Atlas Copco steigt in den Markt für Hybrid-Stromaggregate ein

Atlas Copco-Werk in der Nähe von Saragossa, Spanien (Foto: Alle Fotos von der KHL Group)

Atlas Copco blickt auf eine lange Geschichte in der Herstellung von Druckluftsystemen für unterschiedlichste Branchen zurück. Im Auftrag einer anderen Zeitschrift hatte ich die Gelegenheit, über 100 Fahrzeugwerke weltweit zu besuchen, und dabei wurde mir bewusst, dass Atlas Copco-Systeme unter anderem in der Montagelinie Druckluft für Werkzeuge lieferten.

Druckluftsysteme sind jedoch nur ein Teil des Unternehmensportfolios. Atlas Copco produziert seit über 30 Jahren Stromaggregate; das erste dieser Aggregate kam 1994 auf den Markt.

Im März dieses Jahres wurde eine brandneue Stromaggregat-Serie von Atlas Copco vorgestellt. Wie der Name schon sagt, verfügt die Integrated Hybrid-Reihe über einen von FPT Industrial gelieferten Dieselmotor sowie einen 60-kWh-Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator. Der Grund für diese kombinierte Energielösung liegt darin, dass Stromaggregatmotoren oft nicht optimal arbeiten. Durch die Nutzung der im Akku gespeicherten Energie kann hier Abhilfe geschaffen werden.

Die kombinierte Lösung trägt zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der damit verbundenen Motoremissionen bei. Doch das ist noch nicht alles. Da der Motor nur im optimalen Wirkungsgradbereich oder nahe daran läuft, werden Kohlenstoffablagerungen und andere mögliche Schäden minimiert, was wiederum längere Wartungsintervalle ermöglicht. Durch die optimale Kraftstoffnutzung und die verlängerten Wartungsintervalle bieten die neuen Stromaggregate ein kostengünstigeres Betriebsmodell.

Marco Gravina mit integriertem Hybrid-Generator

Anlässlich der Markteinführung der neuen Integrated Hybrid-Modelle sprach Power Progress mit Marco Gravina, Geschäftsführer der Abteilung Portable Power and Flow von Atlas Copco, die für die Entwicklung der neuen Stromaggregate verantwortlich ist, sowie mit Sergio Salvador, Direktor für Marketing und Vertrieb, um mehr über die neue Produktreihe zu erfahren.

Technologieentwicklung

Zunächst zur Entscheidung für Motoren von FPT Industrial. „Sie verfügen über langjährige Erfahrung in der Entwicklung von Maschinen mit Hybridantrieben“, erklärt Gravina. „Sie kennen sich also mit den Anwendungsbereichen aus, was die Entwicklung der neuen Hybrid-Stromaggregate erheblich erleichtert hat.“

„Es gibt zwei Motormodelle: eines für das 120-kVA-Modell (QHS 120 S5) und eines für die 200-kVA-Version (QHS 200 S5). Wir kennen diese Motoren sehr gut; sie werden in unseren standardmäßigen, Stufe-5-konformen Generatoren eingesetzt. Das Projekt umfasste umfangreiche Verbesserungen hinsichtlich Effizienz und Betriebsqualität, beispielsweise durch Vibrationsreduzierung. Wir haben großes Vertrauen in die Produkte dieser Motoren.“

Sergio Salvador, Atlas Copco

Während FPT über Markterfahrung verfügt, nutzte Atlas Copco seine interne Expertise im Bereich der Elektrifizierung, um die Entwicklung der integrierten Hybrid-Serie zu unterstützen. Laut Gravina führte das Unternehmen 2019 sein erstes Batteriespeichersystem (BESS) ein, und die dabei gewonnenen Erkenntnisse fließen in die neuen Stromaggregate ein.

„Hybridsysteme scheinen für uns neu zu sein“, sagt Salvador. „Wir kombinieren aber schon länger Generatoren und Akkus. Nicht unter einem gemeinsamen Dach, sondern auf einem Anhänger oder Ähnlichem. Diese Systeme sind schon seit einigen Jahren auf dem Markt.“

Anwendungsarten

Die Bereitstellung hochwertiger Energie bei geringeren Emissionen ist das übergeordnete Ziel der neuen Stromaggregat-Baureihe. Dadurch eignen sie sich für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter die Dauerstromversorgung, das Laden von Maschinen oder die Versorgung eines lokalen Mikronetzes.

