Megalink Eco Dezember 2009

Dezember 2009

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Biogasanlagen mit Open-Source-Software steuern | Die W端ste lebt Bei der Energiewende dabei | Nur Nichtstun spart noch mehr Energie

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Editorial

Energieeffizient handeln Ein Leben ohne Strom ist nicht mehr vorstellbar. Diese Tatsache gewinnt an Brisanz, hat doch das Bundesamt für Energie ab dem Winterhalbjahr 2018 eine Stromknappheit prognostiziert, falls ein Ausbau der Stromproduktion «Eines Tages wird alles gut sein, versäumt wird. Da kommen oft das ist unsere Hoffnung.

Stimmen auf, die den Bau neuer Heute ist alles in Ordnung, Kernkraftwerke als unabdingbar das ist unsere Illusion.» anpreisen. Demgegenüber stehen Voltaire 1694–1778, schon seit längerem Konzepte für Autor der französischen und europäischen Aufklärung eine Energiegewinnung aus erneuerbaren Ressourcen, die allerdings noch immer mit Imageproblemen zu kämpfen haben. Allzu plakativ wurden Rechnungen präsentiert, wobei modellhaft Kernkraftwerke beispielsweise durch Windparks ersetzt wurden, mit dem Ergebnis, dass erneuerbare Energiequellen eben doch zu wenig Strom lieferten.

Dass das nicht die ganze Wahrheit ist, lässt sich erahnen, schliesslich werden Systeme durch den Austausch einer einzelnen Komponente selten effizienter. So kommen Wissenschaftler dann auch zu einem anderen Resultat: «Die erneuerbare Energie, die mit derzeitigen technischen Möglichkeiten zugänglich ist, liefert insgesamt das 5,9-fache des globalen Energiebedarfs.»1 Die Erschliessung solcher Energiequellen erfordert aber mehr als den blossen Austausch eines Kraftwerks. Dezentrale Stromerzeugung oder Energiemix seien hier Stichworte. Ein solcher Schritt macht Angst, weil er mit dem Verlassen des bekannten Pfades beginnt. Stehen bleiben ist aber auch keine Lösung. Also sollten wir loslaufen, statt unsere Energie weiterhin durch bunte Ausreden zu verschwenden.

Thomas Meier, Redaktor thomas.meier@megalink.ch

Bericht Energie[R]evolution, Greenpeace in Zusammen­ arbeit mit Fachleuten vom Deutschen Zentrum für Luftund Raumfahrt (DLR) sowie mehr als 30 Wissenschaftlern und Technikern aus der ­ganzen Welt.

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6 Automation

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10 Erneuerbare Energie

18 Energieeffizienz

Biogasanlagen mit Open-Source-Software steuern

Die Wüste lebt

Rechnen statt heizen

Für einen reibungslosen Betrieb von Biogasanlagen sind robuste Komponenten wichtig, die sich im laufenden Betrieb optimieren lassen. Offene PC-basierte Steuerungen und OpenSource-Software eignen sich

Im Jahr 2050 soll Strom aus solarthermischen Kraftwerken und Windparks in Afrika und dem Mittleren Osten 15 bis 20 Prozent des europäischen Strombedarfs decken – so das Ziel der Desertec Industrial Initiative.

Dass ein sinnvoller Umgang mit Energie unerlässlich ist, streitet heute keiner mehr ab.

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Themen 1 Editorial 4 Nachrichten 6 Biogasanlangen mit Open-Source-Software steuern Optimieren im laufenden Betrieb 10 Die Wüste lebt Strom aus solarthermischen Kraftwerken 14 Bei der Energiewende dabei Alternative Energie ernten

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16 Nur nichts tun spart noch mehr Energie Bewegungsabläufe optimieren 18 Rechnen statt heizen Trends bei USV-Anlagen produkte 20 Produktmeldungen

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Nachrichten

EBV Elektronik gründet vertikales Verkaufssegment «Erneuerbare Energien» Der Halbleiterspezialist EBV Elektronik unterstützt Kunden aus sogenannten «Vertikalen Märkten» mit massgeschneiderten technischen, kommerziellen und logistischen Dienstleistungen. Spezialistenteams betreuen bereits die Bereiche «Automotive», «Consumer», «General Lighting» und «RFID». Mit der neuen Verkaufsmannschaft für «Erneuerbare Energien» unterstreicht EBV seine führende Position auf den Gebieten «Grüne Elektronik» und «Energieeffizienz» und setzt einen weiteren Meilenstein in seiner «ECOmise itTM» Strategie.

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triert. Erreichen möchten wir dieses Ziel, indem wir einerseits ausgewählte Umweltprojekte unterstützen und andererseits unsere Kunden mit neuester, energieeffizienter Halbleitertechnologie für ihre Entwicklungen beliefern. Ausserdem möchten wir auch künftig das Bewusstsein unserer Mitarbeiter, Lieferanten, Geschäftspartner und der Öffentlichkeit im Hinblick auf die Reduzierung von Emissionen stärken. Die Gründung eines eigenen Sales Segments ist deshalb nur ein weiterer logischer Schritt», so Van ­Parijs abschliessend. www.ebv.com/ecomiseit

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Biogasanlagen wie die in Schweinspoint produzierten 2008 in Deutschland etwa 11 Mrd. Kilowattstunden Strom, ausreichend für rund 3 Mio. Haushalte.

Open-Source-Automatisierung: Langzeitverfügbarkeit und kontinuierliche Verbesserungen im Fokus

Biogasanlagen mit Open-SourceSoftware steuern Für einen reibungslosen Betrieb und den wirtschaftlichen Erfolg von Biogasanlagen sind robuste, langlebige und langzeitverfügbare Komponenten wichtig, die sich idealerweise auch im laufenden Betrieb konstant optimieren lassen. Hohe Effizienzanforderungen und der Bedarf nach ständiger Weiterentwicklung bilden ein ideales Klima für offene PC-basierte Steuerungen und Open-Source-Software.

In Deutschland gibt es rund 4000 Biogasanlagen, die Ende 2008 rund elf Milliarden Kilowattstunden Strom produzierten, ausreichend für zirka drei Millionen Haushalte. Da Biogas für die Stromerzeugung aus nahezu allen Pflanzen und organischen Abfällen gewonnen werden kann, befinden sich die meisten Anlagen in unmittelbarer Nähe zu landwirtschaftlichen Betrieben, um Transportkosten zu minimieren. Besonders wichtig ist eine möglichst kostenoptimierte Systemauslegung bei hohem Wirkungsgrad, hoher Ausfallsicherheit und hohem Automatisierungsgrad. Abgesehen von der Substratanlieferung und -ausbringung sowie routinemässigen Wartungsarbeiten laufen die

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Anlagen vollautomatisch und sogar selbstoptimierend, sofern ein optionales Expertensystem mit Fuzzylogic die Prozesse im laufenden Betrieb steuert. Dabei ist die Strom- und Gaserzeugung mittels Biogasanlagen eine Technologie, in der immer neue Erkenntnisse gewonnen werden und ständig Prozessoptimierungen erfolgen, um auch in bestehenden Anlagen weitere Effizienzsteigerung zu erzielen. Insofern ist jede Biogasanlage einem Rennwagen vergleichbar, der ständig neu eingestellt und dessen Motorsteuerung kontinuierlich optimiert wird, um beste Ergebnisse zu erzielen.

Biogasanlage «vergoldet» Abfall. Aus der klein gehäckselten Biomasse wird in den luftdicht verschlossenen Bioreaktoren, den sogenannten Fermentern, durch anaerobe Vergärung Methan, das heisst Biogas, erzeugt. Ein sequenziell betriebenes Rührwerk im Fermenter sorgt für eine ideale Durchmischung des erwärmten Gärsubstrats. Allerdings darf die mechanische Belastung nicht die Mikroorganismen beeinträchtigen. Das Biogas wird in

einem Gaslager gesammelt, in dem auch die Entschwefelung stattfindet. Die energetische Verwertung des Biogases erfolgt in einem angeschlossenen Blockheizkraftwerk. Dort treibt ein gasbetriebener Verbrennungsmotor einen elektrischen Generator an. Die elektrische Energie wird in das Stromnetz eingespeist. Die Abwärme wird genutzt, um verschiedene Heizkreisläufe zu bedienen, beispielsweise um die Fermenter zu temperieren, den Gärrückstand oder andere Güter, wie zum Beispiel Holzhackschnitzel, zu trocknen oder Gebäude zu heizen.

