65% по-малко разходи за електроенергия в склада: Машина за съхранение и извличане, която се изплаща за три години

Smart Power – Capdrive: Машина за съхранение и извличане с акумулатор на енергия

Интралогистиката е изправена пред физическа и икономическа дилема: Конвенционалните машини за съхранение и извличане (SRM) консумират огромни количества електроенергия при ускоряване на товари с тегло от няколко тона – и след това напълно разсейват освободената кинетична енергия като отпадъчна топлина по време на последващо спиране. Предвид рязко покачващите се цени на електроенергията, скъпите пикови натоварвания в мрежата и все по-строгите ESG разпоредби за намаляване на CO₂, тази енергийна неефективност вече не е приемлива за компаниите. Решението се крие в концептуална промяна на парадигмата, наречена *Smart Power Technology*: Чрез използването на иновативни суперкондензатори (supercaps) – като тези в системата Capdrive от LTW Intralogistics – спирачната енергия се съхранява за части от секундата и се използва директно за следващата операция по повдигане или движение. Резултатът от това инженерно постижение е изумителен: до 65 процента по-ниски разходи за енергия, 80 процента намаление на пиковия ток и значително по-тънки захранващи кабели. Прочетете този подробен анализ, за ​​да разберете защо интелигентните системи за съхранение на енергия вече не са приятно допълнение в съвременната складова логистика, а неотложна икономическа необходимост – и как те коренно променят планирането на логистичните центрове.

Тези, които не спират, пилеят пари – Защо интелигентното съхранение на енергия в интралогистиката не е лукс, а икономическа необходимост

Глобалният пазар на машини за съхранение и извличане (SRM) не е нишов пазар. С прогнозен обем от около 1,15 милиарда щатски долара през 2024 г. и прогнозиран годишен темп на растеж от над 7%, той е един от най-динамичните сегменти в рамките на световната интралогистика. Според някои анализатори, пазарните обеми биха могли да достигнат 2,14 милиарда щатски долара до 2034 г. Този растеж се дължи не само на нарастващото търсене на капацитет за съхранение поради бума на сектора на електронната търговия и нарастващите изисквания за бързи вериги за доставки, но преди всичко на императива за ефективност – както икономическа, така и екологична.

И точно тук се отделя зърното от плявата. Докато много участници на пазара все още се задоволяват да пускат на пазара енергийно неефективни системи, пионери като LTW Intralogistics от Волфурт (Форарлберг, Австрия) постигнаха концептуална промяна в парадигмата с така наречената си Smart Power Technology. Водещият продукт на това развитие е машината за съхранение и извличане CAPDRIVE – система, която вече не преобразува безсмислено кинетичната енергия, освободена по време на спиране, в топлина, а вместо това я съхранява, използвайки технология със суперкондензатори, и я връща директно в експлоатация. Това, което звучи технически просто, има дълбоки икономически последици – за операторите, проектантите и цялата индустрия.

Физическата дилема: Когато масите се счупят

За да разберем защо „Smart Power Technology“ е релевантна икономическа категория, а не просто маркетингов лозунг, си струва да разгледаме физическите принципи на работа на стакерния кран. В основата си стакерният кран е високодинамична повдигаща система с хоризонтален компонент на движение. Той ускорява тежки товари до високи скорости и след това трябва прецизно да забавя тези маси – и това трябва да се прави в бърза последователност, в режим на 24/7 работа.

Кинетичната енергия, освободена по време на забавяне, съответства точно на енергията, изразходвана преди това за ускорение. В конвенционалните системи тази енергия се е преобразувала – и все още се преобразува в много системи – в отпадна топлина чрез спирачни резистори. Това означава, че енергията се заплаща два пъти: веднъж за ускорение и веднъж под формата на разходи за охлаждане в хладилни складове, където генерираната топлина трябва активно да се разсейва. Този ефект е особено драматичен в складовете за дълбоко замразяване, тъй като всяка единица генерирана топлина изисква допълнителен охладителен капацитет и съответно увеличава оперативните разходи.

