Das Mühlennetz

[saxobernd]

Elektroniker und Regelfritzen! Denkt doch mal alle mit. Ich alleine bin zu dumm dafür.
Der master des Waldmühlennetzes sitzt im Schaltschrank. Drei winzige Atmels (Tinies) regeln dort per mit PWM zugeschalteten Verbrauchern die 50 Hz. Der fette 40kW-Synchrongenerator der Mühle regelt nur die Spannung und bügelt vermutlich alles weg, was nicht sinusmäßig ist.
Ich kann mich ja sehr irren, aber ich sage mir, der nimmt alles an, was die Waldmühle anschiebt, die Pfinz, die Solarenergie, die per Wandler angeschlossenen Elektroautos, den Kumpanen, die fleißigen Twikefahrer, die kräftig in die Pedale treten, damit das Brot in der Backstube bald fertig wird (der Teig muss ja geknetet werden). Das alles über beliebige Wandler, die, so hoffe ich, das starke Regiment des dicken Synchrongenerators nicht vernbiegen können.
Das alles schwingungsstabil.
Korrigiert mich bitte, wenn ich falsch liege!
Da ich plane, einen der neuen Lifepoakkus einzubeziehen, denke ich, dass dann nie mehr die Energie auf der Insel ausgeht, denn auch die Elektrofahrzeuge können Energie transportieren, sofern die Brücke nicht durch Hochwasser weggespült wird.
Der Multifunktionssolarwandler von Victron war eine Pleite, der ist schon ausrangiert.
Die zwei kostenlosen, schweren Solarwandler aus den 90er Jahren liegen bereit, wenn mein Mii beim Transport nicht auseinanderbricht.
Der größere kann eingangsmäßig vom Partner gefüttert werden, der kleinere ist da auch schon mit 48 Volt zufrieden. Ausgang: 230 Volt, den Rest macht der Generator, so hoffe ich.
Vor der nächsten Anschaffung sollten auch unsere Spezialisten zu Rate gezogen werden.

 

[Werni]

Hi Bernd,

solange der Generator ( ich habe das jetzt so verstanden, das ist der mechanische durch das Wasserrad angetriebene Generator) läuft, sollte der das lokale Netz dort frequenzmäßig bestimmen können. Ich sehe da aber zwei Probleme:

- Dazu muss er immer laufen. Ist immer genug Wasser da?

- Die von dir beschriebene Frequenzregelung per Atmel kann nur gegen Überfrequenz vorgehen (bremsen). Kommst du in Unterfrequenz, kann sie nichts machen, wird das zu extrem, werfen die mitlaufenden Solar-Wandler wegen 'Überlast' ab. Das kannst du nur kompensieren, indem die Atmels dauerhaft etwas Last geben, also bremsen, damit sie die Bremse im Falle von Unterfrequenz ganz lösen können. Damit hast du einen Regelbereich in beiden Richtungen, 'verheizt' aber einen Teil der erzeugten Energie.

Zudem könnten die Atmels mit ihrer PWM für 'eckige' Kurvenverläufe sorgen, was die vom Generator geführten Solarwandler durcheinanderbringt.

Mein Vorschlag zur Frequenzstabilisierung: Ein Drehstromgleichrichter mit Pufferelko dahinter. Aus dem gleichgerichtetem Strom mittels eines leistungsregelbarem Ladegeräts den Mühlenakku laden. Der Atmel regelt den Ladestrom: Überfrequenz = Ladestrom hoch, Unterfrequenz = Ladestrom runter. Die Phasen werden dabei viel gleichmäßiger belastet, weniger Probleme mit bockenden Solarwechselrichtern. Diese sollten so frequenztolerant wie möglich sein, damit die Mühlengeneratorregelung zuerst eingreift.

Damit wird die 'Regellast' keinen Strom verbraten, sondern er wird gespeichert und kann via Wechselrichter später wieder genutzt werden.

Aber warum sich das Frequenzproblem mit dem Generator überhaupt antun?