Schlagkräftiges Duo. Hohe Effizienzanforderungen und der Bedarf nach ständiger Weiterentwicklung bilden ein ideales Klima für offene PC-basierte Steuerungen und OpenSource-Software, deren Quellcode dokumentiert und kostenlos erhältlich ist. Der Grundgedanke bei Open-Source ist, dass eine breite Community ständig an der Optimierung der Software mitarbeiten kann, wovon sowohl andere User wie auch der Herausgeber der Software profitieren. Auf diese

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Weise wird vorhandenes Wissen und Potenzial effizient genutzt, was zu geringeren Kosten und verkürzten Entwicklungszeiten führt. So können auch individuelle Anpassungen der Software schnell durchgeführt werden, ohne von einem Lizenzgeber abhängig zu sein. Im konkreten Fall bedeutet das für die Kunden Vorteile durch geringere Softwarekosten und höhere Effizienz der Gesamtlösung. Darüber hinaus kommen die validierten Weiterentwicklungen zeitnah allen Biogasanlagenbetreibern zugute. Und da alle Änderungen dokumentiert sein müssen und die Automatisierung solcher Biogasanlagen spezialisierte Awite Bioenergie GmbH für seine Lösungen nur validierte Sourcecodes und Binärfiles verwendet, ist auch das Risiko von Bugs minimiert. Diesem Effizienz- und Open-Source-Gedanken folgend, sollte auch der Automatisierungsrechner unter einem Open-Source-Betriebssystem – in diesem Fall Embedded Linux – laufen. Für Awite gab es neben der Kosteneinsparung durch eine lizenzkostenfreie Verwendung auch noch zusätzliche Argumente für Embedded Linux: Um eine höhere Zuverlässigkeit sowie wartungsfreien Betrieb des Automatisierungsrechners zu erreichen, sollte anstelle einer Festplatte ein Compact-Flash-Modul verwendet werden – mit möglichst geringerer Speicherkapazität um Kosten zu sparen. Dabei ermöglichen ein auf die Hardware hin kompilierter LinuxKernel sowie der Verzicht auf eine GraphicShell ein sehr kompaktes Betriebssystem, das inklusive Applikation einen Speicherplatz von 64 MByte nicht übersteigt.

Zudem ist aufgrund der Open-Source-Architektur und einer grossen Entwicklergemeinde auch Langzeit-Treiber-Support gegeben, der die Zukunftssicherheit der installierten Hardwarebasis bei zukünftigen Softwareupgrades in etlichen Jahren nachhaltig verbessert. Dies ist wichtig, da eine Biogasanlage auf einen Betrieb von 20 Jahren oder länger ausgerichtet ist. Auch bei zusätzlicher

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Die Panel-PC hosten mindestens 95 Prozent der Steuerungsaufgaben und dienen zugleich als Server für die Prozessvisualisierung.

Software bringt Linux und Open-Source Vorteile: So kann beispielsweise Voice-Call via ISDN lizenzkostenfrei implementiert werden. So lassen sich einige hundert Euro an Softwarekosten sparen. Ein eindeutiger Vorteil gegenüber lizenzgebundenen Lösungen.

Panel-PC mit embedded Linux. Unter diesen Rahmenbedingungen waren für Awite die Unterstützung von Embedded Linux und ein günstiger Anschaffungspreis die Hauptkriterien bei der Auswahl des passenden Automatisierungsrechners, der als Panel-PC mit entsprechender Bildschirmdiagonale auch die lokalen Visualisierungen übersichtlich darstellen sollte. Daneben galt es allerdings auch noch die typischen Anforderungen zu erfüllen: Thermische (0–40 °C) und mecha-

Ein optionales Expertensystem mit Fuzzylogic steuert die Prozesse im laufenden Betrieb.

nische Resistenz, ausreichend IP-Schutz an der Front sowie eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit, da je nach Anlage auch ein stark störender Frequenzumrichter im Schaltschrank integriert ist, zählten zu den Grundvoraussetzungen. Als eine der wenigen Firmen bot Kontron einen passenden x86er-basierten Panel-PC mit umfassendem Linux-Support an. Awite wählte als erste Plattform einen Kontron Panel-PC mir Intel Celeron 650 Prozessor, 15" Bildschirmdiagonale und Embedded Linux auf einer 128 MByte Compact-Flash als robustes Speichermedium. In den neusten Anlagen verwendet Awite das aktuelle Nachfolgemodell Kontron V Panel Express 150 mit 1,5 GHz Intel Celeron Prozessor, 1 GByte RAM und 1 GByte CF-Card, für den Kontron neben ➔

Bei Open-Source-Software verbessert die grosse Entwicklergemeinde die Zukunftssicherheit der installierten Hardwarebasis bei zukünftigen Softwareupgrades.

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Board Support Packages auch fertig angepasste und kompilierte Runtime Images für eLinux anbietet. Aktuell evaluiert Awite eine schlanke Version der verbreiteten OpenSuse Linux-Distribution sowie Ubuntu Linux für den Kontron V Panel Express. Auf allen Panel-PC laufen mindestens 95 Prozent der Steuerungsaufgaben und sie dienen zugleich als Server für die Prozessvisualisierung.

Sämtliche Sensoren und Aktoren, wie Füllstandsmesser, Gas- und Temperatursensoren sowie die Motorsteuerung für die Mischer in den Bioreaktoren sind über einen Buscontroller mit Wago-Klemmen im Schaltschrank via Modbus-TCP an den Panel-PC

angebunden. Anlagenspezifisch laufen auf dem Buscontroller lediglich die harten Echtzeitabfragen, sofern sie überhaupt benötigt werden. Die Anlagen- und Prozesssteuerung übernimmt die von Awite in C++ selbst entwickelte Open-Source-Software AWIControl, die ständig weiterentwickelt wird, um den Ertrag der Biogasanlagen zu steigern.

«Für uns war das entscheidende Kriterium bei der Auswahl des Automatisierungsrechners ein voller Linux-Support und die Möglichkeit Open-Source-Software einzusetzen.

Der Kontron Panel-PC war seinerzeit eines der wenigen Systeme, das uns diesen Support umfassend bot und dies zu einem attrak-

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tiven Preis», erklärt Dr. Ernst Murnleitner, Geschäftsführer der Awite GmbH. «Mit dem Nachfolgemodell Kontron V Panel Express haben wir nun die Möglichkeit, auch die Fernwartung inklusive Firewall und Voicecall über ISDN auf dem Automatisierungsrechner zu integrieren. Darüber hinaus hat Kontron mit dem ThinkIO zudem noch ein weiteres System im Portfolio, das uns diesen Support bietet. Für Kunden, die ausschliesslich die Fernwartung und -bedienung nutzen, wäre diese Systemkonfiguration ideal, da kein Panel vor Ort mehr benötigt wird, was unsere Automatisierungslösung noch kompakter und effizienter gestalten würde.»

Open-Source-Lösung behält den Überblick. Über die Kontrollsoftware können sämtliche Parameter der Biogasanlage abgerufen und gesteuert werden. Darüber hinaus bewertet ein optionales Fuzzylogic-System ständig verschiedene Parameter bei der Biogaserzeugung, wie beispielsweise pH-Wert, Gaszusammensetzung sowie deren Verlaufskurve und optimiert sich innerhalb vom Betreiber vorgegebener Grenzen selbst. Damit der Betreiber für Abruf und Einstellung der Betriebsparameter der Anlage nicht vor Ort sein muss, sondern die Abläufe effizient und ohne grossen Zeitaufwand jederzeit einstellen kann, sind die Systeme über ISDN und/oder DSL fernwart- und fernbedienbar. Dazu wird die Open-Source-Software Processview-Server verwendet. Über den Processview-Client lässt sich die gleiche Bedienoberfläche auf einem via LAN oder WAN angebundenen System von jedem Ort der Welt aus, Internetzugang vorausgesetzt, nach einem Log-In auf dem Server aufrufen und das System bedienen. Es können sich sogar mehrere Benutzer gleichzeitig einloggen, jeder in seiner eigenen Landessprache. Dank einer feinstufigen Benutzerverwaltung können unterschiedliche Rechte für einzelnen Nutzer vergeben werden. Eine integrierte Software-Firewall schützt den Automatisierungsrechner vor Gefahren aus dem Netz. Optional ist eine Warnfunktion bei Messwertüberschreitungen oder Fehlermeldungen auf den Systemen möglich: Über eine PCI-ISDN-Karte sendet das System mittels der Open-Source-Software V-Box über Voice-Call eindeutige Alarmmeldungen an eine oder mehrere, beliebige Festnetz- oder Mobilnummern. Bei entsprechendem Gateway ist dies auch mit VoIP über DSL möglich. Alternativ können über Mailund SMS-Gateway Kurznachrichten versandt werden. So ist keine ständige Kontrolle der Prozessvisualisierung nötig, sondern der Betreiber wird im Push-Verfahren bei drohenden Problemen informiert. Das reduziert den Wartungs- und Betriebsaufwand der Biogasanlage weiter. n (pm)

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Strom aus solarthermischen Kraftwerken und Windparks für Europa.