Eine spezielle Anwendungsart sind jedoch Turmdrehkrane. Im Vergleich zu den meisten anderen Geräten weisen diese ein leicht erkennbares Stromverbrauchsprofil auf, das Perioden mit geringem Verbrauch mit kurzen, aber sehr hohen Spitzenwerten kombiniert.

Der Einsatz eines Verbrennungsmotors zur Stromversorgung in Zeiten geringen Stromverbrauchs ist äußerst ineffizient. Atlas Copco gab bei der Produkteinführung an, dass die durchschnittliche Last eines Stromaggregats in dieser Anwendungsart bei etwa 15 % der Nennleistung liegt. Um die Effizienz zu steigern, kann der neue Hybridgenerator den Verbrennungsmotor abschalten und ausschließlich gespeicherte Energie aus dem Akku abgeben.

Die Krandemonstration zeigte, wie Stromaggregate die Stromabgabe lastabhängig aufteilen können.

„Unsere Energielösungen sind in Tausenden von Maschinen im Einsatz, daher kennen wir die Lastprofile“, sagt Gravina. „Viele davon sind Kräne, daher verfügen wir über umfassende Kenntnisse über deren Funktionsweise auf Baustellen. Aus diesem Wissen haben wir die unserer Meinung nach idealen Komponenten ausgewählt: den Motor, den Akku und die Leistungselektronik.“

Um dies weiter zu unterstützen, verfügen die 60-kWh-Lithium-Eisenphosphat-Akkus über eine 2C-Fähigkeit. Das bedeutet, dass sie ihre Leistung effektiv auf 120 kVA verdoppeln und gleichzeitig eine höhere und schnellere Laderate ermöglichen können.

„Aber was wirklich wichtig ist, ist die Fähigkeit, bei Bedarf Spitzenleistung bereitzustellen“, sagt Gravina. „Das geht einher mit einer nahezu geräuschlosen Stromversorgung aus dem reinen Batteriebetrieb, wodurch geräuscharme Projekte oder der Betrieb in der dritten Schicht unterstützt werden können.“

Gewichtsbetrachtungen

Die neuen Stromaggregate sind schwerer als vergleichbare Modelle mit reinem Dieselmotor, hauptsächlich aufgrund des Akkus. Laut Gravina hat dies jedoch die Transportierbarkeit nicht beeinträchtigt, und die Aggregate können mit Standardfahrzeugen bewegt werden.

„Das 200-kVA-Modell ist von der Größe her mit anderen Modellen auf dem Markt vergleichbar. Es ist etwas schwerer, aber die Größe ist vergleichbar“, betont er.

Salvador: „Wir mussten auch die physische Balance berücksichtigen. Der Motor befindet sich auf der einen Seite, der Akku auf der anderen, aber auch das Gewicht eines vollen Kraftstofftanks wurde mit einbezogen. Das erleichtert das Anheben des Geräts etwas.“

Die internen Kabel erhöhen das Gewicht zusätzlich. Salvador merkt an, dass dies einer der Gründe ist, warum die Entwicklung dieser marktreifen Lösung zwei Jahre gedauert hat. „Die Verbindungen zwischen Motor und Akku wurden so effizient wie möglich gestaltet. Alle Kabel sowie das Betriebssystem befinden sich im zentralen Bereich des Geräts, was die Balance beim Anheben verbessert.“

Steuerungssystem

Das ECO-Controller-System steuert den Betrieb des Stromaggregats, einschließlich der Gesamtleistung. Je nach Leistungsbedarf bezieht es Strom entweder vom Motor oder von der Batterie oder kombiniert die Leistung beider. Beim QHS 120 S5 liefert das Steuerungssystem eine Spitzenleistung von 120 kVA, die mit Motor- und Batteriestrom erzeugt wird.

