrotechnik gegenüber. Laut VDE-Statistik haben sich zwar mit 14840 rund 6 % mehr Studenten in Elektro- und Informationstechnik eingeschrieben als im Wintersemester 1999/2000. Da sich dieser Zugang erst zeitversetzt in etwa sechs Jahren auswirkt, befürchten die Experten für dieses Jahrzehnt ein anhaltendes Ingenieur-Defizit. Die Unternehmen stehen deshalb vor der Frage, ob sie die Lücke durch eine Erweiterung der Greencard-Aktion oder andere gesetzliche Regelungen ausfüllen können oder ob Hightech-Arbeitsplätze, die immer mit anderen Arbeitsplätzen verbunden sind, in das Ausland verlagert werden. Darüber hinaus gilt allgemein der Appell des VDE-Vorsitzenden Gerd Tenzer zur Ingenieurausbildung: „Wir brauchen eine große von Wirtschaft, Politik und Verbänden getragene Initiative zur Motivation junger Menschen für diese Technologien.“ In diesem Sinne wurde vom VDE bereits vor der Messe ein Wettbewerb gestartet, um Schüler und Schülerinnen für die Mikroelektronik zu begeistern. An den Start gingen 290 Teams. Zehn dieser jugendlichen Entwicklerteams werden im Laufe des Sommers ihren eigenen anwendungsspezifischen und voll funktionsfähigen Mikrochip entwickeln. Schüler und Studenten konnten sich aber auch wie im Vorjahr in Hannover über die Welt der Ingenieurwissenschaften, über neue Berufsbilder, Studiengänge und Chancen auf dem Arbeitsmarkt informieren. Unter dem Motto Go for High Tech wurde am Messe-Samstag in Halle 10 ein umfangreiches Programm mit Führungen über Fachmessen, Vorträge und Rahmenprogramm für etwa 15000 junge Menschen geboten. Unterstützt wurde diese Aktion durch Aussteller, die größtenteils die Reisekosten übernahmen und die Messeleitung, die die Eintrittspreise „zielgruppengerecht“ auf 2 Euro senkte. Schlüsseltechnologie Mikroelektronik Nach Einschätzung des VDE präsentierte sich die Elektroindustrie insgesamt als der globale Technologie- und Innovationstreiber für Industrie, Verkehrswesen, Energieversorgung und Informationstechnik - um nur die wichtigsten Bereiche zu nennen. Diese Entwicklung basiert, wie nicht nur die Fachmesse Micro Technology in Halle 6 und die Ergebnisse der Forschung in Halle 18 zeigten, zu großen Anteilen auch auf der Schlüsseltechnologie Mikroelektronik. Sie ist auf dem Weg zur Nanotechnologie, mit der die bisherige Grenze von 100 nm unterschritten werden kann und die damit noch leistungsfähigere Chips ermöglicht. Mit Nanotechnik behandelte Glas- und Kunststoffscheiben können beispielsweise für den Gebäudebereich mit gezielter Lichtlenkung, Entspiegelung und Selbstreinigung ausgestattet werden. Ohne Nanotechnologie gibt es keine Brennstoffzellen, und auch die Photovoltaik der Zukunft ist davon abhängig (Bild ). Auch die Ergebnisse anderer Mikrotechnologien wie der Photonik (Licht- und Lasertechnik), der Mechatronik (Antrieb, Getriebe, Pumpen etc.) und der Mikrosystemtechnik wurden vorgestellt. Bild zeigt einen über Mikro-Brennstoffzelle und Wasserstoffspeicher energetisch versorgten Camcorder für vier Stunden Betriebszeit. Fertigungsverfahren der Mikrosystemtechnik erlauben den wirtschaftlichen Aufbau einschließlich Elektronik, Sensorik und Lüfter. Während die komplette Stromversorgung bei Losgrößen von 1000 Stück etwa 230 Euro kostet, könnte beispielsweise bei 100000 Stück der Einzelpreis auf etwa 85 Euro sinken. Fachmesse Energy: Strom, Dienstleistungen und mehr Zum 3. Mal fand in jährlicher Reihenfolge die Fachmesse