Die Wüste lebt Im Jahr 2050 soll Strom aus solarthermischen Kraftwerken und Windparks in Afrika und dem Mittleren Osten 15 bis 20 Prozent des europäischen Strombedarfs decken – so das Ziel der Desertec Industrial Initiative.

Parabolrinnen-Kraftwerke sind bereits eine etablierte Technik zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom – hier das Kraftwerk Solnova 1 von Abengoa Solar nahe Sevilla.

Auf einmal hatte er keine ruhige Minute mehr. Das Kanzleramt meldete sich, Ministerien, Botschafter und Firmenvertreter riefen mitunter im Minutentakt an. Prof. Hans Müller-Steinhagen vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart ist es zwar gewohnt, mehr Manager zu sein als Forscher: «Wenn Sie 250 Mitarbeiter haben, dann können Sie sich nicht im Labor einsper-

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ren.» Aber was er in jenen Tagen im Sommer 2009 erlebte, als alle Welt plötzlich von Desertec sprach, das hatte schon eine andere Qualität, sagt er. Und wieder: Kaum hat der promovierte Verfahrenstechniker den Satz beendet, klingelt das Telefon – die Deutsche Botschaft in London möchte ihn für einen Vortrag gewinnen.

Müller-Steinhagens Institut für Technische Thermodynamik wurde, neben der Desertec Foundation und der deutschen Gesellschaft für den Club of Rome, zu einer der Schaltzentralen für ein Projekt, das manche wegen seiner Dimension mit dem Apollo-Programm vergleichen, der Mondlandung, die sich 2009 zum 40. Mal jährte. Nur dass es den Vordenkern für Desertec nicht um den Mond geht, sondern um die Sonne. Besser gesagt: ihre Energie. Mit solarthermischen Kraftwerken liesse sich der Strombedarf der ganzen Welt

decken, haben die Stuttgarter Forscher um Dr. Franz Trieb, ein Mitarbeiter von MüllerSteinhagen, zusammen mit der Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation (TREC) errechnet. Dazu müsste man etwa 90 000 Quadratkilometer Wüste – eine Fläche etwa so gross wie Österreich – mit Spiegeln bedecken. Über 30 Jahre Forschung. Will man bis 2050 «nur» 15 bis 20 Prozent des europäischen Bedarfs decken, wie es das Desertec-Konzept vorsieht, reichen rund 2500 Quadratkilometer für die Kraftwerke. Weitere 3600 Quadratkilometer bräuchte man für die Hochspannungsleitungen, um den Strom nach Europa zu übertragen. Seit mehr als 30 Jahren forscht das DLR an dieser Technologie, nun steht sie mit einem Mal im Mittelpunkt des Weltinteresses. Auch weil ein Dutzend

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europäischer Unternehmen sich im Juli 2009 zur Desertec Industrial Initiative (DII) zusammengeschlossen hat, um dem 400-Milliarden-Euro-Projekt den nötigen Schub zu verleihen: Nach DLR-Schätzung würden 350 Milliarden Euro für die Kraftwerke und weitere 50 Milliarden für die Übertragungstechnik benötigt.

Unter den Partnern finden sich neben Konzernen – die an anderer Stelle miteinander konkurrieren – eine Grossbank und mit der Münchner Rück einer der grössten Rückversicherer der Welt. Siemens ist einer der technologischen Treiber, denn das Portfolio an Lösungen für solarthermische Kraftwerke umfasst Schlüsselkomponenten wie Dampfturbinen und Receiverrohre ebenso wie die Kraftwerksleittechnik und verlustarme Lösungen zur Hochspannungs-GleichstromÜbertragung.

Günstiger Strom. «Dass Solarthermie funktioniert, steht ausser Frage», sagt Müller-Steinhagen. Seit über 20 Jahren zeigt ein Cluster von Kraftwerken in der kalifornischen Mojave-Wüste, dass man mit ihr eine Menge Strom erzeugen kann: Über 350 Megawatt speisen die Anlagen ins Netz ein und können so mehr als 200 000 Haushalte mit Strom versorgen. Dass aber gerade jetzt eine solche Technik im Rahmen von Desertec breit diskutiert wird, hat viele Ursachen: Ein wichtiger Treiber ist das gewachsene Bewusstsein für eine klimafreundliche Energieversorgung. Dazu kommt, dass inzwischen die Technik für den verlustarmen Stromtransport über weite Distanzen erfolgreich etabliert werden konnte, und dass solarthermische Kraftwerke mit neuen Ideen noch effizienter wurden. Wenn nach dem Ende der Wirtschaftskrise auch die Ölpreise wieder kräftig steigen, dann kann solarthermisch erzeugter Strom – dessen Produktion in begünstigten Regionen heute bereits unter 20 Euro-Cent pro Kilowattstunde kostet – schnell wettbewerbsfähig sein.

Grosse Allianz. Die durchschlagende öffentliche Resonanz von Desertec hat vor allem auch mit Dr. Gerhard Knies und seinen Mitstreitern zu tun. Knies ist Vorsitzender des Aufsichtsrats der Desertec Foundation, die das Konzept entwickelte, das nun in der DII ausgearbeitet wird. Das Lieblingszitat des pensionierten Teilchenphysikers stammt von Albert Einstein: «Man kann Probleme nicht mit den Methoden lösen, mit denen sie herbeigeführt wurden.» Knies meint damit vor allem den drohenden Klimawandel durch die Freisetzung von CO2. Dem sei nur durch einen Umbau der Energieversorgung zu begegnen. Knies scharte in den vergangenen Jahren engagierte Mitstreiter um sich: TREC, den Club of Rome, das DLR und Prinz Has-

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Sonne ernten: 90 Prozent aller Menschen wohnen weniger als 3000 Kilometer vom Sonnengürtel entfernt.

san von Jordanien. «Uns allen war klar, dass CO2-freie Technologien, wie Windkraft, Geothermie und vor allem Solarthermie in gros­ sem Massstab nötig sind, um den Klimawandel zu stoppen», sagt er. Während Müller-Steinhagen einer der Gestalter der Technologie ist, hat Knies den politischen Prozess in Gang gesetzt. Und im Sommer 2009 begann mit der Gründung des Konsortiums und der Unterstützung durch Unternehmen wie Siemens die Phase der praktischen Umsetzung.

Innerhalb von drei Jahren will die DII nun Geschäftspläne und Finanzierungskonzepte für das grösste Solarprojekt aller Zeiten entwickeln. Konzepte, die geeignet sind, einen Gürtel von solarthermischen Kraftwerken in Nordafrika und dem Mittleren Osten entstehen zu lassen und diese durch Hochspannungsleitungen mit Verbrauchszentren vor Ort, aber auch in Europa, zu verbinden. Für 2050 ist insgesamt eine installierte Kraftwerksleistung von 100 Gigawatt (GW) und eine Strommenge von 700 Terawattstunden (TWh) pro Jahr angestrebt – das reicht für 15 bis 20 Prozent des europäischen Bedarfs.

Einen noch grösseren Anteil des Strombedarfs würden diese Kraftwerke natürlich in den dynamisch wachsenden Ländern decken, in denen sich die Anlagen befinden. In der MENA-Region, also dem Mittleren Osten und Nordafrika (Middle East and North Africa), dürfte sich der Strombedarf über die nächsten 30 bis 40 Jahre auf 3500 TWh verfünffachen. «Gerade zur energieintensiven Entsalzung von Meerwasser können solarthermische Kraftwerke und Windkraftanlagen einen wichtigen Beitrag leisten», sagt Knies. Und da bis zu 80 Prozent der Wertschöpfung beim Bau der Anlagen in den MENA-Staaten selbst anfallen kann, etwa durch die Fertigung von Spiegeln, Fundamenten und Gestellen, bedeutet dies auch einen erheblichen Entwicklungsschub für die Region. Bis 2050 entstünden durch Desertec

nach Schätzungen von Greenpeace in den beteiligten Ländern rund zwei Millionen Arbeitsplätze.

Der Sonne folgen. Anfang 2009 ging in der Nähe von Granada, in Andalusien, das Parabolrinnenkraftwerk Andasol ans Netz. In langen Reihen stehen dort parabelförmig gebogene Spiegel – daher der Name Parabolrinne.

Ihre Gesamtfläche beträgt über eine halbe Million Quadratmeter. Damit lassen sich in diesem Kraftwerk, das in der Endausbaustufe aus drei Komplexen bestehen wird, 150 Megawatt Leistung und eine Strommenge von 176 Gigawattstunden pro Komplex und Jahr erreichen. Um die Ausbeute zu optimieren, richten sich die Spiegel über den Tag hinweg auf ein Zehntel Grad genau auf den Stand der Sonne aus. Sie bündeln das reflektierte Licht im sogenannten Receiverrohr. In Andasol enthält das vakuumisolierte Rohr ein Spezialöl, das auf knapp 400 Grad Celsius erhitzt wird. In Wärmetauschern gibt es später seine Hitze an Wasser ab, das daraufhin verdampft. «Ab diesem Punkt funktionieren solarthermische Kraftwerke wie konventionelle Kraftwerke», erklärt René Umlauft, CEO der Division Renewable Energy von Siemens. Denn der nachgeschaltete «Power­ block», in dem aus Wasserdampf Strom wird, nutzt die erprobte Technologie von Dampfturbinen-Kraftwerken.

