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Energieeffiziente TBM

Analyse und Einsparpotenzial des Energieverbrauchs von Tunnelbohrmaschinen

________________ In Zeiten hoher Energiekosten gilt es, sich der Herausforderung der Energieeffizienz zu stellen. Für Tunnelvortriebstechnik mit geringerem Energiebedarf entwickelt die Herrenknecht AG energieeffiziente und Energiekosten sparende Tunnelbohrmaschinen.

Mit ganzer Energie für die Reduzierung des Verbrauchs

Als Zielsetzung bei der Produktentwicklung steht eine Reduzierung des Energieverbrauchs durch bedarfsgerechte Energieströme im Mittelpunkt. Neben der Optimierung der Verbraucher ist es auch notwendig, energiesparende Bauteile einzusetzen.

Ausgehend von den auf einer TBM eingesetzten elektrischen Verbrauchern und deren tatsächlichen installierten Leistungen wird ein Vergleich des real genutzten Verbrauchsniveaus mit dem „sicherheitsbedingten“ elektrischen Leistungsniveau erstellt. Dabei zeigt sich bei einem ausgewählten Mixschild, dass die installierte Leistung nach Abzug aller einzelnen installierten Stromverbraucher eine hohe Leistungsreserve beinhaltet.

Zunächst wurden deshalb in Zusammenarbeit mit der Elektro-Abteilung mit modernen Leistungszählern die tatsächlichen Parameter auf einer TBM erfasst und die Effektivwerte der Spannung und Stromstärke aufgezeichnet. Aus diesen physikalischen Parametern werden die für die Analyse wichtigen Wirk-, Schein-, und Blindleistungen berechnet; ebenso der Phasenwinkel φ, der Leistungsfaktor und die Wirkenergiemenge.

Die aus den Rohdaten ermittelte mittlere und maximale Auslastung der Hauptverteilung HV1 zeigt eine mittlere Auslastung von nur 23 Prozent und einer Reserve von 77 Prozent, was sich bei der maximalen Auslastung auf ca. 50/50 verschiebt. Insgesamt stehen also auch bei einem absoluten punktuellen Spitzenverbrauch noch über 50 Prozent Reserve der installierten Leistung zur Verfügung. Eine solche Auswertung und Darstellung wurde ebenfalls für die weiteren Hauptverbraucher Förderpumpe P2.1 und Schneidradantrieb mit ähnlich drastischem Ergebnis erstellt.

Energiesparpotentiale identifizieren: Darstellung der Leistungsverteilung der Hauptverteilung eines Mixschildes.

In der Abbildung ist die zeitliche Leistungsverteilung der Hauptverteilung eines Mixschilds dargestellt. Dazu wurde ein Auswerte-Programm geschrieben, das 2D-Histogramme (x-z-Achse) eines Vortriebszyklus mit fortschreitender Zeit (y-Achse) hintereinander stapelt. Mithilfe dieser 3D-Grafiken ist es möglich, Energieeinsparpotentiale zu erkennen und den Tunnelvortrieb energetisch zu optimieren.

Als erstes Fazit kann festgehalten werden, dass bereits bei der Maschinenbeleuchtung Energie eingespart werden kann. Modernste LED-Beleuchtung ermöglicht einen deutlich niedrigeren Leistungsverbrauch als die herkömmliche Halogen-Beleuchtung.

Der Fokus liegt jedoch auf den Hauptverbrauchern. Der Förderkreislauf bei einem Mixschild verbraucht prozentual am meisten Energie. Mit der Entwicklung eines Abschaltkriteriums für den Förderkreislauf im Ringbau könnte der Energieverbrauch merklich reduziert werden. Ebenso kann eine näher an tatsächlichen geologischen/geotechnischen Erfordernissen orientierte Maschinenauslegung einen positiven Einfluss auf den Energieverbrauch einer TBM haben.

Die energetische Erfassung weiterer Tunnelbauprojekte bringt weitere wichtige Erkenntnisse über die Maschinenauslastung und Optimierung des Förderkreislaufes. Aufgrund der bisher niedrigeren Energiepreise wurde diesem Thema wenig Beachtung geschenkt, doch in Zukunft wird die „Energieeffizienz“ eine essentiellere Rolle für die Wirtschaftlichkeit von Tunnelprojekten spielen.

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