DEKARBONISIERUNG
modulare Zero Emission Repowering Optionen
Der Einsatz unseres modularen Baukastens für Zero Emission Mobilität empfiehlt sich insbesondere in Märkten, in denen die Lebensdauer der Anlagen deutlich länger ist als die der Primäraggregate.
Unser Baukasten für Betreiber und Flottennutzer
Wir bieten eine Alternative zur Verschrottung wertvoller Anlagen: Emissionsfreies Repowering im Rahmen der nächsten Generalüberholung.
Für einzelne Fahrzeuge oder kleine Flotten bieten wir die Übernahme der Umrüstungsplanung an, welche alle erforderlichen Anpassungen an die bestehende Fahrzeugarchitektur beinhaltet. Ebenso können wir die eigentliche Umrüstung durchführen.
Bei größeren Flotten ist es ebenfalls möglich, dass wir den Umbau organisieren und als Hauptauftragnehmer auftreten oder die Qualitätsüberwachung in Ihrem Namen übernehmen.
Unser Baukasten für OEMs
Bei der Entwicklung neuer Lösungen, die keine typischen Dieselmotor- und Getriebeeinheiten erfordern, kann unser modular aufgebautes Energiekonzept eine wertvolle Hilfestellung bieten.
Unser modularer Ansatz wurde entwickelt, um OEMs die Möglichkeit zu bieten, im Wesentlichen die gleichen Prozesse zu nutzen, die auch bei der Entwicklung ihrer Dieselaggregate zum Einsatz kamen. Dies erfolgt nun jedoch unter Verwendung eines neuen Katalogs von Aggregaten, der auf unsere Erfahrung und detaillierte Simulation abgestimmt ist.
Lösungsbeispiele
Schienenfahrzeug zur Wartung von Oberleitungen
Im Rahmen eines kooperativen Forschungsprojekts waren wir federführend bei der Umrüstung eines Oberleitungswartungsfahrzeugs (ehemals ÖBB X534) mit dieselelektrischem Antriebsstrang zu einem emissionsfreien Schienenfahrzeug mit Wasserstoff, Brennstoffzellen und Batterien sowie einer völlig neuen Steuerung. Die erfolgreiche Integration bewies, dass die Lebensdauer einer solchen Maschine erheblich verlängert werden kann. Das umgebaute Fahrzeug behielt die ursprünglichen Spezifikationen bei und übertraf sie in einigen Aspekten sogar, blieb jedoch innerhalb der Gewichtsgrenzen und respektierte die Begrenzungslinien.
HGU-M
Saubere und leise Leistung für anspruchsvollste Anwendungen. Stromversorgung von Baustellenbeleuchtungen über lange Zeiträume, Laden oder Versorgen von elektrischen Maschinen oder in speziellen Anwendungen als mobiler Range Extender Trailer oder Tender.
Die Baureihe HGU-M45 deckt einen Leistungsbereich bis 45kWe elektrisch mit verschiedenen Ausgangsspannungen ab, typischerweise 3AC400V/50Hz, umschaltbar in IT- oder TN-Netzumgebungen. Eine zusätzliche Niederspannungs-Gleichstromversorgung kann ebenso integriert werden wie HVDC (600-800V) zum Aufladen von Elektrofahrzeugen oder für den Einsatz als mobiler Range Extender. Die eingebaute Energie hängt von den Kundenanforderungen ab, kann aber bis zu 34 kg H2 (70 MPa) betragen, was einer 550 kWh Batterie entspricht.
Der HGU-M100 liefert bis zu 100 kW Spitzenleistung und hat eine Speicherkapazität von fast 103 kg H2 oder etwa 1700 kWh elektrischer Energie an Bord.
Ein deutlich größeres System ist unser HGU-M2000+, ein mobiles Hybridkraftwerk, das auf zwei 40-Fuß-Containern und einem Container-Pritschenwagen montiert werden kann. In dieser Variante kann es zum Antrieb von Bahn- oder Schiffseinheiten eingesetzt werden, deren Energie- und Antriebssystem nicht mehr in die ursprüngliche Fahrzeugkontur integriert werden kann, z.B. schwere Güterlokomotiven.
Feasibility-Studien
Alle emissionsfreien Antriebslösungen, mit Ausnahme des reinen Oberleitungsbetriebs, stoßen aufgrund der Energiebeschränkungen an Bord an ihre Grenzen. Es ist es daher erforderlich, die Machbarkeit zu untersuchen, bevor ein detaillierteres technisches Projekt in Angriff genommen wird.