Solarthermische Kraftwerke haben allerdings spezielle Erfordernisse an die Grösse und die Flexibilität der Turbinen. Beispielsweise müssen sie für bestimmte Kraftwerkstypen in der Lage sein, bei Sonnenaufgang sehr schnell anzufahren.

Als die Morgensonne am Horizont aufsteigt, inspiziert Valerio Fernandez, Leiter der Abteilung Betrieb und Wartung beim Solnova-Betreiber Abengoa Solar, die Solnova-Baustelle, auf der Arbeiter schrauben, montieren und polieren. «Wir haben hier sehr gute Voraussetzungen für solarthermische Kraft- ➔

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werke, rund 210 Tage im Jahr Sonne pur, von morgens bis abends», sagt Fernandez. Das spanische Einspeisegesetz zur Markteinführung von solarthermischem Strom hat einen regelrechten Solarthermie-Boom ausgelöst.

Seit 2006 können Produzenten bis zu 27 Euro-Cent pro Kilowattstunde vom Staat erhalten. Die Zahl der Förderanträge überrollte die Behörden.

Hohe Anfangsinvestitionen. Doch noch liegen die Produktionskosten mit bis zu 23 EuroCent pro Kilowattstunde – je nach Standort und Intensität der Sonneneinstrahlung – relativ hoch. Strom aus Windkraft dagegen lässt sich in vielen Gegenden Europas bereits zu wettbewerbsfähigen Preisen produzieren. Doch auch Sonnenstrom wird billiger werden. Ein Vergleich: Vor 30 Jahren kostete die Installation eines Megawatts Leistung durch Windenergieanlagen an Land rund drei Millionen Euro – heute nur noch eine Million.

Eine ähnlich günstige Entwicklung erwarten Experten auch bei der Solarthermie. Deren hohe Kosten stecken vor allem in den Anfangsinvestitionen: Bei einer 50-MW-Anlage mit Wärmespeicher liegen diese bei rund 300 Millionen Euro, die auf die Lebens­dauer des Kraftwerks von bis zu 40 Jahren umgelegt werden müssen.

Gerade Wärmespeicher sind nicht billig. Im europäischen Testzentrum für Solarenergie, der Plataforma Solar de Almería und in Andasol sind sie bereits installiert. Durch die Speicherung von tagsüber produzierter Wärme kann dort auch nachts Strom produziert werden. Bisher werden als Speicher meist grosse, isolierte Tanks genutzt, die mit flüssigen Salzen gefüllt werden, deren Schmelzpunkt bei rund 200 Grad Celsius liegt. Bei der DLR und anderswo tüfteln Forscher daran, wie sich die Kosten senken lassen, etwa durch Änderungen bei den Speichern oder in der Feinabstimmung der Kraftwerkskomponenten, um beim Wärmeaustausch zwi-

schen dem heissen Trägermedium und dem Wasserdampf möglichst wenig Hitze zu verlieren.

Fernandez erwartet, dass die Anfangsinves­ titionen pro installiertem MW bald sinken: «Bisher fertigten wir zumeist Unikate und bezogen Spezialteile, wie die Receiverrohre, aus Klein­serien. Beginnt die Massenfertigung für solarthermische Anlagen, dann werden die In­­­vestitionskosten und damit die Stromgestehungs­kosten drastisch fallen.»

Auch bei den Receivern ist Siemens gut aufgestellt. Im März 2009 erwarb Siemens eine Beteiligung von rund 28 Prozent an Archimede Solar Energy. Durch die Rohre des italienischen Unternehmens fliesst geschmolzenes Salz statt Spezialöl. Der Vorteil: Während das Spezialöl im Zuge der ständigen Temperaturschwankungen altert und ausgetauscht werden muss, verbleibt das Spezialsalz im Wärmekreislauf. Es erlaubt höhere Temperaturen von bis zu 550 Grad Celsius und trägt so zu einem höheren Wirkungsgrad der Anlage bei – denn auch der Wasserdampf, der die Turbine antreibt, lässt sich so auf eine höhere Temperatur und einen höheren Druck bringen.

Das Desertec-Konzept: Solarenergie in den Wüsten, Wind an den Küsten und ein Netz von Stromleitungen.

Darüber hinaus fällt beim Einsatz von Salz ein verlustreicher Wärmetauscher weg: Das Salz in den Receiverrohren kann zugleich als Speichermedium genutzt werden und lässt sich einfach in den Isoliertank pumpen. Ist es abgekühlt, fliesst es wieder zurück in die Receiver, um neuerlich Sonnenenergie zu «ernten». Noch in diesem Jahr soll mit dem Bau einer neuen Fabrik in Norditalien für die Archimede-Receiver begonnen werden; 2010 soll sie in Betrieb gehen. Die Archimede-Rohre kommen bereits in einem Solarfeld in Süditalien zum Einsatz. «Mit dem Einstieg bei Archimede Solar untermauert Siemens seine Absicht, der führende Anbieter von Lösungen für solarthermische Kraftwerke zu werden», erklärt René Umlauft.

Alternativ zum Wärmeträgeröl oder der Salzschmelze kann Wasserdampf auch direkt in den Absorberrohren erzeugt werden. Damit lässt sich das teure Wärmeträgermedium einsparen, das Wasser kann dann direkt zur Dampferzeugung genutzt werden. Auch an dieser Technologie arbeitet Siemens – zusammen mit dem DLR – seit vielen Jahren.

Dank wesentlicher Fortschritte soll im An­ dasol-3-Kraftwerk ein Teil der Parabolrinnenkollektoren mit der sogenannten Direktverdampfung betrieben werden.

Noch günstigere Bedingungen als in Südspanien herrschen für Solarstrom in den Wüsten Amerikas und in Nordafrika. Ägypten gilt als besonders geeignet, da der Nil ausreichend Kühlwasser für den wassergekühlten Kondensator im Dampfkreislauf liefert. Doch auch in Trockengebieten lässt sich der Kondensator kühlen – mit Luft, jedoch bei einem 20 Prozent niedrigeren Wirkungsgrad. Das könnte etwa in Teilen Algeriens sinnvoll sein, dessen Steinwüsten aus anderen Gründen optimale Standorte für solarthermische Kraftwerke darstellen: Sandstürme, die die Spiegel beschädigen könnten, sind hier nicht zu befürchten. Dort entsteht derzeit das Hassi R’Mel Kraftwerk, eine 160-MW-Anlage, die ein konventionelles Gas- und Dampfturbinenkraftwerk mit Solartechnik kombiniert.

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Arbeitsmaschinen: Zuverlässige und hoch flexible Dampfturbinen von Siemens wie die SST-700 sind ideal an die speziellen Bedürfnisse solarthermischer Kraftwerke angepasst (hier die Anlage von Andasol).

Es wird erst einmal für den lokalen Strommarkt produzieren. Doch im Zuge des Baus weiterer Anlagen wird eines Tages ein Stromüberschuss in Nordafrika entstehen. Diese überschüssige Energie kann dann nach Europa transportiert werden – möglichst verlustfrei natürlich. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) ist die Antwort auf diese Herausforderung.

Autobahnen für Strom. «Beim Transport in konventionellen Wechselstromleitungen müssten wir auf dem teils tausende Kilometer weiten Weg von Afrika nach Europa sehr hohe Verluste in Kauf nehmen. Durch Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)Leitungen und streckenweise auch Seekabel lassen sich diese Verluste deutlich reduzieren», erklärt Prof. Dr. Dietmar Retzmann, bei Siemens der führende Experte für HGÜTechnik. Auf einer Entfernung von 3000 Kilometern – das reicht vom südlichen Ende der Sahara bis Mitteleuropa – ist mit HGÜ nur mit Leitungsverlusten von rund zehn Prozent zu rechnen. Aktuell baut Siemens eine HGÜVerbindung in China, wo 5000 MW Leistung über eine Distanz von 1400 Kilometern übertragen wird. «Solche HGÜ-Leitungen sind wie Stromautobahnen – die wir in Europa übrigens ohnehin für den künftigen Netzausbau brauchen, wenn grosse Mengen Windstrom weit transportiert werden müssen», sagt Retzmann.

Desertec könnte damit einen wichtigen Baustein der Energienetze von morgen bilden.

Auf drei wichtige Fragen gibt das Projekt Antworten, sagt Michael Weinhold, Cheftechnologe bei Siemens Energy: «Ein Energiesystem muss in drei Dimensionen über-

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zeugen: Ökonomie, Ökologie und Sicherheit.