Към това се добавя и проблемът с пиковите натоварвания. Когато системата за съхранение и презареждане (SRG) се ускори, за кратко възниква много високо търсене на енергия. При нормална работа без съхранение на енергия, тази пикова мощност трябва да бъде изцяло осигурена от мрежата. Това принуждава проектантите и операторите да проектират цялата енергийна инфраструктура – ​​трансформаторни станции, захранващи кабели, предпазители, разпределителни устройства – за максимален капацитет. Тези инвестиции в пасивна инфраструктура са значителни, но те никога не са дори близо до пълното им използване по време на нормална работа.

Подходът на суперкапитализацията – физиката като конкурентно предимство

Отговорът на тази дилема е суперкондензаторът, наричан още суперкондензатор или ултракондензатор. За разлика от конвенционалната батерия, суперкондензаторът съхранява енергия чрез електростатично разделяне на заряда на границата между електрод и електролит – без химични реакции. Това има редица технически и икономически значими последици.

Суперкондензаторите могат да се зареждат и разреждат за секунди, постигат над милион цикъла на зареждане/разреждане и имат живот над десет години – без забележима загуба на капацитет. За сравнение, литиево-йонните батерии обикновено постигат от 200 до 1200 цикъла при работна температура от 20 до 25 градуса по Целзий, преди производителността им да се влоши значително. За RBG (Rail-Driven Carriage Company), която извършва хиляди цикли на спиране и ускорение ежедневно, животът на суперкондензатора следователно не е техническа бележка под линия, а решаващ икономически фактор.

Плътността на мощността на суперкондензаторите е изключително висока, достигайки до 10 000 W/kg, което означава, че те могат да доставят много голямо количество енергия много бързо. Това е точно това, което е необходимо, когато RBG (Rail-Based Processing Unit) черпи много високи токове за кратко по време на ускорение. Фактът, че суперкондензаторите работят безупречно при температури от -40 до +70 градуса по Целзий, ги прави превъзходно решение за приложения за съхранение на студени продукти и дълбоко замразяване. Системите, базирани на батерии, биха достигнали своите граници в тези среди или биха изисквали значително по-сложни системи за контрол на температурата.

CAPDRIVE и Smart Power Technology – концепция и архитектура

LTW Intralogistics използва термина „Smart Power Technology“, за да обхване всички мерки за интелигентно използване на енергията в складовите и извличащи машини. Това обхваща две основни нива: Първо, стандартните складови и извличащи машини с DC връзка и интелигентно управление, които вече консумират до 15 процента по-малко енергия в основен режим на работа от конвенционалните системи. Второ – като най-мощният вариант – складовата и извличаща машина CAPDRIVE с интегрирано съхранение на енергия със суперкондензатор.

Основният принцип на CAPDRIVE е елегантен: Когато шасито спира и товарът се спуска, задвижващите двигатели генерират електричество. Това електричество се подава директно в суперкондензаторите, монтирани на устройството, вместо да се разсейва като топлина чрез спирачни резистори. По време на следващата фаза на ускорение или операция по повдигане, съхранената енергия се извлича от суперкондензаторите и се подава към задвижването – изцяло локално, без обратна връзка от мрежата и без сложна синхронизация с мрежата.

Това избягва няколко проблема едновременно: Не се губи спирачна енергия. Елиминира се обратната връзка от мрежата, която може да възникне при регенеративните спирачни системи. Не е необходимо мрежовата инфраструктура да бъде проектирана за максимални пикови натоварвания. А общото потребление на енергия е значително намалено. По-конкретно, според производителя, CAPDRIVE позволява икономия на енергия до 35 процента в сравнение с конвенционална система без съхранение на енергия.

Практическият тест във Волфурт – убедителни цифри

Теорията и лабораторните стойности са едно нещо. Решаващи за икономическата оценка са практическите резултати от реалните складови операции. LTW Intralogistics документира такъв референтен проект от собствения си високостелажен склад в централата си във Волфурт, Форарлберг. Там CAPDRIVE-RBG с интегрирано съхранение на енергия със суперкондензатор беше експлоатиран паралелно с конвенционален агрегат и резултатите бяха директно сравнени.

Резултатите са забележителни: Захранването от мрежата е намалено с приблизително 80 процента. Видим знак за това намаление е значително по-тънкият главен захранващ кабел: 4 x 2,5 mm² вместо 4 x 16 mm² – намаление на напречното сечение с повече от шест пъти. Това не е просто козметична разлика. Това означава по-малко материали, по-ниски разходи за монтаж, по-малки шкафове за управление и потенциално дори по-малка трансформаторна подстанция. Тези икономии на инфраструктура представляват директни инвестиционни разходи при планирането на нов склад с високи стелажи – и могат да бъдат значително намалени с CAPDRIVE.

