Effiziente Gleichstromnetze für Fabriken und mehr: Fraunhofer IPA
Strom ist in der Industrie ein unverzichtbarer Bestandteil der Energieversorgung. Bisher wurde in den meisten Fabriken Wechselstrom verwendet, aber immer mehr Unternehmen setzen nun auf Gleichstrom. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA hat gemeinsam mit 39 namhaften Partnern ein Systemkonzept entwickelt, das die Implementierung von offenen Gleichstromnetzen in Fabriken ermöglicht. Dieses Konzept zeichnet sich durch hohe Effizienz und Flexibilität bei der Energieversorgung aus und ist herstellerunabhängig sowie standardisiert.
In vielen Fabriken verfügen Maschinen bereits über einen Zwischenkreis für Gleichstrom. Allerdings wird das Netz in den meisten Fällen mit Wechselstrom geliefert, wodurch viele Antriebe einen Gleichrichter benötigen. Das neue Konzept des Fraunhofer IPA sieht vor, den gesamten Gerätepark einer Fabrik von Anfang an durch einen zentralen Gleichrichter mit Gleichstrom zu betreiben. Dadurch können Energie und Ressourcen eingespart werden.
Die Forschungsprojekte DC-INDUSTRIE und DC-INDUSTRIE2, an denen sich 39 Unternehmen und Institute beteiligten, haben ein Konzept für ein Gleichstromsystem entwickelt, das den Weg für eine Standardisierung ebnet. Um die Implementierung von Gleichstromnetzen in Fabriken zu erleichtern, strebt man eine einheitliche Sprache zwischen Komponentenherstellern, industriellen Netzbetreibern und Dienstleistern an. Erste erfolgreiche Industrieprojekte haben bereits die Reife dieser Technologie und ihre konkreten Vorteile für die Industrie gezeigt.
Die Verwendung von Gleichstromnetzen in Fabriken bietet zahlreiche Vorteile und ermöglicht eine hohe Effizienz. Einsparungen von 8 bis 12 Prozent können bei der Infrastruktur wie Lüftung oder Beleuchtung erzielt werden, bei Fertigungsrobotern sogar bis zu 15 Prozent und bei Logistiksystemen sogar bis zu 20 Prozent. Durch den Verzicht auf eine Phase bei den Leitungen kann Kupfer eingespart werden. Zusätzlich können die bisher ungenutzte Bremsenergie von Maschinen und die Energie aus Photovoltaikanlagen effizient ins Gleichstromnetz eingespeist werden.
Die Implementierung eines Gleichstromnetzes und eines intelligenten Netzmanagements stabilisiert die Produktion in Fabriken. Angesichts des steigenden Einsatzes erneuerbarer Energien treten im öffentlichen Wechselstromnetz vermehrt Spannungseinbrüche und kurzzeitige Stromausfälle auf. Das Gleichstromnetz stellt eine Lösung dar, indem es diese vorübergehenden Störungen überwindet und die Produktion durch einen gemeinsamen Netzanschlusspunkt stabiler macht. Allerdings ist eine präzise Regelung von Spannung und Strom erforderlich.
Das Fraunhofer IPA hat das Konzept und das Design des Netzmanagements entwickelt, um eine dezentrale und flexible Steuerung von Lasten und Speichersystemen zu ermöglichen. Dadurch werden nicht nur die Energiekosten gesenkt, sondern auch der Installationsaufwand minimiert. Ein Simulationsmodell des Instituts zeigt, dass das Netzmanagement in der Lage ist, Extremfälle erfolgreich zu bewältigen. Es kann leicht an beliebige Fabriken angepasst werden und ermöglicht eine bessere Abstimmung von Energieverbrauch und -produktion.
Selbst in bereits bestehenden Produktionshallen kann es rentabel sein, eine Potenzialanalyse für die Umstellung von Wechsel- auf Gleichstrom durchzuführen. Das Fraunhofer IPA hat eine Methode entwickelt und ausführlich getestet, um bestehende Maschinen auf den Betrieb mit Gleichstrom umzurüsten.
Das Systemkonzept zur Implementierung von Gleichstromnetzen in Industrieanlagen markiert lediglich den Beginn. Die Open DC Alliance (ODCA) plant, die Entwicklung und weltweite Förderung voranzutreiben. Die Pläne beinhalten die Erweiterung auf weitere Länder und Branchen, einschließlich Privathaushalte und Einzelhandel. Gleichzeitig wird kontinuierlich an der Entwicklung von Normen und Standards gearbeitet, um die umfassende Umsetzung dieser Technologie zu fördern.
Schlagwörter: Gleichstromnetze + Energieeffizienz + Netzmanagement
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