Desertec ist ökologisch, Desertec wird ökonomisch sinnvoll zu gestalten sein, und Desertec trägt zur Energiesicherheit Europas bei, indem es die Abhängigkeit von Importen fossiler Brennstoffe deutlich reduziert.»

Es geht heute bei der Solarthermie nicht mehr um die Machbarkeit, sondern um grösstmögliche Effizienz in der grosstechnischen Anwendung. Und für die Länder in der MENA-Region geht es um ihre weitere stabile, ökonomische Entwicklung – um Strom und die Energie für die Trinkwasserversorgung. So sinkt in Sanaa im Jemen nach Angaben von Prof. Müller-Steinhagen der Grundwasserspiegel jedes Jahr um sechs Meter, in vielen Regionen des Mittleren Ostens und Nordafrikas werden Ackerbau und Viehzucht aufgrund der Wasserknappheit immer schwieriger. In Ägypten müssten bis 2050 neue Wasserquellen erschlossen werden, die der gesamten Wasserführung des Nils entsprechen. Durch solarthermisch betriebene Meerwasserentsalzung könnte ein gros­ ser Teil dieses Bedarfs befriedigt werden. Die Sonne, die so unerbittlich auf diese Länder niederbrennt, sie wird künftig – mittels moderner Technik – Wasser und Strom in die Wüste bringen und Leben spenden. (pm) n

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Die Dynamik der neuen Energiemärkte wäre ohne Halbleitertechnik nicht vorstellbar.

Mit Elektronik alternative Energien effizient ernten

Bei der Energiewende dabei Photovoltaik, Windenergie, Solarthermie, Bioenergie, Meeresenergie und Geothermie erzeugen einen stetig grösseren Anteil am Strommix. Alternative Energien sind bereit, Öl, Gas und Kohle zu ersetzen. Die Dynamik der neuen Energiemärkte wäre ohne Halbleitertechnik nicht vorstellbar. Moderne Elektronik verwandelt den Gleichstrom einer Photovoltaikanlage in netzverträglichen Wechselstrom und sorgt dafür, dass Windturbinen zuverlässig Strom erzeugen.

Das Industriezeitalter kennt nicht sehr viele revolutionäre Umwälzungen und bahnbrechende Entwicklungen. Keineswegs immer ist das Innovationstempo in den letzten 200 Jahren atemberaubend gewesen. Meistens geht es bedächtig Schritt für Schritt vorwärts – manchmal aber auch nur mit Tippelschritten.

Das, was die Welt zurzeit auf dem Energiesektor erlebt, gehört allerdings in die Kategorie «Siebenmeilenstiefel». Die Welt befindet sich in einer Phase, in der sich die Energie-

Infos

EBV Elektronik 8953 Dietikon Tel. 044 745 61 61 dietikon@ebv.com www.ebv.com

versorgung im globalen Massstab grundlegend wandelt. Erneuerbare Energiequellen sind dabei, den Energiemix in den meisten Industrie- und Schwellenländern zu ihren Gunsten zu verändern. Völlig unbeachtet der Diskussion über die tatsächliche Reichweite, über gewünschte oder tatsächliche Reserven und Ressourcen lässt sich feststellen: Das Zeitalter der fossilen Brennstoffe geht absehbar seinem Ende entgegen. Dafür sprechen Klimaschutzgründe, Erschliessungskosten und nicht zuletzt auch die Werthaltigkeit dieser Energieträger – Öl, Gas und Kohle sind zum Verheizen, Verduschen und Verfahren viel zu schade. Es gibt Alternativen. Während Meeresenergie und Geothermie ihre Startlöcher erst jüngst verlassen haben, haben sich Photovoltaik, Windenergie, Solarthermie und Bioenergie zu Industriebranchen entwickelt, deren

Wachstumsdynamik in der jüngeren Industriegeschichte seinesgleichen sucht.

Keine Energiewende ohne Elektronik. Die Dynamik der neuen Energiemärkte wäre ohne Halbleitertechnik nicht vorstellbar. Moderne Leistungselektronik verwandelt den Gleichstrom einer Photovoltaikanlage in netzverträglichen Wechselstrom. Moderne Leistungselektronik sorgt dafür, dass Windturbinen zuverlässig Strom erzeugen und als Qualitätsstrom ins Netz einspeisen können. Moderne Leistungselektronik sorgt dafür, dass Biogasanlagen kontrolliert und unter optimalen Randbedingungen arbeiten können.

Zuverlässigkeit steht an erster Stelle. Die Latte hängt hoch. EBV Elektronik trägt mit ihrer Produktpalette an Mikroprozessoren, Leistungshalbleitern und Sensoren zum Erfolg re-

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generativer Energieerzeugungssysteme bei.

Sie sind wichtige Bestandteile der Steuer-, Regelungs- und Kontrolltechnik der Solar-, Windkraft- und Biomasseanlagen. Für die Branchen der erneuerbaren Energien sind Lösungen anzustreben, die erstens eine möglichst hohe «Energieernte» in Form von Strom oder Wärme ermöglichen. Zweitens sind es Lösungen, die die Verfügbarkeit der Anlagen in die Nähe von 100 Prozent drücken. Spezifischer Ertrag und Verfügbarkeit sind die Schlüsselparameter für den wirtschaftlichen Erfolg eines regenerativen Stromoder Wärmegenerators. Damit steht und fällt der Wert der oft nicht unerheblichen Investition. Beispiel Windkraftanlage: Die durchschnittliche Nennleistung moderner Windturbinen liegt heute bei etwa zwei Megawatt.

Je nach Ausführung und Standort bedeutet die Installation einer derartigen Anlage eine Investition von 4 bis 5 Millionen Euro. Lösungen, basierend auf EBV-Technologie und Know-how, sind massgeblich an der Steuerund Umwandlungstechnik einer derartigen Windkraftanlage beteiligt. Wenn man bedenkt, dass der Ausfall einer derartigen Anlage einen Umsatzverlust von täglich mehreren tausend Euro bedeutet, kann man die wirtschaftliche Dimension einschätzen, die eine hohe Verfügbarkeit mit sich bringt. Die wirtschaftlichen Folgen vervielfachen sich sogar noch, wenn es um ganze Windparks oder gar Offshore-Anlagen geht. Die Zuverlässigkeit jedes einzelnen elektronischen Bauteils darf keine Fragen offen lassen.

Grosses Potenzial. Erneuerbare Energien sind in aller Munde. Allein die Europäische Union will den Anteil der erneuerbaren Energien am Energiemix bis 2020 auf 20 Prozent ausbauen. Experten erwarten, dass dieses Ziel

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«Als führendem Halbleiterspezialisten kommt EBV nicht nur eine wichtige technologische, sondern auch eine soziale Rolle zu.

Wir möchten einen Beitrag zur Erreichung der europäischen Ziele leisten, einen Grossteil der täglich genutzten Energie aus erneuerbaren Quellen zu gewinnen.»

Rudy Van Parijs, Vice President Technical Development von EBV Elektronik.

«Für EBV ist der Bereich erneuerbare Energie einer der wichtigsten Wachstumsmärkte der Zukunft.»

Markus Krämer, Business Development Manager Power Supply & Management von EBV Elektronik.

in weiten Teilen bereits wesentlich früher erreicht wird. Dazu kommt ein Weltmarkt, dessen Wachstum sich in den letzten Jahren immer weiter beschleunigte. Mehr noch – mit dem Regierungswechsel in den USA erreicht auch die europäischen Unternehmen der erneuerbaren Energien ein frischer Wind. Der US-Markt könnte sich zum führenden Wind-, Solar- und Biomasse-Markt entwickeln, an dem die technologisch führenden europäischen Unternehmen teilhaben werden.

Anders als bei den Cyber-Produkten des Internetbooms geht es bei den erneuerbaren Energien um handfeste Produkte, um Industriebranchen, die längst die Grossserienproduktion aufgenommen haben. Für EBV ist das ein Zukunftsmarkt, in den es viel Knowhow, viel Engagement und solide Kundenbeziehungen einbringen kann. n (pm)

Ausgabe

04 | 2009

of Renew able En ergies Das Wis sensma gazin von EBV

EBV Elektronik EBV Elektronik ist der führende Halbleiterspezialist in EMEA. Das Unternehmen steht für «best practice» – beste technische und wirtschaftliche Lösungen. Darüber hinaus für langfristig angelegte Kundenbeziehungen sowie qualitativ hochwertigen Service. Über 250 Vertriebsingenieure arbeiten mit rund zwei Dutzend Herstellerpartnern zusammen. 120 Anwendungsspezialisten stehen bereit, mit ihrer Expertise die vielfältigsten Kundenanforderungen zu erfüllen. Im Vordergrund steht dabei die Orientierung an den Erfordernissen des Kunden. Konfektionsware gibt es hier nicht. In enger Zusammenarbeit mit dem Kunden erarbeiten die EBV-Experten die technisch und wirtschaftlich angemessene, kundenspezifische und massgeschneiderte Lösung. Sie analysieren die Anforderungen regenerativer Energietechnik und die manchmal recht rauen Umgebungen, in denen ihre Systeme bestehen müssen. Sie greifen Anregungen der zumeist betriebserfahrenen Kunden auf und setzen sie in technisch machbare Schritte um.

