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Jeder Anwendung ihren Einspeiseumrichter

Individuelle Einspeiseumrichter für besondere Anwendungen

17. Februar 2014, 10:20 Uhr | Andreas Knoll

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Schwungmassenspeicher effizient betreiben

Die Ausführungen und Abmessungen des SD2R lassen sich flexibel an die spezifischen Gegebenheiten und Anforderungen anpassen, so dass das System auch für alle speziellen Anwendungsfälle geeignet ist. »Der SD2R wird beispielsweise in ORC-Anlagen, Gasentspannungsturbinen oder Mikrogasturbinen eingesetzt«, sagt Sawallisch. »Ein möglicher Anwendungsbereich sind aber auch hochdrehende Schwungmassenspeicher, die derzeit auf dem Weg zur Serienreife sind und ihren Platz neben den klassischen Batteriespeichern finden werden.«

Schwungmassenspeicher sind flexibel einsetzbar: Sie lassen sich verschiedenen Leistungsbereichen anpassen und sind daher für unterschiedliche stationäre, aber unter Umständen auch für mobile Anwendungen interessant. So können die rotierenden Speicher zusätzlich Frequenzschwankungen und Spannungsänderungen im Stromnetz entgegenwirken und so zur Netzstabilität beitragen, was beispielsweise für Unternehmen mit sensiblen Produktionsmaschinen oder auch in hochverfügbaren Rechenzentren interessant sein kann. »Je größer der Anteil ‚fluktuierender Leistung‘ an der öffentlichen Stromerzeugung ist, desto wichtiger werden solche Technologien zum Ausgleich der wetterbedingten Leistungsschwankungen«, verdeutlicht Sawallisch. »Denkbar ist aber auch die Kombination mit einer Photovoltaikanlage, wo sich anfallende Restenergie in Schwungmassenspeichern sammeln und bei Bedarf wieder abgeben lässt, um auf diese Weise den Eigenverbrauchsanteil zu steigern.«

Speziell für hochdrehende Schwungmassenspeicher ist der vom SD2R gebotene 4-Quadranten-Betrieb essentiell, der in vielen Anwendungen auch zusammen mit einer sensorlosen Drehzahlregelung möglich ist. Schließlich muss der Energiefluss in beide Richtungen sichergestellt sein: »Aufgeladen wird der Speicher im motorischen Betrieb, während die Energie im generatorischen Modus abgerufen wird«, wie Sawallisch anmerkt. »Die Herausforderung dabei ist, dass eine große Masse beschleunigt, auf eine hohe Drehzahl gebracht und wieder kontrolliert abgebremst werden muss. Die speziell für Hochgeschwindigkeitsmotoren und -generatoren entwickelte Elektronik des SD2R meistert diese Herausforderung: Möglich sind Leistungen von bis zu 100 kVA und Drehzahlen bis 120.000 1/min.«

Konzepte für die Restwärmenutzung

Sieb & Meyer konzipiert jedoch auch maßgeschneiderte Lösungen für andere Konzepte zur Nutzung erneuerbarer Energien. Ein Beispiel ist die Restwärmenutzung etwa von Biogas-Kraftwerken im elektrischen Leistungsbereich von 250 bis 1000 kW – ein vergleichsweise neues Gebiet. Mit Anlagen zur Nutzung des ORC-Prozesses lässt sich auch die dort ansonsten ungenutzt bleibende Restwärme teilweise zur Stromgewinnung heranziehen. »Wer allerdings für eine ORC-Anwendung nach einem Einspeiseumrichter suchte, wurde bisher unter den klassischen Standardlösungen kaum fündig«, betont Sawallisch. »Sieb & Meyer hat dies zum Anlass genommen, eine anwendungsspezifische Lösung auf Basis des für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen ausgelegten Antriebssystems SD2 zu entwickeln.«

Um ORC-Prozesse effizient und mit den geforderten Wirkungsgraden betreiben zu können, spielen die eingesetzten Frequenz- und Einspeiseumrichter eine entscheidende Rolle. Umrichter und Einspeisung bilden am Ende des ORC-Prozesses die Schnittstelle zwischen Generator und Stromnetz und verwandeln die dort erzeugte elektrische Energie in netzkompatiblen Strom. »Das ist allerdings nicht so einfach, wie man bei oberflächlicher Betrachtung vermuten könnte«, gibt Sawallisch zu bedenken. »Die ORC-Technologie erfordert fundiertes Know-how in Bezug auf die Regeltechnik der hochdrehenden Turbinengeneratoren und die spezifische Ausführung des Einspeiseumrichters. Erforderlich ist dabei beispielsweise ein Frequenzbereich bis 2000 Hz – die meisten Standardfrequenzumrichter sind jedoch auf Frequenzbereiche bis 400 Hz hin ausgelegt und optimiert. Weil sie keine ausreichend hohen Drehzahlen unterstützen, kommen solche Systeme nicht in Frage.«