Sparen mit Schwung

Industrieelektronik

Stromversorgung – Eine preisgekrönte USV mit einem neuen Schwungrad als Energiespeicher sorgt für hohe Energieeinsparungen bei einer sehr langen Lebensdauer.

26. September 2011

Ohne Strom geht nichts. Darum kommt der Stromversorgung eine wichtige Rolle zu. Zu viel Strom ist aber auch nicht gut, schließlich ist die Energieversorgung eines der größten und gleichzeitig ungelösten Probleme der Zukunft, ein wirkliches Sorgenkind also.

Hier setzt Active Power aus Osterode mit seiner neuen Unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) Cleansource an. Mit Erfolg: Das Gerät erhielt den begehrten Eco-Award in der Kategorie »Infrastruktur«, gestiftet vom Verband der deutschen Internetwirtschaft Eco.

Clou der neuen Lösung ist ein rotierendes Schwungrad, das statt einer Batterie die Energie speichert. Überzeugend für die Jury sei der nachhaltige Ressourceneinsatz gewesen sowie die geringe CO2-Belastung und eine lange Lebensdauer. »Wir freuen uns sehr über die Auszeichnung und sind stolz über die Anerkennung des innovativen Charakters unserer Technologie, die mit diesem Preis verbunden ist«, sagt Uwe Schrader-Hausmann, Chief Technical Officer and Vice President Engineering bei Active Power.

Die Batterie hat ausgedient

Anlagen für die unterbrechungsfreie Stromversorgung sind über viele Jahre hinweg im Dauerbetrieb. Verlustleistungen bei den Batterien verursachen hohe Kosten und CO2-Emissionen. Deshalb hat Active Power bei seiner neuen USV die Batterie kurzerhand abgeschafft. Dazu Uwe Schrader-Hausmann: »Hier ist kinetische Energie zweckmäßiger als elektrochemische. Darum haben wir die Cleansource-Technologie entwickelt.«

Dabei speichert ein Schwungrad kinetische Energie in rotierenden Massen. Im Normalbetrieb dreht es sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit; die Last wird aus dem Versorgungsnetz gespeist. Wird dieser Stromfluss unterbrochen, wandelt das System die im Schwungrad gespeicherte Energie in elektrische Energie um. Liegt wieder Spannung vom Versorgungsnetz an, schaltet das System sowohl die Last als auch das Schwungrad für die Wiederaufladung auf das Versorgungsnetz zurück.

Ausschlaggebend für den Energieverbrauch ist in erster Linie der Wirkungsgrad der USV. Die flywheel-basierten Cleansource-Geräte von Active Power können hier, so Uwe Schrader-Hasumann, mit einem sehr hohen Wirkungsgrad von 98 Prozent bei optimalen Lastbedingungen auftrumpfen. »Selbst bei ungünstigen Lastverhältnissen von 33 Prozent sank er nicht unter 95 Prozent.«

Das Schwungrad hat die volle Ladungskapazität mit 7.700 Umdrehungen pro Minute erreicht, einsatzbereit ist die USV bei 4.000. Je nach Entladungstiefe dauert die Ladezeit zwischen wenigen Sekunden und zwei Minuten und bleibt selbst bei der Inbetriebnahme der Anlage unter fünf Minuten.

Der Wirkungsgrad beeinflusst nicht nur die Betriebskosten der USV, sondern auch die Kosten für die Klimatisierung. Die beim Betrieb entstehenden Verluste werden als Wärme abgeführt; je geringer der Wirkungsgrad, desto mehr Wärme wird abgegeben. Außerdem laufen die Batterien nur zwischen 20 und 25 Grad Celsius mit optimaler Lebenszeit und müssen darum gekühlt werden. Da die Flywheel-USV im Temperaturbereich von null bis 40 Grad Celsius ohne Einschränkungen arbeitet, ist nur für ausreichende Belüftung zu sorgen.

Die Flywheel-Technik ist auf eine Lebenszeit von bis zu 20 Jahren ausgelegt und wartungsarm. »So werden unsere USV-Systeme zu robusten und fehlertoleranten Systemen, die selbst bei ungünstigen Stromnetzbedingungen und Lasten höchst zuverlässig und effizient arbeiten«, erklärt der CTO. »Ein Batteriewechsel alle drei bis fünf Jahre vorausgesetzt, spart der Anwender in der Lebenszeit einer USV-Anlage durch die Schwungradtechnologie insgesamt rund 40.000 Euro ein.«

Solche Lösungen machen sich im Schnitt nach zweieinhalb Jahren bezahlt: Setzt man den Wirkungsgrad der Cleansource mit Flywheel um vier Prozentpunkte höher als den eines Doppelwandlers, verbraucht die USV jährlich rund 380.000 Kilowattstunden weniger, in Zahlen ausgedrückt sind das 45.600 Euro weniger Stromkosten und noch einmal bis zu 15.000 Euro weniger für die Kühlung. Der CO2-Ausstoß vermindert sich um bis zu 273 Tonnen pro Jahr.

Wirkungsvoll gegen Blitze

Kein Wunder, dass erste Unternehmen die neue USV einsetzen. Bei Folienhersteller Mondi Napiag zum Beispiel schützt man sich damit gegen Blitzeinschläge. Sie verursachen im Stromnetz neben Überspannungen oder Spannungsstößen auch Kurzzeit-Stromausfälle, die Produktionsprozesse unterbrechen können. Diese Ausfälle führen bei Mondi Napiag bei der Herstellung von Kunststofffolien mit sehr teuren Rohstoffen zu viel Ausschuss und verlorener Produktionszeit, zudem muss die Produktionsanlage jedes Mal zeitaufwendig gereinigt und neu eingerichtet werden.

USV-Anlagen verhindern, dass Verunreinigungen und Ausfälle des Netzstroms auf die Maschinen durchschlagen, indem sie die Last aus einem Speicher versorgen. Mondi Napiag nutzt dafür zwei USV-Anlagen mit Flywheel von Active Power mit einer Leistung von je 1.000 Kilovoltampere.

Für das Unternehmen liegt der Vorteil in der Zyklenfestigkeit und der Alterungsbeständigkeit der Schwungrad-Technik in einer Region mit sehr vielen witterungsbedingten Stromausfällen. Sehr kurze Ladezeiten von wenigen Sekunden bis zwei Minuten je nach Entladungstiefe stellen die zuverlässige Versorgung der Produktionsmaschinen auch bei mehreren Ausfällen in kurzer Folge sicher.

Entscheidungsrelevant war darüber hinaus die Temperaturunempfindlichkeit der Flywheel-USV-Anlagen. Sie macht einen vom Produktionsbereich abgetrennten, klimatisierten Raum für die Anlagen überflüssig, sodass am räumlich begrenzten Standort keine für die Produktion nutzbaren Flächen blockiert werden.

Erschienen in Ausgabe: 01/2011