{"id":225455,"date":"2020-06-03T09:00:56","date_gmt":"2020-06-03T07:00:56","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=225455"},"modified":"2020-06-03T09:00:56","modified_gmt":"2020-06-03T07:00:56","slug":"energiewende-in-fabriken-durch-gleichstromnetze","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/energiewende-in-fabriken-durch-gleichstromnetze\/","title":{"rendered":"Energiewende in Fabriken durch Gleichstromnetze"},"content":{"rendered":"

Die Industrie und hierbei insbesondere produzierende Unternehmen, haben einen gigantischen Stromverbrauch, der zum gro\u00dfen Teil auch noch durch Energie aus fossilen Brennstoffen kommt. Ein Grund daf\u00fcr ist, dass Fabriken mit Wechselstrom betrieben werden. Forscher der Fraunhofer-Institute<\/a> f\u00fcr Produktionstechnik und Automatisierung IPA und f\u00fcr Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB arbeiten nun daran, die Energieversorgung industrieller Produktionsanlagen langfristig auf Gleichstrom umzustellen.<\/p>\n

\u201eDie Gr\u00fcnde, in der Industrie von Wechsel- auf Gleichstrom umzustellen, sind vielf\u00e4ltig\u201c, sagt Timm Kuhlmann, Wissenschaftler am Fraunhofer IPA in Stuttgart. \u201eIm Alltag sind wir h\u00e4ufig mit Gleichstrom (auch DC, kurz f\u00fcr Direct Current, genannt) konfrontiert: Computer und Smartphones, aber auch LEDs arbeiten mit Gleichstrom und ben\u00f6tigen ein Netzteil, um diesen zur Verf\u00fcgung zu stellen\u201c, erl\u00e4utert der Ingenieur. Auch bei der Stromerzeugung h\u00e4tte sich die Situation ge\u00e4ndert: W\u00e4hrend beispielsweise Kohle- und Kernkraftwerke Wechselstrom (AC, kurz f\u00fcr Alternating Current) erzeugten, w\u00fcrden insbesondere lokal verf\u00fcgbare erneuerbare Energieressourcen, wie Photovoltaikanlagen, \u201eprinzipbedingt\u201c Gleichstrom zur Verf\u00fcgung stellen. Ebenso wie auch elektrochemische Energiespeichersysteme.<\/p>\n

Energiesparende alternative Antriebe in der Produktion<\/h3>\n

Im Rahmen des Projekts DC-INDUSTRIE 2 entwickeln die Fraunhofer-Wissenschaftler Forscher gemeinsam mit mehr als 30 Partnern \u201edie industrielle Stromversorgung der Zukunft\u201c, um letztlich alle elektrischen Anlagen der Fabrik \u00fcber ein intelligentes DC-Netz zu koppeln. So soll die elektrische Versorgung energieeffizienter, stabiler und flexibler werden.<\/p>\n

Aufgrund der Ergebnisse des Vorg\u00e4ngerprojekts DC-INDUSTRIE wissen die Forscher, dass eine dezentrale Energieflussregelung eines DC-Versorgungsnetzes in der Fabrik m\u00f6glich ist. Durch den \u00dcbergang von Wechsel- auf Gleichspannung konnten au\u00dferdem Effizienzsteigerungen zwischen f\u00fcnf und zehn Prozent erreicht werden. Das sei insbesondere darauf zur\u00fcckf\u00fchren, \u201edass die Nutzung von \u00fcbersch\u00fcssiger Bremsenergie drehzahlgeregelter Antriebe \u00fcber ein Gleichspannungsnetz einfach m\u00f6glich ist\u201c.<\/p>\n

Bis heute wurden vier Testanlagen mit DC-Komponenten unterschiedlicher Hersteller ausger\u00fcstet und sind auch bereits in Betrieb. Nun gelte es, das erprobte Konzept f\u00fcr einen Maschinenverbund auf eine Produktionshalle zu \u00fcbertragen, sagt Kuhlmann. \u201eIn dem Folgeprojekt DC-INDUSTRIE 2 wollen wir zum einen eine noch h\u00f6here Energieeffizienz erreichen, CO2-Emissionen reduzieren und zum anderen flexibel auf die Einf\u00fchrung klimaneutraler Technologien reagieren k\u00f6nnen. Mit einem lokalen Gleichstromnetz in der Fabrik kann man Energieschwankungen leichter ausgleichen, die beispielsweise wetterbedingt regenerative Energien oder zunehmende Schwankungen des \u00f6ffentlichen Versorgungsnetzes mit sich bringen.\u201c<\/p>\n

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Leistungs-elektronische Wandler und station\u00e4res Batterie-Speichersystem am Fraunhofer IISB. \u00a9 Fraunhofer\/Bernd M\u00fcller<\/figcaption><\/figure>\n