Nimm einen inselfähigen Wechselrichter. Fahre das 220/380 Netz der Mühle NUR aus diesem. Der Mühlengenerator lädt über das beschriebene Drehstromgleichrichter/Kondensator/Ladegrätgespann einfach immer den Mühlenakku.

- Du hast keine Frequenzprobleme, der Generator kann frei laufen je nach Bedarf und Wasserangebot.
- tagsüber trägt das Solardach mehr Verbrauch und man kann Wasser sparen

Die wirkliche Königsdiziplin ist dann, je nach SOC des Akkus die Wasserzufuhr zu steuern. Dann hast du ein wirklich autarkes System, das auf sich selbst achtgibt, es sei denn das Wasser geht aus.

Gruß,

Werner

 

[saxobernd]

Die 3 Atmels regeln die drei Phasen einzeln auf 50 Hz, indem sie als Nullpunktsschalter für einzelne Halbphasen einzelne Verbraucher hinzuschalten. Gemessen wird jeweils die Zeit zwischen den Nulldurchgängen.Also keinerlei steile Flanken. Das funktioniert natürlich nur mit dem dicken Generator der Waldmühle, der immer mitlaufen muss, weil er die völlig wild einlaufenden Verbrauchs- und Ladespitzen glattbügeln muss und für einen , genauer drei saubere Sinusse sorgt.
Ist kein Wasser da, müsste der Antriebsriemen abgenommen werden, damit das Holzmühlwerk nicht mitlaufen muss..
Aber es kann so beliebig eingespeist werden. Verbraten werden wirklich nur die Überschüsse.
Eingespeist auf das dicke Schwungrad wird wirklich nur, wenn Energie fehlt, auch über Frequenzmessung mit ebensolchen Atmel-Modulen.
Wie viel der dicke Generator an Walzenlager-, Ventilations-, und Ummagnetisierungsleistung verbrät, weiß ich nicht.

Nur die dicken Maschinen der Schreinerei und vor allem die Teigknetmaschine benötigen den Sinus des Generators.
Aber Du hast völlig recht: lauter Gleichstromquellen (solar, Batterie und gleichgerichtete Mühle wären sehr viel sinnvoller). Auch Partner und Kumpan transportieren nur Gleichstrom heran.
Ein echter, fetter Frequenzwandler mit reinem Drehstrom- Sinusausgang wäre da sehr viel sinnvoller. Das Victronteil sollte das eigentlich leisten, war aber teuer, uneffektiv, viel zu schwach und zudem nur einphasig.Das Geld ist nicht da für Deinen Vorschlag, der natürlich das Beste ist.

Meine Meinung: die dicken Maschinen benötigen einen dicken Sinus und eine Schwungradwirkung, dafür ist der Mühlengenerator ideal. Er wird dann nur wenige Stunden im Jahr benötigt, da spielt dessen Eigenverbrauch keine Rolle und nimmt brav im Leerlauf alle Leistungen auf, die angeboten werden, auch die schlimmsten Rechteckströme.

Ich würde die Mühle bei Wassermangelganz abkoppeln und mit einem kleineren Generator versehen, der mit beliebiger Kurvenform eine zentrale Lifepo-Batterie lädt, die dann alles versorgt. Die Elektrofahrzeuge karren dann noch den fehlenden Strom heran, was sehr wenig sein dürfte. Also, wie Du vorschlägst. Nur die selten benutzten Maschinen und die Heizung benötigen dann noch ein Drehstromnetz. Alles andere kommt mit Gleichstrom oder wenigen kW reinem Sinus aus einem einzigen, einphasigen Wandler aus.
Die Antriebsriemen können wir ja aufheben, denn die Greta'schen Klimatet- Änderungen bringen spätestens alle 100 Jahre wieder Volllast für die Mühle und es wäre doch schade, wenn die Pfinz dann ungenutzt den Bach hinunter schwämme.
Fische: wenn die Pfinz jetzt regelmäßig austrocknet, werden mit Sicherheit die noch vorhandenen Fische fernbleiben, um die wir uns dann auch keine Sorgen mehr machen müssen.