Entwicklungsmaxime ist es dabei, die jeweils optimale Lösung für den Kunden zu finden. Sie muss ihn in die Lage versetzen, den härter werdenden globalen Wettbewerb nicht nur zu bestehen, sondern anzuführen.

The Quintessence of Renewable Energies

Die vierte Ausgabe des Wissensmagazins von EBV Elektronik «The Quintessence of Renewable Energies» gibt einen Überblick über den Markt der erneuerbaren Energien und zeigt, wie bei schonendem Umgang mit Ressourcen zusätzlich Energie erzeugt werden kann. «The Quintessence of Renewable Energies» erklärt die Funktionsweisen und Anwendungsgebiete der verschiedenen Technologien zur alternativen Energieerzeugung. Das Magazin bietet einen breiten Überblick über erneuerbare Energien: Welche Möglichkeiten gibt es alternativ Energie zu erzeugen?

Wie funktionieren die verschiedenen Technologien der erneuerbaren Energien? Was sind ihre jeweiligen Vorteile? Welche Herausforderungen kommen auf das Energiemanagement zu? Welche Massnahmen plant die EU-Kommission? Was prognostizieren führende Experten aus der Energiebrache für den Markt?

Weitere ausgewählte Inhalte dieser Ausgabe: • Marktblick – grosse Chancen auf dem Energiemarkt der Zukunft • Interview mit Claus Hipp – der erfolgreiche Biounternehmer im Gespräch

Elektron ik

Funktio

nsweise

n | 10 Wie Ene rgie alte rnativ produzie rt wird Intellige ntes Energie man Selbst regu agement | 40

Stromne tze

lierende

Europä ische Energie politik

| 44 Intervie w über weitere Maßnah men Mensch als Energie quelle

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Im Ges präch mit Profess or Clau s Hipp |6

Über die Strategi e des erfo lgreiche n Biou nter neh mer s

• Erneuerbare Energien im Überblick • Immer unter Strom – Mensch als Energiequelle • Im ewigen Eis und Schnee – Solar- und Windenergie für Polarstationen • Abseits des Netzes – Autarke Energiesysteme • Was lange gärt – Verwertung von Siedlungsabfällen • Die Energiewende ist eingeleitet – Round-Table-Gespräch mit führenden Experten • Glossar – wichtige Begriffe aus der Welt der erneuerbaren Energien kurz erklärt Unter www.ebv.com/tq ist das Magazin kostenlos bestellbar.

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OPTIMIERTE BEWEGUNGSABLÄUFE SPAREN ENERGIE

Nur nichts tun spart noch mehr Energie Beim Fernseher ist das Problem mit einem einfachen Knopfdruck zu lösen. Das Auto kann man langsamer fahren oder auch mal in der Garage stehen lassen. Bei Maschinen und Anlagen ist abschalten und stehen lassen aber keine Alternative. Hier lautet die Aufgabe, durch eine intelligente Nutzung mit weniger Energie die gleiche Leistung und Wertschöpfung zu erzielen.

Bei den aktuellen Strompreisen schlagen die Energiekosten von Werkzeugmaschinen im Schnitt mit 20 Prozent der jährlichen Betriebskosten zu Buche. Die Steigerung der Energieeffizienz bei gleich hoher Produktivität bildet damit einen der wichtigsten Ansatzpunkte, die Stückkosten nachhaltig zu senken. Innerhalb des Lebenszyklus einer Maschine bestehen unterschiedlich grosse Fenster, den Energieverbrauch bei gleicher Produktivität zu reduzieren.

Bei bereits installierten Maschinen können Anwender ohne Eingriffe in die Hardware vor allem die Bewegungsführung optimieren, um unnötige Beschleunigungen und Verzögerungen beispielsweise durch verschleifende Bewegungen zu ersetzen. Rexroth hat für die CNC-Systemlösung IndraMotion MTX innovative Analysetools entwickelt, die während der Bearbeitungsprozesse die Zykluszeiten und den Energieverbrauch sämtlicher Bewegungen messen. Diese Daten zeigen dem Pro-

Mit den geeigneten Tools kann die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen um bis zu 45 Prozent verbessert werden.

grammierer, wo er die Effizienz der Maschine steigern kann. Darüber hinaus ist der bedarfsgerechte Betrieb der Werkzeugmaschinen ein wesentlicher Hebel zur Reduzierung der Energiekosten. Die Möglichkeit, Standby-Modi eigenständig zu konfigurieren und zu aktivieren hilft, Energie und somit Kosten zu sparen.

Das Sparpotenzial bei Neuentwicklung ausschöpfen. Bei Neuentwicklungen können Konstrukteure zahlreiche weitere Massnahmen umsetzen. Die konsequente Reduzierung der bewegten Massen sowie die richtige Dimensionierung durch intelligente Auswahltools reduzieren den Energieverbrauch und häufig auch die Herstellkosten.

Bei Modernisierungen vergrössern sich die Möglichkeiten deutlich. Die konsequente Bedarfsregelung von Hilfsantrieben, beispielsweise für die Hydraulik, sowie der Einsatz hoch effizienter Servomotoren und intelligenter, rückspeisefähiger Antriebe, senken den Energieverbrauch bei gleicher Produktivität deutlich.

Energie und Kosten sparen. Die Erfahrungen bei der Umsetzung dieses Ensembles unterschiedlicher Massnahmen über alle Automatisierungstechnologien zeigen, dass die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen um bis zu 45 Prozent verbessert, und damit die Betriebskosten um bis zu 10 Prozent pro Jahr gesenkt werden können.

INFOS

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Die Energiekosten betragen bei Werkzeugmaschinen im Schnitt 20 Prozent der Betriebskosten.

Energiesparen heisst nicht nur die Umwelt, sondern auch das Portemonnaie schonen.

Auf der EMO 2009 präsentieren eine Reihe von Herstellern neue Werkzeugmaschinen, die eine deutlich höhere Energieeffizienz bei mindestens gleich hoher Produktivität erreichen. Rexroth als Automatisierungspartner arbeitet aktuell mit zahlreichen Maschinenherstellern sowohl an der Optimierung neuer Maschinenkonzepte als auch an der Überarbeitung bereits bestehender Konzepte.

Für die hochproduktive 3- bis 5-Achs-Freiformflächenbearbeitung setzt zum Beispiel MAG Hüller Hille in seinem neuen, kompakten Dreh- und Fräsbearbeitungszentrum NBV 400 auf die CNC-Systemlösung IndraMotion MTX. In enger Systempartnerschaft mit Rexroth dimensionierten die Konstrukteure die gesamte Mechatronik, optimierten die Bewegungsführung und setzten innovative Rekuperations- und Stand-by-Konzepte um. ■ (pm)

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Grosses Potenzial und grosse Verantwortung Das Potenzial – und die Verantwortung – für eine effizientere Energienutzung in der Industrie ist gross.

Neue Technologien und eine intelligente Nutzung der bereits vorhandenen Technologien tragen dazu bei, die Effizienzziele zu erreichen. Neben Wissen, Können und Kreativität wird es aber auch auf die innere Einstellung und Haltung ankommen.

Alle Beteiligten müssen Energieeffizienz wirklich wollen und sie müssen Energie in das Ziel investieren, mit weniger Energie mehr zu erreichen. Dies trifft besonders auf die Produktionstechnik zu. Mit der Entwicklung energieeffizienterer Komponenten oder Subsysteme, wie zum Beispiel im Wirkungsgrad verbesserter Pumpen und Motoren oder drehzahlgeregelter Pumpenantriebe, können gegenüber herkömmlichen Produkten rund 15 Prozent Energie eingespart werden.

Das ist gut, aber noch nicht genug: Die Fokussierung auf energieeffizientere Komponenten allein eröffnet in der Fabrikautomation bei Weitem nicht die vollen Möglichkeiten. Weitaus grössere Gewinne sind mit einem Ansatz zu erreichen, der das Gesamtsystem berücksichtigt. Dabei werden effiziente Basiskomponenten so miteinander in Wechselwirkung gesetzt,

dass sich ein möglichst direkter Energiefluss ergibt. In einem derart optimierten System wird Energie dann bedarfsorientiert gewandelt, das heisst in der richtigen Menge zum geforderten Zeitpunkt.