für Energiewirtschaft, Energietechnik und Erneuerbare Energien (EE) statt - diesmal mit 945 Ausstellern. Das Messeprofil wurde zu wesentlichen Teilen von der fortschreitenden Liberalisierung der Energiemärkte bestimmt. So präsentierte sich erstmals der Energiekonzern EnBW aus Baden-Württemberg zusammen mit seinem Partner EDF aus Frankreich. Beide sind gemeinsam in anderen Ländern als Mit-Wettbewerber erfolgreich. Nicht zu übersehen waren auch andere große Unternehmen wie RWE und kommunale Versorgungsunternehmen, die mit „Multi Utility“ Strom, Gas, Wasser, Wärme/Kälte etc. aus einer Hand anbieten - e.on und Elektropraktiker, Berlin 56 (2002) 7 540 Branche aktuell Hannover Messe 2002 Elektrotechnik dominant auf der größten Industrieschau Auch in diesem Jahr bot die Investitionsgütermesse in Hannover viel Neues aus Maschinenbau und aus der alle Fachmessen durchdringenden Elektrotechnik. Zur dieser gehörten vor allem die Automatisierungstechnik, die Mikrotechnologien und die Energiewirtschaft. Schwerpunkte der elektrischen Energietechnik waren die gebäudenahe Bereitstellung von Strom und Wärme und die Nutzung erneuerbarer Energiequellen, ergänzt durch die wohl für Deutschland umfassendste Präsentation von Brennstoffzellen und Wasserstofftechnologie. Forscher des Instituts für Solare Energie-Systeme stellten erste Ergebnisse auf dem Gebiet Farbstoff- und organische Solarzellen vor, deren Funktionsweise auf anderen Prinzipien als der Halbleitertechnologie aufbaut Quelle: ISE Mehr Energie ohne Gewichtserhöhung: Ersatz der Batterie durch ein Minikraftwerk für 10 W bestehend aus BZ-Stapel und einem mit H2 gefüllten Metallhydridspeicher (Zylinder rechts im Bild) Quelle: ISE Yello fehlten diesmal. Sie und andere Dienstleister sind wie RWE auch Produzent von zahlreichen Komponenten einschließlich PV-Modulen oder wollen demnächst in die Fertigung einsteigen. Unverkennbar ist auch der Trend, Windparks, Solaranlagen oder Kraft-Wärme-gekoppelte Anlagen selbst zu betreiben und jeden Service zu übernehmen: Finanzierung, Wartung, Brennstoffbeschaffung, Betrieb - bis zum Wärme- oder Strom/Wärme-Contracting. Beispiele: Wärmeversorgung größerer Gebäude und -komplexe, Errichtung von Windparks und von Biogasanlagen zur Strom- und/oder Wärmegewinnung im MW-Bereich. Zum Dienstleistungsangebot gehört inzwischen auch die Powerline-Technologie (vgl. ep 12/01, S. 984 - 985). Integrierter Bestandteil der Fachmesse war der „3. Internationale Energiegipfel“, der sich am letzten Tag mit der dezentralen Energiewirtschaft befasste - einem Thema, das sich wie ein roter Faden durch die Fachmesse Energie zog. Experten aus den USA und aus Europa waren sich einig, dass damit nicht wie befürchtet eine Revolution am Energiemarkt verbunden ist. Es handelt sich vielmehr um den schrittweisen Übergang auf eine umweltfreundliche und Ressourcen sparende Energieversorgung, die längerfristig auch zu erheblichen Veränderungen in übergeordneten Netzstrukturen führt (vgl. ep 1/02, S. 18 - 19). Ziel ist die Realisierung einer verbrauchernahen und damit Energie sparenden Strom- und Wärmegewinnung in Industrie- und Wohnungsgebieten, die auch bis in den Hauskeller, in die Wohnung und auf das Dach reichen kann. Es bestand Übereinstimmung, dass dabei im stationären Bereich die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wegen der hohen Brennstoffausnutzung ein unverzichtbarer Baustein bleibt. Dabei ist