Der dargestellte Aufwand entspricht teilweise den Phasen 1–4 des V-Modells der EN 50126. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend Entscheidungen hinsichtlich der Systemarchitektur sowie der Topologie getroffen. Die von uns durchgeführten Machbarkeitsstudien umfassen in der Regel die Leistungs- und Energieanforderungen, die aus einer Simulation des Zielzugs sowie den betrieblichen Anforderungen des Kunden abgeleitet werden. Zudem erfolgt eine Analyse, ob die erforderlichen Einheiten in das Fahrzeug eingebaut werden können, ohne den Betrieb oder das Zulassungsverfahren zu beeinträchtigen. Diese umfasst eine erste Runde der Risiko- und Gefahrenanalyse sowie die daraus resultierenden Anforderungen. Im Rahmen der Studie erfolgt eine Berechnung des Stromversorgungsbedarfs sowie der zugehörigen Lade- oder Betankungsinfrastruktur. Eine Kostenprognose für alle erforderlichen Elemente wird ebenfalls erstellt. Im Anschluss wird dem Kunden ein Umsetzungsrahmen zur Verfügung gestellt, der bei umfangreicheren Projekten um einen ersten Entwurf für einen Migrationsplan ergänzt wird.
Simulation
Die Entwicklung unserer umfassenden Simulationssoftware erfolgte in enger Zusammenarbeit mit Experten der Tor Vergara Universität Rom. Die Software wurde anhand von realen Betriebsdaten sowie unter Verwendung etablierter Softwarepakete für die Fahrzeugdynamik validiert.
Die auf MATLAB und Simulink/SimScape Elements basierende Software ermöglicht die Simulation der Fahrzeuglängsdynamik, einschließlich der Analyse von Kurvenfahrten. Des Weiteren besteht für den Benutzer die Möglichkeit, ein Geschwindigkeitsprofil des Fahrzeugs über eine bestimmte Strecke zu verfolgen.
Die zu analysierende Strecke kann entweder aus digitalen Zwillingen der Infrastruktur des Kunden oder aus einem von unserem Unternehmen entwickelten Streckenmodul stammen, welches unter Verwendung veröffentlichter GIS-Daten erstellt wurde.
In der Folge wird die resultierende Zugkraft für das analysierte Fahrzeug bzw. den Zug als Leistungs- bzw. Energiebedarf in ein elektrisches Traktions-Teilsystemmodell eingespeist. Folglich können diverse elektrische Antriebssysteme, Batteriemodelle sowie Brennstoffzellencharakteristika herangezogen werden, um den Leistungs- bzw. Strombedarf von Batterien und Brennstoffzellen zu ermitteln.
Die Analyse der mit der Energiespeicherung an Bord von Elektro- und Hybridfahrzeugen verbundenen Einschränkungen ermöglichte die Untersuchung der wichtigsten Systemhilfsaggregate und ihres Energieverbrauchs. Dies umfasst im Falle von Brennstoffzellen das Kühlsystem der Brennstoffzelle sowie bei Off-Highway-Anwendungen die Kühlgebläse. Des Weiteren werden auch Bremskompressoren und Klimaanlagen berücksichtigt.
Analyse der Bauweise
Obgleich das eigentliche elektrische Antriebssystem sowie dessen Leistungselektronik mittlerweile eine beachtliche Kompaktheit aufweisen, besteht einer der maßgeblichsten Unterschiede hinsichtlich des oberleitungsfreien Betriebs in der nach wie vor geringen Energiedichte der an Bord befindlichen Energiespeichersysteme. Spezifische Sicherheitsanforderungen führen zu zusätzlichen Komplikationen hinsichtlich der Bauweise. Daher erfolgt eine Analyse dieser, um zu prüfen, ob das Betriebskonzept innerhalb der Fahrzeuggrenzen implementiert werden kann und ob die Integration der neuen Komponenten wesentliche Eigenschaften wie den Schwerpunkt oder die Achslastgrenzen beeinträchtigt. Des Weiteren erfolgt eine qualitative Bewertung der Auswirkungen auf die Fahrdynamik.
Bewertung des Energiekontexts
Der oberleitungsfreie Zero-Emission-Betrieb bedingt nicht nur einen für das vorgesehene Betriebskonzept adäquat dimensionierten Speicher an Bord, sondern auch die Möglichkeit, die Energie an den geplanten Betankungs- oder Ladepunkten wieder aufzufüllen. Daher erfolgt eine Betrachtung der Energiequellen, der Nähe und Größe des Netzes und der Umspannwerke, des erreichbaren Anteils an erneuerbaren Energien sowie weiterer wichtiger Parameter, darunter die Verfügbarkeit von Wasser für die Wasserstofferzeugung.
