Mobility 1/2025

AUSBAU VON

AUSBAU VON LADEINFRASTRUKTUR FÜR DIE E-MOBILITÄTKINETISCHE ENERGIESPEICHERGEGEN LADE-ENGPÄSSE01Wie Frequenzumrichter den Wandel zur Elektromobilität voranbringen, zeigtein namhafter Hersteller von Steuerungs- und Antriebstechnik aus Lüneburg.Mit moderner dreistufiger Umrichtertechnik regelt der Spezialist für hoheDrehzahlen auch innovative Schwungmassenspeicher. Sie ermöglichenLadestationen in Regionen mit schwacher Netzinfrastruktur und könnendort eine nachhaltige Alternative zu Batteriespeichern darstellen.Die Förderung der Elektromobilität ist ein wichtiger Bestandteilder deutschen Klimapolitik, um CO 2-Emissionenzu reduzieren und die Luftqualität zu verbessern.Doch für den Ausbau der Elektromobilität wird auch einStromnetz benötigt, das leistungsfähig genug ist, um Elektrofahrzeugeflächendeckend und rund um die Uhr laden zu können.Gerade Regionen mit schwacher Netzinfrastruktur könnten daherdie Verkehrswende ausbremsen. Eine Lösung bietet hier der Einsatzeines Schwungmassenspeichers respektive Flywheels zurUnterstützung der Ladesäule. Dieser speichert zwischen den LadevorgängenStrom in Form von kinetischer Energie. Diese Bewegungsenergietreibt dann beim nächsten Laden einen Generatoran, der eine große Strommenge für ein zügiges Laden bereitstellt.„Das Schwungrad ist die älteste bekannte Methode zur Energiespeicherung“,erklärt Nicolai Meder, einer der beiden Gründer derAdaptive Balancing Power GmbH aus dem hessischen Pfungstadt.„Schon die Töpferscheibe nutzte das Prinzip, Rotationsenergie zuspeichern, ebenso wie das Schwungrad. Mit unserem modernenSchwungrad-Hochleistungsspeicher ‚Adaptive Amperage‘ hebenwir dieses Prinzip auf ein neues Leistungsniveau.“Nicolai Meder und Dr. Hendrik Schaede-Bodenschatz gründetenim Jahr 2016 das Unternehmen Adaptive Balancing Power.Beide sind Experten in den Bereichen mechatronische Produktentwicklungund Energiespeicherung. Seit dem Jahr 2008beschäftigt sich Schaede-Bodenschatz mit der Technologie desSchwungmassenspeichers. Das Unternehmen möchte mit innovativenAnwendungen einen ökonomischen Mehrwert bietenund so über wirtschaftliche Hebel CO 2-Emissionen verringern.HOHER WIRKUNGSGRAD DURCHSPEICHERGEOMETRIEDer Schwungmassenspeicher des Unternehmens wird über einenElektromotor beschleunigt und dabei elektrische in mechanischeEnergie umgewandelt. Umgekehrt fungiert der Motorbeim Entladeprozess als Generator, der wiederum die Bewegungsenergiein Strom transformiert. Motor respektive Generatorwerden über einen mehrstufigen Frequenzumrichter SD2M vonSieb & Meyer angesteuert und betrieben.„Der Rotor unseres Speichers ist ein energetisch optimierterHightech-Hohlzylinder aus Kohlenstoffmaterial, der sich mit biszu 18.000 U/min magnetgelagert im Vakuum dreht“, erklärt Meder.„Durch die Außenläufer-Bauform generieren wir im Vergleich zuanderen Schwungmassenspeichern nicht nur einen sehr großen20 MOBILITY 2025/01

