Gemeinsam bereit für die Energiefragen der Zukunft

Das französische Unternehmen Pienergies ist auf die nachhaltige Entwicklung und Erzeugung erneuerbarer Energien spezialisiert und unterstützt Kunden seit über zwanzig Jahren bei der Energiewende. Das Unternehmen entwickelt u.a. Kleinstwasserkraftwerke und Photovoltaik-Projekte: vom Entwurf und dem Projektmanagement bis hin zur Anlagenwartung.

Die Entscheidung für Kleinstwasserkraftwerke erfolgte aus technischen und ökologischen Gründen, die mit dem Firmenstandort in der französischen Region Auvergne-Rhône-Alpes zusammenhängen. Kleinstwasserkraftwerke nutzen den natürlichen Wasserlauf und da sie am Flussufer stehen, müssen keine umweltschädlichen Staudämme und künstlichen Seen angelegt werden.

Logistisch betrachtet ist die Errichtung dieser Micro-Wasserkraftanlagen ebenfalls einfacher. Sie sind deutlich kostengünstiger, schonen die Umwelt und erhalten die Lebensqualität vor Ort. Im Vergleich zur herkömmlichen "grünen" Energieerzeugung stehen sie damit für einen noch umweltfreundlicheren Ansatz.

Aufgrund seiner idealen Lage in der Region Auvergne-Rhône-Alpes und der Zusammenarbeit mit an Wasserläufen angesiedelten Unternehmen konnte Pienergies seit 1999 seine Geschäftstätigkeit im Bereich der Energieerzeugung aus Wasserkraft gewinnbringend ausbauen.

Mittlerweile umfasst die Produktion von Kleinstwasserkraftwerken und Photovoltaik-Anlagen 50 %, während 30 % auf deren Management, 18 % auf Automatisierungsprojekte sowie die verbleibenden 2% auf die Installation von Ladestationen für Elektrofahrzeuge entfallen.

Die Stärken des Unternehmens liegen in seiner Vielfalt und technischen Expertise, die es zu einem echten Spezialisten für nachhaltige Energien machen. „Wir stellen in erster Linie unser technisches Know-how in den Fokus“ erläutert Kevin Moland, Managing Director von Pienergies. „Dieses wollen wir weiterentwickeln, insbesondere in Europa. Die effiziente Unterstützung unserer Kunden inklusive der Überwachung und Wartung ihrer Anlagen über verschiedenene Projektphasen hinweg sehen wir dabei als eine unserer Kernkompetenzen.“

Pienergies und Hexagon kooperieren bei der Entwicklung, Produktion und dem Betrieb von Pelton-Turbinen bzw. Pelton-Laufrädern, die bei Wasserkraftwerken zum Einsatz kommen und durch den auftreffenden Wasserstrahl in Bewegung gesetzt werden. Sie sind wichtiger Bestandteil des Prozesses, bei dem natürliche kinetische Energie des aufgestauten Wassers in Strom umgewandelt wird.

Ihre Konstruktion ist hochkomplex, da sowohl alle Parameter beim Kontakt des Wassers mit den Turbinenschaufeln als auch der Standort des Wasserkraftwerks hinreichend zu berücksichtigen sind.

Ein wichtiger Designparameter besteht darin, dass der laterale Wasserfluss um die konkaven Schaufeln möglichst gering gehalten werden muss. Das bedeutet, dass jedes Kleinstwasserkraftwerk, das von Pienergies produziert wird, ein genau auf die jeweils spezifischen Anforderungen zugeschnittenes Pelton-Laufrad benötigt.

Ein idealer Anwendungsbereich für das breite Spektrum an Fertigungslösungen von Hexagon – von Design-, Engineering- und Fertigungssoftware bis hin zu Softwareund Hardwarelösungen für die Inspektion. Ziel von Pienergies ist es, die Produktion der Mikro-Wasserkraftanlagen durch eine „digitale Bibliothek“ und einen einheitlichen intelligenten Produktionsfluss zu optimieren, die auf den End-to-End-Lösungen von Hexagon beruhen.

Konsequenter Einsatz für erneuerbare Energien

Der Konstruktionsprozess beginnt bei Hexagon mit mobiler Messtechnik in Kombination mit Reverse Engineering sowie Prüfsoftware.

Der Absolute Scanner AS1 gewährleistet eine schnelle Digitalisierung und beispiellose Genauigkeit. Er erfasst präzise bis zu 1,2 Millionen Punkte pro Sekunde. Der Scanner ist an einem vielseitigen und robusten mobilen Absolute Arm mit 7 Achsen angebracht, der ein einheitliches Koordinatenreferenzsystem für die erfassten Scandaten bereitstellt. Der Absolute Arm mit Schutzart IP54 misst selbst in der Umgebung eines Kleinwasserkraftwerks mit hoher Feuchtigkeit genau und zuverlässig.

Genau aus diesem Grund hat sich Pienergies für Hexagon entschieden. Da die Pelton-Laufräder bis zu 1.400 Kilogramm wiegen, müssen die Messungen während der Installation auf dem Boden der Wasserkraftanlage unter schwierigsten Bedingungen erfolgen.

Sind die erforderlichen Messdaten erfasst, übernimmt die Software von Hexagon. Mithilfe der Softwarepakete REcreate und DESIGNER wird in einem intelligenten Reverse-Engineering-Prozess ein detailliertes CAD-Modell des gemessenen Laufrades erstellt. Dieses Modell dient als Basis des Simulationsprozesses mit dem Ziel der Leistungsoptimierung des Pelton-Laufrads.