Ich höre gerade von Michael: ein NiMh-Akku aus einem Leaf ist vorhanden, der ist doch ideal! Spannung passt zum Partner, 24 8V-Akkupakete.

Andere Rechnung: 87600 Stunden hat das Jahr. Drehstrom wird vielleicht für 2000 Stunden benötigt.
Der dicke Generator, wenn der im Leerlauf als Drehstromwandler mitliefe, verbraucht weniger als 1000 Watt. Also weniger als 2000kWh im Jahr. Minus die Zeit, in der die Pfinz Wasser führt. Sprich, dann bleiben vielleicht 100kWh Verlust im Jahr übrig, die Pfinz bleibt auch bei Hochwasser einsatzbereit. Ich bin der Meinung, dass es dabei keine Rolle spielt, wenn Mühle und Generator bei ausgetrockneter Pfinz aus der Batterie angetrieben werden und als reiner Drehstromwandler missbraucht werden. Ein 100Watt-Stereo-Wasserplantschverstärker, dann haben wir auch ohne Wasser eine filmreife Kulisse. Papierfische gibt es hier in Düsseldorf im Japanladen. Damit der Anblick der ausgetrockneten Pfinz nicht ganz so traurig ist.

Sprich, wir retten die Mühle in die Zukunft hinüber. Auch, wenn wir diese in den immer noch selteneren Trockenzeiten nur ganz langsam, solar und batteriebetrieben laufen lassen. Wir nebeln sie dann mit Grundwasser ein, damit das Holz nicht austrocknet und reißt.
Unser ganzes Problem ist: In der Landwirtschaft ist das Pfinzwasser mit nur 1,8 m effektivem Gefälle 200 mal mehr wert als der Mühlenstrom, der den größten Teil des Jahres nutzlos verschwendet wird.
1m³ Wasser bringen ca 5Wh Strom im Wert von 0,1 Cent, nur in Nutzungszeiten. In der Landwirtschaft ist 1m³ mindestens 20 Cent wert. Die 0,1 Cent werden zudem meist verschwendet.

Andere Feststellung zu Werners Ideen: Hinter Graben Neudorf liegen Seen. Wenn wir die per Wehrsteueung fernbedienen könnten, könnten wir die Mühlenleistung dem Bedarf anpassen. Mehr als eine Stunde Voranmeldung. Fläche: ca 0,1 km². 1cm Wasserstandsänderung entsprechen an der Rußheimer Mühle ca 5 kWh Strom. Eine Mühle mit winzigem Stausee liegt am Anfang von Graben. Die ist außer Betrieb.

 

[saxobernd]

Energiesparen = Wasser sparen = hoher abrufbarer Energievorrat.


