Energy Harvesting für entlegene Standorte

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Neue Technologie der Abwärmeverstromung mit Fernwartung

Automatisierungstechnik

Energy Harvesting für entlegene Standorte
Energy Harvesting für entlegene Standorte

Gerade in Zeiten knapper werdender Ressourcen sucht man nach Möglichkeiten, um Energie, die irgendwo in Prozessen anfällt und nicht genutzt wird, doch noch weiter zu verwenden. Piezo-Sensoren, die die benötigte Energie durch den manuellen Tastendruck erzeugen, gibt es längst und viele andere Wege, um bisher vernachlässigte Kräfte nutzbar zu machen, werden derzeit erprobt. Auch bei industriellen Prozessen fällt viel Energie an – etwa in Form von Abwärme. Eigentlich schade, dass diese oft einfach nur an die Umgebung abgegeben wird. Sinnvoller wäre es, sie zusätzlich zur Stromerzeugung zu nutzen. Das dachten auch die Experten von Viking Heat Engines, einem norwegischen Unternehmen, das sich auf technologische Innovationen spezialisiert hat und diese dann zur Marktreife bringt. Hier entstand auch die Idee, das Thema Abwärmeverstromung noch einmal neu zu beleuchten.

Robust und vielseitig

Sie entwickelten zusammen mit der Firma AVL Schrick die CraftEngine, einen Kolbenexpander, der die Eigenschaften eines Kältemittels nutzt, um über dessen Phasenwechsel bei unterschiedlichem Druck einen Kolben anzutreiben. AVL Schrick entwickelt bereits seit den 60er Jahren Verbrennungsmotoren und gilt heute als Weltmarktführer in der Antriebsentwicklung. Seit über 10 Jahren widmen sich die Experten dort alternativen Konzepten wie Hybridantrieben und auch Blockheizkraftwerke gehören heute zum Portfolio des Spezialisten. Gemeinsam brachte man in Remscheid, wo AVL Schrick seinen Stammsitz hat, die CraftEngine zur Marktreife, deren Prototypen derzeit weltweit im Einsatz sind. Eine kompakte 10 kW Einzylinderversion sorgt dafür, dass Abwärme ab 80 Grad Celsius aufwärts verstromt werden kann. Ihr Vorteil gegenüber den sonst üblichen Turbinenlösungen: Sie sind höchst flexibel. So kann die Abwärme flüssiger oder auch gasförmiger Medien gleichermaßen genutzt werden. Der Betrieb kann auch in Teillast erfolgen, ohne dass der Wirkungsgrad leidet. Drehzahlen zwischen 500 und 1500 Umdrehungen werden toleriert, wobei ein Umrichtersystem die benötigte Netzfrequenz herstellt. Die Kolbenmaschine ist zudem sehr robust und lässt sich vergleichsweise kostengünstig herstellen.

Energieautark dank Abwärme 

Vorteile über Vorteile also, die die CraftEngine für viele Anwendungen zur optimalen Lösung machen. Obwohl bei den aktuell niedrigen Energiepreisen in Deutschland die Amortisationszeiten eher hemmend wirken, ist die neue Technologie für abgelegene Standorte die lang ersehnte Lösung aller Probleme. In wenig erschlossenen Regionen gibt es natürlich kein Stromnetz. Hier nutzt man üblicherweise Dieselgeneratoren, um Energie zu erzeugen, aber auch dieser Diesel muss angeliefert werden. Die CraftEngine dagegen, ist völlig autark – nutzt beispielsweise die Abwärme eines Holzofens, um den Strom, den man braucht gleich mit zu erzeugen.

Bei der Reisernte in Kolumbien etwa, werden die Pflanzenabfälle verbrannt und der Reis mit der so entstehenden Wärme getrocknet. Für die Regelung dieses Prozesses braucht man aber auch elektrische Energie, die man bisher über Dieselgeneratoren erzeugte. Leider war der Transport des Diesels zu den abgelegenen Reisfeldern teuer und riskant. Durch den Einsatz der neuen CraftEngines nutzt man nun die Wärme nicht nur für die Reistrocknung, sondern zusätzlich auch zur Stromerzeugung und wird auf diese Weise völlig unabhängig.

Logisch, dass gerade hier auch der Service und die Analysefähigkeit der Maschinen automatisiert werden müssen. Zum einen ist die Verfügbarkeit hier besonders wichtig – zum anderen könnte ein Techniker nur unter erheblichem finanziellen und zeitlichen Aufwand an den Einsatzort gelangen. Darum setzt Viking Heat Engines konsequent auf Fernwartung und eine Anlagen-interne Datenverbindung- und -Kommunikation durch einen Industrial Ethernet Switch. „Das ist für uns die Bedingung – sonst liefern wir gar nicht aus“ erklärt Dr. Tim Hamacher, Prokurist der neu gegründeten Viking Heat Engines Germany in Remscheid, die sich nach der erfolgreichen Entwicklung der beiden Unternehmen gegründet hat.