die Brennstoffzelle (BZ) aufgrund ihres hohen elektrischen Wirkungsgrades das Kernelement einer langfristig orientierten Energieversorgung. Sie kann durch die schon heute weitreichend mögliche Versorgung mit dem wasserstoffreichen Erdgas und die schrittweise Verwendung von Biogasen genutzt und gleichzeitig technisch weiterentwickelt werden. Nur mit dieser Zwischenetappe ist langfristig eine Umstellung auf reinen Wasserstoff (H2) möglich - so die Meinung der Expertenrunde. Messe in der Messe: Hydrogen + Fuel Cells Näheres zur BZ und zum H2 konnten die Messebesucher in diesem Jahr erstmalig komprimiert in Halle 13 erfahren. Damit wuchs der bereits 1995 mit zehn Ausstellern auf 300 m2 Fläche in Halle 18 gestartete „Gemeinschaftsstand“ in diesem Jahr auf 3000 m2 und 96 Aussteller. Zum 8. Mal organisierte Arno A. Evers einen Gemeinschaftsstand, auch als „weltweit einmalige Messe in der Messe“ bezeichnet. Sie vereinte Beteiligte aus Forschung über Zulieferfirmen bis zur Anwendung, vom Prototyphersteller bis zum Kundendienst, vom Alltagsgerät bis zur Sonderausführung. Damit wurde allen Interessierten ein auf diesem Gebiet zumindest in Deutschland einmaliges Informations- und Kommunikationszentrum geboten. Anwender konnten sich umfassend über Stand und Lösungskonzepte beim Einsatz von BZ für die Stromversorgung mobiler Geräte, für den Antrieb und die Bordnetzversorgung von Straßenfahrzeugen und - wie noch gezeigt wird - beim Einsatz von BZ zur stationären Energieversorgung informieren. Gleiches gilt für die Gewinnung, Speicherung und Anwendung von H2 - beispielsweise in Verbrennungsmotoren - sowie für die zu beachtende Sicherheitstechnik. Die wohl wichtigste Frage für den Elektrofachmann - die Frage nach der Lieferung voll marktfähiger BZ für die stationäre Stromversorgung - wurde von den Herstellern allenfalls ausweichend beantwortet. Die wohl realistischste Einschätzung kam von der Initiative BZ (IBZ), deren Mitglieder die EWE AG in Oldenburg, die MVV Energie AG in Mannheim, die VNG Verbundnetz Gas AG in Leipzig und die Essener Ruhr AG sind. Ihre langfristig angelegte Strategie geht von einer bis 2010 reichenden Markteinführung aus. Sie erwarten die Serienreife nicht vor 2005 und rechnen mit wettbewerbsfähigen Lösungen erst gegen Ende des Jahrzehnts. Dem stimmt auch der Geschäftsführer der Deutschen Energie-Agentur Gmb H Kohler aus Berlin zu. Er erwartet, dass 2006 die Kleinserienfertigung aufgenommen wird und dass etwa ab 2010 die BZ einen nennenswerten Beitrag zur Stromerzeugung leistet. Nach Expertenmeinung wird sich dieser Beitrag mit dem Übergang zur Massenfertigung erhöhen und die partielle Unterlegenheit der konventionellen BHKW deutlich machen. Gleichzeitig erwarten die Experten bis 2025 einen Neuanlagenbedarf an erdgasversorgten Heizungsanlagen und damit ein technisches Potential für den Einsatz von BZ-Anlagen in Wohngebäuden zwischen 300000 und 500000 Anlagen pro Jahr. Letzte Testphase: Vorserienmuster im Dauerbetrieb Nach umfangreichen Tests einzelner Erprobungsmuster unter Original-Einsatzbedingungen steht jetzt bei mehreren Herstellern von BZ-Geräten der Vorserientest auf der Tagesordnung. Das betrifft im Niedertemperaturbereich ausschließlich die bevorzugte PEM-BZ. Zur Jahreswende startete in Nordrhein-Westfalen das erste Testgerät von Vaillant, dem landesweit weitere folgen (Bild ). Zusätzlich werden 150 Geräte durch die EWE Oldenburg Gmb H