Werner, das ist schon ein überaus interessanter Aspekt von Dir, über das bloße Mühlennetz hinaus zu blicken.
Die Zwischenspeicherung in den verhälnismäßig großen Seen hinter Graben-Neudorf würde enorme Einsparpotentiale freisetzen. Trotzdem gäbe es mehr Versorgungssicherheit.
Wenn ich von durchschnittlich 2kW Leistung des Mühlengenerators ausgehe, sind das ca 50 kWh am Tag, fast 20.000kWh im Jahr, oder aber 5 Millionen m³ Wasser, die zum allergrößten Teil ungenutzt in den Rhein fließen. Vor allem im Sommer für die Bauern ein gewaltiger Wert, von dem die Waldmühle bequem unterhalten werden könnte. Ich schätze einmal, dass alleine durch die Mehrproduktion der Bauern eine Million Euro Steuermehreinnahmen entstehen, jährlich. Nachts wird nur in der Heizsaison Wasser benötigt, im Sommer könnte die Mühle nach Mitternacht einfach still stehen, und tagsüber zum großen Teil auch. Die Seen hinter Graben würden ein enormes Einsparpotential bieten, dazu aber auch einen enormen Energievorrat während der Winterzeit. Dort gehören zwei sehr niedrige, ferngesteuerte Wehre hin. Ich denke, so von 10cm Höhe, was einer Bevorratung von 50kWh entspricht und nicht zu Hochwassergefährdung führt. Fischdurchlässig.
Kein Umbau an der Mühle erforderlich, alles bliebe, wie es ist. Dann aber fast immer mit ausreichend Leistungsreserve.
Ich denke, wir sollten über den Tellerrand der Waldmühle hinaus blicken und schon einmal das Denken in dezentralen Netzen üben. Für kurzfristige Leistungsregelung und Energiezwischenspeichrung reicht auch der kleine Speichersee vor dem Mühlenwehr, der immerhin fast einen km Länge hat.
Wenn wir dann unsere Dorfgemeinschaften zu dezentralen Verbrauchergemeinschaften zusammenschließen, ist überregionales Denken unverzichtbar. Dezentral heißt nicht, als Insel isoliert. Nicht mehr Monopole, gemeinschaftliches Denken zählt. Auch ein dezentrales Netz ist ein Netz. Die ersten Gesetze wurden bereits angepasst (Austausch zwischen direkten und gegenüberliegenden Nachbarn).
Die nächste Mühle ist elektrisch unerreichbar. Es sei denn, durch eine Ladestation und Elektrofahrzeuge. Wir helfen alle gerne mit.

 

[Kamikaze]

Wäre der ganze Aufwand mit den Wehren nicht mindestens genau so teuer, wie ein dicker Akku, der von allen verfügbaren Gleichstromquellen geladen werden kann und drei dicke Victron Wechselrichtern, die aus dem Gleichstrom dann drei saubere Sinuswellen zaubern?
(Notfalls gäbe es auch andere 3ph-Inselwechselrichter, aber da ist die Schieflastkapazität meist nicht so umfangreich gegeben wie bei drei Victrons im Verbund, falls das ein Thema sein sollte).
Ein Inselnetz kostet leider immer bedeutend mehr als Strom aus dem großen Netz, wenn dieses mit vertretbarem Aufwand erreichbar ist. In sofern sollte noch geklärt werden, ob ein Netzanschluss nicht evtl die sinnvollste (kostengünstigste) Methode sein könnte.
Eine weitere Alternative wäre ein dicker Notstromer, der dann zum Einsatz kommt, wenn besonders große Leistungen gefordert sind. Die meisten Notstromer laufen allerdings mit 60Hz, damit sich andere Stromquellen nicht "einmischen". Auch das müsste man dann steuerungstechnisch erst noch möglich machen, oder damit leben, wenn es bloß um ein paar wenige Stunden im Jahr geht.

 

[saxobernd]