Energieeffiziente Antriebstechnik umfasst ein breites Spektrum an Produkten, Technologien und Lösungen, die intelligent kombiniert je nach Maschinentyp Einsparungen von mehr als 75 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs ermöglichen. Rexroth hat für die Umsetzung vier entscheidende Hebel, Rexroth 4EE, identifiziert, mit deren Hilfe diese Effizienzgewinne schnell realisiert werden können: • Energieeffiziente Komponenten • Energierückgewinnung, Rekuperation über verschiedene Antriebstechnologien hinweg • bedarfsgeregelte Antriebe, besonders für Hilfsfunktionen wie Pumpen oder Lüfter • Energy System Design, Softwaretools für die optimale Dimensionierung und den energieeffizienten Betrieb Rexroth setzt die vier Hebel sowohl bei elektrischen Antrieben, als auch Hydraulik, der Pneumatik und der Lineartechnik an.

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Rechenzentren verfügen über ein grosses Stromsparpotenzial: Nur rund ein Drittel der Energie wird zum eigentlichen Rechnen verbraucht.

Blick in die Zukunft: Trends bei USV-Anlagen

Rechnen statt heizen Dass ein sinnvoller Umgang mit Energie sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht unerlässlich ist, streitet heute keiner mehr ab. Bei steigenden Energiekosten und wachsendem Kapazitätsbedarf rückt der effiziente Umgang mit Energie in den Mittelpunkt von Kaufentscheidungen. Zur Steigerung der Energieeffizienz reicht es nicht nur punktuell nachzubessern. Wer den Energieverbrauch – ganz gleich in welchem Industriebereich – optimieren will, sollte die gesamte Prozesskette mit all ihren Energieverbrauchern betrachten.

In Rechenzentren wird nur rund ein Drittel der eingesetzten Energie von der eigentlichen ITAusrüstung wie Rechner, Speicher und Netzwerkausrüstung genutzt. Ein grösserer Teil geht in die unterstützende ­Infrastruktur, die Stromversorgung und Kühlungssysteme umfasst. Anlagen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) sind mit 18 Prozent der drittgrösste «Stromfresser». Bedenkt man, wie rasant Rechenzentren wachsen und ihr absoluter Energieverbrauch heute steigt, sind die Einsparpotenztiale durch energieeffizi-

Infos

ServiceNet AG Member of Newave Group 5432 Neuenhof Tel. 056 416 01 01 info@servicenet.ch www.servicenet.ch

ente Infrastrukturkomponenten immens. Es überrascht daher nicht, dass im Umfeld von Rechenzentren im Wesentlichen zunehmender Kostendruck und wachsendes Umweltbewusstsein Antriebe für künftige Innovationen sind. Nachhaltigkeit spielt dabei als wirtschaftliche Grösse eine wichtige Rolle und zieht sich wie ein roter Faden durch alle Trends, die man bei Rechenzentren und ihren USV-Anlagen derzeit beobachten kann.

Mit Weitsicht einkaufen. Bei steigenden Energiekosten und wachsendem Kapazitätsbedarf rückt der effiziente Umgang mit Energie in den Mittelpunkt von Kaufentscheidungen.

Zudem stellt die Geschwindigkeit, mit der die Anforderungen an die EDV wachsen, eine grosse Herausforderung dar. Das wichtigste Diktat heisst Zukunftsfähigkeit der Systeme, also Technologien, die das weitere

Wachstum des Unternehmens unterstützen.

Modularität trägt hier in allen Bereichen wesentlich zur Problemlösung bei.

Dabei bedeutet Modularität, dass die Gesamtlösung aus einzelnen Elementen besteht, die sich abhängig vom tatsächlichen Bedarf kombinieren lassen. Sie ist somit die wesentliche Voraussetzung für Agilität, die es beispielsweise ermöglicht, eine USV entsprechend dem wirklichen Bedarf anzupassen. Verschiebt sich der Bedarf, können Module einer so aufgebauten USV ohne grossen Aufwand an anderer Stelle eingesetzt werden. Somit leistet Modularität einen wesentlichen Beitrag zur Nachhaltigkeit von USVAnlagen und Rechenzentren.

Vor dem Hintergrund des Kostendrucks bringt Modularität einen weiteren wesentlichen Vorteil: Sie schafft die Grundlage für Right-Sizing. Die Infrastruktur eines Rechen-

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Damit USVs einen hohen Wirkungsgrad erzielen, sollten sie nahe an der Leistungsgrenze betrieben werden. Dies lässt sich mit modularen Anlagen erreichen.

Die DPA UPScale ist ein einschubmodulares und redundantes USV-System, das auf einer Dezentralen Parallelarchitektur (DPA) basiert.

zentrums kann von Anfang an richtig dimensioniert werden und dann im Laufe ihres Lebens entsprechend wachsender Anforderungen mitwachsen. Gleichzeitig arbeitet eine richtig dimensionierte USV anstatt bei einer Auslastung von 25 Prozent und einem Wirkungsgrad von 91 Prozent bei einer Last von 90 Prozent und einem Wirkungsgrad von 94,5 Prozent. Die dreieieinhalb Prozentpunkte Unterschied beim Wirkungsgrad klingen zwar auf den ersten Blick wenig, reduzieren jedoch die Kosten pro 100 Kilowatt Versor-

gungsleistung jährlich um gut 4500 Franken.

Mit der Einführung von einschubmodulare Systemen hat Newave den Markt nachhaltig geprägt. Inzwischen konnten die Systeme in der Praxis ihre Vorteile beweisen und wurden systematisch weiter entwickelt. So steht nun seit Kurzem mit DPA UPScale RI eine USV-Anlage zur Verfügung, die sich in jedes beliebige 19-Zoll-Rack integrieren lässt.

Das treibt die Modularität in der Praxis einen wesentlichen Schritt weiter, indem komplette USV-Systeme in bestehende Server-Racks

Um den Energieverbrauch zu senken, werden Lösungen sowohl auf Seiten der Rechenzentrum-Infrastruktur als auch der IT benötigt.

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integriert und dynamisch eingesetzt werden können.

Platzsparen zu Ende gedacht. Musste man bislang an zentraler Stelle Raum für das physikalische Wachstum eines Rechenzentrums vorhalten, geht der Trend heute zu dezentralen Lösungen. Dank sinkender Verbindungskosten entstehen Rechenzentren vermehrt auf der «grünen Wiese». Dieser Trend wird unter anderem auch durch den vermehrten Einsatz von Data Center Container Solutions unterstützt. Die mobilen Containerlösungen können an beliebigen Plätzen positioniert werden und sind sofort betriebsbereit. Muss das Rechenzentrum über das bisherige Volumen hinaus wachsen, wird einfach ein weiterer Container nachgerüstet und mit dem bereits vorhandenen verbunden.

Im Zusammenhang mit Raum sparenden Konzepten macht sich ein weiterer Trend deutlich bemerkbar: Die zunehmende Leistungsdichte. So benötigten beispielsweise USV-Anlagen, die man vor 20 Jahren einsetzte, bei gleicher Leistung etwa den siebenfachen Platz heutiger Modelle. Dieser Trend ist bislang ungebrochen und wird künftig zu ungeahnten Leistungsdichten führen. USV-Anlagen sind damit platzsparender und können mit einem Bruchteil des sonst benötigten Materials gebaut werden. Auch hiermit leisten USV-Anlagen einen Beitrag zur Nachhaltigkeit.

Rechtliche Rahmenbedingungen. Schliesslich werden auch rechtliche Rahmenbedingungen die künftige Entwicklung von Rechenzentren beeinflussen. Es ist vermehrt im politischen Interesse, durch Anreizsysteme, Verhaltenskodexe und Gesetze Energieverbrauch und CO2-Ausstoss einzelner Industriebereiche zu regulieren. Der europäische Verhaltenskodex «Code of Conduct on Data Centres Energy Efficiency» liefert beispielsweise sehr konkrete Anregungen, wie der Energieverbrauch von Rechenzentren optimiert werden kann. Dazu betrachtet er alle Beteiligten der Prozesskette und macht deutlich, wie Einsparungen einzelner Komponenten einander bedingen. Obwohl der Kodex bislang lediglich eine Empfehlung ist, übernehmen ihn viele Unternehmen als interne Richtlinie für künftige Entwicklungen. Langfristig ist es möglich, dass ein solcher Kodex für Hersteller von in Rechenzentren eingesetzten Komponenten verpflichtend wird.

Auch eine Klassifizierung zum Beispiel von USV-Anlagen nach Effizienzgesichtspunkten ist denkbar. So liesse sich vermeiden, dass sich in der Anschaffung billige, aber «energiefressende» Produkte auf dem Markt durchsetzen: aus Sicht der Nachhaltigkeit ein Gewinn.

