Gleichspannung in Industrienetzen: Vorteile, Komponenten und Erfahrungen

Die zunehmende Integration erneuerbarer Energiequellen und die wachsende Nachfrage nach energieeffizienten Technologien haben die Entwicklung und Implementierung von Gleichstromnetzen in ganz Europa vorangetrieben. Dieser Vortrag zeigt die Anwendung von DC-Microgrids auf und hebt spezifische Anwendungsfälle hervor, in denen diese Systeme erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Wechselstromsystemen bieten, wie z. B. industriellen Gleichstromnetzen. Darüber hinaus wird der aktuelle Stand der Normung für DC-Microgrid aufgezeigt und welche Rolle rechtliche Rahmenbedingungen und Normen bei der Erleichterung der breiten Einführung und Interoperabilität dieser Systeme in Europa spielen.

Erneuerbare Energiequellen erzeugen Gleichstrom, dieser lässt sich in Batterien speichern und die meisten Stromverbraucher benötigen Gleichstrom. Der Elektroinstallateurmeister Bernd Zeilmann berichtet über seine Erfahrung bei der Planung, Errichtung und Inbetriebnahme von Gleichstrom Energiesystemen im industriellen Bereich. Dabei war es wichtig, das Elektro- und Informationstechnische Handwerk bereits in einem niedrigen Technologiereifegrad einzubinden und mit verschiedenen Kompetenzen aus den Bereichen Leistungselektronik, Steuer-, Mess- und Regelungstechnik, Energiemanagement, Kommunikationstechnik bis hin zur Cybersecurity zusammenzubringen. Er berichtet auch über gesetzliche, regulatorische, normative und auch technische Hürden, die zum Teil noch überwunden werden müssen. Durch eine enge Zusammenarbeit von Forschung, Industrie und Handwerk können Technologiesprünge realisiert, eine klimaneutrale, kalkulierbare Energieversorgung gewährleistet und die internationale Wettbewerbsfähigkeit hergestellt werden. Es gilt jedoch auch das Know-how in die Standardisierung und allgemein anerkannten Regeln der Technik zu überführen.

Für ein energetisch und wirtschaftlich effizientes DC-Netz ist es wichtig, dass möglichst alle Energiequellen, -speicher und -verbraucher, die am industriellen Prozess beteiligt sind, integriert werden. Da die elektrischen Anforderungen dieser Komponenten teilweise stark variieren, spielt die Verfügbarkeit von verbraucherspezifischer Leistungselektronik eine entscheidende Rolle für die Implementierung eines DC-Grids. In diesem Vortrag wird Herr Oswald die notwendigen Funktionalitäten und Topologien von DC/DC-Wandlern erläutern, um das volle Potenzial der unterschiedlichen Applikationen innerhalb eines DC-Grids auszuschöpfen.

Industrielle Stromnetze mit höheren Gleichspannungen, wie sie in den Forschungsprojekten DC Industrie, DCSchiene oder EffiDCent untersucht werden, halten langsam Einzug in die Produktionsumgebung. Dabei werden völlig neue Anforderungen an die Komponenten gestellt. Dies betrifft insbesondere den Schutz der Verbraucher vor den Auswirkungen von Überströmen. Schutzgeräte müssen schnell, selektiv und teilweise bidirektional schalten. E-T-A als Weltmarktführer im Überstromschutz arbeitet hier an Konzepten und Produkten, die diese Aufgabe elektromechanisch, elektronisch und hybrid lösen.

Im Zuge des geförderten Forschungsprojektes DC-INDUSTRIE2 setzte KUKA neben der Entwicklung eines DC-fähigen Robotercontrollers auch die Umrüstung einer Demoanlage bestehend aus vier Robotern incl. Punktschweißwerkzeugen von Wechselstrom auf Gleichstromtechnik um. Die Auswertung dieses Projektes deckte zahlreiche Vorteile der Gleichstromtechnik auf. Neben der gesteigerten Energieeffizienz durch die Rekuperationsenergie der Roboter wurden weiterhin die Potentiale der Lastspitzenreduktion durch den integrierten Kondensatorspeicher messtechnisch erfasst. Auch die kurzzeitige Überbrückung der Leistung bei Stromausfällen konnte erfolgreich getestet werden. Bestandteil des Vortrags sind weiterhin die einzelnen Schritte zur Umstellung auf Gleichstromtechnik sowie das Fazit und den Ausblick auf die Zukunft der industriellen Energieversorgung.