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eSaver nutzt Netzschwankungen als neue Stromquelle

eSaver rettet Strom-Abfälle
Netzschwankungen werden zur Stromquelle

Die Qualität der Stromnetze sinkt rapide. Netzrückwirkungen müssen Unternehmen mit ihren Systemen neutralisieren und trotzdem bezahlen. Der „eSaver“ bietet die Chance, diese Energie zu nutzen. Die eSaver GmbH verspricht Kosteneinsparungen bis zu 24 % und kann viele Referenzen vorlegen.

» Hertha Kerz, freie Fachjournalistin in Hamburg

Die Stromnetze stottern. Durch den europäischen Energieverbund und alternative Stromerzeuger kommt es zu Einspeisungsschwankungen. Zugleich steigt die Auslastung durch die wachsende Zahl an elektrischen Verbrauchern – regional kommt es zu immer mehr Zusammenbrüchen. Um die Netze stabil zu halten, macht das Elektromagnetische-Verträglichkeit-Gesetz (EMVG) gezielte Vorgaben. Halten die Anlagenbetreiber sie ein, sollten die Netze ihre Aufgaben problemlos nachkommen können – unterstellen die Energieversorger. Ein Trugschluss.

Rückwirkungen schlucken bis zu 60 % Leistung

Allein die Netzrückwirkungen sind ein permanentes Problem, machen sie doch bis zu 60 % der Energieleistung aus – die nicht genutzt wird, aber bezahlt werden muss. Eine dieser Rückwirkungen sind Oberschwingungen. Waren sie anfangs eher lästig, gefährden sie zunehmend den reibungslosen Betrieb von Industrie und Gewerbe. Sie gehören zu den leitungsgebundenen Netzstörungen und treten nur bei intensiver Netznutzung auf: Nichtlineare Energieverbraucher wie Frequenzumrichter, Computer, Dioden oder Schaltregler erzeugen Netzrückwirkungen und verzerren den 50-Hz-Sinusverlauf des Netzes mit Frequenzen von bis zu 450 Hz oder sogar höher.

Aus derart hohen Frequenzen können elektrische 50-Hz-Verbraucher keine Energie ziehen. Vielmehr müssen unterschiedliche Sicherungssysteme die hohen Frequenzen neutralisieren, damit Endgeräte keinen Schaden nehmen. Das ist bei niedrigen privaten Verbräuchen vertretbar, in der Industrie jedoch nicht hinnehmbar. Oberschwingungen sollten hier besser als Wirkleistung genutzt werden können.

eSaver puffert ungenutzte Energie

An dieser Stelle setzt der „eSaver“ an: Das Produkt der Ehninger eSaver GmbH ermöglicht die Energienutzung aus Oberschwingungen, glättet Stromspitzen, gleicht Spannungsabfälle aus und stabilisiert das Netz beim Anwender. Die Basis ist das physikalische Prinzip, elektrische Energie kurzzeitig in einem Magnetfeld zu speichern. Vereinfacht gesagt baut eine Spule ein magnetisches Feld auf, hält die Energie und gibt sie gezielt wieder ab.

Der eSaver arbeitet entsprechend. Dennoch wird immer wieder angezweifelt, dass das Prinzip auf Strom-Oberschwingungen übertragbar ist, auch wenn es sich mit Schulwissen nachvollziehen lässt. „Die erste Frage, die Kunden stellen, betrifft das Verständnis des Funktionsprinzips des eSavers“, erklärt Michael Hartmann, technischer Produkt- und Projektleiter der eSaver GmbH. Das bestätigen auch Anwender. „Ich konnte mir das nicht vorstellen“, sagt Clemens Fleischmann, kaufmännischer Geschäftsführer der Randegger Ottilien-Quelle GmbH. „Ich nahm aber meinen betriebseigenen Elektriker mit und er meinte, dass sich das gut anhört.“

Kern-Komponente ist ein Tiefpassfilter

Der eSaver ist eine Kombination aus Hard- und Software. Auf das Wesentliche reduziert, besteht er aus einem Leistungsschalter, einem Tiefpassfilter als zentraler Komponente und einem Sicherheitskreis. Sollte der eSaver einmal defekt sein, springt sofort der Sicherheitskreis an und bewirkt, dass der Betrieb ohne Oberschwingungsstrom direkt über das Netz beliefert wird. Eine Unterbrechung der Energiezufuhr und damit ein Ausfall der Produktion findet nicht statt. „Betriebsausfälle hatten wir bislang – seit 2014 – keine“, bestätigt Michael Schneider in einem Referenzschreiben, Sicherheitsingenieur und Umweltmanagementbeauftragter der Odenwald-Chemie GmbH.

