Energien zukunftsweisend gemixt

Dipl.-Ing. Olaf Meier

Festo, einer der führenden Hersteller von pneumatischen und elektrischen Komponenten und Systemen für die Automatisierungstechnik, hat am Produktions- und Logistikstandort St. Ingbert-Rohrbach bei Saarbrücken mit einer Investition von 30 Millionen Euro eine der modernsten Fertigungen Europas für Zylinder, Handhabungssysteme und elektrische Antriebe geschaffen.

Modern ist dabei auch das Energiekonzept, das hier realisiert wurde. „Als innovatives Unternehmen wollen wir auch im Umweltschutz Maßstäbe setzen. In diesem Zusammenhang integrieren wir modernste Technologien wie zum Beispiel die Brennstoffzelle“, so Dr. Ekkehard Gericke, Produktionsvorstand bei Festo.

Bernd Bruy, Leiter Facility Management bei Festo, der das Projekt technisch begleitet hat: „Da fossile Energie eine endliche Ressource ist, kommt man nicht umhin, erneuerbare Energien anzuzapfen. Mit Sicherheit wird man hier Weiterentwicklungen erleben, die die derzeitigen Ergebnisse um ein Vielfaches verbessern. Aber jede Entwicklung braucht ihren Anfang und sie muss in einem Kosten-Nutzen-Verhältnis realisierbar sein. Das war bei Festo gegeben.“

So umfasst das Konzept sowohl die Energieeinsparung als auch die Energieerzeugung.

Das eigentlich Zukunftsweisende ist die Kombination von Brennstoffzelle, Druckluftkompressoren mit Abwärmenutzung, Motor-Blockheizkraftwerk sowie Adsorptions- und Kompressionskältemaschine. Die unterschiedlichen Technologien versorgen im Zusammenspiel am Standort St. Ingbert die 29 000 Quadratmeter große Produktionshalle mit Strom, Druckluft, Wärme und Kälte. Dabei passt sich ihre Fahrweise automatisch dem aktuellen Energiebedarf an.

Als Brennstoffzelle kommt ein hochmodernes HotModule zum Einsatz, das von der RWE Fuel Cells GmbH, Essen, geliefert wurde. Dabei handelt es sich um eine Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC – Molten Carbonate Fuel Cell), die „aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und der äußerst niedrigen Schadstoffemissionen eine hocheffiziente und gleichzeitig umweltfreundliche Energienutzung ermöglicht“, so Dr. Michael Fübi, Sprecher der Geschäftsführung der RWE Fuel Cells GmbH. Die Brennstoffzelle erbringt bei Festo rund 225 Kilowatt elektrische und cirka 180 Kilowatt thermische Leistung. Der elektrische Wirkungsgrad erreicht knapp 50 %, womit das HotModule Wettbewerbstechnologien gleicher Größe deutlich übertrifft. Hersteller des HotModules ist die MTU CFC Solutions GmbH, an der RWE Fuel Cells beteiligt ist.

Die Zelle stellt Energie dezentral genau dort bereit, wo sie benötigt wird. Auf diese Weise werden Transportverluste vermieden. „Verglichen mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren emittiert das HotModule rund 30% weniger CO2 und ist damit sehr umweltfreundlich“ so Michael Menzner , Energietechniker bei Festo in St. Ingbert.

Auch für Wärme ist gesorgt: Die Hochtemperatur-Brennstoffzelle produziert neben Strom 400 °C heiße Abwärme. Sie dient bei Festo dem Beheizen von Produktionsstätte und Büroräumen. Zudem wird die Abwärme mittels Adsorptionskältemaschine in Kälte umgewandelt und zur Klimatisierung genutzt.