Als Partner holte er dafür die Firma Wachendorff Prozesstechnik ins Boot. Er hatte sich mehrere Fernwartungsrouter angesehen – Wachendorff war aber bei den Tests der einzige Anbieter, dessen Produkt eWON auf Anhieb problemlos unter den gewünschten Bedingungen funktionierte. „Die Fernwartungslösungen von Wachendorff stellen eine ausgehende Verbindung über SSL her, die in allen getesteten Fällen auf Anhieb funktionierte – und das, ohne Änderungen in der IT des Kunden vorzunehmen. Andere Fabrikate nutzen andere Methoden und können dann auch mal mit der Firewall bei der IT des Kunden kollidieren“ vermutet er.

Sicher und weltweit einsetzbar

Ebenfalls ausschlaggebend waren für ihn die weltweite Verfügbarkeit der Komponenten und die stabile Verbindung. „Wir können es nicht riskieren, den Zugriff auf eine Anlage und deren Ethernet-fähige Kommunikationskomponenten, die irgendwo im Regenwald stehen, zu verlieren“ erklärt er. „Gerade in der Anfangsphase sind natürlich alle Anlagenwerte für uns von Interesse“ ergänzt der Experte. Softwareupdates können aus der Ferne aufgespielt werden, um die Maschinen auch im laufenden Betrieb noch weiter zu optimieren – auch Serviceintervalle werden überwacht, um die Wartung vorausschauend effizient zu gestalten und Komponenten auszutauschen, bevor ein Schaden an der Anlage entsteht. Für all diese Anwendungen wählte man den modular aufgebauten Routertyp eWON Flexy, der in Verbindung mit dem unmanaged Switch ETHSW500 die Erweiterung der verfügbaren Ports, die Verbindung zum internen LAN und auch WAN via Mobilfunk ermöglicht und so die Flexibilität der CraftEngine auch im Bereich der Fernwartung fortsetzt.

Der eWON-Router baut auf Anforderung eine sichere VPN-Verbindung zum Talk2M-Serviceportal auf und passiert so Firewall und Proxyserver. Am anderen Ende stellt der authentifizierte Benutzer eine sichere VPN-Verbindung zum Talk2M-Portal her. Das Talk2M-Portal ist also die Vermittlungsstelle zwischen den zwei Endpunkten. Die entscheidenden Mehrwerte des Online-Serviceportals Talk2M sind die vollständige Integration von IT-Sicherheitsstandards und Verschlüsselungstechniken in Form von VPN- und HTTPS-Technologie (SSL, TLS), sowie umfangreichen Möglichkeiten für ein zentrales Benutzer- und Gerätemanagement. Hierbei sind keine Änderungen der Sicherheitseinstellungen des IT-Netzwerks erforderlich, denn die Kommunikation erfolgt bei ausgehenden Verbindungen über normalerweise sowieso freigegebene Standard-Ports.

Mit Hilfe des eWON Flexy und des Web-HMI-Dienstes M2Web von Talk2M ist Dr. Tim Hamacher mit seinem Team nun in der Lage, auf die Visualisierung der Steuerung und die Daten der angeschlossenen internen Netzwerkteilnehmer mit jedem beliebigem Endgerät mit Web-Browser zuzugreifen. So können sich die Servicetechniker schnell einen Überblick verschaffen und mit Rat und Tat helfen – selbst, wenn sie gerade am anderen Ende der Welt unterwegs sind. Mit Hilfe der Software eCatcher kann sich der Servicetechniker direkt mit der Steuerung verbinden und das Programm anpassen.

Auch im Schaltschrank der Anlage, an der in der Werkstatt gerade die letzten Handgriffe vorgenommen werden, sind ein eWON Flexy-Router und ein Switch von Wachendorff zu finden. „Wir sind sehr glücklich über die leistungsfähigen Produkte und den sehr guten und kompetenten Support“ freut sich Tim Hamacher, der gerade noch ein paar Tests vornimmt, bevor auch diese CraftEngine ihre Reise um den halben Globus antreten wird. Für die Zukunft steht sowohl eine Aufzeichnung der Anlagendaten und ein umfassendes Alarm-Management auf dem Plan, um damit weitere Anlagenoptimierungen und auch die vorausschauende Wartung zur Routine werden zu lassen. Funktionen, die sich mit dem eWON Flexy-Router und dem Talk2M-Portal leicht einrichten lassen.

Veröffentlicht am April 3, 2018 - (13498 views)
Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co.
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