Още по-значимо за текущите операции: Разходите за енергия бяха намалени с 65 процента. Допълнителните разходи за внедряване на технологията със суперкондензатори се възстановиха след три години. Периодът на възвръщаемост от три години за технология, чийто суперкондензаторен блок има експлоатационен живот повече от десет години, е изключително привлекателен от икономическа гледна точка – особено в среда, където индустриалните инвестиции обикновено се стремят към периоди на възвръщаемост от пет до осем години.

Разходите за енергия като подценен лост в интралогистиката

За да се оцени правилно икономическото значение на тези спестявания, е необходимо да се проучи значението на разходите за енергия в рамките на интралогистиката. Според проучвания, интралогистиката представлява приблизително 14% от общото потребление на енергия на една компания – сравнимо с дела на цялостното управление на сгради (15%). В силно автоматизираните логистични центрове разходите за енергия могат да представляват до 48% от общите оперативни разходи.

Този мащаб ясно показва: всеки, който счита енергийната ефективност в интралогистиката за второстепенна цел за оптимизация, пропуска значителен потенциал за спестявания. Като се има предвид развитието на цените на електроенергията за промишлеността в Германия и Европа – които останаха нестабилни и структурно повишени през последните години поради енергийната криза, разширяването на възобновяемите енергийни източници и свързаните с тях разходи за разширяване на мрежата – значението на тези спестявания продължава да нараства. В същото време, факторите, определящи разходите, свързани с мрежата, стават все по-актуални: в Германия измерването и фактурирането на пиковите натоварвания (т.нар. такса за капацитет) представлява значителна част от сметката за електроенергия. Тези, които намаляват пиковото си потребление на електроенергия, плащат по-малко – не само пропорционално на консумираната електроенергия, но и за целия компонент на таксата за капацитет в сметката.

Тук се крие ключово, често подценявано икономическо предимство на CAPDRIVE. DAMBACH Lagersysteme, друг доставчик в тази област, съобщава, че неговата DSE (DAMBACH Smart Energy Management) намалява пиковите натоварвания от мрежата до една пета от първоначалната им стойност, съчетано с намаление с една трета на общото потребление на енергия. Klinkhammer Intralogistics документира икономии на енергия до 40 процента в реални условия на експлоатация със своето решение със суперкондензатори, заедно с възможността за използване на по-малки електропроводи, трансформаторни станции и други инфраструктурни компоненти.

Hörmann Intralogistics дори твърди, че технологията Powercap може да постигне икономии на енергия до 40 процента и намаляване на свързаното натоварване с до 65 процента. Това намаление на свързаното натоварване е особено важно в ситуации, когато капацитетът на мрежата на обекта е ограничен или когато увеличаването на свързаното натоварване би довело до значителни разходи – ситуации, които редовно възникват при разширяване на складовите капацитети в съществуващи индустриални паркове или при ограничена мрежова инфраструктура в селските райони.

LTW Intralogistics – Инженери на потока - Изображение: LTW Intralogistics GmbH

LTW предлага на своите клиенти не отделни компоненти, а интегрирани цялостни решения. Консултации, планиране, механични и електротехнически компоненти, технология за управление и автоматизация, както и софтуер и сервиз – всичко е свързано в мрежа и прецизно координирано.

Вътрешното производство на ключови компоненти е особено предимство. Това позволява оптимален контрол на качеството, веригите за доставки и интерфейсите.

LTW е символ на надеждност, прозрачност и съвместно партньорство. Лоялността и честността са здраво залегнали във философията на компанията – ръкостискането все още означава нещо тук.

Свързано с това:

• LTW решения

Пазарни бариери и ноу-хау като ключов диференциращ фактор

Защо тогава не всички производители на машини за съхранение и извличане предлагат Smart Power Technology със съхранение на енергия? Отговорът се крие в сложността на техническата интеграция и специфичните познания, необходими за икономически изгодно внедряване.