erprobt. Ein weiteres Heizgerät mit einer nur unwesentlich stärkeren BZ aus den USA wird zeitversetzt vom Mitbewerber Buderus entwickelt. Feldtests (wohl kaum mit Vorseriengeräten) werden frühestens 2003/2004 beginnen. Darüber hinaus will nun auch RWE BZ-Geräte bis zur Leistung von 200 kW in Serie fertigen. Erste kommerzielle Produkte sind für 2004, die volle Markteinführung ab 2007 vorgesehen - selbstverständlich auch hier in Kooperation mit einem USA-Produzenten. Am weitesten fortgeschritten ist offensichtlich das kanadische Unternehmen Ballard Power Systems, der Weltmarktführer auf dem Gebiet der PEM-Technologie. Erstmals stellte BPS nun auch in Hannover seine BZ mit elektrischen Leistungen ab 1,2 kW vor. Seit dem Jahr 2000 wird im Berliner BZ-Park die erste nach Europa gelieferte Anlage für 250 kWel in Containerbauweise erprobt (Bild ). Weitere Tests laufen inzwischen in der Schweiz, in Japan und in den USA. Deutschland erhält in diesem Jahr zwei weitere Anlagen des zwischenzeitlich weiterentwickelten Typs. Die Testreihe läuft planmäßig bis 2004. Bestückt mit der BPS-BZ und ausgerüstet mit einer dem europäischen Markt angepassten Installation sollen die anschlussfertigen Container in der 2. Hälfte des Jahrzehnts von Alstom SA in Dresden produziert werden - sofern für diese Konkurrenz zur gebäudeintegrierten BZ ein ausreichender Bedarf erwartet werden kann. Bessere Karten haben möglicherweise die Hochtemperaturzellen. So startete die Sulzer Hexis AG aus der Schweiz bereits am Jahresende den Vorserientest des SOFC-BZ-Gerätes für Einfamilienhäuser. Bis 2003 sollen in Deutschland, Österreich und der Schweiz 400 Geräte installiert werden. Der größte Vertriebspartner ist der Energieversorger EWE mit 155 Anlagen. Er rechnet mit serienreifen Geräten ab 2005 und kann bereits davor einen internen Leistungsvergleich mit dem Heizgerät von Vaillant anfertigen. Das wohl ehrgeizigste Projekt ist eine BZ-Hybridanlage in SOFC-Technologie für eine Leistung von 1 MW, die durch die Nutzung einer Mikro-Gasturbine und der Ab-Elektropraktiker, Berlin 56 (2002) 7 541 Branche aktuell Vorserien-BZ-Heizgerät (BZ: 4,6 kWel, 9 kWth) für Mehrfamilienhäuser im Feldtest: Links zwei 500-Liter-Warmwasserspeicher, daneben Energiemanager mit Visualisierung und rechts BZ-Heizgerät Quelle: Vaillant Als Alternative zu leistungsschwächeren gebäudeintegrierten BZ-Systemen gilt die weltweit von den Energiekonzernen zurzeit getestete Kraft-Wärme-gekoppelte BZ-Anlage für Außenaufstellung Quelle: Ballard wärme möglich wird. Das Gemeinschaftsprojekt aus Industrie (u. a. Siemens als Lieferant der BZ) und europäischen Energieversorgern sollte ursprünglich 2003 mit der Produktionsfreigabe des „weltweit ersten und größten BZ-Projekts dieser Leistungsklasse“ abgeschlossen werden. Da lt. EnBW „bislang kein geeignetes Modell der Mikrogasturbine gefunden werden konnte, das technisch und kommerziell den Anforderungen entspricht, verschiebt sich der für Herbst 2003 vorgesehene Abschluss um mindestens ein Jahr“. Auch die Hotmodul genannten Hochtemperatur-BZ vom Typ MCFC sind nicht mehr weit von der Marktreife entfernt. Die Felderprobung wird voraussichtlich 2002 mit dem Bau einer Prototypanlage für 220 kW abgeschlossen. 