Offenes Gleichstromnetz für den breiten Einsatz in der Industrie
16.11.2023
Eine bestehende Spritzgussmaschine wird auf Gleichstrombetrieb umgerüstet.
Bild: Fraunhofer IPA/Rainer Bez
Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) hat zusammen mit 39 Partnern ein Systemkonzept entwickelt, das die Einführung von Gleichstromnetzen in Produktionsstätten ermöglicht. Dort besitzen viele Maschinen einen Gleichstrom-Zwischenkreis (engl. Direct Current, kurz DC). Doch das Netz liefert Wechselstrom, sodass viele Antriebe einen Gleichrichter benötigen.
Im Rahmen der Projekte „DC-INDUSTRIE“ und „DC-INDUSTRIE2“ wurde ein DC-Systemkonzept erarbeitet, das den Weg für eine Standardisierung bereite. Eine gemeinsame Grundlage zwischen Komponentenherstellern, industriellen Netzbetreibern und Dienstleistern soll die Implementierung von Gleichstromnetzen in Fabriken erleichtern. Erste erfolgreiche Industrieprojekte unterstreichen die Reife dieser Technologie und ihre konkreten Vorteile für die Industrie, heißt es von Seiten des Fraunhofer Instituts. Ein Simulationsmodell des IPA soll das Netzmanagement von Betreibern unterstützen, indem es Energieverbrauch und -produktion aufeinander abstimmt.
Effizienz mit DC-Netzen
Eine Gleichstromfabrik hat viele Vorteile, wie das Institut unterstreicht. Vor allem helfe sie, Energie zu sparen: „Bei der Infrastruktur wie Lüftung oder Beleuchtung können 8 bis 12 %, bei Fertigungsrobotern bis zu 15 % und bei Logistiksystemen bis zu 20 % eingespart werden. Dazu entfallen Verluste durch Blindleistung und die Gleichrichter der einzelnen Werkzeugmaschinen. Bremsenergie von Maschinen, die bisher verpufft, lässt sich ins DC-Netz speisen. Bei den Leitungen entfällt eine Phase, was Kupfer spart. Zusätzlich lassen sich Photovoltaikanlagen, die zu einer modernen Fabrik gehören, integrieren. Die grüne Energie, die von den Solarzellen umgewandelt wird, ist ebenfalls Gleichstrom“, hebt das Institut hervor.
Mit dem zunehmenden Einsatz erneuerbarer Energien kommt es im öffentlichen AC-Netz vermehrt zu Spannungseinbrüchen und kurzzeitigen Stromausfällen. Das Gleichstromnetz bietet eine Möglichkeit, kurzzeitige Störungen zu überbrücken und die Produktion durch einen gemeinsamen Netzanschlusspunkt zu stabilisieren. Allerdings erfordert die Nutzung von Gleichstrom eine präzise Regelung von Spannung und Strom durch den Betreiber. Das Fraunhofer IPA hat hierfür das Konzept und die Auslegung des Netzmanagements entwickelt. Es ermöglicht eine dezentrale und flexible Regelung von Lasten und Speichersystemen, um Lastspitzen zu reduzieren, heißt es beim Institut. Diese Maßnahmen sollen zum einen zur Senkung der Energiekosten beitragen, zum anderen den Installationsaufwand minimieren. Auch bestehende Produktionshallen könnten umgerüstet werden.