Системата за съхранение на енергия със суперкондензатор не е компонент, който може просто да се добави към съществуващо автоматизирано управляемо превозно средство (AGV). Интеграцията изисква задълбочено разбиране на технологията на задвижване, архитектурата на управление, енергийните потоци в DC връзката и динамичните работни процедури на специфичния тип AGV. Системата за управление на енергията трябва да изчисли оптималната стратегия за зареждане и разреждане на суперкондензаторите в реално време, да координира потоците на енергия между мрежата, суперкондензатора и задвижването и едновременно с това да осигури производителността на системата по време на складова работа. Това не е тривиална задача – това е интердисциплинарен инженерен проблем на интерфейса на електротехниката, управляващото инженерство, задвижващата технология и логистичния софтуер.

LTW Intralogistics е натрупала този опит в продължение на много години. Компанията е част от Doppelmayr Group от основаването си през 1981 г. и оттогава е внедрила над 2000 машини за складиране и извозване. Дълбоките ѝ корени в задвижващата и управляващата технология – типични за производител, който разработва системи изцяло вътрешно, а не просто ги сглобява от компоненти – създават основата за интелигентната интеграция на динамиката на шофиране и управлението на енергията. Само този, който разбира превозното средство като цяло, може оптимално да интегрира съхранението на енергия в оперативния процес.

Това препятствие, свързано с компетентността, обяснява защо пазарът на интелигентни енергийни технологии със съхранение на енергия все още не се е наложил напълно, въпреки очевидните им икономически предимства. От 2022 г. насам LTW доставя 15% от всички свои машини за съхранение и извличане със система за съхранение на енергия със суперкондензатор – дял, който непрекъснато нараства, но също така показва, че технологията, въпреки предимствата си, все още е в процес на утвърждаване. Препятствията от страна на доставчика са технически по своята същност; от страна на клиента, консервативното инвестиционно поведение и липсата на разбиране на реалната обща цена на притежание (TCO) често са допълнителни пречки.

Анализ на общата цена на притежание: Колко всъщност струва една машина за съхранение и извличане

Добре обосновано инвестиционно решение за или против интелигентни енергийни технологии е възможно само ако общите оперативни разходи се вземат предвид през целия жизнен цикъл. Фокусирането единствено върху разходите за придобиване е систематично недостатъчно.

Да вземем за пример напълно автоматизиран склад за палети с високи стелажи и шест машини за складиране и извличане. Инвестиционните разходи за такава система варират от 5 до 20 милиона евро, в зависимост от конфигурацията. Значителен, често подценяван фактор за разходите е енергията и свързаната с нея инфраструктура. Разходите за енергия на напълно автоматизиран склад често надвишават тези на конвенционалните ръчни складове с 15 до 25 процента – защото конвейерните ленти, машините за складиране и извличане, както и системите за управление работят денонощно.

Когато се използва система CAPDRIVE, този баланс се променя значително. С документирани икономии на енергия от 65 процента в сравнение с конвенционалната работа и период на възвръщаемост от три години, и ако се приеме, че животът на системата е от 15 до 20 години, кумулативното предимство далеч надвишава допълнителните разходи за суперкондензаторното оборудване.

Освен това се постигат икономии в инфраструктурата: Захранващите кабели с по-малък диаметър, намалените изисквания за трансформатори и по-ниските изисквания към разпределителните шкафове и концепциите за предпазители намаляват инвестиционните разходи още от първоначалното изграждане. Макар че това предимство частично се губи в случаите на модернизация – т.е. при надграждане на съществуващи системи – текущите икономии на оперативни разходи се запазват. Със системите DAMBACH технологията може дори частично да бъде модернизирана към съществуващи системи за управление, което допълнително намалява бариерата за навлизане на пазара.

И накрая, технологията със суперкондензатори предлага още едно икономически значимо предимство, което не се отразява само в разходите за енергия: преодоляване на краткосрочните колебания в мрежата. Когато суперкондензаторната система вътрешно абсорбира колебанията в напрежението, които възникват по време на ускорение или спиране, податливостта на системата към неизправности се намалява. Това подобрява наличността на системата – а при високоавтоматизираната интралогистика наличността е пряко измерим паричен фактор. Един час престой в напълно автоматизиран склад с високи стелажи може да доведе до последващи разходи в диапазона от пет до шест цифри.

