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Service und Analyse aus der Ferne

Energy Harvesting am anderen Ende der Welt

Mit der Lösung Craftengine von Viking Heat Engines können sich selbst entlegene Winkel auf der Erde quasi autark mit Energie versorgen. Da ein Ausfall dieser Abwärmeverstromung sehr teuer oder sogar gefährlich werden könnte, behält die norwegische Firma ihre Anlagen mit dem Fernwartungssystem eWon von Wachendorff über Funk genau im Blick.

Viking Heat Engines - Energy Harvesting am anderen Ende der Welt

Das große Powerpack ist die nächste Entwicklungsstufe der Craftengine und kann 40kW liefern. Diese Anlage wird bald ausgeliefert. Mit an Bord ist der kleine Fernwartungsrouter von Wachendorff.
Bilder: Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co. KG

Bei industriellen Prozessen fällt viel Energie an – etwa in Form von Abwärme. Eigentlich schade, dass diese oft einfach nur an die Umgebung abgegeben wird. Sinnvoller wäre es, sie zusätzlich zur Stromerzeugung zu nutzen. Das dachten auch die Experten von Viking Heat Engines, einem norwegischen Unternehmen, das sich auf technologische Innovationen spezialisiert hat und diese dann zur Marktreife bringt. Hier entstand auch die Idee, das Thema Abwärmeverstromung noch einmal neu zu beleuchten. Die bisher in diesem Segment verwendeten Anlagen arbeiteten vornehmlich auf Turbinen- oder Scrollbasis, was in der Praxis oft wenig praktikabel ist. So ist hier der optimale Arbeitsbereich sehr schmal und erlaubt eine zufriedenstellende Effizienz nur unter ganz speziellen Umgebungsbedingungen. Die Experten von Viking Heat Engines verfolgten darum einen anderen Ansatz: Sie entwickelten zusammen mit der Firma AVL Schrick die Craftengine, einen Kolbenexpander, der die Eigenschaften eines Kältemittels nutzt, um über dessen Phasenwechsel bei unterschiedlichem Druck einen Kolben anzutreiben. AVL Schrick entwickelt bereits seit den 60er Jahren Verbrennungsmotoren und widmet sich seit zehn Jahren auch alternativen Konzepten wie Hybridantrieben und auch Blockheizkraftwerken. Kein Wunder, dass die norwegischen Tüftler genau dieses Unternehmen um Rat fragten, als es um die Neuentwicklung zur Restwärme-nutzung ging. Gemeinsam brachte man in Remscheid, wo AVL Schrick seinen Stammsitz hat, die Craftengine zur Marktreife, deren Prototypen derzeit weltweit im Einsatz sind. Eine kompakte 10kW Einzylinderversion sorgt dafür, dass Abwärme ab 80 Grad Celsius aufwärts verstromt werden kann. Ihr Vorteil gegenüber den sonst üblichen Turbinenlösungen ist ihre Flexibilität. So kann die Abwärme flüssiger oder auch gasförmiger Medien gleichermaßen genutzt werden. Der Betrieb kann auch in Teillast erfolgen, ohne dass der Wirkungsgrad leidet. Drehzahlen zwischen 500 und 1500 Umdrehungen werden toleriert, wobei ein Umrichtersystem die benötigte Netzfrequenz herstellt. Die Kolbenmaschine ist zudem sehr robust und lässt sich vergleichsweise kostengünstig herstellen.

Viking Heat Engines - Energy Harvesting am anderen Ende der Welt

Das Herz der Anlage ist der Kolbenexpansionsmotor, der nach dem ORC-Prinzip
thermische Energie in elektrische Energie umwandelt.
Bilder: Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co. KG

