SEW-Energiespeicher im Einsatz

Die Sparprognose übertroffen

„Bereits 2007 hatte SEW mit Entwicklungen im Bereich Energiespeicher begonnen, so Lionel Roche, Manager Industry Transportation & Warehouse Logistics bei SEW-Eurodrive, Bruchsal. Die ersten Energiespeicher wurden 2011 auf den Markt gebracht und in Shuttlesystemen von Dambach-Lagersysteme eingesetzt, die damit Vorreiter für die Verwendung von Energiespeichern war.

Mehrere derartiger Leistungsmodule sind zu einem großen Speicher für die RBG parallel zusammengeschaltet. (Foto: SEW)

Wie Dirk Lorenz, Bereichsleitung Steuerung und Modernisierung bei Dambach Lagersysteme, erläutert, weckten die gemeinsam mit SEW realisierten Speichersysteme für Shuttles bei Boehringer Ingelheim das Interesse für eine größere Speicherlösung im Zusammenhang mit der Modernisierung des Hochregallagers. Dabei sollten die vorhandenen Regalbediengeräte durch neue ersetzt werden. Nach einer gemeinsamen Machbarkeitsprüfung wurde das Thema in das Angebot von Dambach aufgenommen.

In einem Hochregallager von Boehringer Ingelheim werden erstmals Regalbediengeräte mit einem Energiespeichersystem von SEW eingesetzt. (Foto: Dambach)

Im Rahmen des Vorhabens „Austausch Regalbediengeräte (RBG) im Hochregallager (HRL) stellte sich Boehringer Ingelheim die Frage, warum man entstehende Energie nicht für den weiteren Betrieb nutzen kann.

„Sicherlich beschleunigte die konkrete Nachfrage und die Investitionsbereitschaft des Kunden die technische Realisierung, obgleich SEW unabhängig davon bereits seit längerem geplant hatte, größere Energiespeicher zu entwickeln. Wir hatten hierfür Anfang 2014 intern einen Projektantrag“, so Sylvain Lafortune, Project Manager Industry Transportation & Warehouse Logistics bei SEW Eurodrive. „Im Januar 2014 haben wir auf Basis der Projektierungsdaten von Dambach mit der Analyse des Leistungsbedarfs begonnen“.

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Bereits „Ende 2014 hatten wir einen Testaufbau in einer ehemaligen Logistikhalle installiert, in dem ein vorhandenes RBG mit dem Energiespeicher und der erforderlichen Software ausgestattet und die entsprechenden Funktionen vor der Installation beim Kunden getestet werden konnten“, sagt Michael Laux, der Leiter Technisches Büro Karlsruhe von SEW-Eurodrive.

Gewonnene Erfahrungen beschleunigen die Installierung

In diesem Testzentrum konnten bereits im Dezember 2014 die Energiespeicher in realen Umgebungen präsentiert werden.

Bei Boehringer Ingelheim senkt der Energiespeicher im RGB die Leistungsspitzen auf ein Fünftel und spart dabei auch noch ein Drittel des Energiebedarfs. (Foto: Dambach)

Wesentliche Bestandteile dieser Analyse bildeten im Hinblick auf die Dimensionierung und das Engineering der Speicher auch die Bereiche Installation und Sicherungstechnik.

„Wir benötigten für die RBG Anwendungen wesentlich größere Energiespeicher“, so Laux. „Bis zu diesem Zeitpunkt standen aber lediglich Elektronik-Komponenten und Software für eine konstante Dauerleistung von vier Kilowatt zur Verfügung, nun aber benötigten wir das Vierfache.“ Daher hat sich SEW einschlossen, eine „Kaskade“ zu bauen, also drei sechs Kilowatt-Leistungsmodule parallel zusammenzuschalten.