MOBILE ENERGY02 0301 Das magnetgelagerte Flywheel rotiert im Hochvakuum mitbis zu 18.000 Umdrehungen pro Minute02 Dr. Hendrik Schaede-Bodenschatz und Nicolai Meder habenden Adaptive Boosted Charger entwickelt, hier amGreentec Campus in Enge-Sande03 Schwungmassenspeicher, die im Zuge der Energiewendeentwickelt werden, können von Frequenzumrichtern mithocheffizienter Multi-Level-Technologie profitierenEnergieinhalt und eine elektrische Leistung bis 350 kW, sondernerreichen dabei auch einen Round-Trip-Wirkungsgrad von mehrals 92 Prozent. Die hohe Leistung wiederum ermöglicht es demNutzer, sein Fahrzeug zügig zu laden.“Der einfache modulare Aufbau erfordert weder eine Netzerweiterungnoch einen Transformator. Weitere Vorteile sind dieSkalierbarkeit und der geringe Wartungsaufwand. Darüber hinauslassen sich verschiedene erneuerbare Energiequellen in dasSystem integrieren und priorisiert ansteuern. „Wir halten verschiedeneinternationale Patente zu Detaillösungen an unseremSchwungmassenspeicher“, sagt Meder. „Ein erstes Patent zurAußenläufer-Bauform hat die NASA in den 1970ern angemeldet,nach unserem Kenntnisstand aber seitdem nicht funktional umsetzenkönnen – genauso wie viele andere, die es auch versuchthaben. Entsprechend stolz sind wir, dass wir 2013 an derTU Darmstadt erstmals weltweit gezeigt haben, dass die TechnologieAußenläufer-Schwungmassenspeicher tragfähig ist.“GERINGE ROTORVERLUSTE UNDWÄRMEENTWICKLUNGEinen nicht unerheblichen Anteil an diesem Erfolg haben dieFrequenzumrichter der SD2M-Serie von Sieb & Meyer. Auf Basisvon 16-Hz-PWM-Takt (Pulsweitenmodulation) und Multi-Level-Technologie bieten die hocheffizienten Geräte eine sehr hoheLeistung bei gleichzeitig kompakter Bauform (40 x 40 x 100 cm).„Mit der Multi-Level-Technologie erreichen wir eine präzisereStromregelung, einen sauberen Sinus und benötigen weniger Filter“,erläutert Ralph Sawallisch, Key Account Manager Antriebselektronikbei Sieb & Meyer. „Die Verluste im Rotor sind geringund die Wärmeentwicklung ist entsprechend minimal. Letzteresist ein entscheidender Punkt für die Funktionsfähigkeit des Speichers:Das System arbeitet nicht nur 24/7 mit 50 bis 100 Prozentseiner Drehzahl, sondern darüber hinaus auch magnetgelagertim Vakuum. Das heißt, die entstehende Wärme kann nur überStrahlung abgegeben werden.“Der flüssigkeitsgekühlte 100 kg schwere SD2M mit DC-Einspeisungverfügt über eine Leistung von bis zu 430 kVA / 500 A undist – ebenso wie der Schwungmassenspeicher – in einem Doppelschaltschrankeingebaut. „Die große Herausforderung bei diesemProjekt waren die hohen Drehzahlen bei gleichzeitig sehrhoher Massenträgheit“, erklärt Sawallisch. „Normalerweise treibenwir große Bearbeitungsspindeln oder Turbomaschinen miteiner verhältnismäßig geringen Massenträgheit an. Die Parameterfür den Betrieb des Schwungmassenspeichers waren in unsererRegelung nicht vorgesehen und haben softwareseitig einigeAnpassungen erfordert.“ALTERNATIVE ZUM BATTERIESPEICHERDie Kooperation zwischen Sieb & Meyer und Adaptive BalancingPower begann bereits in der Pilotphase und besteht inzwischenseit mehr als einem Jahrzehnt. Schon damals waren die hoheLeistung der Frequenzumrichter und ihre sehr gute Effizienz entscheidend.„Unser Schwungmassenspeicher basiert auf der Voraussetzung,dass wir eine hohe Leistung zur Verfügung stellen,damit Energie schnell gespeichert und abgerufen werden kann“,erklärt Meder. „Die Frequenzumrichter von Sieb & Meyer sinddafür bestens geeignet. Darüber hinaus sind die Geräte aufgrundihrer Drei-Level-Technologie und der 16-kH-PWM-Frequenzauch hocheffizient und passen deshalb perfekt zum Anspruchunseres Gesamtkonzepts.“ Das steht allem voran für Nachhaltigkeitund Verlässlichkeit und wird von Adaptive Balancing Powerunter dem Slogan „Green Tech Made in Germany“ zusammengefasst.„Unsere Speicher sind langlebig und enthalten keine Batteriechemie“,sagt Meder. „Batterien haben zwar bezüglich derEnergiemenge Vorteile, dafür sind unsere Speicher zyklenfest.Das heißt, die Kapazität ist nicht nach fünf Jahren erschöpft, sondernwir liefern 25 Jahre lang genau das, was wir versprechen.“Bilder: Aufmacher: GreenTEC Campus, 01+02: ABP, 03: Sieb & Meyerwww.sieb-meyer.deUNTERNEHMENSieb & Meyer AGAuf dem Schmaarkamp 21, 21339 LüneburgTel. 04131 203-0E-Mail: info@sieb-meyer.deAUTORTorsten Blankenburg, CTO bei derSieb & Meyer AG, LüneburgMOBILITY 2025/01 21