Strom ohne Diesel produziert

Obwohl bei den aktuell niedrigen Energiepreisen in Deutschland die Amortisationszeiten eher hemmend wirken, ist die neue Technologie gerade für abgelegene Standorte eine hervorragende Lösung. In wenig erschlossenen Regionen gibt es natürlich kein Stromnetz. Hier nutzt man üblicherweise Dieselgeneratoren, um Energie zu erzeugen, aber auch dieser Kraftstoff muss angeliefert werden. Die Craftengine dagegen ist autark – nutzt beispielsweise die Abwärme eines Holzofens, um den Strom, den man braucht, gleich mit zu erzeugen. Bei der Reisernte in Kolumbien etwa werden die Pflanzenabfälle verbrannt und der Reis mit der so entstehenden Wärme getrocknet. Für die Regelung dieses Prozesses braucht man aber auch elektrische Energie, die man bisher über Dieselgeneratoren erzeugte. Leider war der Transport des Diesels zu den abgelegenen Reisfeldern teuer und riskant. Durch den Einsatz der neuen Craftengines nutzt man nun die Wärme nicht nur für die Reistrocknung, sondern zusätzlich auch zur Stromerzeugung und wird auf diese Weise völlig unabhängig. Ähnlich ist die Situation bei der Reststoffverbrennung von Früchten auf Plantagen irgendwo in Afrika oder auch bei mobilen Müllverbrennungsanlagen, wie sie beispielsweise nach Naturkatastrophen in Zeltstädten aufgestellt werden. Hier kann der gewonnene Strom dann gleich für die Trinkwasseraufbereitung verwendet werden. Logisch, dass gerade hier auch der Service und die Analysefähigkeit der Maschinen automatisiert werden müssen. Zum einen ist die Verfügbarkeit besonders wichtig – zum anderen könnte ein Techniker nur unter erheblichem finanziellen und zeitlichen Aufwand an den Einsatzort gelangen. Darum setzt Viking Heat Engines konsequent auf Fernwartung und eine anlageninterne Datenverbindung- und -Kommunikation durch einen Industrial Ethernet Switch. „Das ist für uns die Bedingung – sonst liefern wir gar nicht aus“ erklärt Dr. Tim Hamacher, Prokurist der neu gegründeten Viking Heat Engines Germany in Remscheid, die sich nach der erfolgreichen Entwicklung der beiden Unternehmen gegründet hat.

Viking Heat Engines - Energy Harvesting am anderen Ende der Welt

Bild: Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co. KG

Partner aus Deutschland

Als Partner holte er dafür die Firma Wachendorff Prozesstechnik ins Boot. Er hatte sich mehrere Fernwartungsrouter angesehen – Wachendorff war aber bei den Tests der einzige Anbieter, dessen Produkt eWon auf Anhieb problemlos unter den gewünschten Bedingungen funktionierte. „Die Fernwartungslösungen von Wachendorff stellen eine ausgehende Verbindung über SSL her, die in allen getesteten Fällen auf Anhieb funktionierte – und das, ohne Änderungen in der IT des Kunden vorzunehmen. Andere Fabrikate nutzen andere Methoden und können dann auch mal mit der Firewall bei der IT des Kunden kollidieren“, vermutet er. Ebenfalls ausschlaggebend waren für ihn die weltweite Verfügbarkeit der Komponenten und die stabile Verbindung. „Wir können es nicht riskieren, den Zugriff auf eine Anlage und deren Ethernetfähige Kommunikationskomponenten, die irgendwo im Regenwald stehen, zu verlieren“ erklärt er. „Gerade in der Anfangsphase sind natürlich alle Anlagenwerte für uns von Interesse“, ergänzt der Experte. Softwareupdates können aus der Ferne aufgespielt werden, um die Maschinen auch im laufenden Betrieb noch weiter zu optimieren – auch Serviceintervalle werden überwacht, um die Wartung vorausschauend effizient zu gestalten und Komponenten auszutauschen, bevor ein Schaden an der Anlage entsteht. Für all diese Anwendungen wählte man den modular aufgebauten Routertyp eWon Flexy, der in Verbindung mit dem unmanaged Switch ETHSW500 die Erweiterung der verfügbaren Ports, die Verbindung zum internen LAN und auch WAN via Mobilfunk ermöglicht und so die Flexibilität der Craftengine auch im Bereich der Fernwartung fortsetzt. Der eWon-Router baut auf Anforderung eine sichere VPN-Verbindung zum Talk2M-Serviceportal auf und passiert so Firewall und Proxyserver. Am anderen Ende stellt der authentifizierte Benutzer eine sichere VPN-Verbindung zum Talk2M-Portal her. Das Portal ist also die Vermittlungsstelle zwischen den zwei Endpunkten.