Die nach Süden ausgerichteten Teile der Dachkonstruktion der Produktionshalle sind zusätzlich auf einer Fläche von 3 186 m2 mit Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung bestückt. „Wir planen generell energieeffizient“, erläutert Architekt Jaschek. „Das heißt, wir versuchen, soviel Tageslicht wie möglich zu nutzen. Das führte uns zum Sheddach. Diese Dachform bietet mit den nach Süden im Winkel von 30 Grad geneigten Flächen eine optimale Basis für photovoltaische Energiekonzepte.“

Dabei kam das vom Flachdachspezialisten alwitra entwickelte Evalon-Solar-System zum Einsatz. Es kombiniert eine wirtschaftliche Dachabdichtung mit umweltfreundlicher Energiegewinnung. Das System besteht aus hochwertigen Kunststoff-Dachbahnen mit integrierten Photovoltaik-Modulen. „Die Firma Festo hat auf dem Nachbargebäude bereits ein Flachdach mit dem Evalon-Solarsystem belegt. So konnten wir schon auf Erfahrungswerte bei der Berechnung der Leistung des neuen Systems zurückgreifen“, so Jaschek. Die Kalkulation prognostizierte ein zufrieden stellendes Ergebnis: „Wir haben die Photovoltaik in unser System mit 500 kW eingerechnet, zur Zeit sind davon aber nur 186 kWp ausgebaut“, nennt Michael Menzner konkrete Zahlen. Denn bisher wurden nur die schräg liegenden Dachflächen genutzt, die mittlere Dachfläche ist noch frei. „Hier können später Hochleistungskonvektoren installiert werden.“

Dank der speziellen Anordnung der Photovoltaik-Module auf der Bahn lässt sich Evalon-Solar von der Rolle wie eine herkömmliche Kunststoff-Dachbahn verlegen.

„Das Blockheizkraftwerk stellt die Energie für die Grundlast zur Verfügung“, beschreibt Michael Menzner die Funktion des von der MDE Dezentrale Energiesysteme GmbH als einbaufertige Einheit von Motor, Generator, Wärmetauscher und Modulsteuerung gelieferten Energiemoduls. „Es produziert eine elektrische Leistung von 351 kW und eine thermische Leistung von 521 kW“, so Menzner weiter. „Im Sommer wird die Wärme über die Adsorptionskältemaschine zur Erzeugung von Produktionskälte verwendet, im Winter integrieren wir das Kraftwerk einfach in die Heizungsverteilung.“

Die Brennstoffzelle, die Abwärme der Kompressoren und das Blockheizkraftwerk dienen als Grund-Lieferant für Strom und Wärme, wobei das Blockheizkraftwerk wärmegeführt betrieben wird. „Sollte die Brennstoffzelle einmal ausfallen, braucht man zwischen 24 und 48 Stunden, bis sie wieder ihre volle Leistung bringt. Denn so eine Zelle kann nur in bestimmten Lastschritten langsam hochgefahren werden.

Ein Blockheizkraftwerk kann dagegen sehr schnell an die benötigten Lasten im Netz angepasst werden“, begründet Menzner die Vorteile des Energiekonzeptes.

Festo verbraucht die mit Photovoltaik, Blockheizkraftwerk und Brennstoffzelle erzeugte Energie komplett am Standort, speist also nichts in das öffentliche Netz ein. „Alleine Blockheizkraftwerk, Brennstoffzelle und Photovoltaik liefern in Spitzenzeiten zehn bis zwölf Prozent des Gesamtenergiebedarfs des Standorts“, so das Fazit von Michael Menzner.

Eine Einsparung, die sich nicht nur in den laufenden Betriebskosten niederschlägt, sondern auch im Verbrauch von fossilen Brennstoffen und damit in einer geringen CO2-Emission.

„Wir sehen in dem Projekt einen Schritt in die Zukunft, vor allem für Industrieunternehmen, mit derartigen Energiesystemen zukünftig standardmäßig zu arbeiten“, so zieht Bernd Bruy ein Resümee des Projektes.

Weitere Informationen

Brennstoffzelle bba 522

Solardachbahn bba 523

Blockheizkraftwerk bba 524

Architekt: Architekturbüro Jaschek, Stuttgart Fachplaner: Ingenieurbüro Rittgen, Trier