15 Anlagen sollen 2002/2003 weltweit ausgeliefert werden (Bild Dezentrale Stromspeicherung Eine Folge des liberalisierten Strommarktes und des Übergangs auf BZ ist der wachsende Bedarf an Energiespeichern für die Elektrotechnik. Ein Weg dazu ist die Speicherung von H2, der aber in der Regel erst durch eine H2O-Elektrolyse mit Strom gewonnen wird. Der dabei und bei der Rückverstromung in einer BZ entstehende Energieverlust schränkt die Nutzung erheblich ein. Am wirtschaftlichsten ist derzeit der Einsatz von H2-Speichern in netzfreien Regionen. P&T stellte zur Messe ein für den Export vorgesehenes Inselsystem mit Windkonverter vor. Zusammen mit einer Wasseraufbereitung sichert Strom aus Windenergie eine gleichmäßige (24 h) Versorgung mit Elektroenergie und Trinkwasser beispielsweise für ein Dorf. Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit dieser für die Zukunft wichtigen Speichertechnologie arbeiten die Forscher des ISE zusammen mit europäischen Partnern an einer PEM-Zelle, die sowohl als Elektrolyseur als auch als BZ betrieben werden kann. Das in Hannover als Zwischenergebnis vorgestellte System arbeitet mit einem Stapel aus 15 Zellen, der den Betrieb in beiden Richtungen erlaubt. Der Hilfsenergiebedarf wurde minimiert und das System um Speicher für H2 und Sauerstoff ergänzt. Gegenwärtig arbeiten die Forscher an der Verbesserung des Wirkungsgrades. Nicht absolut neu ist der Einsatz von kinetischen Energiespeichern. RWE-Piller stellte sein in der unterbrechungsfreien Stromversorgung bewährtes System „Powerbridge“ vor. Die Schwungmasse reicht aus, um mit dem integrierten Generator abhängig von der Belastung beispielsweise bis zu 2 Minuten totalen Stromausfalls zu überbrücken (Bild ).Kinetische Speicher wurden darüber hinaus zum Antrieb von Straßenfahrzeugen eingesetzt. Seit der Expo 2000 speichert damit die Hannoversche Stadtbahn im Betriebshof Leinhausen Energie. Das PV-versorgte 600-V-Gleichstromnetz erhielt zusätzlich einen kinetischen Energiespeicher für 10 kWh. Damit wurde es möglich, elektrische Bremsenergie der Fahrzeuge wie auch den augenblicklich nicht nutzbaren Solarstrom zu speichern und bei Bedarf in das Straßenbahnnetz einzuspeisen. Lange Zeit galten Batterien insbesondere wegen der geringen Energiedichte allenfalls als Speicher in USV-Anlagen. Inzwischen ermöglichen Metall-Luft-Batterien mit Zink-Anode etwa das fünffache an gespeicherter Energie bei gleicher Masse und gleichem (Ziel-)Preis gegenüber Bleiakkumulatoren. In Hannover stellte die US-Firma eVionyx erste Muster ihrer Zellen aus. Ihr erstes Produkt EPM 100 ist eine Primärbatterie (6 V, 50 W), die entladen entsorgt wird. Weiterentwicklungen für große Einheiten sind zusammen mit der taiwanesischen Tochter Taiwane-Vionyx in Vorbereitung und sollen noch 2002 auf den Markt kommen. Sie sind dann auch elektrisch wieder aufladbar und sollen als Antriebsbatterie für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden. Mit Musterfahrzeugen wurde schon eine Distanz von 214,7 Meilen mit einer Ladung erreicht. Neue Batterien dieses Typs könnten perspektivisch auch als Speicher im Netz genutzt werden. Bereits Ende 1997 entstanden in Herne-Sodingen und ein Jahr später in Bocholt Versuchsanlagen für 1 bzw. 1,5 kW (einstündig). Ziel sind Untersuchungen über Energiedienstleistungen, die durch die Speicherung von Elektroenergie wirtschaftlich und technisch möglich werden. Werden Kurzzeitspeicher benötigt, haben Kondensatoren mit hoher Energiedichte zunehmend bessere Chancen. Die in Hannover vom Marktführer Epcos vorgestellten Ultra Cap's (auch Super-Cap's) sind zwar nicht