Viking Heat Engines - Energy Harvesting am anderen Ende der Welt

Dr. Tim Hamacher hat das Craftengine mit entwickelt und
ist heute Prokurist der neu gegründeten Viking Heat Engines.
Bild: Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co. KG

Abgesichert heißt ausfallsicher

Die entscheidenden Mehrwerte des Online-Serviceportals Talk2M sind die Integration von IT-Sicherheitsstandards und Verschlüsselungstechniken in Form von VPN- und HTTPS-Technologie (SSL, TLS), sowie umfangreichen Möglichkeiten für ein zentrales Benutzer- und Gerätemanagement. Hierbei sind keine Änderungen der Sicherheitseinstellungen des IT-Netzwerks erforderlich, denn die Kommunikation erfolgt bei ausgehenden Verbindungen über normalerweise sowieso freigegebene Standard-Ports. Mit Hilfe des eWon Flexy und des Web-HMI-Dienstes M2Web von Talk2M ist Dr. Tim Hamacher mit seinem Team nun in der Lage, auf die Visualisierung der Steuerung und die Daten der angeschlossenen internen Netzwerkteilnehmer mit jedem beliebigem Endgerät mit Web-Browser zuzugreifen. So können sich die Servicetechniker schnell einen Überblick verschaffen und mit Rat und Tat helfen – selbst, wenn sie gerade am anderen Ende der Welt unterwegs sind. Mit Hilfe der Software eCatcher kann sich der Servicetechniker direkt mit der Steuerung verbinden und das Programm anpassen. Die Umrichter werden über eine CAN-Schnittstelle angesprochen. Zur Kontrolle und Sicherheit ist jeder Umrichter zusätzlich über einen Industrial Ethernet Switch von Wachendorff an das Anlagen-interne lokale Netzwerk (LAN) angebunden. Die Industrial Ethernet Switches von Wachendorff sind besonders robust und wurden speziell für industrielle Umgebungen entwickelt. Unterschiedliche Varianten und Ausführungen von Ethernet Media Convertern mit zwei Ports bis zu Switches mit neun Anschlussmöglichkeiten – wahlweise als Kombination aus RJ45- und Fiber-Ports – stehen im Bereich der unmanaged Switches zur Verfügung. Die DIN-Hutschienen-Switches mit IP30 und Fast Ethernet bieten in diesem Fall die Basis für eine Kommunikation über Industrial-Ethernet. Auch im Schaltschrank der Anlage, an der in der Werkstatt gerade die letzten Handgriffe vorgenommen werden, sind ein Router und ein Switch von Wachendorff zu finden. „Wir sind sehr glücklich über die leistungsfähigen Produkte und den sehr guten und kompetenten Support“, schildert Tim Hamacher, der gerade noch ein paar Tests vornimmt, bevor auch diese Craftengine ihre Reise um den halben Globus antreten wird. Für die Zukunft steht sowohl eine Aufzeichnung der Anlagendaten und ein umfassendes Alarm-Management auf dem Plan, um damit weitere Anlagenoptimierungen und auch die vorausschauende Wartung zur Routine werden zu lassen. Funktionen, die sich mit der Kombination aus Router und dem Portal leicht einrichten lassen. In der Werkstatt stehen neben den kompakten 10kW Maschinen auch neu entwickelte Powerpacks, die bis zu 40kW liefern können. Und das ist noch nicht das Ende der Fahnenstange: So will man mit weiteren industriellen Partnern große Mehrzylindermotoren bauen, um irgendwann auch Leistungen im dreistelligen Kilowatt zu erzielen.

Viking Heat Engines - Energy Harvesting am anderen Ende der Welt

Die Steuerung für das Craftengine: Mit dabei sind Fernwartungsrouter und Switche.
Ohne Fernwartung wird erst gar nichts ausgeliefert.
Bild: Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co. KG


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