Kooperative Innovation für Energieeffizienz, Digitalisierung und Predictive Maintenance

von Dr. Pilar Molina Gaudó

Die Energieeffizienz hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen, was zur Erforschung neuer Wege zur Erzeugung und Verwaltung von Elektrizität geführt hat. In diesem neuen Paradigma haben sich die Unternehmen Beltrán Ascensores, Epic Power und Nayar Systems, alle Mitglieder der Association of Component Companies for Lifting Devices (AECAE), zu einem Innovationskonsortium für das in diesem Artikel beschriebene Projekt zusammengeschlossen. Das Projekt ist in diesem Sektor relevant, weil es neben der Energieeffizienz auch zwei sehr wichtige Themen angeht: Digitalisierung und vorausschauende Wartung, insbesondere von Batterien.

AECAE ist ein spanischer gemeinnütziger Verein, der die Interessen von Unternehmen vertritt, die Aufzugskomponenten in unserem Land herstellen. Die Karte und die Namen aller derzeitigen Mitglieder des Verbands sind in Abbildung 1 dargestellt. Neben Unternehmen besteht der Cluster auch aus anderen Arten von Innovationseinheiten, in diesem Fall ItaInnova, sowie formellen Kooperationen mit etablierten Verbänden wie z FEPYMA (Föderation für kleine und mittlere Aufzugsinstallateure und Wartungsunternehmen) und FEEDA (Federation of Elevator Enterprise Associations). AECAE wurde 1993 gegründet und vor kurzem erhielten wir die offizielle Anerkennung des Industrial Interest Cluster vom Ministerium für Industrie, Handel und Tourismus. Diese offizielle Berücksichtigung, die nur bei entsprechender Verbreitung, Marktanteil und Größe möglich ist, unterstreicht die Bedeutung dieses Sektors im spanischen Industrieumfeld. 

Der spanische Aufzugsmarkt ist mit einem Gesamtumsatz von fast 4.7 Milliarden Euro im Jahr 2019 einer der relevantesten der Welt. Der Sektor in Spanien umfasst 440 Unternehmen, die 22,500 Mitarbeiter beschäftigen, was 0.38 % des internen BIP entspricht. Viele der Unternehmen sind klein, wobei fast 96 % 250 oder weniger Mitarbeiter haben. In diesem Szenario geht es bei F&E darum, Kräfte zu bündeln und Synergien zwischen verschiedenen kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) zu finden. 

Spanien hat mehr als eine Million Aufzüge in Betrieb; Daher ist der Binnenhandel wichtig. Dennoch ist der spanische Aufzugsmarkt eindeutig ein Exportmarkt. Spanien ist das drittgrößte Land der Welt in Bezug auf das Exportvolumen. Daten des Observatory of Economic Complexity (OEC) zeigen, dass Spanien mit Exporten in Höhe von 439 Millionen US-Dollar im Jahr 982 an dritter Stelle hinter China (506 Millionen US-Dollar) und Italien (353 Millionen US-Dollar) und vor Deutschland (2020 Millionen US-Dollar) liegt Die nächste Abbildung zeigt die Exportländer in Prozent:  

Dieses Konsortium erhielt einen positiven Beschluss des Ministeriums für Industrie, Handel und Tourismus der spanischen Regierung (Fördernummer AEI-010500-2021b-129), um die Entwicklung einer Überwachungs- und Big-Data-Architektur zur Verwaltung des Energieverbrauchs in angetriebenen Aufzügen zu koordinieren durch Batterien und Solarenergie, die voraussichtlich Mitte 2022 realisiert wird. Zu diesem Zweck werden sie ein von Epic Power (P2S) entwickeltes System verwenden, das in eine von Nayar Systems entwickelte Plattform integriert ist, die dann durch einen Pilottest im Aufzugspark Beltrán Ascensores validiert wird. 

Das von Epic Power entwickelte P2S-System (Bild 4) besteht aus einem fortschrittlichen Energieversorgungs- und Energiesparsystem für Aufzüge, durch das Aufzüge mit elektrischer Traktion und dreiphasigen Mehrmarkenantrieben vollständig über einen einphasigen Netzanschluss versorgt werden können von maximal 500W. Optional kann das P2S-System, das den Einbau von Batterien erfordert, an zwei 300-W-Solarmodule angeschlossen werden, um einen Energieverbrauch von nahezu Null zu erreichen. Durch den Einbau von Energiespeichern können die Aufzüge nach einem Stromausfall ca. 100 Mal betrieben werden. P2S gewinnt außerdem Bremsenergie in die Batterien zurück. Durch die vom P2S erfassten Daten ist es möglich, den genauen Energieverbrauch der Aufzüge, den Zustand der Batterien, die erzeugte Sonnenenergie und die vom Aufzugsmotor zurückgewonnene Energie zu bestimmen. Außerdem wird das System den Standby-Energieverbrauch des Aufzugs erheblich reduzieren, ein Zustand, der mit erheblichen Energieverlusten verbunden ist, insbesondere bei Aufzügen der ISO-Kategorien 1-3. 