Ist im normalen Betrieb hingegen der IZM-Eaton-Leistungsschalter angezogen, läuft der hereinkommende Strom über den eSaver und damit über dessen Transformator. Die Energie-Ausbeute aus den Oberschwingungen hängt aber auch von der Qualität des eingehenden Stromes ab: Je geringer die Frequenzschwankungen sind, desto höher ist die Ausbeute, die das System erzielen kann.

Das Herz des eSavers ist als zentrale Komponente ein steuerbarer Transformator, der als induktiver Tiefpassfilter wirkt. Die Induktivität dämpft Netzverunreinigungen und störende Energieoberschwingungen, also höherfrequente Ströme, und sorgt so für Stromglättung und eine bessere Netzqualität. Und sie macht den Strom aus Oberschwingungen nutzbar.

Magnetfeld puffert Oberschwingungen

Wie geht das? Als Spezialtransformator erzeugt der eSaver ein riesiges Magnetfeld, in dem er Netzrückwirkungen im Millisekundenbereich puffert und als Nutzenergie an die Energieverbraucher weiterleitet. Dazu wird der eSaver zwischen Energienetz und Betrieb geschaltet. Er ist hinter dem Trafo und weiteren Leistungserzeugern des Kunden wie BHKW oder einer PV-Anlage angeordnet.

Der oder die Trafos, falls mehrere zum Einsatz kommen, sollten Eigentum des Betriebes sein, da sie für den Einsatz des eSavers gerüstet und manchmal auch verstellt werden müssen. Denn in der Praxis finden sich häufig veraltete oder zu kleine Trafos oder auch unterdimensionierte Kabelquerschnitte. Diese Probleme löst die eSaver GmbH während des Einbaus. Teilen sich mehrere Firmen einen Trafo, werden die Manipulationen mit dem Energieversorger abgesprochen. „Es kommt gelegentlich vor, dass der Kunde eine Blindleistungskompensationsanlage benötigt“, merkt Hartmann an. „Sie ist entweder als Ersatz für eine Altanlage oder aufgrund eines gestiegenen Blindleistungsanteils notwendig.“

Manche elektrische Anlage ist anzupassen

Bei Netzqualitätsmessungen an den elektrischen Anlagen lassen sich gelegentlich Mängel oder Störgrößen feststellen. „Darauf weisen wir den Kunden hin, der Ratschläge gerne annimmt, um seine elektrische Ausrüstung zu ertüchtigen“, berichtet Hartmann. So etwa sind manchmal vorgelagerte Mittelspannungsanlagen sowie Mittelspannungstrafos zu erneuern. „Hier setzen wir zum Beispiel MS-Trafos mit weniger Eigenverlusten und fünf Stufen ein, um die NSHV zu erweitern und physische Anbindungen herzustellen für Generatoren, Netzersatzgeräte, Batteriesysteme, PV und Elektromobilität“, erläutert Hartmann.

Auch für raue Umgebungen gibt es Lösungen. „Aufgrund der extrem hohen Staubentwicklung auf dem Gelände wurde der eSaver in einer isolierten staubsicheren Containerausführung hergestellt“, berichtet Iko Alten in seinem Referenzschreiben, Geschäftsführer der Alten Ziegelei GmbH & Co. KG. Weitere Anforderungen der Kunden beim Einbau sind, „die Software den gestiegenen Anforderungen des Systems anzugleichen“, erklärt Hartmann. „Dem kommen wir natürlich auch nach.“

Umweltpreis für „klimabewusste Unternehmen“

Der eSaver hat darüber hinaus auch Prestigewirkung. „Zusätzlich zur eSaver Stromsparanlage mit 100kVA im Jahr 2015 erhielten wir 2016 den Umweltpreis „Klimabewusstes Unternehmen“ der Energieeffizienzagentur Landkreis Emsland e.V.“, berichtet die Langen CNC Metalltechnik GmbH & Co. KG in einem Referenzschreiben.

