Keine Frage: Auf dem Weg zu einer klimaneutralen Industriegesellschaft spielt Wasserstoff (H2), der unter Nutzung regenerativer Energiequellen hergestellt wird, eine Schlüsselrolle. Denn das Gas ist ein hervorragender Energieträger. Es lässt sich beliebig lange speichern und bei Bedarf entweder wieder in Strom umwandeln – oder auch für innovative Anwendungen nutzen. Ein solches Anwendungsfeld ist der mögliche Einsatz von Wasserstoffantrieben in der Mobilität der Zukunft.
Wichtiger Treiber der Energiewende
Ein spezialisierter Player bei der Entwicklung und Realisierung entsprechender Technologien ist die deutsche Firma Maximator Hydrogen mit Sitz im thüringischen Nordhausen. Gestartet ist sie als Tochter der Firma Maximator, Weltmarktführer im Bereich Hochdrucktechnik. Seit 2022 bildet das Unternehmen als eigenständige GmbH mit heute rund 170 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die gesamte Wertschöpfungskette der Wasserstofftechnologien ab: von der Entwicklung spezialisierter Komponenten, über die Produktion, den Transport und die Distribution von Wasserstoff bis hin zum Customer Support für die Endanwender. Seit Februar 2019 fokussiert sich Maximator Hydrogen auf die Produktion von Wasserstofftankstellen aus einer Hand inklusive Service, Support sowie integriertem, digitalem Analysetool. Für die angestrebte Herstellung von 200 Tankstellen jährlich ist am Firmensitz in Nordhausen Deutschlands größte Produktionsstätte für Wasserstofftankstellen entstanden.
Wasserstofftankstellen erfordern Sicherheit und Verfügbarkeit
Jede Wasserstofftankstelle umfasst vier Bereiche: Anlieferung (z. B. über Trailer oder über eine Pipeline) bzw. Erzeugung (durch einen stationären oder einen mobilen Elektrolyseur) – Verdichter (Kompressor) – Speicher – Ausgabe (Dispenser). Der Druckbereich liegt je nach Anwendung entweder bei 350 bar (im Nutzfahrzeug- und Schwerlastsektor) oder bei 700 bar (im öffentlichen PKW-Bereich). Unabhängig vom Druckbereich stellen Wasserstofftankstellen sehr hohe Anforderungen an die Sicherheit. Das betrifft zum einen den Prozess und zum anderen den Explosionsschutz (Ex-Schutz). Über die hohen Sicherheitsstandards hinaus strebt Maximator Hydrogen für ihre Anlagen eine 100-Prozent-Verfügbarkeit an. Dabei spielen auch die industrielle Schalttechnik und die Schutzkomponenten der Energieverteilung eine wichtige Rolle. Sie steuern zum Beispiel betriebswichtige Komponenten wie Lüfter und Pumpen an oder sorgen im Fehlerfall für eine sichere Abschaltung des betroffenen Stromkreises.
Entscheidung für Gesamtpaket von Siemens
Auf der Suche nach geeigneten elektrotechnischen Komponenten unternahmen Erik Albrecht-Laatsch, Head of Engineering bei Maximator Hydrogen, und sein Team zunächst eine umfangreichere Marktrecherche. Zwei zentrale Anforderungen standen dabei im Fokus: zum einen die fehlersichere (Fail-safe) Ausführung der industriellen Schaltgeräte und zum anderen deren Zulassung für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (Ex-Zonen). Tatsächlich erwies sich Siemens als einziger Anbieter am Markt, der beide Anforderungen voll erfüllen konnte. Das bestätigt Marcel Urban, Team Leader Electrical Engineering bei Maximator Hydrogen: „Deshalb ist es extrem wichtig, dass wir Komponenten gefunden haben, die modular eingesetzt werden können, eine Zulassung für den explosionsgefährdeten Bereich haben und gleichzeitig fehlersicher sind.“ Konkret kommen nun in jeder Tankstelle Komponenten aus dem Sirius- und dem Sentron-Portfolio von Siemens Smart Infrastructure zum Einsatz, im Einzelnen: fehlersichere Motorstarter ET200SP, fehlersichere Sanftstarter 3RW55, Sentron Kompaktleistungsschalter 3VA2 und das Messgerät PAC 4200 zur Erfassung von Energiedaten. Schütze, Überwachungs- und Koppelrelais, Signalsäulen, Drucktaster und Leuchtmelder ergänzen das Gesamtpaket. Auch die Steuerung der Anlage, eine Simatic S7 inklusive Bedienpanel und dezentraler Peripherie, stammt von Siemens.