Конкурентна динамика: Между пионери и изоставащи

На пазара на RBG се очертава ясна стратегия за диференциация. От една страна, има доставчици, предлагащи интелигентна енергийна технология със съхранение на енергия като част от интегрирана системна концепция – със собствена рамка за управление, дизайн на превозното средство и архитектура на задвижването. От друга страна, има доставчици, които разчитат на стандартизирана технология за задвижване и не са разработили собствена интеграция на суперкондензатори. Разликата в цената е очевидна веднага; икономическата разлика през жизнения цикъл обаче очевидно е в полза на решенията за съхранение на енергия.

Освен LTW Intralogistics с CAPDRIVE, DAMBACH Lagersysteme със системата DSE, Klinkhammer Intralogistics и Hörmann Intralogistics следват подобни подходи. GEBHARDT Intralogistik, със своята серия Cheetah, залага на алтернативен подход за ефективност чрез последователно лека конструкция, комбинирана с рекуперация на енергия. SEW-Eurodrive предлага effiDRIVE, енергийно ефективни задвижващи пакети за стагерни кранове, които могат да намалят потреблението с 10 до 25 процента.

Забележителното е, че комбинацията от лека конструкция, интелигентно управление и съхранение на енергия от суперкондензатори не трябва да се разглежда като предложение „или-или“, а по-скоро като допълващи се мерки. Колкото по-леко е устройството, толкова по-малко енергия е необходима за ускорение – и толкова по-малки могат да бъдат суперкондензаторите, което от своя страна спестява разходи. Холистичният системен подход, като този, който LTW следва със своята технология Smart Power Technology, е насочен именно към тези синергии.

Конкурентната диференциация следователно следва граница на знанието: Всеки, който притежава собствено ноу-хау за системна интеграция, може да установи трайно предимство по отношение на качеството и разходите. Това ноу-хау не е тайна, но е трудно за копиране – защото е вградено в практически инженерен опит, стотици завършени проекти и сложна архитектура на управление. Навлизащите на пазара участници или компаниите, които се опитват бързо да придобият това ноу-хау, рискуват да не изпълнят теоретичните обещания на практика.

Целите за устойчивост като двигатели на пазара – ESG среща интралогистиката

Икономическият анализ би бил непълен без да се вземе предвид регулаторната и стратегическата рамка, в която се вземат инвестиционни решения днес. Задълженията за отчитане по ESG (екологични, социални, управленски) въпроси, изискванията за надлежна проверка на веригата за доставки и Регламентът на ЕС за таксономията все повече създават обвързващи изисквания за компаниите да документират и намаляват своя въглероден отпечатък.

Автоматизиран склад с високи стелажи, който консумира 14 процента от общите дневни енергийни нужди на компанията, е значителен източник на емисии. Всеки спестен киловатчас чрез интелигентно рекупериране на енергия директно и измеримо намалява въглеродния отпечатък – и може да бъде представен като конкретен принос към стратегията за устойчивост. За компаниите, които трябва да отчитат своя въглероден отпечатък пред инвеститори, клиенти или власти, това има осезаема стратегическа стойност, отвъд преките икономии на разходи.

Същевременно осведомеността сред малките и средни предприятия (МСП) нараства: Според проучване на Reichelt Elektronik, 89% от всички компании в Германия вече са заменили електрическите крушки със светодиоди – но във вътрешнологистиката, която консумира сравнимо количество енергия, използването на потенциала за технически спестявания далеч не е завършено. Smart Power Technology адресира именно тази празнина.

Фактът, че делът на устройствата CAPDRIVE в производството на LTW нараства постоянно от 2022 г. насам, е също сигнал, че компаниите клиенти все повече разбират комбинацията от икономии на енергийни разходи, оптимизация на инфраструктурата и стратегия за устойчивост като съгласувана инвестиционна логика.

Стратегическото инвестиционно измерение – осигуряване на бъдещето като предимство

Един последен, често пренебрегван аспект заслужава специално внимание: бъдещата жизнеспособност на инвестицията. Високостелажният склад не е краткосрочна инвестиция. Той се експлоатира в продължение на 15 до 25 години. Цените на енергията, таксите за мрежата и регулаторните изисквания през този период в момента са трудни за предвиждане. Сигурно е обаче, че натискът върху енергийната ефективност и емисиите на CO₂ структурно ще се увеличи, а не ще намалее.