Wichtig aufgrund der Gleichspannung (DC) sind zudem Aspekte wie Leitungssicherung und für Wartungsarbeiten auch eine Entladeeinheit. Zudem mussten, wie Roche erläutert, für die RBG zusätzliche Softwarefunktionen aufgebaut werden, um den Energiespeicher abhängig von den Leistungsanforderungen an die RBG verwalten zu können. Hardwaremäßig sind die RBG mit dem Movi-Axis-Servoverstärker ausgerüstet, während die Software in der Movi-PLC um die Leistungen des standardisierten Applikationsmoduls Energiemanagement – Funktionen speziell für den Energiespeicher erweitert wurde.

Genaue Kenntnis der Leistungsanforderungen

Nur mit genauer Kenntnis des geforderten Leistungsprofils der Applikation, also der Spiele, der Dynamik der Fahrbewegungen und der Fahrzyklen des RBG und somit des für die Realisierung des Gesamtsystems erforderlichen Know-hows über Funktionen, Leistungen und Betriebszustände im Lager lässt sich die erforderliche Speicherkapazität exakt berechnen und damit der Speicher adäquat dimensionieren.

Peter Tiebel, Dambach Lagersysteme: „Das System lässt sich auch so auslegen, dass bei gleicher Einspeiseleistung höhere Durchsatzleistungen erzielt werden können“. (Foto: Dambach)

Wie Peter Tiebel, Technischer Leiter von Dambach Lagersysteme, betont, ist für ein optimal dimensioniertes Energiespeichersystem „eine enge Zusammenarbeit aller Beteiligten erforderlich, dem Betreiber der Anlage, dem RBG-Lieferanten und dem Lieferanten des Energiespeichers und der dazu gehörigen Software und Elektronik“.

All dies war bei der weltweit ersten Installierung gegeben, so dass ab Juli 2015 im Rahmen der Modernisierung des Hochregallagers sukzessive die alten RBG durch neue Geräte des Typs Mono ESA 1000/32 mit je 32,4 Meter Höhe ersetzt wurden. Im September 2015 bereits konnte bei Boehringer Ingelheim die weltweit erste Hochregallager-Anlage in Komplett-Betrieb gehen, bei der RBG mit Energiespeichern ausgestattet sind.

Energie wird von dem Speicher zur Verfügung gestellt

Ein Ziel des Einsatzes der Energiespeicher ist es, dass für den RBG-Betrieb nicht ständig Spitzenleistungen aus dem Netz abgerufen werden müssen, sondern die Fahrzeuge kontinuierlich auf möglichst geringem Energielevel gleichmäßig versorgt werden. Für die Applikation bei Boehringer Ingelheim sind die Speicher so ausgelegt, dass die RBG auch Extrempunkte anfahren können, ohne Leistungs-Reduzierungen vornehmen zu müssen.

Wie Boehringer Ingelheim bestätigt, funktioniert dies ohne jegliche Leistungsminderungen auch bei Höchstbelastungen.

Analyse des Leistungsbedarfs reduziert die Kosten

Ein zentrales Kriterium für den Betrieb von Anlagen mit Energiespeicher besteht darin, im Vorfeld mit dem Anwender exakt Erwartungen und Bedarf zu klären, nicht zuletzt auch, um die Speichergrößen einsatzspezifisch angepasst zu dimensionieren und damit die Investitionskosten zu reduzieren.

So könnte man beispielsweise das System so auslegen, dass eine etwaige Minderleistung der RBG in den Randzonen der Lageranlage durch etwas höhere Leistung in den Kernbereichen des insgesamt geforderten Leistungsprofils ausgeglichen wird, so dass keine Leistungseinbuße gegeben ist.

Einsparungen in der elektrischen Infrastruktur

Zudem lässt sich, wie Peter Tiebel betont, das System auch so auslegen, dass bei gleicher Einspeiseleistung höhere Durchsatzleistungen erzielt werden können. Lionel Roche, der dieses Kriterium „als eines der wichtigsten Argumente“ bezeichnet, nennt als wesentliche Vorteile des Energiespeichers die Einsparungen bei der elektrischen Infrastruktur.