Fehlersicherer Motorstarter
Unterschiedliche Lüfter der Wasserstofftankstelle werden durch Motorstarter Simatic ET 200SP angesteuert. Aufgrund ihrer ATEX-Zertifizierung sind sie zugelassen für Antriebe, die sich im Ex-Bereich befinden. Mit nur 30 Millimeter Baubreite bei voll integrierter Sicherheitstechnik können die Direktstarter ein- und dreiphasige Motoren im Leistungsbereich von bis zu 5,5KW starten und schützen. Aufgrund ihres Aufbaus in Hybrid-Schalttechnik sind die Motorstarter nicht nur deutlich kompakter, sie haben auch eine höhere Lebensdauer. Durch die besondere Anordnung und Überprüfung der Schaltelemente wird bei den fehlersicheren Motorstartern eine sicherheitsgerichtete Abschaltung erreicht. Als weiteres Argument sprach für die Motorstarter, dass sie über ihre Grundfunktion und die standardmäßige Überwachung des Nennstroms hinaus noch sehr viele andere Kennwerte liefern können, etwa ein sofortiges Bemerken eines blockierten Motors oder Phasenunsymmetrie- und Nullstromerkennung. „Die fehlersicheren Direktstarter sind für uns sehr interessant, weil sie eine sehr hohe Diagnosedichte liefern. Ich bekomme aus den Geräten wirklich sehr viele Werte raus, ohne dass ich dafür einen konstruktiven Mehraufwand habe. Zum Beispiel kann ich mir alle möglichen Diagnosedaten – in dem Fall der Lüfterantriebe – anzeigen lassen und daraus sehr gute Rückschlüsse auf die jeweiligen Zustände ziehen“, so Marcel Urban.
Fehlersicherer Sanftstarter und Kompaktleistungsschalter
Der Elektromotor der Antriebshydraulik für den Kompressor wird mit einem Sanftstarter 3RW55 gestartet, ebenfalls in fehlersicherer Ausführung. Gerade wenn es, wie bei einer Wasserstofftankstelle, um eine möglichst kompakte Konstruktion geht, ist ein solcher Sanftstarter eine gute Alternative zu anderen Motoransteuerungen bzw. Anlaufverfahren: Er ist deutlich kleiner als ein Frequenzumrichter im entsprechenden Leistungsbereich. Und es gibt auch keine Strom- und Drehmomentspitzen, welche etwa bei einer Stern-Dreieck-Anlaufsteuerung beim Ein- und Umschalten üblich sind. Das trägt dazu bei, dass die Mechanik geschont und der Netzanschluss beim Kunden nicht überlastet wird. Die Sentron Kompaktleistungsschalter der Baureihe 3VA2 sind für Anwendungen mit erhöhten technischen Anforderungen und einem Bemessungsstrom bis zu 1.600A ausgelegt. Sie zeichnen sich aus durch hohes Schaltvermögen, verschiedene elektronische Überstromauslösern (ETUs), sehr gute Selektivitätseigenschaften und viele weitere Funktionalitäten. Zudem bietet eine breite Palette an Zubehör – wie Motorantriebe, Seitenwanddrehantriebe und Verrieglungen – über 500 Kombinationsmöglichkeiten. Somit ist der Schalter exakt auf die Herausforderungen verschiedener Projekte anpassbar und bietet nahezu grenzenlose Möglichkeiten für Funktionserweiterungen – einfach, modular und sicher. Zum Zubehör-Programm zählt auch ein Motorantrieb für den Hauptschalter, der auf dem Kompaktleistungsschalter zum Einsatz kommt. Dieser erlaubt es, den Schalter per Fernzugriff zu steuern. Es ist also kein manuelles Eingreifen vor Ort notwendig. Marcel Urban von Maximator Hydrogen sieht darin einen großen Vorteil: „Wir legen großen Wert darauf, dass wir die Anlagen per Remote bis nahe an 100 Prozent steuern und auch analysieren können, gerade bei der Störungsbehebung, was der Sentron Kompaktleistungsschalter 3VA2 ermöglicht.“
Fazit
Mit industrieller Schalt- und Schutztechnik von Siemens können die Verantwortlichen der Firma Maximator Hydrogen zum einen weltweite Normen und Zulassungen erfüllen. Zum anderen sprach für ihre Entscheidung, dass sich mit den Komponenten alle Anforderungen ‚aus einer Hand‘ erfüllen lassen. Und nicht zuletzt sind für Motor- und Sanftstarter fehlersichere Varianten (Fail-Safe) verfügbar.
