B_I umweltbau: Welche Vorteile und Nachteile sehen Sie allgemein bei vollelektrischen Anlagen, welche bei Hybridanlagen?

Bei den Hybridanlagen handelt es sich um klassische Konzepte von hydraulischen Bohranlagen, bei denen der Verbrennungsmotor gegen einen Elektromotor ausgetauscht wurde. Vollelektrische Anlagen nutzen hingegen für die beiden Hauptantriebe eine Bohranlage (Vorschub und Drehen) ebenfalls Elektromotoren und somit kann auf einen großen Teil des Hydrauliksystems verzichten werden. Das Tankvolumen der Hydraulik kann reduziert werden und die Anzahl der Hydraulikschläuche gerade mit großen Querschnitten sinkt deutlich. Die programmierbare Steuerung der Motoren lässt erheblich mehr Parameter zu als die einer Hydraulik. Messwerte zu Drehzahl und Drehmomenten sind einfacher abzugreifen.

Im Gegensatz zu hydraulischen Anlagen haben vollelektrische Anlagen weniger Verluste. Eine laufende Hydraulik hat immer eine gewisse Grundlast und Verluste steigern sich durch ansteigende Staudrücke bei höheren Geschwindigkeiten. Hingegen verbraucht ein Elektromotor null Energie, wenn er steht und der „Verbrauch“ steigt linear mit der abgeforderten Leistung.

Nachteilig ist, dass die Elektromotoren mit Flüssigkeit gekühlt werden müssen und dafür ein Leitungssystem mit Wärmetauschern und Kühlern notwendig ist. Das Kühlsystem arbeitet im Niederdruckbereich und ist damit weniger massiv als eine Hochdruckhydraulik. Jedoch dürfen auch die hier verwendeten Flüssigkeiten nicht in die Umwelt gelangen und sind im Havariefall ähnlich wie Hydrauliköl zu behandeln.

Ein weiterer Nachteil ist das mangelnde Verständnis und Wissen rund um die vollelektrischen Anlagen, was eine Fehlersuche deutlich erschwert. Während Hydrauliksysteme den Bohrmannschaften weitgehend bekannt sind und Fehler durch Anfassen, Hören und Sehen erfasst werden können, sind Analysen bei den vollelektrischen Anlagen meist nur durch einen Service-Techniker des Herstellers möglich.

Henning Büter, Werkstattleiter De Romein Group: Durch die freie Wahl des Aggregats sind die Transportabmaße der Bohranlage auch geringer. Zudem kann man das Aggregat so modular auswählen, dass man mehrere Anlagen mit einer Energiequelle versorgt (HDD-Anlage + Mud Recycler + Mud Pumpe); somit sind auch die Vorhaltekosten für eigene Stromerzeuger geringer, weil bedarfsgerecht Stromerzeuger eingesetzt werden können. Zudem kann im Störfall auch schnell Ersatz bereitgestellt werden.

Wirtschaftlich ist auch, dass man durch die separate Anmietung der Energiequellen immer moderne und „State oft the art-Technik“ hat und das RIG so 10 bis 20 Jahre betrieben werden kann.

Vollelektrische Anlagen haben einen wesentlich geringeren Wartungsaufwand, da hier weniger Hydraulik zum Tragen kommt (meistens nur noch im Bereich der Break Unit und ggf Abstützung), d.h weniger Wechsel der Hydraulik-Leitungen (BG-Empfehlung alle 6 Jahre), weniger Hydraulikölwechsel (auch gerne mal 400 - 600 l/200 l), weniger Getriebeölwechsel (da frequenzgesteuerte Motoren oft ohne Getriebe auskommen) und weniger Verschleiß in den Zahnflanken und Lagern durch sanftere Ansteuerung des Bohrmotors, somit auch weniger Verspannungen im Tragwerk.

Im Gegenzug gestaltet sich die Wartung und Störungsbehebung bei E-Anlagen jedoch als schwierig. Es ist schwer, geeignetes und speziell geschultes Personal zu finden, das mit den neuen, hochkomplexen Anlagen umgehen kann und die nötige Expertise besitzt und zudem Reisebereitschaft zeigt bzw. gewillt ist, auf Montage zu arbeiten.

Wir kombinieren komplexe elektronische Systeme mit frequenzgesteuerten Elektromotoren und setzen diese in Verbindung mit Bentonit-Bohrspülungen. Dies erschwert nicht nur den Betrieb, sondern auch das Troubleshooting. Sämtliche elektronische Steckverbindungen bieten ein hohes Korrosionspotential bzw. erhöhen die Ausfallrate.

Allein die Suche nach „Baustellenelektrikern“ für den Leitungsbau stellt sich als Herausforderung dar. Diese Fachkräfte müssten zusätzlich über Befähigungsscheine für den jeweiligen Spannungsbereich der Bohranlagen verfügen bzw. vom Hersteller ausgebildet, um an den Bohranlagen arbeiten und eventuelle Fehler oder „Kinderkrankheiten“ beheben zu können – ein schwieriger Prozess für den Betreiber.