Stellt der eSaver den Strom aus den Oberschwingungen zur Verfügung, zieht der Kunde keine Energie aus dem Versorgungsnetz. Er hat keine Kosten und erreicht eine Netzstrom- und damit Kostenersparnis von bis zu 24 %, teilt eSaver mit.

Flexibilität beim eSaver-Einbau

eSaver gibt es in unterschiedlichen Größen. Von Kühlschrankgröße bis zu 20-Fuß-Containern, je nach Auslegung für den jeweiligen Einsatz. „Zumeist fürchten Interessenten, dass es keinen Platz für einen eSaver-Schaltschrank gibt“, bedauert Hartmann. Sie könnten sich im Vorfeld häufig gar nicht vorstellen, wieviel Platz eine solche Anlage benötige. „Der Interessent unterschätzt, wie flexibel wir unsere Anlage den örtlichen Gegebenheiten anpassen können.“

Schon zweimal bescheinigte der TÜV Rheinland die Entwicklung einer Verfahrenstechnik, die unter anderem „ein nachhaltiges Energiemanagement“ darstelle. In der jeweils vorgesehenen Kombination könne das entwickelte Verfahren „eine signifikante Energieeinsparung“ erreichen und „zur Netzstabilisierung und Erhöhung der Versorgungssicherheit“ beitragen.

Förderung mit bis zu 40 %

Deshalb wird das System vom Bundesamt für Wirtschaft und Außenkontrolle (Bafa) mit bis zu 40 % gefördert. Die Antragstellung sei einfach und erfahrene eSaver-Mitarbeiter unterstützen den Kunden, versichert Hartmann. „Nach dem Ausfüllen des Online-Antrags erhält das Unternehmen eine Rückmail, auf deren Basis diverse Unterlagen, die teilweise die eSaver GmbH bereitstellt, hochgeladen werden müssen. Dies dauert keine fünf Minuten.“ Das Bafa benötigt ungefähr sechs Wochen bis drei Monate, um die Fördergelder zu bewilligen. „Gelegentlich gab es Rückfragen zu Anträgen – bis dato wurde jedoch kein Antrag abgelehnt“, betont Hartmann.

Das System überzeugt Nutzer derart, dass sie von sich für eine Installation werben. Einer der aktivsten Werber ist Clemens Fleischmann. Er freut sich über eine Energieersparnis von jährlich 10 bis 13 % bei der Mineralwasser-Abfüllanlage der Randegger Ottilien-Quelle. „Wir füllen ein Naturprodukt ab und wollen die Natur so intakt wie möglich halten“, erklärt Fleischmann. „Dazu ist es wichtig, Ressourcen zu schonen, auch beim Strom. Bisher haben wir ungefähr 40.000 Euro eingespart.“


Reduktion von Oberschwingungen

Es gibt eine Reihe von konventionellen Methoden, um Netzrückwirkungen zu kompensieren und Geräteschäden zu vermeiden. Sie sind allerdings teuer und nur in bestimmten Fällen einsetzbar.

So werden gewöhnlich Netzdrosseln, Zwischenkreisdrosseln oder aktive/passive Oberschwingungsfilter eingesetzt. Durch Spannungsabfälle erhöhen sie die Systemverluste. Preiswerter und eleganter ist es, die Induktivität serienmäßig als Zwischenkreisdrossel im Umrichter zu nutzen. Sie lässt sich allerdings nur schwer oder nicht nachrüsten.

Weiter sind passive Oberschwingungsfilter im Einsatz. Sie entlasten das Netz signifikant und sind sehr wirtschaftlich. Allerdings müssen sie gezielt für Oberschwingungen ausgewählt werden. Bei zu erwartenden Netzveränderungen sind daher aktive Oberschwingungsfilter einzusetzen. Sie passen sich veränderten Laständerungen an und kompensieren Oberschwingungen bis 3.000 Hz.

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