Referentie 27 augustus 2021
Laadstation voor elektrische bussen: nieuw leven voor second life-accu's

Een laadstation voor elektrische bussen waarbij de energie onder andere wordt onttrokken aan de remenergie van trams - dit ingenieuze plan werd door het ingenieursbureau Fehringer uit Dortmund gerealiseerd voor het energiebedrijf RheinEnergie AG en de vervoersmaatschappij Kölner Verkehrs-Betriebe (KVB AG). Centraal onderdeel: een intelligent accu- en energiemanagementsysteem voor afgedankte autoaccu's – perfect in balans en veelzijdig verbonden met de automatiseringstechniek van WAGO.

Sinds eind december 2020 is het laadstation voor elektrische bussen met een laadvermogen van maximaal 500 kW in Köln-Bocklemünd operatief; de inbedrijfstelling werd in april 2021 afgesloten. Het laadstation is het resultaat van een onderzoeksproject van het Duitse Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) en de projectontwikkelaar Jülich (PTJ). Op het eerste gezicht lijkt het laadstation op een groot betonblok. De binnenkant van het laadstation weet echter te overtuigen met omvangrijke knowhow en innovatieve features om het openbare vervoer per bus duurzaam te elektrificeren. De daarvoor benodigde stroom wordt opgewekt door de remenergie van trams, energie die anders verloren zou gaan. De energieopslag in het laadstation bestaat uit zogenoemde second life-accu's.

Energie- en accumanagementsystemen – met automatiseringstechniek van WAGO als gegevenshub:

Beproefde en modulair programmeerbare logische controllers (PLC) met eenvoudige en open Linux®-programmeerbaarheid
Tal van adaptieve interfaces voor de visualisatie, analyse en verwerking van gegevensstromen
Decentrale, gebruikersvriendelijke visualisatie op de controller van WAGO, bijvoorbeeld in HTML5 of Grafana

Elke accu heeft een eigen karakter en een eigen verhaal te vertellen. Dit bemoeilijkt de vorming van een stabiel energieopslagsysteem.

Nicolaj Fehringer, beherend vennoot van het ingenieursbureau Fehringer

Van bijzonder afval naar tussenopslag

Bij de gebruikte second life-accu's gaat het om afgedankte accu's van elektrische auto's van de Ford Werke GmbH. De afzonderlijke accu's zijn te zwak om als aandrijfaccu van een elektrische auto te dienen. De accu's zijn echter nog wel krachtig genoeg om gemeenschappelijk als tussenopslag gebruikt te worden. "Wij blazen de accu's als het ware nieuw leven in", vertelt Nicolaj Fehringer, beherend vennoot van het ingenieursbureau Fehringer, met gepaste trots. "Deze accu's zouden anders als milieuvervuilend bijzonder afval zijn geëindigd, hoewel de accu's nog steeds over tot wel 80 procent van de oorspronkelijke capaciteit beschikken."

288 second life-accu's vormen één energieopslagsysteem

Probleem: elke accu heeft zijn eigen karakter en heeft dus ook een eigen verhaal te vertellen. Dit bemoeilijkt het in serie schakelen van second life-accu's tot een stabiel energieopslagsysteem voor het laadstation voor elektrische bussen. De oplossing: "Het door ons ontwikkelde accumanagementsysteem brengt deze accu's op een gemeenschappelijk spanningsniveau. Hiervoor wordt de accuspanning van iedere afzonderlijke accu gemeten en uitgebalanceerd", licht Nicolaj Fehringer toe. Dat klinkt gemakkelijker dan het is. Achter deze techniek gaat een zelf ontwikkeld accumanagementsysteem schuil, dat volledig op maat gemaakt is voor het concept met second life-accu's. Het extra daarvoor ontwikkelde, bovengeschikte energiemanagementsysteem zorgt voor een functionele interactie tussen alle technische componenten.

De openheid en de eenvoudige programmeerbaarheid van het Linux^®-besturingssysteem gaven de doorslag om techniek van WAGO voor de communicatie en de regeling toe te passen.