absolut neu, haben aber inzwischen einen hohen technischen und wirtschaftlich attraktiven Stand erreicht. Beim Ultra Cap wird die Tatsache ausgenutzt, dass bei zwei durch einen leitfähigen Elektrolyten verbundenen Elektroden erst ab einer Schwellspannung oberhalb von ca. 2,9 V ein Strom fließt. Unterhalb dieser Spannung verhalten sich diese Schichten wie Kondensatoren. Der innere Aufbau ermöglicht auf kleinstem Raum Belagflächen von 300 bis 3000 m2/g (10000 m2/g bereits im Labor) und Kapazitätswerte von bis zu 10000 F. Epcos bietet eine Reihe von 5 bis 5000 F mit technisch beeindruckenden Parametern an: Spezifische Leistung: 7400 W/kg; 7800 W/Liter. Spezifische Energie: 5,1 Wh/kg; 5,4 Wh/Liter. Entladestrom bei 25 °C: 500 A. Temperaturbereich: -35...+70 °C. Nennspannung: 2,5 V. Die niedrige Nennspannung ist systembedingt und erfordert bei Reihen- und Parallelschaltungen Ausgleichsschaltungen, die auch von Epcos bereitgestellt werden. Es werden aber auch schon Reihenschaltungen für 14 V/450 F, 42 V/67 F und 56 V/100 F angeboten. Die Anwendung erfolgt zurzeit vorrangig in Verbindung mit parallelen Batterien, wobei die Ultra Cap's die schnelle und kurzzeitige Energiebereitstellung übernehmen. Aber auch als Batterieersatz in Back-up-Systemen von portablen Geräten, zur Abdeckung von Leistungsspitzen in von BZ angetriebenen Fahrzeugen und nicht zuletzt als Kurzzeitspeicher zur Netzüberbrückung sind sie geeignet. Windkraft an erster Stelle Dank anhaltender Förderung durch das Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) deckte der mit Wind, Wasser, Biomasse und PV gewonnene Strom im vergangenen Jahr mehr als 7 % des gesamten Stromverbrauchs, ein Zuwachs um etwa 2 %. Dabei lieferte die Wasserkraft lt. VDEW im Vergleich zum regenreichen Vorjahr etwa 9 % weniger Elektroenergie. Nach Schätzungen der Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg hängen vom Wachstum der EE bis zu 130000 Arbeitsplätze ab. Elektropraktiker, Berlin 56 (2002) 7 542 Branche aktuell Auf dem Weg zur Serienfertigung: Für 2002 und 2003 liegen 12 Bestellungen für das Hotmodul vor Quelle: MTU Der kinetische Energiespeicher ist eine vertikal angeordnete Schwungmasse, die mit 1600 bis 3300 Umdrehungen rotiert und im Störungsfall Elektroenergie mit konstanter Ausgangsfrequenz liefert Quelle: Kabisch Das komplette, vom Hersteller Solo vorgestellte BHKW mit der Bezeichnung „Stirling 161 micro-KWK-Modul“ liefert stufenlos modulierbar 2 bis 9 kW elektrisch und 8 bis 24 kW thermisch Quelle: Kabisch Leistungselektronik als Schlüsseltechnologie Die Leistungselektronik bildet eine strategisch wichtige Voraussetzung für Innovation und Wettbewerbsfähigkeit in der Verkehrstechnik, Industrie- und Consumerelektronik, Datenverarbeitung und Kommunikation. Der Zwang zum rationellen Umgang mit Energie, zur Miniaturisierung elektrischer Systeme sowie zum intelligenten Energiemanagement war der Motor für die revolutionäre Entwicklung der Leistungshalbleiter und leistungselektronischen Systeme der letzten 20 Jahre und wird es auch weiterhin bleiben. Insbesondere auf den Gebieten der Heimelektronik und der Datenverarbeitung besteht noch ein großer Nachholbedarf. Es wird erwartet, dass durch vermehrte Anwendungen in der Consumerelektronik (z. B. bei Kühl- und Klimageräten, aber auch in den Informationstechnologien) ein jährlich wachsender Energieverbrauch von 20 % eintritt. Dieser soll durch die