Designwerk präsentiert „Megawatt-Charger“ – Die OST ist mit dabei
Mit batteriegepufferten Ladecontainern und Ladeleistungen von mehr als einem Megawatt schlägt die Designwerk Technologies AG ein neues Kapitel in der Ladetechnik auf.
Der Ausbau der Ladeinfrastruktur gehört zu den Topthemen bei der Elektrifizierung des Schwerlastverkehrs: Die Transportbranche ist auf leistungsstarke Ladetechnik angewiesen, um Nutzfahrzeuge ausreichend schnell zu laden. Nur so kann die Dekarbonisierung auf Langstrecken sowie im Dauer- oder Schichtbetrieb gelingen.
Der «Megawatt-Charger» ist eine batteriegepufferte Ladestation mit zwei CCS- bzw. MCS-Ladepunkten und einer derzeitigen Ladeleistung von je 840 kW, die zukünftig auf 2100 kW ausgebaut wird. Die Ladestation im Containerformat ist mit einem modulare Second-Life-Speichersystem ausgestattet. Mit einer Speicherkapazität von bis zu 2 MWh sorgt die Anlage dafür, dass das Stromnetz beim Ladevorgang nicht durch Ladespitzen belastet wird. Die Energiespeicher ermöglichen auch eine “Energiepreis-optimierte Ladestrategie” und unterstützen damit die Integration neuer erneuerbarer Energieträger in das bestehende Stromnetz.
Partnerschaftliches Pilotprojekt
Das Ziel dieses Pilotprojekt ist die Entwicklung und Inbetriebnahme der schweizweit ersten Megawatt-Ladestation Jahr 2024. Es wird dabei eine Ladeleistung von 1 MW pro Ladepunkt angestrebt. Mit diesem Vorhaben an der Schnittstelle zwischen Forschung und Markt wird der Reifegrad der Megawatt-Ladetechnologie erhöht, um sie auf dem Markt zu lancieren. Die wissenschaftliche Begleitung dieser technischen Innovation wird vom Bundesamt für Energie (BFE) sowie von renommierten Industrie- und Hochschulpartnern unterstützt. Unter anderem auch von der OST.
Beitrag der OST
Das Institut für Energiesysteme (IES) der OST – Ostschweizer Fachhochschule untersucht innerhalb des Projekts unterschiedliche Ladestrategien. Es sind Netz- als auch Energiekosten optimierte Strategien möglich. Eine Begrenzung von Leistungsspitzen im Netzbezug kann beispielsweise die Netzkosten reduzieren. Orientiert man sich bei den Nachladezeitpunkten an den Stunden mit den geringsten Börsenstrompreisen, können so die Energiekosten minimiert werden. Auch eine Kombination der Strategien oder ein gepoolter Einsatz am Regelenergiemarkt sind möglich. Die optimale Ladestrategie bzw. Strategien sollen mithilfe eines mathematischen Modells, in das die realen Messdaten des Probebetriebes einfließen, ermittelt werden.
Key-Facts des Mega Chargers:
- Ladeleistungen von 840 kW bis zukünftig 2 x 1 MW ermöglichen Schnellladen schwerer E-Trucks in 45 Minuten von ca. 20 % auf 80 %.
- Energiepufferung mit bis zu 2 MWh ermöglichen Energie- und Netz- optimierte Ladestrategien.
- Spitzenlastkappung und Lastverschiebung (Peak-Shaving)
- Zugang zum Regelenergiemarkt (mittels Pooling)
- Laden bei niedrigen Börsenstrompreisen und somit hoher Einspeisung erneuerbarer Energieträger
- Laden ohne Netzanschluss sowie Notstromversorgung im Inselnetzbetrieb sind möglich.
- Weiterverwendung ausgemusterter Traktionsbatterien im Second-Life
- Transportables und flexibles Nutzungskonzept aufgrund der Container-Bauweise
- Konformität mit dem weltweiten Standard MCS
Projektteam:
Simon Nigsch
IES Institut für Energiesysteme Dozent für Leistungselektronik, Leiter Elektrische Energiesysteme IES
+41 58 257 31 78 simon.nigsch@ost.ch
IES News
Industrielle Wärmepumpen: Aus Zukunftsmusik wird Praxis
«Hätten wir diesen Event vor fünf Jahren durchgeführt, wären wahrscheinlich etwa dreissig Gäste gekommen», sagte Stefan Bertsch, Leiter des IES Institut für Energiesysteme im vollen Vorlesungssaal am Campus Buchs der OST – Ostschweizer Fachhochschule. «Vor wenigen Jahren haben wir noch von Zukunftstechnologien gesprochen. Jetzt ist die Zeit der Umsetzung. Seid mutig, teilt Eure Erfolge, arbeitet zusammen.» Es waren die Schlussworte des ersten IHW Forums, dem Marktplatz für Industrie- und Hochtemperaturwärmepumpen des IES. Im Saal sassen rund 150 Teilnehmende aus der Schweiz und Liechtenstein, aber auch aus Deutschland, Österreich, Italien, Norwegen und Finnland.
«Wir wurden selbst vom Erfolg der Veranstaltung überrascht», gab Bertsch zu und fasste damit zusammen, was den ganzen Tag spürbar war: Optimismus, der Wille, vorwärtszugehen und eine realistische Aufbruchsstimmung, um die neue Technologie aus den Laboren in die Praxis zu bringen.