Nicolaj Fehringer, beherend vennoot van het ingenieursbureau Fehringer

Open en eenvoudig programmering met Linux^®

Het uitbalanceren van de energiebronnen is een belangrijke sleutelfactor. De hiervoor benodigde algoritmes heeft een 8-koppig team van het ingenieursbureau Fehringer in ruim anderhalf jaar ontwikkeld en geprogrammeerd – op in Linux^® programmeerbare logische controllers (PLC's) van WAGO. "De openheid en de eenvoudige programmeerbaarheid van het Linux^®-besturingssysteem gaven de doorslag om techniek van WAGO voor de communicatie en regeling toe te passen", aldus Nicolaj Fehringer. De techniek is van cruciaal belang "om ons op Linux^® gebaseerde databanksysteem met het energieopslagsysteem te verbinden".

WAGO PFC200 – flexibele dirigent voor complexe automatiseringstaken

Onder het motto "open and easy" kunnen met de PFC200, de programmeerbare logische controllers (PLC's) van WAGO, niet alleen ingewikkelde algoritmes en interfaces met een klassieke programmering conform IEC-61131 worden gerealiseerd, maar kan ook met open programmeertalen zoals C++, Python of NodeRed worden gewerkt én kunnen functies eenvoudig via Docker^® worden geïmplementeerd. Met de PFC200 van WAGO worden de energiestromen van het energieopslagsysteem van het laadstation gedirigeerd. "Wij kunnen hiermee een groot aantal interfaces aanpassen en de hieruit voortvloeiende gegevensstromen visualiseren, analyseren en verwerken." Hierdoor ontstaat dus een gegevenshub die complexe systemen met een sinds meer dan 20 jaar beproefd industrieel hardwareplatform verbindt. Het geheel wordt afgerond door de mogelijkheid om processen gebruikersvriendelijk en decentraal op de PFC-controller te visualiseren, bijvoorbeeld in HTML5 of Grafana. "Deze verzamelde en verwerkte gegevens zijn voor ons een belangrijk hulpmiddel om het laden van de bussen via het 10kV-netwerk en via het accu- en energiemanagementsysteem nog verder te optimaliseren – afhankelijk van de eisen en de beschikbaarheid."

Dit multimodale laadstation voor elektrische bussen getuigt van innovatieve duurzaamheid.

Jeff Witting, RheinEnergie AG.

Prestigeproject voor meer duurzaamheid

In dit complexe systeem moet de stroom twee keer worden omgezet: van gelijkstroom (DC) van de remenergie naar wisselstroom (AC) van het accuopslagsysteem, om op het laadpunt vervolgens weer gelijkstroom (DC) beschikbaar te stellen om de elektrische bussen van de benodigde stroom te voorzien. "Het rendement van elektrisch aangedreven voertuigen is desondanks nog altijd hoger dan het rendement van voertuigen met een verbrandingsmotor," is Nicolaj Fehringer overtuigd. Bovendien wordt door het gebruik van de remenergie een energiebron aangeboord die tot nog toe werd verspild. Afgedankte accu's van elektrische auto's kunnen zo op een zinvolle manier geupcycled worden. Het laadstation voor elektrische bussen met het innovatieve accu- en energiemanagementsysteem is daarom een echt prestigeproject, dat de negatieve aspecten van de elektrische mobiliteit vermindert en de energiebalans met het oog op meer duurzaamheid verbetert. Dat bevestigt ook Jeff Witting van de opdrachtgever, RheinEnergie AG: "Wij zijn enorm blij met het eindresultaat. Dit multimodale laadstation voor elektrische bussen getuigt van innovatieve duurzaamheid. Het concept is uniek en laat zien wat er met onderzoek, innovatie en technische knowhow allemaal mogelijk is tegen de achtergrond van het streven naar meer duurzaamheid in de energiesector."

Het concept van het laadstation in foto's

Het laadstation voor elektrische bussen is een prestigeproject dat de negatieve aspecten van de elektrische mobiliteit vermindert en de energiebalans met het oog op meer duurzaamheid verbetert.