Mehr Energieeffizienz sowie der Umgang mit schwankenden Energieangeboten und wechselnden Netzqualitäten sind Aufgaben, denen sich Produktionen in naher Zukunft verstärkt stellen müssen. Ziel des Forschungsprojekts DC-Industrie ist es deshalb, die Stromversorgung industrieller Anlagen über ein smartes, offenes Gleichstromnetz neu zu gestalten und die industrielle Energieversorgungsarchitektur zu digitalisieren. „So entsteht das industrielle Energiesystem der Zukunft, ein gleichstrombasiertes Smart Grid für die Industrie. Von der heutigen Art der Energieversorgung muss sich ein solches System grundsätzlich unterscheiden. Nur so kann es den Ansprüchen nach mehr Energieeffizienz und Energieflexibilität in der industriellen Produktion genügen“, erläuterte Gunther Koschnick, Geschäftsführer ZVEI-Fachverband Automation, schon beim Projektstart.
Im industriellen Umfeld ist heute die dreiphasige 400-VAC-Stromversorgung Standard. Der Trend hin zu energieeffizienten Lösungen erfordert zunehmend drehzahlveränderliche elektrische Antriebe. In der Folge werden in Anlagen deshalb immer häufiger Frequenzumrichter mit Gleichspannungs-Zwischenkreis eingesetzt. Bei dieser Struktur der Drehzahlregelung von Elektromotoren im Wechselstromnetz führt die mehrfache Umwandlung von Wechsel- in Gleich- bzw. Gleich- in Wechselstrom zu erheblichen elektrischen Verlusten. Wurden Elektromotoren mit Frequenzumrichter bisher als Mittel der Wahl angesehen, um die strengen EU-Vorschriften der Energieeffizienzklassen einzuhalten, stößt die Technik immer häufiger an ihre Grenzen. Mit der wachsenden Zahl von Frequenzumrichtern im Netz und den damit zunehmenden Oberwellen ist es immer schwieriger, die Netzstabilität sicherzustellen.
Die Abkehr von der Wechsel- hin zur Gleichspannung könnte hier enorme Effizienzvorteile und Energieeinsparungen bei der Versorgung von Maschinen schaffen. Ziel des Projekts ist deshalb die bedarfsorientierte Verteilung von Energie innerhalb von Produktionsanlagen mit einem hohen Maß an Energierecycling bei geringen Wandlungsverlusten. Darüber hinaus ist die Integration von Energiespeichern sowie alternativen Energien in das System einfach möglich. Mit der Bremsenergie-Rückspeisung ergeben sich zusätzliche Chancen für ein intelligentes Energiemanagement. Gleichstrom bietet zahlreiche Vorteile. Durch intelligente Netzsteuerung und integrierte Speicher kann sie flexibel und robust auf schwankende Netzqualität und Energieangebote reagieren. Außerdem können erneuerbare Energien leichter eingebunden und Wandlungsverluste von Wechsel- in Gleichspannung vermieden werden. Lassen sich die wenigen Nachteile der DC-Technik wie Schaltlichtbögen mithilfe neuer Materialien lösen, dann resultiert neben geringeren Systemkosten auch eine deutliche Verbesserung der Energieeffizienz. ge
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