News

Kategorien

Alle PUMPselector SPA & Member FLUX EDUR FELUWA HERMETIC KAMAT LEWA MUNSCH NETZSCH sera SERO WITTE Technologien Branchen Ergänzendes

Energiebedarf von Digitalisierung

Damit die Pumpe 4.0 nicht zum Energiefresser wird

Intelligente Pumpen 4.0 mit geringem Energieverbrauch
Vernetzung hilft, Energie zu sparen, doch auch die nötige Sensorik braucht Energie. Ein Leitprojekt soll den Energieaufwand auf ein Minimum reduzieren.


Die Digitalisierung der Welt löst nicht nur alte Probleme, sondern schafft auch neue – zum Beispiel einen immensen Energieverbrauch. Ob für private Verbraucher oder im Industrial Internet of Things (IIoT): Sowohl Rechenzentren als auch verteilte Komponenten benötigen Energie, um Gewerke zu digitalisieren und vernetzen.

Geht es lediglich um die Fernüberwachung oder -steuerung einiger Abwasserpumpen im Klärwerk, hält sich der Energiebedarf der Vernetzung in Grenzen. In großen Chemiewerken fördern jedoch gleich hunderte oder gar tausende Pumpen die Prozessmedien. Entscheidet sich der Betreiber, alle seine verfahrenstechnischen Komponenten fit für die vierte industrielle Revolution zu machen, droht der Energiebedarf des Digitalisierungsprojekts die Freude über steigende Effizienz und längere Standzeiten zu trüben.

Denn selbst wenn die Energie aus regenerativen Quellen gewonnen wird, schmälert das lediglich die Auswirkungen auf den ökologischen Fußabdruck – dieser muss jedoch immer gemeinsam mit den ökonomischen Auswirkungen betrachtet werden. Zudem kann längst nicht überall schon heute eine umweltschonende Energiegewinnung garantiert werden. Energieeffizienz lohnt sich außerdem immer, gerade aus ökonomischer Perspektive.

 

Auch Sensoren sollen sparsam werden

Verschiedene Forschungsprojekte widmen sich daher dem Energieverbrauch von vernetzten intelligenten Komponenten wie Sensoren und Aktoren – darunter das Leitprojekt „Towards Zero Power Electronics“ ( Zepowel) der Fraunhofer-Gesellschaft. Gleich mehrere Fraunhofer-Institute streben in diesem Rahmen nach Wegen zu Elektronikkomponenten mit möglichst geringem Energieverbrauch.

Die Fraunhofer-Gesellschaft zitiert eine Studie der Internationalen Energieagentur in Paris, laut der der Energieverbrauch aller vernetzten Geräte weltweit schon 2013 etwa genauso hoch lag wie der Gesamtbedarf an elektrischer Energie in ganz Deutschland. Das Zepowel-Projekt soll dieser Entwicklung mit besonders energieeffizienten Sensorknoten entgegenwirken.

Acht Fraunhofer-Institute haben sich dafür zusammengeschlossen. Im Laufe dieses Jahres sollen gleich zwei Lösungen präsentiert werden, die die Herausforderung von zwei verschiedenen Seiten angehen: zum einen ein autarker Sensorknoten, der sich von allein mit Energie versorgt und Daten sammelt, und außerdem ein Sensorknoten, der den Betriebszustand von Maschinen, Motoren oder Pumpen erfasst, um den Energiebedarf zu verringern.

„Die Sensorknoten-Hardware, die wir im Projekt entwickelt haben, zeichnet sich dadurch aus, dass sie aus verschiedenen Bausteinen modular aufgebaut werden kann und sich damit an verschiedene Einsatzzwecke anpassen lässt“, sagt Erik Jung, Projektmitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (Fraunhofer IZM), das die einzelnen Entwicklungen aus den beteiligten Instituten zu einem funktionstüchtigen Ganzen zusammengefügt hat. „Einige Partner haben ihr Wissen über den Aufbau effizienter Chips und Steuerelektronik eingebracht, andere über den Bau von kleinen und effizienten Batterien und Energiewandlern. Andere haben mit ihrer Expertise in Sachen sichere Funkprotokolle beigetragen.“

 

Sensor mit Tiefschlaf-Funktion

Der energieautarke Sensorknoten kann in einen energiesparenden Tiefschlaf-Modus fallen, wenn er nicht benötigt wird. In diesem Zustand verbraucht er nur noch wenige Nanowatt. Erst wenn er über Funk aktiviert wird, fährt er hoch. „Die Knoten sind winzig, wartungsfrei und kostengünstig und können an vielen Stellen eingesetzt werden – damit erhält man ein sehr feinmaschiges Messnetzwerk“, so Jung.

Der zweite Sensorknotentyp soll in Maschinen mit drehenden Motoren zum Einsatz kommen, zunächst aber nicht in Pumpen, sondern in Werkzeugmaschinen, die ein Industriepartner zur Verfügung stellt. Der Sensorknoten soll neben der Messtechnik auch eine Leistungselektronik zur Ansteuerung von 15 kW bei Schaltspannungen bis 850 V enthalten. Wird er mit der Maschine gekoppelt, kann er sie nach Bedarf hoch- und runterfahren oder auf die jeweilige Bedarfsdrehzahl ansteuern.

„In der Industrie gibt es heute noch etliche Maschinen, die nicht drehzahlgeregelt sind“, betont Jung. Da ein Austausch oft teurer sei als die Aufrüstung mit der Sensortechnik, ließe sich auf diese Art viel Energie sparen. „Grob geschätzt würde man bundesweit rund 20 Prozent der Kohlendioxidemissionen einsparen, wenn man in der Industrie flächendeckend intelligente Sensoren mit integrierter Steuerung einsetzte“, schätzt Jung. Dazu soll das Leitprojekt Zepowel einen Beitrag liefern.
 

Intelligenter Chip für energiesparende Vernetzung vom Fraunhofer Institut
Große Leistung bei kleinem Energiebedarf: Das Projekt mehrerer Fraunhofer-Institute entwickelt einen Chip für stromsparende Vernetzung. (Quelle: Fraunhofer IZM, Volker Mai) 

 

Seite teilen