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Umwelt und Ressourcen

Energieeffiziente Vortriebstechnik

In Zeiten des Klimawandels und steigender Energiekosten gilt es energiesparende Alternativen zu entwickeln. Aufgrund der bisher niedrigeren Energiepreise wurde dem Thema „Energieeffizienz“ weniger Beachtung geschenkt, als es in Zukunft der Fall sein wird. Energiesparende Tunnelbohrmaschinen werden in Zukunft eine immer essentiellere Rolle für die Wirtschaftlichkeit von Tunnelprojekten spielen. Unser Ziel ist es, Tunnelbohrmaschinen künftig möglichst umwelt- und ressourcenschonend herzustellen. Die Herrenknecht AG stellt sich dieser Herausforderung und entwickelt energieeffiziente und Energiekosten sparende Tunnelbohrmaschinen. Energieverbrauch und CO2-Ausstoß sollen nachhaltig reduziert werden.  

Mit ganzer Energie für die Reduzierung des Verbrauchs

Die Herrenknecht AG übernimmt als Marktführer für maschinelle Tunnelvortriebstechnik Verantwortung und hat sich zum Ziel gesetzt, den Energieverbrauch ihrer Produkte durch bedarfsgerechte Energieströme zu reduzieren. Neben der Optimierung der elektrischen Verbraucher im Vortrieb bietet insbesondere die Wiederverwendung von Komponenten und Bauteilen über mehrere Projektzyklen hinweg einen interessanten Ansatz zur Einsparung von Energie. Hierbei spielt das sogenannte Rebuilding eine entscheidende Rolle.

Energieverbrauch im Vortrieb optimieren

Aus Sicherheitsgründen verfügt eine TBM über eine ausgeprägte Leistungsreserve, um im Notfall über genügend Leistungskapazität zu verfügen. Durch einen Vergleich zwischen dem real genutzten Verbrauchsniveau und dem elektrischen Leistungsniveau wurde ermittelt, dass Herrenknecht Tunnelbohrmaschinen selbst bei maximaler Auslastung noch über eine hohe Leistungsreserve verfügen. Diese beträgt bei der Hauptverteilung HV1 rund 50% der Verbrauchsleistung. Ein Vergleich der tatsächlichen Leistung der elektrischen Verbraucher mit dem sicherheitsbedingten Leistungsniveau zeigte, dass dieser Wert bei mittlerer Auslastung sogar bei einer Leistungsreserve von 77 Prozent liegt.

In der Abbildung ist die zeitliche Leistungsverteilung der Hauptverteilung eines Mixschilds dargestellt. Mithilfe dieser 3D-Grafik ist es möglich, Energieeinsparpotentiale zu erkennen und den Tunnelvortrieb energetisch zu optimieren.

Dadurch konnten mehrere Einsparpotentiale zur Energieoptimierung identifiziert werden:

  • 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.

  • Eine Maschinenauslegung, die sich den geologischen/geotechnischen Erfordernissen noch stärker anpasst, kann einen positiven Einfluss auf den Energieverbrauch einer TBM haben.

  • Bereits bei der Maschinenbeleuchtung kann durch den Einsatz von LED Lampen, anstatt herkömmlicher Halogen Beleuchtung, deutlich Energie eingespart werden.

Die energetische Erfassung weiterer Tunnelbauprojekte bringt zusätzliche Erkenntnisse über die Maschinenauslastung und Optimierung des Förderkreislaufes.

Emissionsarmes Rig mit Hybridantrieb 

Das HK80CK-Rig spart beim Verlegen von Pipelines dank seinem Hybridantrieb Emissionen. Statt eines Dieselmotors, der Schallschutz und Abgasreinigung notwendig macht, wird das Rig elektrisch angetrieben. Der Dieselmotor wird lediglich benötigt, um die Maschine in Position zu fahren, danach werden alle Komponenten, wie Separations- und Mischanlagen, Transfertanks, die mobile Vorbrecheinheit und Transferpumpe elektrisch angetrieben. Der Antrieb durch den Elektromotor ist umweltfreundlich, abgas- und geräuscharm. Somit wird die Akzeptanz der Bau-/Vortriebsarbeiten bei der Bevölkerung erhöht. 
Die kompakte Ausführungsvariante verfügt zudem über flexible Produktrohre, die durch den steilen Eintritt und Austritt der Bohrstange einen kurzen Bohrradius erfordern.

Erneuter Einsatz durch professionelles Rebuilding

Ein entscheidender Faktor, um den CO2-Fußabdruck von Tunnelbohrmaschinen zu reduzieren, ist eine Wiederverwendung möglichst vieler Komponenten über mehrere Projektzyklen hinweg. Um dies gewährleisten zu können, führt Herrenknecht seit Jahrzehnten eine professionelle Wiederaufbereitung von Tunnelvortriebstechnik durch – das sogenannte Rebuilding. Am Standort Kehl wird Tunnelvortriebstechnik nach dem Einsatz generalüberholt, auf die neuen, projektspezifischen Bedürfnisse angepasst und mit voller Gewährleistung auf einen erneuten Einsatz vorbereitet.

Der Product Carbon Footprint steht für die Summe der Treibhausgasemissionen im Lebenszyklus eines Produktes, von Gewinnung der zur Herstellung benötigten Rohstoffe, bis hin zur Entsorgung nach Ende der Einsatzfähigkeit. Im Rahmen einer Potentialanalyse wurde das Rebuilding mit der Neuherstellung von Tunnelvortriebstechnik verglichen und so ermittelt, welche Mengen an Ressourcen und CO2 durch das Rebuilding eingespart werden können. Hierbei konzentrierte man sich vorwiegend auf große Stahlbauteile. Das Ergebnis war eindeutig: Durch die Wiederinstandsetzung einzelner TBM-Komponenten können, im Vergleich zur Neufertigung, 65% an Treibhausgasen, 80% an Strom sowie 99% an Material gespart werden.

Für die Zukunft kann folgendes Einsparpotential festgehalten werden:

  • Unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus einer Tunnelvortriebsmaschine ergibt sich weiteres Einsparpotential.

  • Die erneute Verwendung von Tunnelbohr-Equipment nach dem Rebuild, wird den CO2-Ausstoß nachhaltig minimieren.

Um den Energieanforderungen der Zukunft gerecht zu werden, arbeitet die Herrenknecht AG an effizienten Möglichkeiten, den Energieverbrauch und CO2-Austoß von Tunnelbohrmaschinen weiter zu reduzieren.

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Jack Brockway Geschäftsführer Herrenknecht Tunnelling Systems USA Inc.
Gerhard Goisser COO Herrenknecht Tunnelling Systems USA, Inc.

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Jack Brockway Geschäftsführer Herrenknecht Tunnelling Systems USA Inc.
Gerhard Goisser COO Herrenknecht Tunnelling Systems USA, Inc.