Die Technologie, speziell in Verbindung mit HDD-Bohranlagen, steckt noch in den Kinderschuhen. Viele Ingenieure in den Planungsbüros haben noch wenig Erfahrung mit dieser Technik, und es gibt nur begrenzt Instandhaltungspersonal auf den Baustellen, das sich schnell in die Materie einarbeiten und auch die nötigen Qualifikationen besitzen kann. Alle Komponenten sind Spezialanfertigungen mit langen Lieferzeiten, was bedeutet, dass bei Defekten oft lange auf Ersatz gewartet werden muss. Auch der Aftersales-Service ist schwierig, was zu langen Ausfallzeiten und damit hohen Kosten führt. Zudem ist das Material noch zu empfindlich, um unter den rauen Umgebungsbedingungen seine volle Leistung zu entfalten.

B_I umweltbau: Wie unterscheidet sich der Umgang mit sowie die Bedienung / das Handling von vollelektrischen Anlagen bzw. Hybridanlagen im Vergleich zu herkömmlichen?

Rubarth: Ich kann keinen Unterschied zwischen konventionellen und Hybridanlagen in Bedienung und Ansprechverhalten erkennen. Vollelektrische Anlagen sind hingegen etwas „aggressiver“ und direkter in der Ansteuerung. Das begründet sich sicherlich in der Fähigkeit der Hydraulik, durch Leitungen und Schläuche dämpfend zu wirken. Diese Fähigkeit hat der Strom nicht, Dämpfungen lassen sich aber in einem gewissen Umfang programmieren.

Büter: Technisch betrachtet haben vollelektrische Anlagen einen deutlich höheren Wirkungsgrad, was sich auch im Drehmomentverlauf und Ansprechverhalten bemerkbar macht. Das bedeutet, dass die Steuerung der Anlage präziser und besser regelbar ist im Vergleich zu herkömmlichen oder Hybridanlagen. Der Energiebedarf lässt sich leichter decken, da voll elektrische Anlagen mit frequenzgesteuerten Systemen arbeiten, während bei Hybridanlagen diese Regelung nicht so einfach umzusetzen ist. Auch bei 300 t und mehr Gewicht besteht ein liniarer Kraftverlauf. Das stellt sicher, dass die für den Bohrplatz benötigte Energie konstant und bedarfsgerecht bereitgestellt werden kann, da durch die Frequenzsteuerung keine Spitzenlasten entstehen.

B_I umweltbau: Wo sehen Sie konkret den meisten Verbesserungsbedarf bei vollelektrischen Anlagen bzw. Hybridanlagen?

Rubarth: Für Hydridanlagen sehe ich im Moment keine großen Verbesserungsmöglichkeiten.

Bei den vollelektrischen Anlagen brauchen wir mehr Qualifizierung bei den Herstellern und unserem Service-Personal. Die Software der Maschinen muss mit einem Fehlerspeicher ausgestattet werden, der auch dem Bediener die Möglichkeit gibt, Fehlfunktionen einzuschätzen und die richtigen Maßnahmen einzuleiten.

Ein weiterer Punkt ist die Abschirmung der verschiedenen elektronischen Systeme untereinander. Es kann leicht zu Störungen von Kamera- und Bussignalen durch die Versorgungsleitungen der Hauptkomponenten an der Bohranlage kommen.

Büter: Grundsätzlich ist es nie nur die Bohranlage allein, die den Ausschlag gibt. Wenn wir umweltbewusst planen und arbeiten wollen, müssen wir mehrere Faktoren berücksichtigen, um die Anlagen effizient miteinander zu kombinieren und dabei den Energieeintrag sowie die CO₂-Bilanz zu optimieren.

Ein wichtiger Aspekt ist, wie wir sicherstellen können, dass der Bohrplatz ohne den Einsatz externer Generatoren betrieben wird. Aktuell ist es häufig so, dass mehrere Dieselgeneratoren auf der Baustelle im Einsatz sind. Ein Beispiel zur Verdeutlichung: Bei einem Bohrplatz mit einer 100-Tonnen-Hybridbohranlage, die sechs DN 400 x 500-Meter-Bohrungen durchführt, sieht die Situation wie folgt aus:

Das bedeutet, dass sich der Mud Recycler und die Bohranlage einen 650-kVA-Stromerzeuger teilen, wobei sie in einem zeitlich versetzten Einsatz betrieben werden, um den Energiebedarf zu decken.

Wenn wir die Baustellen energieeffizienter und auch umweltfreundlicher gestalten wollen, benötigen wir geeignete Infrastruktur, das heißt, am besten auch bei der Baustellenplanung an die Versorgung der Medien (in erster Linie elektrische Leistung, Wasser und auch Internet) in ausreichender Form nachdenken.

Teil 2 finden Sie ab dem 30.5. auf unserer Website.