Kompakt informieren
Mit Kraft-Wärme-Kopplung, zwei Schwungmassenspeichern und einem Lithium-Batteriespeicher hat die Winkelmann Powertrain Components eine redundante und autarke Stromversorgung ihres Standorts Ahlen aufgebaut. Eine Verbindung zur öffentlichen Stromversorgung existiert nicht mehr.
Abwärme aus dem stromgeführten Betrieb der sechs BHKW-Module kann in drei 44-m3-Pufferspeichern zwischengespeichert werden.
Die Abwärme wird zu Heizzwecken und zur Maschinenkühlung genutzt, zudem ist geplant, benachbarte Unternehmen als Wärmeabnehmer
zu gewinnen.
Die Druckhaltung und Entgasung gewährleistet eine schlüsselfertige Skidlösung.
Die Energiekosten haben bei steigendem Wettbewerbsdruck eine zunehmend größere Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens. Gerade der Strombezug ist seit Jahren durch steigende Energiepreise geprägt. Die Reaktion darauf: Die Winkelmann Group hat sich mit ihrer Tochtergesellschaft Winkelmann Powertrain Components (WPC) komplett von dem öffentlichen Versorgungsnetz abgetrennt – und geht damit einen besonders entscheidenden Schritt in Richtung energieeffizientes Wirtschaften.
WPC ist einer der weltweit führenden Zulieferer von Motor- und Getriebekomponenten für alle namhaften Automobilhersteller – und bei der Produktion der hochwertigen Produkte auf eine zuverlässige Stromversorgung angewiesen. Diese wird nun autark über ein neues Energiekonzept sichergestellt. Seit Dezember 2018 besteht zwischen dem Stromnetz der Stadtwerke Ahlen und dem Werksstandort keine Verbindung mehr.
Strom aus Kraft-Wärme-Kopplung
Kernelement der autarken Energieversorgung sind sechs Blockheizkraftwerke (BHKW), die jeweils eine Feuerungsleistung von 3649 kW aufweisen. Sie erzielen pro Anlage eine elektrische Leistung von 1554 kW und eine thermische Leistung von 1600 kW.
Da es in der Produktion durch den Einsatz bestimmter Maschinen zu Lastsprüngen kommen kann und der Strombedarf zwischen Werktagen und Wochenenden schwankt, wird das interne Stromnetz durch zwei Speichersysteme abgesichert. Zum einen sind zwei Schwungmassenspeicher installiert, die innerhalb von 25 ms für 15 s Energie in der Größenordnung von 1500 kW aufnehmen oder abgeben können. Dieser Kurzfrist-Speicher ist wichtig, um die Stromversorgung bei spontanen Lastsprüngen – beispielsweise durch
den Einsatz von Buckelschweißmaschinen – zu stützen.
Zum anderen ist ein Lithium-Batteriespeicher mit einer Speicherkapazität von 1000 kWh in das Gesamtsystem integriert. Er unterstützt die Schwungmassenspeicher bei langen Lastsprüngen und sichert die Energieversorgung an den Wochenenden.
Die Kombination beider Speicher ist redundant ausgeführt. So kann auf jeweils eins der Systeme zu Wartungszwecken kurzfristig verzichtet werden. Auch die Kapazität der BHKW ist so bemessen, dass zwei Anlagen ausfallen oder gewartet werden können. Auf diese Weise erzielt die autarke Stromversorgung eine Versorgungssicherheit von 99,5 %. Das entspricht dem Wert des öffentlichen Stromnetzes.
Wärme als Zusatznutzen
Durch die Nutzung der bei der Stromproduktion entstehenden Wärme erzielen die Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen eine hohe Effizienz. Eine Absorptionskältemaschine wandelt einen Teil der Wärme in Kälte zur Kühlung der Produktionsanlagen um. Zudem wurden zehn Waschmaschinen, die in einem der Werke betrieben werden, von Strom- auf Warmwasserbetrieb umgestellt. Im Winter dient die Wärme zur Beheizung der Hallen. Darüber hinaus versucht WPC benachbarte Firmen als Wärmeabnehmer zu gewinnen. Auf diese Weise ist über das ganze Jahr eine kontinuierliche Wärmeabnahme gegeben.
Die Wärme entsteht immer dann, wenn die BHKW Strom produzieren. Da die Anlagen stromgeführt arbeiten und den Strombedarf zuverlässig abdecken müssen, ist nicht sichergestellt, dass zu diesen Zeitpunkten auch ein entsprechend hoher Wärmebedarf besteht. Die Wärme muss daher zwischengespeichert werden können. Für diesen Zweck und als hydraulische Weiche wurden drei Reflex-Pufferspeicher mit einer Kapazität von jeweils 44 m3 installiert. Damit die Energie nicht verlorengeht, sind die Speicher mit einer 200 mm starken Dämmung versehen.