Schlüsseltechnologie Leistungselektronik jedoch wieder um etwa 30 % gesenkt werden. Weiterentwicklung der Leistungselektronik Die Weiterentwicklung der leistungselektronischen Systemtechnik wurde von fünf wesentlichen Erfindungen geprägt: · Lichtzündbarer Thyristor im höchsten Leistungsbereich, · GTO im hohen Leistungsbereich, · IGBT im mittleren Leistungsbereich, · Power MOSFET im unteren Leistungsbereich und · SMART Power-IC für monolithische Systemintegration im unteren Leistungsbereich. Mit dieser neuen Bauelemente-Familie wurden elektrisches Leistungsniveau, Wirkungsgrad, Bauvolumen und Preis auf dem Gebiet der Stromversorgungstechnik neu definiert. Ziel der Konferenz war es, Halbleitertechnologien, Aufbau- und Verbindungstechniken vom Chip zum System sowie neue leistungselektronische Konzeptansätze für Motorsteuerungen und Stellglieder zum präzisen und verlustleistungsarmen Steuern der elektrischen Energie in Fachbeiträgen zur Diskussion zu stellen. Die Tagungsbeiträge sind im ETG-Fachbericht [1] nachzulesen. Auf ausgewählte Beiträge wird nachstehend verwiesen. Silizium-Bauelemente an den Materialgrenzen Prof. Sittig wies in seinem Beitrag darauf hin, dass mit den neuesten technologischen Verfahren Herstellungsprozesse von Silizium-Bauelementen so weit ausgereift sind, dass auch nach etwa 100 Einzelschritten noch Ausbeuten an intakten Chips nahe 100 % erreicht werden. Die Simulationsmöglichkeiten durch moderne Rechentechnik führten zu einem besseren theoretischen Verständnis und teilweise überschaubareren Strukturen als bei experimentellen Versuchsreihen. Die Dioden als „einfachste“ Bauelemente haben in der Vergangenheit auch Fragen der Zuverlässigkeit und der Zerstörmechanismen aufgeworfen. Es konnte nachgewiesen werden, dass Leistungshalbleiter, die mit einer hohen Sperrspannung belastet sind, durch zusätzlich auftretende kosmische Strahlung zerstört werden können. Dieser Effekt kann mit hoher Wahrscheinlichkeit bei Sperrspannungen von etwa 30 bis 50 % der Durchbruchspannung ausgeschlossen werden. Dioden können aber auch bei steilem Abkommutieren des Durchlassstromes zerstört werden. Ein bisher theoretisch noch nicht genau ermittelter Vorgang. Elektropraktiker, Berlin 56 (2002) 7 543 Branche aktuell 4. Fachtagung Leistungselektronik Bauelemente der Leistungselektronik und ihre Anwendungen Am 23./24.04.02 fand in Bad Nauheim die nunmehr 4. Fachtagung unter oben genanntem Titel statt. Die Organisation erfolgte in bewährter Weise durch den Fachbereich 5 „Leistungselektronik“ der ETG (Energietechnische Gesellschaft im VDE). Den rund 120 Teilnehmern aus Lehre, Forschung und Industrie wurde in Vorträgen und Diskussionen der neueste Stand auf diesem Fachgebiet dargeboten. Spitzenreiter unter den EE war wiederum die seit Jahren boomende Windenergiebranche, die inzwischen fast 3,5 % des deutschen Strombedarfs deckt und 2001 die installierte Leistung um rund 60 % auf knapp 8750 MW erhöhte. Wenn auch in diesem Jahr einige der bedeutenden Hersteller auf der Messe fehlten: Im Bereich EE belegte die Branche die größte Ausstellungsfläche - an erster Stelle Deutschlands Marktführer Enercon mit 500 m2. Ausstellungsgegenstand waren vor allem Windkraftanlagen der MW-Klasse. Dazu gehört nicht zuletzt die von der holländischen Lagerway entwickelte 2-MW-Turbine, die anstelle fremderregter Generatoren einen Permanent-Magnet-Generator nutzt und gleichzeitig die Klemmenspannung