Sparsame Transporter
Um Container in Hafenanlagen mit großer Umschlagleistung wirtschaftlich flexibel zwischen Kaikante und Containerlager zu transportieren, haben sich fahrerlose Transportfahrzeuge (AGV) sowohl mit Diesel-elektrischem als auch Batterie-elektrischem Antrieb bewährt (Bild 3). Auch hier bringt die Entkoppelung des Dieselmotors über einen elektrischen Zwischenkreis erhebliche Vorteile gegenüber einer Diesel-hydraulischen Lösung. Im Fahrwerk arbeiten spezielle Umrichter für Traktionsanwendungen, die für das Energiemanagement per Refulink, einer sehr schnellen, taktsynchronen Querkommunikation zwischen den Wechselrichtern, miteinander kommunizieren. Sie steuern die Antriebsmotoren nach den SPS-Vorgaben. Hinzu kommen noch ein Umrichter für eine Hydraulikpumpe sowie ein Generator-Wechselrichter und ein DC/DC-Steller mit angeschlossenem Energiespeicher (Bild 4a). Im Fahrbetrieb bestimmt allein die Drehzahl der Antriebsmotoren die Geschwindigkeit; diese ist unabhängig von der Dieseldrehzahl und somit von der Generatordrehzahl. Dadurch kann der Diesel immer im optimalen Betriebs-/Drehzahlbereich laufen. Im vorliegenden Fall wird die Generatorspannung auf konstant 750V geregelt. Dadurch können die Elektromotoren (Nennspannung 480V) bis zur Nenndrehzahl betrieben werden, selbst wenn der Diesel nahe der Leerlaufdrehzahl arbeitet. Letzteres ist z.B. bei Leerfahrten oft der Fall. So wird eine rein leistungsbezogene Regelung des Dieselmotors nach der aktuell benötigten Last möglich und damit ein Kraftstoff sparender Betrieb. Bei Bremsbetrieb speisen die Umrichter der Fahrmotoren Energie in den Zwischenkreis zurück, die dann über den DC/DC-Steller in den Energiespeicher einlagert und bei Bedarf wieder abgegeben wird, z.B. zum Anfahren. Das erlaubt je nach Fahrprofil weitere Einsparungen von bis zu zehn Prozent abhängig von individuellen Terminal- und Betriebsbedingungen. Durch Energiemanagement und das Einsparpotential der Rückspeisung ist auch für batteriebetriebene AGV eine deutliche Verlängerung der Betriebszeit pro Akkuladung möglich (Bild 4b). Durch ihre Flexibilität bei der Parametrisierung erlauben die Umrichter eine individuelle Abstimmung und übernehmen so einen relevanten Anteil bei der Optimierung des Antriebsstrangs der Transportfahrzeuge.
Hafenkrane
Moderne, mobile Hafenkräne bestehen aus einem Chassis mit Reifenfahrwerk sowie aufgesetztem Maschinenhaus (Oberwagen), das Antriebsaggregat, Hub- und Drehwerk und die weitere maschinelle Ausrüstung beherbergt (Bild 5). Die nötigen Wechselrichter für die einzelnen Antriebsmotoren sind über ein DC-Energieverteilungssystem gekoppelt. Daher bietet sich auch hier eine Rekuperation bisher per Bremswiderstand verheizter Energie geradezu an. Rückspeisungen im Senk-, Dreh- oder Fahrbetrieb liefern dann einen nicht unerheblichen Beitrag zur Energiegesamtbilanz des Kranes. Durch Einsatz mehrerer Antriebe an einem Zwischenkreis kann ein Teil der rückgespeisten Energie direkt zum Antrieb anderer Gewerke eingesetzt werden. Wird allerdings mehr Energie erzeugt als benötigt, muss der Überschuss abgebaut werden. Bei Netzanbindung lässt sich die Überschussenergie durch Netzein-/Rückspeisungen ins Netz abführen, für Diesel-elektrische Systeme bieten sich Pufferspeicher an. Diese können wieder als Akku oder Doppelschicht-Kondensatoreinheit ausgeführt werden und stellen dann z.B. die Energie der vorher abgesenkten Last für das Anheben der neuen Ladung wieder anteilig zur Verfügung. Bei der Vielzahl von Dreh- und Hebe- bzw. Senkvorgängen im Arbeitsalltag ergeben sich so schnell stattliche Einsparungen. Zusätzlich wird bei Diesel-elektrischem Betrieb der Generator entlastet. Der Antriebsmotor benötigt weniger Treibstoff und der Verschleiß sinkt ebenfalls.
Fazit und Ausblick
Die hier im Umfeld von Containerterminals in Häfen gemachten Erfahrungen lassen sich mühelos auf andere Anwendungen von mobilen Arbeitsmaschinen ausweiten. Baumaschinen, Kommunalfahrzeuge oder Landmaschinen werden nach denselben Prinzipien elektrifiziert und bieten je nach Betriebszeiten entsprechend adäquates Einsparpotenzial. Insbesondere bei begrenzten oder genau vorgegebenen Fahrzyklen und Randbedingungen ist der Schritt von Diesel-elektrischen Systemen zu Batterie-elektrischen Antriebslösungen bereits schon heute wirtschaftlich. Refudrive Antriebs- und Batteriesysteme leisten hier einen Beitrag zur nachhaltigen Entlastung der Umweltbilanz.