Lionel Roche, SEW-Eurodrive: „Die für die Bewegung der RBG benötigten Spitzenleistungen werden nicht direkt aus dem Netz sondern vom Energiespeicher entnommen“. (Foto: SEW)

Generell benötigen die mit Energiespeicher ausgestatteten RBG für ihre Leistungen nicht weniger Energie als baugleiche Geräte mit Netzrückspeisung; allerdings werden Spitzenbedarfe mit dem Energiespeicher abgedeckt, so dass der aus dem Netz bezogene Energieanteil kostensparend auf einem wesentlich gleichmäßigeren und niedrigeren Level gehalten werden kann.

Wie Laux erläutert, wird die Energie, die generatorisch zurückkommt und die ins Netz zurückgespeist oder schlimmer über eine Bremswiderstand vernichtet würde, wieder direkt verwendet: „Man kann hier durchaus von einem direkten Energierecycling sprechen, denn diese Energie wird wieder in Bewegung umgewandelt und damit gespart.

Bei Boehringer Ingelheim senkt der Energiespeicher die Leistungsspitzen auf ein Fünftel und spart dabei auch noch ein Drittel des Energiebedarfs.

Energie-Kapazitäten anderweitig nutzbar

Zudem wird durch den Einsatz der Energiespeicher die Kapazität der elektrischen Infrastruktur erhöht, so dass auf Basis der gleichen Infrastruktur bessere Auslastung, höhere Performanz und Erweiterungen möglich sind.

Für die Nutzung der frei werdenden Kapazitäten ergibt sich eine Reihe von Möglichkeiten, wie Tiebel erläutert. So lässt sich beispielsweise die Leistung erhöhen, und die RBG könnten bei gleicher Energie-Infrastruktur mit mehr Fahrdynamik ausgestattet werden; zudem könnten weitere Regalgassen angebaut oder die frei werdende Kapazität für andere Applikationen im Werk genutzt werden. Zudem wird die Energie gleichmäßig bezogen, der Energiebezug ist damit kalkulierbar und Spitzen werden vermieden.

Erfolgreicher Einsatz der Energiespeicher

Olaf Schwarzer, Boehringer Ingelheim: „Unsere Anlage hat die prognostizierten Energieeinsparungen sogar übertroffen“. (Foto: Boehringer)

„Unsere Anlage hat die prognostizierten Energieeinsparungen sogar übertroffen, so dass wir unserem Ziel, eine CO2-Einsparung von 20 Prozent bei Boehringer Ingelheim bis 2020 zu erreichen, einen Schritt näher gekommen sind“, so Olaf Schwarzer. Ebenso hat Boehringer Ingelheim beim Thema „Green Logistics“ einen Meilenstein erreicht. Langfristig soll sich die Energieeinsparung natürlich auch monetär bemerkbar machen – ebenso wie die geänderte Maintenance-Strategie, die durch die optimierte Nutzung der Ressourcen ein Wartungsintervall einspart. So konnte das bei Boehringer Ingelheim installierte System in der Kurzfristbetrachtung und unter Zuhilfenahme der Tests und Messergebnisse alle Ziele erreichen.

Weitere Einsatzmöglichkeiten in Planung

Die Verantwortlichen von Dambach Lagersysteme und SEW-Eurodrive denken bereits an weitere Applikationsmöglichkeiten, wie Lorenz ausführt: So ließen sich die Energiespeicher für schnelle AKL-RBG einsetzen, die für ihre schnellen Fahrten und hohen Beschleunigungen große Energiebedarfe im kurzfristigen Spitzenbereich haben. Diese sehr hohen Bedarfe, beispielsweise bis zu 150 Kilowatt im Peak ließen sich jeweils sehr schnell und effizient über den Speicher abdecken, so dass die Energieversorgung insgesamt relativ schlank ausgelegt werden kann.

Zu den weiteren Anwendungsmöglichkeit zählen zum Beispiel Quer-Verschiebewagen, Hubstationen und Portalroboter die bereits von SEW als Systemlösungen vorbereitet sind. Reinhard Irrgang/bw

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