Die Software Cradle scFlow für die computergestützte Strömungssimulation führt auf Basis des CAD-Modells Simulationen unter tatsächlichen Betriebsbedingungen durch, die sicherstellen, dass der Prototyp die Effizienzerwartungen erfüllt.

Das auf Basis der Berechnungen von Cradle überarbeitete digitale Modell von REcreate und DESIGNER, wird im nächsten Schritt in die Software Simufact Additive übertragen. Hier entsteht der erste digitale Prototyp. Simufact Additive konzentriert sich auf die Vorhersage und Kompensation von Verzug und Eigenspannung im Fertigungsprozess. Nach der Validierung des Prototypen kann die Fertigung des optimierten Pelton-Laufrades beginnen. Der Fertigungsprozess wird von ESPRIT unterstützt.

Diese CAM-Lösung nutzt einen digitalen Zwilling der Maschine zur Vereinfachung des Programmierprozesses und stellt einen sofort nutzbaren NC-Code bereit.

Ergänzend zu ESPRIT simuliert, verifiziert, optimiert und prüft die CNC-Simulationssoftware von NCSIMUL die von ESPRIT generierten Bearbeitungsprogramme auf Basis der tatsächlichen Eigenschaften der NC-Maschine.

Darüber hinaus lässt sich im Bearbeitungszentrum ein breites Spektrum an Hard- und Software von Hexagon für die Programmierung und Vorabüberprüfung einsetzen. So können beispielsweise per Tool Setter Länge und Radius gemessen werden. HxGN NC Server bietet Zugriff auf ein Dashboard direkt im Bearbeitungszentrum, ohne dass das Werkstück entnommen werden muss.

Sind die Pelton-Laufräder gefertigt und einsatzbereit, werden sie für die Validierung und Digitalisierung zerlegt und erneut geprüft. Hierbei kommt der Absolute Scanner AS1 mit dem Absolute Arm in Kombination mit der intuitiven Prüfsoftware Inspire zum Einsatz.

Die Einhaltung der Konstruktionsabsicht spielt sowohl während der Fertigungsprozesses als auch bei der Nachbearbeitung eine wichtige Rolle. Dazu gehört auch die Überwachung der Fertigungsqualität mit der Software Q-DAS eMMA. HxGN Metrology Reporting stellt dann auf einer skalierten Plattform die Daten zur Verfügung und vereinfacht so die endgültige Validierung sowie das Reporting.

 

Für Prüfaufgaben an Pelton-Laufrädern mit einem Durchmesser von fünf Metern, die sich mit einem mobilen Messarm nicht mehr erfassen lassen, eignet sich der Laser Tracker Leica Absolute Tracker AT500 mit B-Probeplus und kabellos handgeführtem Probing ideal. Die Software ESPRIT kommt bei der hybriden Reparatur und der Bauteilreproduktion zum Einsatz.

Mit dem direktscannenden Leica Absolute Tracker ATS600 lässt sich zudem in jeder Phase des Installationsprozesses die mechanischen Umgebung der gesamten Anlage scannen. Dafür sind keinerlei Messmarken am Messort nötig.

„Hexagon arbeitet mit uns in allen Phasen des Projektes zusammen“, erklärt Moland. „Vom Design über die Strömungsanalyse und dem Scanning unserer Bauteile bis hin zur Wartung. Dank der Expertise von Hexagon können wir die erforderlichen spezifischen Technikleistungen erbringen.”

Die Kunden von Pienergies können sich jederzeit auf ihren Partner verlassen. Dasselbe gilt für die enge Geschäftsbeziehung zwischen Pienergies und Hexagon. „Bei der Errichtung und Reparatur von Kleinstwasserkraftwerken hängt alles von der Produktion ab“, so Moland. „Kurze Reaktionszeiten, Kompetenz und Pragmatismus spielen eine entscheidende Rolle, insbesondere bei Reparaturen. Bei der Projektdurchführung verfolgen Hexagon und Pienergies  ähnliche Grundsätze und beide Unternehmen haben die gleiche DNA.”

Enge Zusammenarbeit in jeder Phase

„Wir arbeiten seit Langem mit Hexagon zusammen – bereits über 12 Jahre. Das Team unterstützt uns bei einer Vielzahl unterschiedlicher Projekte, wie im Bauwesen, bei Energiemanagement und -überwachung, während des Projektmanagements, bei Machbarkeitsstudien im Ausland und vielem mehr.”

Wir wollen eine Alternative zur Atom- und Öl-Energie anbieten und uns in der aktuellen Energiewende positionieren. „In den letzten 30 Jahren konnten wir feststellen, dass sich alle Akteure, insbesondere die Politik, in die richtige Richtung bewegen. Unsere Flotte beispielsweise bietet 100 % erneuerbare Energie. Wir verfügen über die Mittel, eine lokale und tragfähige Energiequelle anzubieten.“

Pienergies hat sich zum Ziel gesetzt, seine Präsenz in der Region Rhône-Alpes, auf dem französischen Festland und in den Überseegebieten zu stärken, sich aber auch international zu öffnen. Hier liegt der Schwerpunkt auf Südafrika, Osteuropa und Lateinamerika. Mit dem umfassenden Lösungspaket von Hexagon wurde dafür die beste Grundlage geschaffen.