Nayar Systems hat seinerseits ein Telemetriesystem entwickelt, mit dem Aufzugswartungsunternehmen ihre Geräte aus der Ferne überwachen können (vorausgesetzt, sie sind mit seiner Technologie kompatibel) und so Informationen über jede Installation empfangen und interpretieren können. Dies erfolgt über das Mehrzweck-GSR-Gerät (Abbildung 5), das mit dem Controller verbunden ist und als Verbindung zum Internet und zur Cloud von Nayar Systems, net4machines, fungiert. Damit bietet das in Castellón ansässige Technologieunternehmen die direkte Erfassung und Abfrage von Daten von GSR, das sowohl die Kommunikationslogik mit den verschiedenen Aufzugsgeräten als auch die Konnektivität zum Hochladen der erhaltenen Daten in die Cloud bereitstellt.

Endlich bietet Beltrán Ascensores diese Technologie als integrierendes Element auf dem Markt der Sanierung und energetischen Verbesserung des bestehenden Gebäudebestands an und interagiert mit dem Gebäude und seinen Nachbarn und Eigentümern. Sie haben die Technologie von Epic Power schon früh übernommen und verfügen über zahlreiche Fallstudien und Installationen, um die Projektergebnisse nachzurüsten und weiter zu verbessern. Durch die Nutzung von Solarenergie kann der Aufzug zu einem Erzeugerelement innerhalb des Gebäudes werden, was es erforderlich macht, ein entsprechendes System zu schaffen, damit die erzeugte überschüssige Energie verwendet und an andere vorhandene Verbrauchselemente umgeleitet wird. Somit steht Beltrán Ascensores als Schlüsselelement für die Entwicklung der Systemarchitektur, die Programmierung ihrer verschiedenen Komponenten und die Entwicklung von Pilottests. Abbildung 6 zeigt eine solche Installation. 

Dieses Produkt wird eine neue Art des Verständnisses des Aufzugswartungsdienstes bringen, indem es von einem traditionellen Wartungsdienst zu einem Fernüberwachungssystem auf der Grundlage von IoT-Technologien übergeht, das Wartungsvorhersagen macht, bevor Ausfälle auftreten, und es ermöglicht, entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Die mit diesem Produkt generierten neuen Dienste, die voraussichtlich bis Herbst 2022 verfügbar sein werden, werden den Reisefluss, die Geschwindigkeit, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit der Wartung sowie die Entwicklung neuer Anwendungen und Lösungen für die Aufzugswartung verbessern. Insbesondere werden neuartige Algorithmen integriert, um das Verständnis des State-of-Health (SoH) von Batterien zu verbessern. Diese als Vorhersagefunktion integrierte Funktion wird dem effizienten Wartungsprozess erheblich zugute kommen und jegliche Unannehmlichkeiten für den Endbenutzer vermeiden. 

Darüber hinaus zielt das Projekt darauf ab, über die zuvor beschriebenen Hauptziele hinauszugehen und eine erweiterte Lösung zu präsentieren, die aus einem Energieknoten besteht, der in elektrischen Aufzügen installiert werden soll, wie in Abbildung 7 hervorgehoben. Mit dieser Lösung wird die von den Aufzügen erzeugte überschüssige Energie, die Energie aus stromsparenden Netzanschlüssen oder die Energie aus erneuerbaren Quellen (Sonne oder Wind) können alle genutzt und gespeichert werden, um andere allgemeine Bedürfnisse eines Wohngebäudes zu versorgen, wodurch der Gesamtenergieverbrauch des Gebäudes reduziert wird.  

Das von AECAE koordinierte und von Beltrán Ascensores, Epic Power und Nayar Systems entwickelte Projekt wird neben anderen Partnern auch von der Universität Zaragoza unterstützt. Seine Entwicklung wird sich positiv auf mehrere Branchen auswirken und wird voraussichtlich auf verschiedenen europäischen Messen und definitiv auf der nächsten interlift im Jahr 2023 präsentiert.

Zusätzlich zu den derzeit in Entwicklung befindlichen Projektzielen hat das Projekt eine positive Wirkung in der AECAE-Gemeinschaft erzielt, Anfragen für neue Projekte bei anderen Konsortien ausgelöst und zum Aufbau eines konstruktiven Kooperationsökosystems beigetragen. 

Fortsetzung folgt in Kürze mit weiteren Ergebnissen … und weiteren Projekten. 

---

Bibliographie

[1] AECAE-Strategieplan 2020-25 (auf Spanisch). Februar 2020. 

[2] Aufzugsmarkt Spanien. (Sektorischer Ascensor informieren). 2021. Plimsoll Publishing Limited. 2021

[3] Integriertes Register des spanischen Ministeriums für Industrie, Handel und Tourismus. (Registro Integrado Industrial del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo): https://sedeaplicaciones.minetur.gob.es/RII/consultaspublicas/consultadatos.aspx

[4] Spanisches Nationales Institut für Statistik (INE) http://ine.es

[5] Außenhandelsstatistik Spaniens (Estadísticas de Comercio Exterior). Steuerbehörde Spanien (Agencia Tributaria). https://sede.agenciatributaria.gob.es/Sede/estadisticas/estadisticas-comercio-exterior.html

[6] Das Observatorium für wirtschaftliche Komplexität. https://oec.world

---