GUI-Schnittstelle für den ECO-Controller und andere Funktionen

Der ECO Controller wurde für einfache Bedienung entwickelt. Bei einer Vorführung der neuen Modelle wurde hervorgehoben, dass nur eine minimale Bedienerschulung erforderlich ist, um den Generator einzurichten und in Betrieb zu nehmen.

Das System verfügt über einige bemerkenswerte Funktionen. Dazu gehört eine Akku-Zustandsprüfung, die Aufschluss über die Akkuleistung gibt und so die Effizienz und Lebensdauer verbessern kann. Dank der Lithium-Eisenphosphat-Technologie sind die Akkus für rund 6.000 Lade-/Entladezyklen ausgelegt. Bei zweimal täglichem Vollladen entspricht dies einer Lebensdauer von fast 10 Jahren.

Die von Atlas Copco intern entwickelten ECO-Controller und integrierten Hybrid-Stromaggregate wurden umfangreichen Tests unterzogen. Gravina: „Wir haben einige Simulationstests durchgeführt, aber es gab vor allem Praxistests, sowohl hier [in unserem Werk] als auch im Feld. Der Standardtest unseres Unternehmens umfasst 1.000 Stunden Dauerbetrieb, bei Produkten für spezielle Anwendungen gegebenenfalls mehr – sollte etwas passieren, dann innerhalb dieses Zeitraums.“

Darüber hinaus gibt es das Telematiksystem FleetLink, das zur Optimierung der Leistung einzelner Fahrzeuge und der Flotte beiträgt. Dank der Fernzugriffsfunktion unterstützt das System sowohl Funktionalität als auch Effizienz.

„Die Daten von FleetLink stehen dem Kunden zur Verfügung“, berichtet Gravina. „Es handelt sich um ein Analysetool. Wir können Kundenberichte erstellen, um aufzuzeigen, wo Verbesserungen im Betrieb möglich sind, und um Empfehlungen zur Feinabstimmung der Maschinen zu geben.“

Montage und mehr

Die Stromaggregate werden vollständig am Hauptsitz der Abteilung Portable Power and Flow in der Nähe von Saragossa, Spanien, montiert. Die Fahrgestellteile und Gehäuse für die Geräte werden von einem Drittanbieter geliefert, dessen Produktionsstätte sich in unmittelbarer Nähe des Montageorts befindet.

Die Einheiten werden luftgekühlt, und zwar über ein System, das in die Abdeckung integriert ist. „Die Stromaggregate sind mobil“, erklärt Salvador. „Deshalb benötigen sie ein zuverlässiges und tragbares Kühlsystem, das in die Einheit integriert ist. Es ist robust konstruiert und für schwierige Bedingungen ausgelegt. Wir hätten zwar auch ein Flüssigkeitskühlsystem für den Akku einbauen können, aber je weniger Komponenten es gibt, desto geringer ist das Risiko von Störungen.“

Die Akkupacks werden von Zhejiang Narada Power Source geliefert.

Atlas Copco hat sich zum Ziel gesetzt, bis Ende 2027 50 % seines Gesamtumsatzes mit nachhaltigen Lösungen wie der Produktreihe integrierter Hybrid-Stromaggregate zu erzielen. „In Europa haben wir dieses Ziel bereits zu 40 % erreicht“, so Gravina. „In einigen Regionen der USA haben wir diesen Wert bereits übertroffen.“

Um die Nachhaltigkeitsbemühungen der neuen Stromaggregate zu untermauern, brachte Atlas Copco vor, dass durch den Ersatz der geschätzten 200.000 bestehenden Stromaggregate mit einer Leistung von 200 kVA oder weniger, die derzeit in ganz Europa im Einsatz sind, durch Hybridvarianten jährlich rund 3,2 Milliarden Liter Dieselkraftstoff eingespart werden könnten.

Auf die Frage, ob der Kraftstoffverbrauch das einzige Kriterium für Nachhaltigkeit sei, lächelte Gravina – man merkte ihm an, dass er die Frage schon öfter gehört hatte. „Natürlich geht es nicht nur um Kraftstoff. Nachhaltigkeit umfasst auch die Vermeidung von Stromausfällen, die geringeren Reparaturkosten und die längere Lebensdauer des Generators. All das und noch vieles mehr trägt zur Gesamtnachhaltigkeit bei.“