Bild: Reflex Winkelmann
Auf Maß gefertigte Sonderlösung
Die Systemlösung von Reflex ist zentraler Bestandteil des Gesamtkonzepts. Bei der Einheit handelt es sich um eine schlüsselfertige Skidlösung (3). Skids sind Plattformen, auf denen sich die Produkte vor dem Einbau vormontieren, vollständig verrohren und testen lassen. Neben den Pufferspeichern umfasst die Reflex-Lösung die pumpengesteuerte Druckhaltung in Form von zwei Steuereinheiten Variomat VS 2-2/60 als Verbundsteuerung mit zwei Grundgefäßen Variomat VG 5000 und einem V-3000-Vorschaltgefäß sowie eine Servitec-Vakuumsprührohrentgasung.
Die Einheit sorgt für eine zuverlässige Druckhaltung im Gesamtsystem. Würde die Druckhaltung ausfallen, könnte im schlimmsten Fall die gesamte Produktion zum Stillstand kommen. Die Reflex-Produkte übernehmen also eine bedeutende Rolle für die sichere Energieversorgung. Die Entgasung des Anlagenwassers trägt ebenfalls zur Betriebssicherheit der Gesamtanlage bei und steigert gleichzeitig die Energieeffizienz.
Installation bei laufendem Betrieb
Für die Einrichtung der neuen Energieversorgung sollte die Produktion nicht unterbrochen werden. Zudem stand für die Gesamtanlage nur ein sehr begrenzter Raum zur Verfügung. Als Standort wurde das Werkzeuglager gewählt. Dort wurden vier Einzelboxen und eine Doppelbox für die BHKW erstellt sowie zwei Transformator-Boxen und ein Mittelspannungsraum eingerichtet.
Auf einer zweiten Ebene wurden die Abgastechnik der BHKW sowie ein Niederspannungsraum, ein Steuerungsraum und der Schaltraum für die Anlagen angeordnet. Damit für die Produktion kein weiterer Raum verloren ging, wurden die Pufferspeicher auf dem Dach installiert (2). Auch hierbei erwies sich der hohe Vorfertigungsgrad der Reflex-Komponenten als Vorteil für eine schnelle Installation. Nun liegt die obere Kante der Pufferspeicher rund 23 m über der Geländeoberkante und wird nur von den zwei dreizügigen Kaminen der BHKW mit einer Gesamthöhe von 35 m überragt.
Energieversorgung langfristig gesichert
Die ersten Erfahrungen mit der autarken Stromversorgung sind positiv. „Nach mehr als sechs Monaten Betrieb sind wir bereits deutlich weiter mit den elektrischen Optimierungen als erwartet“, erklärt Projektleiter Tobias Messmann, Energie-Manager der Winkelmann Gruppe. „Das elektrische System läuft stabil. Jetzt geht es daran, die thermische Seite weiter zu implementieren und zu optimieren.“
Für den Betrieb der BHKW muss WPC lediglich Gas als Energieträger einkaufen, was vertragstechnisch gut kalkulierbar ist. So ist die Energieversorgung auf lange Sicht wirtschaftlich sichergestellt.
Ebenso wichtig wie der wirtschaftliche Aspekt ist für WPC die Nachhaltigkeit der gefundenen Lösung. Die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme bietet deutliche Vorteile für die Umwelt: Der Brennstoff wird effizient genutzt, Übertragungsverluste beim Stromtransport werden vermieden und die CO2-Emissionen gesenkt.
Reflex steht als Systemanbieter für nachhaltige Lösungen und ermöglicht durch eine intelligente Speicherung der Wärme den optimalen Betrieb und eine hohe Verfügbarkeit der Anlagen. Als Teil der Winkelmann Group erfüllt das Unternehmen damit die Ansprüche des Firmenverbunds:
Die Winkelmann Group hat 2010 beschlossen, die Themen Energie und Nachhaltigkeit als „Chefsache“ zu behandeln. Ziel ist es, an allen Standorten weltweit effiziente und innovative Energiekonzepte umzusetzen. Dabei wird für jeden Standort die individuell am besten passende Lösung gesucht. Die Stromautarkie des Standorts Ahlen unterstreicht dabei als neuer Meilenstein, dass sich Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit vereinen lassen.
Bild: Reflex Winkelmann
Reflex Winkelmann