von 690 V auf 4 kV erhöht. Damit werden der Wirkungsgrad verbessert und die Verluste beim Energietransport reduziert. Die weitere Entwicklung ist in Europa nicht zuletzt auf Erschließung der Seeflächen (Offshore-Projekte) gerichtet. In naher Zukunft wird der Marktführer dafür die erste 4,5-MW-Windkraftanlage installieren. Ziel des Bundesumweltministeriums ist es, bis zum Jahr 2030 in Nord- und Ostsee eine Kraftwerksleistung von 25 GW zu installieren und damit 15 % des Strombedarfs zu decken. Solarbranche weiterhin auf Wachstumskurs Auch wenn die Zahl der PV-Aussteller sich in diesem Jahr verringerte, war das offensichtlich kein Anzeichen nachlassenden Interesses. Schließlich bieten die förderpolitischen Rahmenbedingungen des planmäßig im nächsten Jahr auslaufenden 100000-Dächer-Programms 2002 zinsgünstige Kredite für 80 MWp. Trotz der planmäßigen Reduzierung der Vergütungssätze für eingesparten Strom aus neuinstallierten PV-Anlagen war das Interesse ungebrochen. Das zeigte u. a. die in Hannover vorgestellte Initiative des Landes Nordrhein-Westfalen, wo 82 Energieversorger und 28 Kommunen die Energieeffizienz in Unternehmen und Privathaushalten auch mit Haushaltsmitteln des Landes fördern. Damit und mit dem bereits vor Jahren gestarteten Programm von bis zu 50 Solarsiedlungen sollen am Jahresende insgesamt mehr als 8 000 PV-Anlagen mit über 40 MW netzgekoppelt Strom liefern. Dass auch einige von insgesamt mehreren hundert Deponieflächen in Deutschland zur Stromgewinnung genutzt werden können, bewies die EnBW mit einer 90 m2 großen PV-Anlage. Dabei wurde der Nachweis erbracht, dass ein universell einsetzbares Haltesystem nicht nur die PV-Module aufnimmt, sondern auch die vom Gesetzgeber vorgeschriebene Abdichtung der Oberfläche ohne aufwändige bautechnische Unterkonstruktionen möglich macht. Biomasse und Stirlingmotor Schließlich war wiederum die Gewinnung von Nutzwärme, Strom und Kraftstoffen aus fester und gasförmiger Biomasse ein Messe-Schwerpunkt. Unverkennbar war der Trend zu höheren Leistungen, installiert im stadtnahen Bereich. Gegenwärtig sind zwei Anlagen mit einer elektrischen Leistung von 20 kW im Bau. Die Planung weiterer Kraft-Wärme-gekoppelter Stromerzeuger wurde intensiviert, da die im EEG festgeschriebene Förderung im Jahre 2003 ausläuft. Über die BZ-Technologie hinaus waren Blockheizkraftwerke (BHKW) geringer Leistung für den Einsatz in Gebäuden kein Thema. Eine Ausnahme war die Neuentwicklung von Solo, ein über Stirlingmotor angetriebenes BHKW. Im Gegensatz zu den bekannten Wärmekraftmaschinen vom Typ Verbrennungsmotor kann der Stirlingmotor prinzipbedingt beliebige Wärmequellen nutzen. Das Ergebnis einer über ein Jahrzehnt laufenden Entwicklung ist ein erstmalig bis zur Serienfertigung realisiertes BHKW für Erdgas (Bild ). Ein mit Holzpellets versorgter Biomasse-Stirling-Motor könnte evtl. im nächsten Jahr folgen. Wie andere BHKW ist das anschlussfertige Gerät Teil eines Wärmeversorgungskonzepts, das die Wärme-Grundlast und darüber hinaus Strom liefert. Haupteinsatzgebiete sind Wohnanlagen mit zentraler Nahwärmeversorgung, Schwimmbäder, Gewerbebetriebe und Hotels. Im Vergleich zu verbrennungsmotorisch angetriebenen BHKW sind Verschleiß, Wartungsaufwand sowie Schadstoff- und Geräuschemissionen niedriger. H. Kabisch
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- H. Kabisch
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