Kostenprognosen
Unsere Expertise im Bereich alternativer Antriebe und Energien blickt auf eine über 30-jährige Historie zurück. Im Rahmen dieser Tätigkeit haben wir ein umfangreiches Netzwerk an Branchenkontakten aufgebaut, welches eine valide Grundlage für unsere Prognosen darstellt. Daher sind wir in der Lage, realistische Kostenprognosen für Ihr Umrüstungsprojekt oder Ihre Fahrzeugumgestaltung zu erstellen, wobei auch mittelfristige Kostenentwicklungen berücksichtigt werden. Die Prognosen umfassen sowohl wiederkehrende als auch nicht wiederkehrende Kostenpositionen.
Emissionsfreie Umrüstung und Modernisierung
Das hier vorgestellte Full-Service-Paket kombiniert alle zuvor beschriebenen Leistungen und integriert diese gemeinsam mit unseren Partnern in das Fahrzeug des Kunden.
Die Komponenten werden gemäß Industriestandards gefertigt und die Umrüstung erfolgt in einer von uns präqualifizierten Großanlage, beispielsweise einem Bahnbetriebswerk.
Selbstverständlich umfasst ein solches Paket auch die erforderlichen Zulassungs- und Sachverständigenleistungen sowie die endgültige Genehmigung durch die zuständigen Behörden in einem gut geführten Verfahren mit benannten/bezeichneten Stellen und Bewertungsstellen.
Schließlich erfolgt die Übergabe einer neuen Lösung stets unter angemessener Dokumentation und Schulung des Betriebs- und Wartungspersonals des Kunden.
Konstruktionsleistungen
Unsere Dienstleistungen umfassen den detaillierten Entwurf sowie die Auswahl aller für die Entwicklung eines neuen emissionsfreien Fahrzeugs erforderlichen Komponenten.
Zudem optimieren wir alle Balance-of-Plant-Komponenten hinsichtlich möglichst geringer parasitärer Verluste, da diese den Gesamtbetriebsbereich des fertigen Fahrzeugs beeinflussen können. Die Entwicklung der mechanischen Schnittstellen durch erfahrene Bahnkonstrukteure erfolgt unter Berücksichtigung der auf die Komponenten einwirkenden Belastungen, beispielsweise gemäß EN 61373. Die elektrische Konstruktion entspricht den einschlägigen elektrischen Normen für Schienen- oder Industriefahrzeuge.
Im Rahmen der Projektdokumentation werden sowohl die Fertigungsprozesse als auch die Zulassungsverfahren berücksichtigt.
Lieferung von Schlüsselkomponenten
Wir bieten ein umfassendes Portfolio an Modulen und Komponenten, welches Sie beim Aufbau Ihres emissionsfreien Antriebssystems unterstützt.
Insbesondere stellen wir ein Hochleistungs-Brennstoffzellensystem zur Verfügung, das gemäß den anspruchsvollen Standards der Bahnindustrie entwickelt wurde und ein ausgezeichnetes Preis-Leistungs-Verhältnis aufweist.
Da die Elemente unseres Systems als Komplettsysteme entwickelt wurden, können wir auch alle Schlüsselkomponenten von unseren bevorzugten Partnern beziehen.
Steuerung & Software
Fahrzeuge, die sich in einem fortgeschrittenen Alter befinden, sind mit Steuerungssystemen ausgestattet, die den Anforderungen moderner Antriebssysteme nicht mehr genügen. Dies kann zu erheblichen Schwierigkeiten beim Wechsel zu neuen Antriebssystemen führen. Wir verfügen über Expertise in der Datenverarbeitung, der Entwicklung von Steuerungssystemen sowie über Programmierressourcen, um das neue emissionsfreie Fahrzeug mit hochmodernen Steuerungen und Mensch-Maschine-Schnittstellen auszustatten. Hierbei wird stets darauf geachtet, dass die Ausgestaltung der Steuerungen und Schnittstellen den Standards der Zielbetriebsumgebung entspricht.
Fertigung von Prototypen und Kleinserien
Als Ingenieurbüro haben wir aufgrund unserer eigenen Forschung und der Bedürfnisse von Kunden, die ihren Fuhrpark schrittweise modernisieren wollen, eine Prototypen- und Kleinserienfertigung entwickelt.
Unsere Nähe zum Ingenieurteam ermöglicht es uns, Systembausteine zu liefern, die direkt mit ihrer Arbeit verbunden sind. Das Team ist oft praktisch tätig und eng in die Bewertung des fertigen Produkts eingebunden.