Всеки, който инвестира днес в машина за съхранение и извличане без съхранение на енергия, си гарантира потребление на енергия за 15 до 20 години, което ще става все по-скъпо при вероятни бъдещи промени в условията. За разлика от това, инвестирането в интелигентни енергийни технологии създава система, която вече извлича максимума от наличната електроенергия и следователно е структурно по-устойчива на нарастващите разходи за енергия.

Тази перспектива за устойчивост не е сантиментален аргумент – тя е рационално икономическо изчисление. Точката на безубыточност на CAPDRIVE се достига след три години, докато продължаващата експлоатация след повече от десетгодишния живот на суперкондензатора генерира нетни печалби единствено от икономии на енергия. Всеки, който трезво преведе това в изчисление на нетната настояща стойност – с реалистични допускания относно дисконтовите проценти и очакваното развитие на цените на енергията – ще открие, че интелигентната енергийна технология е икономически доминиращият избор в повечето сценарии на приложение.

Накъде се е насочил пазарът?

Посоката е ясна, дори темпото да варира. Системите за съхранение на енергия, базирани на суперкондензатори, ще продължат да набират популярност на пазара за машини за съхранение и извличане – водени от нарастващите разходи за енергия, нарастващите ESG изисквания и нарастващата база от опит от реализирани проекти, което все повече демонстрира икономическите предимства.

В същото време технологичната конкуренция ще се засили. Хибридните решения, комбиниращи суперкондензатори и литиево-йонни батерии – вече тествани в изследвания под термини като PowerCaps или FastStorage – биха могли да доведат до допълнителни подобрения в производителността след няколко години. Fraunhofer IPA и неговите партньори са разработили такива хибридни системи за съхранение, които комбинират капацитета за бързо зареждане на суперкондензаторите с енергийната плътност на батериите. След като тези технологии достигнат масово производство и попаднат в ценови диапазон, подходящ за интралогистичните системи, биха могли да се постигнат още по-високи нива на възстановяване и по-дълго време за буфериране на енергия.

Дотогава суперкондензаторът ще бъде икономически и технически зрял стандарт за високодинамични приложения в интралогистиката – а CAPDRIVE е един от най-убедителните примери за това как технологичното ноу-хау и икономическата добавена стойност не са противоположности, а по-скоро взаимно зависими. Всеки, който планира склад с високи стелажи днес и не включва интелигентната енергийна технология в своя икономически анализ, планира далеч от реалността.

Ноу-хауто като едновременно бариера за навлизане на пазара и конкурентно предимство

Предпоставката на въведението не е преувеличена: Не много производители могат да предложат интелигентна енергийна технология с интегрирано съхранение на енергия – защото необходимото ноу-хау е твърде сложно, твърде специфично и твърде дълбоко вплетено в системната архитектура, за да бъде бързо имитирано. Това предпазва пионери като LTW Intralogistics от ценови натиск от взаимозаменяеми конкуренти – и създава техническо и икономическо партньорство с доказана добавена стойност за клиентите, които избират CAPDRIVE.

CAPDRIVE е повече от просто продукт. Той е доказателство, че интралогистиката вече не е чисто механична област. Тя представлява конвергенцията на задвижващата технология, инженерството на енергийните системи и интелигентното управление в интегрирана, обучаваща се система. Всеки, който разбира физическите, икономическите и регулаторните взаимовръзки, знае и защо Smart Power Technology не е опционално допълнение, а по-скоро новият стандарт за автоматизирани складови системи, ориентирани към бъдещето.

Konrad Wolfenstein

С удоволствие бих служел като ваш личен съветник.

да се свържете с мен на wolfenstein ∂ xpert.digital

Просто ми се обадете на +49 7348 4088 965 .

LinkedIn
 

Консултации, планиране и внедряване на цялостни решения за високостелажни складове и автоматизирани складови системи - Изображение: Xpert.Digital

Повече информация тук:

• Консултации и планиране на складове с високи стелажи: Автоматизиран склад с високи стелажи – Оптимизиране на складирането на палети напълно автоматично – Оптимизация на склада