Rekuperation

Projektidee

Jedes Jahr verschenkt die Standseilbahn Raschötz Bremsenergie im Wert von über 18.000 €. Diese Arbeit, in Kooperation mit dem Büro Thaler, hat das Ziel diese rekuperative Bremsenergie selbst zu nutzen und damit Energie und Geld zu sparen. Die Machbarkeitsstudie analysiert die extremen Bremsspitzen der Bahn und vergleicht hochmoderne Speichertechnologien. Dabei soll ein innovatives System gefunden werden, um die ungenutzte Energie wirtschaftlich zu speichern oder zu nutzen.

Funktionsweise

Netzwerkanalyse: Erfassung der Bremsleistung im Antriebsschrank
Peak-Shaving: Reduzierung der Systemauslegung auf 200-400 kW, um Investitionskosten zu senken
Evaluierung von High-Tech-Speichern: Batteriespeichersysteme, Superkondensatoren, Schwungräder und Wasserstoff-Elektrolyse
Fokus-Lösung Power to Heat: Warmwasseraufbereitung mit industriellen Flanschheizkörpern
Regelung: Thyristorsteller "dimmt" Flanschheizkörper stufenlos, um teuren von Netz bezogenen Strom zu verhindern
Pufferspeicher versorgt Restaurant mit Wärme, Flüssiggasverbrauch wird reduziert

Daten und Fakten

Antrieb: 1.000 kW Asynchronmotor (Doppelmayr / Marelli)
Spannung: 400 V (Trafo 660 V für Motor)
Max. Brems-Leistungsspitze: 777,3 kW
Rekuperierte Energie: 9,5 kWh pro Fahrt
Energieverlust pro Jahr: 60,8 MWh (Wert: ca. 18.227 €)
Leistungsbereich für Peak-Shaving: 200 bis 400 kW
Wärmebedarf Bergrestaurant: ca. 421.000 kWh/Jahr (30 t Flüssiggas)
Power-to-Heat-Ersparnis (400 kW Auslegung): ca. 10.700 € pro Jahr
Deckung Jahreswärmebedarf: ca. 17%

Detaillierte Projektbeschreibung

Bei der vorliegenden Anlage handelt es sich um eine klassische Standseilbahn im Pendelbetrieb mit einer Mittelstation. Zwei gegenläufig fahrende Wagen sind mit einem Zugseil verbunden und werden von einem 1-MW-Asynchronmotor angetrieben, der sich im Maschinenraum der Bergstation befindet. Aufgrund des großen Gewichts des Seiles muss der Motor, abhängig von der Beladung, ca. ab der Hälfte der Strecke bremsen. Hierbei entsteht Bremsenergie, die bei dieser Anlage aktuell nur ins Netz zurück gespeist wird und “verloren“ geht, da der Betrieb für diese zurück gespeiste Energie keine Entlohnung vom Netzbetreiber erhält.

Ziel dieser Projektarbeit ist es, im Kundenauftrag die Machbarkeit einer Nutzung dieser Bremsenergie (Rekuperation) zu analysieren. Dabei sollen verschiedene technische Lösungsansätze zur Nutzung dieser überschüssigen Energie ermittelt und miteinander verglichen werden, um die Wirtschaftlichkeit und Effizienz dieser Lösungsansätze zu untersuchen.
Da die Anlage im Pendelbetrieb hohe Leistungsspitzen in einem sehr kurzen Zeitfenster (ca. 3 Minuten) erzeugt, stoßen Standardlösungen oft an ihre Grenzen. Um Investitionskosten zu senken, basiert die Auslegung auf dem "Peak-Shaving"-Prinzip (Abschneiden der Leistungsspitzen bei ca. 200 bis 400 kW). Die Arbeit vergleicht dabei fünf spezifische Lösungsansätze:

1. Heizelemente (Power-to-Heat): Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme mittels Flanschheizkörpern zur Deckung des Wärmebedarfs des anliegenden Restaurants.
2. Schwungräder: Speicherung der Bremsenergie in Form kinetischer Rotationsenergie.
3. Batteriespeichersysteme: Analyse der chemischen Zwischenspeicherung, wobei herkömmliche Systeme an den zu niedrig ausgelegten Laderaten (C-Rate) scheitern.
4. Superkondensatoren: Als alternative Batteriespeichersysteme für rasche Lade- und Entladezyklen.
5. Wasserstoffherstellung: Nutzung der elektrischen Energie zur Gewinnung von grünem Wasserstoff (Power-to-Gas) durch Elektrolyseure, gekoppelt mit möglicher Abwärmenutzung.

Durch die systematische Gegenüberstellung dieser Technologien in Bezug auf Effizienz, Marktbeschaffung, Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit wird am Ende die empfehlenswerteste Lösung für den Kunden ermittelt.

Fotos