Da in der Produktion ein Gro\u00dfteil der eingesetzten Antriebe \u00fcber Frequenzumrichter drehzahlgeregelt wird, werden diese Umrichter ebenfalls mit Gleichstrom versorgt. Um also f\u00fcr einen Elektromotor eine variable Spannung und Frequenz zur Verf\u00fcgung zu stellen, m\u00fcsse zun\u00e4chst die Netzwechselspannung gleichgerichtet werden. \u201eMit dem Wegfall dieser Wandlungsstufe durch die direkte Versorgung des Frequenz-umrichters mit Gleichspannung lassen sich daher Energiewandlungsverluste einsparen und die R\u00fcckspeisung von Bremsenergie wird einfach m\u00f6glich\u201c, erkl\u00e4ren die Forscher. \u201eEin weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass gerade die Gleichrichterstufen zu einer starken Oberschwingungsbelastung des AC-Netzes f\u00fchren, was aufwendige und kostenintensive Filterma\u00dfnahmen notwendig macht, um die normativ geforderte Spannungsqualit\u00e4t sicherzustellen.\u201c Auf diesen Aufwand k\u00f6nne man bei einem DC-Netz verzichten.<\/p>\n

Effiziente Energieversorgung mit DC-Smart-Grid<\/h3>\n

Bei der neuen Art der Energieversorgung ist die Lastflussaufteilung zwischen Speichersystemen, der Netzeinspeisung und erneuerbaren Energiequellen dezentral organisiert und basiert auf der Netzspannung als Indikator. \u201eDas gro\u00dfe Potenzial der Gleichstromversorgung in der Produktion liegt in der Kopplung aller elektrischen Anlagen der Fabrik zu einem intelligenten DC-Netz. Dieses erm\u00f6glicht es, die Verf\u00fcgbarkeit und Qualit\u00e4t der elektrischen Versorgung vor Ort zu verbessern und so die Zuverl\u00e4ssigkeit der Produktion zu steigern\u201c, sagt der Forscher vom Fraunhofer IPA, der im Projekt gemeinsam mit seinem Team f\u00fcr die Anforderungsanalyse der Unternehmen, den Transformationsprozess und das Netzmanagement verantwortlich ist. \u201eKonkret etablieren wir Mikronetz-Topologien, sprich Regelungscluster, die es uns erlauben, Energiespeicherung, -erzeugung und -verbrauch vor Ort untereinander auszugleichen und zu koordinieren. Sie lassen sich autark betreiben\u201c, so Kuhlmann.<\/p>\n

Basis der neuen Netzstruktur sind eine oder mehrere Schnittstellen zum AC-Verteilnetz, die \u00fcber aktive oder passive Gleichrichter die Gleichspannungsversorgung f\u00fcr die Produktionsanlagen bereitstellt. Alle installierten Verbraucher wie frequenzgeregelte Elektromotoren, die Beleuchtung und Prozesstechnologien w\u00fcrden direkt mit Gleichstrom versorgt und seien \u00fcber ein gemeinsames Gleichspannungsnetz verbunden, das in einem Spannungsband von \u00b1zehn Prozent um einen Nennwert von 650 Volt arbeite. So k\u00f6nne ein direkter Energieaustausch zwischen allen Antrieben, wie denen in Robotern oder Werkzeugspindeln, regelm\u00e4\u00dfig beschleunigt und gebremst werden. Teile, die sonst \u00fcberfl\u00fcssige Energie verbrauchen, wie zum Beispiel Bremswiderst\u00e4nde, fallen weg. \u201cWir k\u00f6nnen zwischen f\u00fcnf bis zehn Prozent Energie einsparen, indem wir einfach Gleichstrom verwenden\u201c, sagt Kuhlmann.<\/p>\n

Erste Tests laufen bereits<\/h3>\n

Aktuell laufen in Versuchshallen sowie in der Factory 56 in Stuttgart\/Sindelfingen bereits weitere Tests. Dar\u00fcber hinaus sind aktive, bidirektionale Gleichrichter, sogenannte Active Infeed Converter, direkt am Netzanschluss angeschlossen und versorgen erste Anlagen mit DC-Strom. \u201eBidirektional bedeutet, dass man dem externen Wechselstromnetz Energie als Dienstleistung anbieten kann, wenn man gro\u00dfe Erzeugungskapazit\u00e4ten vorr\u00e4tig hat. Es handelt sich also nicht um eine Einbahnstra\u00dfe. Der Verbraucher profitiert vielmehr von der Energiewende in der Industrie 4.0\u201c, so Kuhlmann.<\/p>\n

Gef\u00f6rdert wird das Projekt, das bis Ende 2022 l\u00e4uft, vom Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie BMWi.<\/p>\n

Titelbild: Im DC-Labor am Fraunhofer IPA wird die Gleichspannungsfabrik von morgen getestet. \u00a9 Fraunhofer IPA\/Rainer Bez<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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