■ (pm)

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Produktmeldungen

Sensorlose Regelung von Synchronmotoren

Der Antriebsregler AC650S bietet einfache sensorlose Regelung von Permanentmagnet-Synchronmotoren bis zu 7 kW, ohne einen zusätzlichen Geber zu benötigen. PM-Synchromotoren haben gegenüber Asynchronmotoren zwei markante Vorteile. Der im Durchschnitt 6 % bessere Wirkungsgrad bedeutet gerade bei Dauerbetriebanwendungen enorme Energieeinsparungen. Zudem reduziert sich der Platzbedarf in der Maschine/Anlage, da PM-Synchronmotoren erheblich kompakter gebaut sind. Der Antriebsregler AC650S selbst ist sehr kompakt und findet damit in den kleinsten Schaltschränken Platz. PM-Synchronmotoren setzen üblicherweise einen Drehgeber und einen entsprechenden komplexen Antriebsregler voraus. Für den Antrieb AC650S hingegen wurden neue innovative Regelalgorithmen entwickelt, um präzise Drehzahlregelung von geberlosen PM-Synchronmotoren in einem einfachen Frequenzumrichter zu ermöglichen. Der AC650S wird mit einer Standardkonfiguration ausgeliefert, die für die meisten Anwendungen passt. Optimale Performance werden mit den bekannten PM-Synchronmotoren NX und EX (ATEX) erzielt, welche nun auch ohne Geber geliefert werden. Dank dieser kostengünstigen Lösung mit PM-Synchronmotor ohne Geber werden industrielle Anwendungen wie Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Fördereinrichtungen und Werkzeugmaschinen wieder interessant.

Parkem AG MotionControl 5405 Baden-Dättwil, Tel. 056 493 38 83 info@parkem.ch, www.parkem.ch

Hier beginnen beste Verbindungen.

Konfigurierbares Sicherheitsschaltgerät

Das PNOZmulti Mini ist die jüngste Erweiterung der erfolgreichen Familie multifunktionaler Steuerungssysteme PNOZmulti aus dem Hause Pilz. Mit nur 45 mm Baubreite ist es deutlich kleiner als das 134 mm breite PNOZmulti. Das Mini lässt sich über den PNOZmulti Configurator einfach konfigurieren. Es wurde vor allem für den Einsatz in Einzelmaschinen in allen Bereichen des Maschinenbaus entwickelt. Mit seiner kompakten Bauart bietet das PNOZmulti Mini die gleichen digitalen Einund Ausgänge wie seine grossen Brüder: 20 sichere Eingänge, 4 sichere Halbleiterausgänge (gemäss SIL3, PL e) und 4 Taktausgänge. Den Einstieg in die Mini-Welt erleichtern zwei Starterkits, die jeweils das Sicherheitsschaltgerät, ein USB-Kabel, die Chipkarte mit 8 kB Speicherkapazität sowie die Lizenz für den PNOZmulti Configurator enthalten und sich nur durch Wahl zwischen Schraub- oder Federkraftklemme unterscheiden.

Neben der Überwachung von Sicherheitsfunktionen wie Not-Halt, von Schutztüren oder Lichtschranken, kann es durch seine Logikfunktionen auch Aufgaben der Maschinensteuerung übernehmen. Das Anwenderprogramm wird auf einer Chipkarte abgespeichert und lässt sich damit auf einfache Weise von einem Gerät auf ein anderes übertragen.

Einfach starten. Gleich welche Hardware – ob das neue Sicherheitsschaltgerät PNOZmulti Mini, das bewährte Steuerungssystem PNOZmulti oder künftig die Steuerung PSSuniversal multi – das Prinzip und damit auch die Handhabung bleiben immer gleich einfach und benutzerfreundlich.

Von der Einzelmaschine bis zur verketteten Anlage – Pilz bietet eine durchgängige Steuerungslösung für Sicherheits- und Automatisierungsaufgaben jeder Grössenordnung.

Pilz Industrieelektronik GmbH 5506 Mägenwil, Tel. 062 889 79 30 pilz@pilz.ch, www.pilz.ch

• Klebstoffe • Elektroisolierharze • Toolingsysteme • Matrixsysteme • Oberflächenschutzharze • Holzleime • Spezialformulierungen auf Araldit©-Basis

ASTORit AG • Kobiboden 4 • Postfach 033 • CH-8840 Einsiedeln • Tel. +41 55 418 75 00 • Fax +41 55 418 75 01 • astorit.ch • astorit@astorit.ch

60

megalink 12-09

Impressum

56

Baumer Electric AG

16

Bachmann electronic GmbH

38

AWK Group AG

46

Alfred Imhof AG

45

ABB Schweiz AG, Normelec

Megalink Elektronik + Automation

Firmen in dieser Megalink-Ausgabe

Impressum ISSN 1662-9558 15. Jahrgang «Megalink» 25. Jahrgang «EC Woche» 29. Jahrgang «Precision» 48. Jahrgang «Elektroniker» Total verkaufte Auflage: 2147 Exemplare Total Gratisauflage: 6925 Exemplare

Beckhoff Automation AG Bosch Rexroth Schweiz AG B&R Industrie-Automation AG

Redaktion «Megalink» Neumattstrasse 1, CH-5001 Aarau Tel. 058 200 5642, Fax 058 200 5661 www.megalink.ch Chefredaktor: Patrick Müller, dipl. El.-Ing. ETH (pm) Tel. 058 200 5659, patrick.mueller@megalink.ch Redaktor: Thomas Meier, dipl. Ing. Maschinenbau FH (tm) Tel. 058 200 5641, thomas.meier@megalink.ch

Kundenberatung Willi Dennler, Tel. 058 200 5643, willi.dennler@megalink.ch Thorsten Krüger, Tel. 058 200 5632, thorsten.krueger@megalink.ch Verena Müller, Tel. 058 200 5642, verena.mueller@azmedien.ch

Mediaberatung Megalink Eco Josef M. Vinzens, Tel. 071 888 88 01, mediapress@bluewin.ch

Verlag

45, 50, 56 49 7, 17, 46

45, 57

GMP SA

44

Festo AG

54

Elma Electronic AG

55

ECONOTEC AG

Grossenbacher Systeme AG

18

M+S Industrielle Automation AG National Instruments Switzerland OMNI RAY AG Omron Electronics AG Parkem AG MotionControl Phoenix Mecano Komponenten AG Pilz Industrieelektronik GmbH PowerParts AG Precimation AG Rittal AG Roschi Rohde & Schwarz AG Rotronic AG Saia-Burgess Controls Ltd.

Siemens Schweiz AG

Hirschmann Automation and Control GmbH 54, 55

ServiceNet AG

47, 48

HARTING AG

51, 57

Hamamatsu Photonics Schweiz

20

Kontron AG

19

Jetter (Schweiz) AG

54

INDEL AG

53

ifm electronic ag

Linktronix AG Logic GmbH & Co KG

US 2 21 52, 57

MPI Distribution AG

14, 31

Mesago Messe Frankfurt GmbH

Schulz-Electronic GmbH

6 22, 56 51 23 42 30 24 15 51, 53 12 34, 37 53 25 57 52

46, 50, 51, 55

9, 50

Spectra (Schweiz) AG

52

Simpex Electronic AG

26

SIGMATEK Schweiz AG

29

WITTENSTEIN AG

10

The MathWorks GmbH

43

Syslogic-Group

27

STEMMER IMAGING AG

ZHAW

5

© AZ Fachverlage AG, Neumattstrasse 1, CH-5001 Aarau Tel. 058 200 5650, Fax 058 200 5661 Geschäftsführung: Dietrich Berg Leiter Werbemarkt: Jürg Rykart, juerg.rykart@azmedien.ch Lesermarketing: Karin Märki Verkaufsleitung: Thomas Stark, thomas.stark@azmedien.ch

Produktion Reto Schleier, r.schleier@vsdruck.ch Bernhard Kettner, b.kettner@vsdruck.ch

Druck Vogt-Schild Druck AG Gutenbergstrasse 1, CH-4552 Derendingen

Erscheinung, Abonnemente Erscheint monatlich, Abonnementspreis Fr. 85.– Ausland: Fr. 85.– plus Postgebühren Abonnemente: Telefon/Fax 058 200 5566/67 E-Mail: abo@megalink.ch

Verlagsrechte

Pilz Industrieelektronik GmbH

20

Nachdruck, auch auszugsweise, nicht gestattet

ServiceNet AG

18

Produktberichte und Highlights sind kostenpflichtig.

Siemens Schweiz AG

10

Produkte und Highlights

Weber + Co.

13

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5, 16

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4, 20

National Instruments

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13 6 US 2 3, 9, 14 8 20

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Bâtitech – Chemie Plus – Chemische Rundschau Elektrotechnik ET – FIT for LIFE – HK-Gebäudetechnik – KOCHEN natürlich leben – SwissPlastics – Technica – wir eltern

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