Der grösste Konkurrent ist der Gaskessel
Das Forum war denn auch nicht als akademische Konferenz organisiert. Im Publikum sassen zu etwa je einem Drittel Hersteller, Endkunden sowie Planer und Berater. Oder wie Leon Brendel vom IES bei der Begrüssung sagte: «Gäste, die keine Luftschlösser bauen, sondern Wärmepumpen.» Er führte durch das Forum und brachte auf den Punkt, weshalb es wichtig ist, in der Branche zusammenzukommen: «Der grösste Konkurrent ist nicht das andere Unternehmen, das auch Wärmepumpen herstellt, sondern immer noch der Gaskessel.» Das Wissen über und das Verständnis für die neuen Möglichkeiten, die industrielle Wärmepumpen bieten, sei in der Industrie noch nicht überall verbreitet. «Es braucht noch Aufklärungsarbeit.»
«Das IES hat sich mit Weitsicht und viel Engagement sehr gut positioniert im Bereich von Industrie- und Hochtemperaturwärmepumpen. Das IHW Forum spiegelt die internationale Anerkennung dieser Arbeit wider.»
Stephan Renz, Leiter Forschungsprogramm Wärmepumpen und Kältetechnik, Bundesamt für Energie
Von der Marktübersicht zum Forschungspartner
Mit solcher Aufklärungsarbeit hat das IES Institut für Energiesysteme das Thema industrielle Wärmepumpen vor rund zehn Jahren aufgegriffen: Cordin Arpagaus hat damals eine Marktübersicht veröffentlicht. Zu jener Zeit gab es nur wenige Wärmepumpen, die über 100 Grad erzeugen konnten, und noch keine in der Schweiz. Seither werden immer höhere Temperaturen und Kapazitäten erreicht. Heute wundert sich niemand mehr über 150 Grad und auch 200 Grad wird von mehreren Dampfverdichterherstellern angeboten.
Bis heute publiziert das IES regelmässig zum Thema: Fact Sheets zu den unterschiedlichen Methoden, Instruktions-Guidelines für Ingenieurbüros sowie Dokumente für Nutzer. Gleichzeitig forscht das Team aber auch selbst an der Technologie, wie zum Beispiel an Kältemittelgemischen. Sie sind ein wichtiger Hebel, um die Effizienz von Hochtemperaturwärmepumpen zu erhöhen. Für die Industrie ist das IES ein neutraler Ansprechpartner: Die Mitarbeitenden analysieren Prozesse, empfehlen geeignete Methoden, vernetzen mit Herstellern und publizieren Case Studies.
Der Wert von Letzteren ist gross: Im Vergleich zu Wärmepumpen in Haushalten sind die Anforderungen an Industriewärmepumpen viel komplexer. Sie müssen nicht nur höhere, sondern auch grössere Bandbreiten von Temperaturen erzeugen. Jede Industrie hat ihre eigenen Bedürfnisse und Energiekreisläufe. Cordin Arpagaus zeigte in seinem Referat dennoch Gemeinsamkeiten auf: «Der Trend zeigt klar zu standardisierten, modularen Industriewärmepumpen.» Zudem steigt die Nachfrage nach natürlichen Kältemitteln. Einen weiteren Trend sieht Arpagaus in dampferzeugenden Wärmepumpen. Für ein Webinar des IES zu diesem Thema hatten sich mehr als 700 Teilnehmende aus 50 Ländern registriert.
«Das Forum bot einen interessanten Austausch. In den Pitches haben wir in kürzester Zeit sehr viel mitgenommen.»
Pascal Hägeli, Lead Energieversorgung bei F. Hoffmann-La Roche AG
Beispiele aus der Praxis
Die grösste Hürde für die Elektrifizierung industrieller Wärme liegt gemäss Arpagaus bei den Kosten. Im Betrieb seien Industriewärmepumpen konkurrenzfähig mit anderen Technologien, die Investitionskosten sind jedoch hoch. «Die Wärmepumpe allein macht dabei meist nur etwa die Hälfte der Kosten aus. Die grösste Herausforderung liegt bei der Integration in die bestehende Infrastruktur.»
Wie solche Hürden genommen werden können, zeigten drei Beispiele aus der Praxis. Pascal Hägeli zeichnete den Weg zu den ersten Dampfwärmepumpen bei Hoffmann-La Roche nach, die derzeit installiert werden. Ein zweites Referat von Bertram Schedler beleuchtete den Nutzen in einem Lebensmittelbetrieb, Pascal Leumann von ewz gab Einblicke über die Zukunft der Fernwärme in der Stadt Zürich und zeigte das etwa 300 Megawatt an Wärmepumpenleistung allein für die Stadt Zürich benötigt werden. Zusätzlich zu den Referaten stellten sich 46 Unternehmen in kurzen Pitches vor und legten damit eine gute Basis für interessante und engagierte Gespräche an den Marktständen.
«Wir sind aus Norwegen ans IHW Forum angereist, weil wir hier die wichtigsten Stakeholders aus dem Bereich der industriellen Wärmepumpen treffen können. Ich nehme viel aus dem Forum mit nach Hause.»
Rebekka Reberg, Process Engineer bei Enerin
Förderung und Ausblick
Zum Abschluss gab Stephan Renz, Leiter des Forschungsprogramms Wärmepumpen und Kältetechnik beim Bundesamt für Energie, Einblicke in das Energieforschungskonzept des Bundes und zeigte zudem Fördermöglichkeiten auf.
In einem kurzen historischen Rückblick zum Schweizer Know-how im Bereich industrieller Wärmepumpen zeichnete er nach, dass grossen Entwicklungsschritten oft eine Energiekrise vorausging. Die aktuelle Weltlage dürfte den Durchbruch industrieller Wärmepumpen zusätzlich beschleunigen – und ihre Relevanz für eine unabhängige und klimafreundliche Industrie stärken.