Rick, der Notstromer von der BW ist vorhanden, soll aber nicht benutzt werden. Für ein vernünftiges, batteriegespeistes Inselnetz ist kein Geld da. Wegen der wenigen Stunden im Jahr, in denen Drehstrom gebraucht wird, ist der Missbrauch des Mühlengenrators als Umwandler von Gleichstrom in Drehstrom weitaus billiger. Geld spielt die wichtigste Rolle in der Waldmühle. Da ist nämlich nicht viel da.
Ich finde die Lösung, den Mühlengenerator über zweiphasige Solarwandler anzuschieben, deren Frequenzabhängigkeit ausgebaut ist, für mehr als vertretbar. Zwei Solarwandler habe ich hier, für 4800 Watt. Emil und e-Chris verraten uns, wie man die Frequenzabhängigkeit ausbaut.
Wenn die Pfinz wieder in den Streik tritt, verschwendet das trocken laufende Mühlenklapperwerk 1000 Watt, aber doch nur für wenige Stunden! Meist ist ja Wasser da, dann geht nichts verloren.
Die 24kWh-Leaf-Batterie reicht mit dem Berlingo-Stromtransporter auch für die bittersten Energiemangeltage aus.
Sogar das Kumpan-Mofa transportiert mit seinen 60 Ah und 48 Volt über 2,8 kWh. Das reicht zusammen zum Brotbacken (Teigknetmaschine ) und für die Schreinerei. Ein 10cm-Wehr halte ich zwar für machbar, aber es geht ja auch mit den vorhandenen Mitteln.
Ehe falsche Entscheidungen getroffen werden, werde ich unbedingt an der Waldmühle vorbeifahren müssen.
Da ich mich für Wandler interesssiert habe, werde ich überhäuft mit Angeboten von vevor.de. Machen einen guten Eindruck auf mich. Weiß jemand Genaueres? Von Victron ist Michael nicht mehr begeistert. Also, Hilfe ist gesucht, sprich, gute Ratschläge.
Ehe ich es vergesse: Meist verbraucht nur der Anlauf der Asynchronmotoren immens viel Strom, für wenige Sekunden. Für die kurze Zeit müssen wir dem Mühlengenerator unter die Arme greifen, per Batteriepufferung. Auch die Kühlschränke und die Wasserpumpe bringen es kurzzeitig auf -zig Ampere Belastung. Eigentlich müssten alle Asynchronmotoren ersetzt werden. Geht nicht, kostet.

 

[Kamikaze]

Gibt es einen Grund, warum die Maschinen mit den hohen Anlaufströmen nicht mit solchen Drehstromreglern ausgestattet werden?

Die sind bei Ali und Ebay recht günstig und können die Anlaufströme wirksam dämpfen.
Die Maschinen fahren dann eben langsamer an (was aber der Lebenserwartung tendentiell eher zuträglich sein dürfte).

Habe so ein ähnliches Teil (einphasig) in meiner Tischkreissäge verbaut, weil sie sonst die Sicherung killt. So läuft sie einfach etwas langsamer an und die Sicherung bleibt drin - sogar wenn nebenbei noch andere Geräte laufen.

Evtl braucht man damit gar keine Verstärkung des Inselnetzes...

Nachtrag: Die Teile haben bei korrekter Einstellung übrigens keinen erkennbaren Leistungsverlust der damit ausgerüsteten Maschinen zur Folge, sobald diese einmal hochgelaufen sind.

 

[saxobernd]

Das ist richtig. Ein paar Frequenzumrichter haben wir ja an der Mühle und bereits an der Teigknetmaschine angeschlossen. Das Ding pfiff dann nur und wir haben, vielleicht zu vorzeitig, abgebrochen.
Emil hat den Vorschlag, einen Drehstromtrafo zwischen zu hängen. Werde ich sofort ausprobieren, sobald ich in Rußheim bin.
Einfach Drossel zwischen zu hängen, hat unseren vorher gut funktionierenden, antiken Telekom (Post) -Umrichter gehimmelt. Haben wir danach nicht mehr versucht.

Ich verspreche mir ausgesprochen viel von meiner Idee, das ganze Mühlenwerk als Wandler für Gleichstrom in Drehstrom zu missbrauchen. Einfach das angedrehte Mühlwerk von einem akkugespeisten, einphasigen Frequenzwandler anzutreiben,.Gleich dreimal möglich, auch durch einen Solarwandler, dessen Frequenzerkennung ich stillgelegt habe.
Die Dinger habe ich hier. Immense Verluste, aber für wenige Stunden können wir uns das leisten. Schließlich ist dann alles vorhanden, nur minimaler Eingriff und viel Geld sparen wir auch.

Statt über Solarantrieb bei ausgetrockneter Pfinz sollten wir vielleicht auch über einen Notbetrieb mittels Pferden nachdenken. Michael ist schließlich tierlieb. Eine Weidefläche ist vorhanden.
Mein neuer Seat Mii machts mit freier Energie: bei jedem Ampelhalt lädt der nach der Rückrufaktion und "Update" mit 40 bis 60kW. Damit könnte man glatt vier Waldmühlen betreiben.