Intelligente Gleichstromnetze für Fabrikhallen

Ziel ist es, alle elektrischen Anlagen der Fabrik über ein intelligentes DC-Netz zu koppeln, um so die elektrische Versorgung energieeffizienter, stabiler und flexibler zu gestalten und die Energiewende im industriellen Bereich voranzutreiben.

Wandel von AC zu DC

Seit Ende des 19. Jahrhunderts dominiert Wechselstrom die elektrische Energieübertragung und -verteilung, er kommt auch in Deutschland aus der Steckdose. Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher wollen dies für die industrielle Produktion ändern:

„Die Gründe, in der Industrie von Wechsel- auf Gleichstrom umzustellen, sind vielfältig“, sagt Timm Kuhlmann, Wissenschaftler am Fraunhofer IPA in Stuttgart.

Dem Forscher und seinen Projektpartnern ist es ein Anliegen, einen Paradigmenwechsel in der industriellen Stromversorgung herbeizuführen und langfristig komplette Fabrikhallen von Wechselstrom auf Gleichstrom umzurüsten (Bild 1). „Im Alltag sind wir häufig mit Gleichstrom (auch DC, kurz für Direct Current, genannt) konfrontiert: Computer und Smartphones, aber auch LEDs arbeiten mit Gleichstrom und benötigen ein Netzteil, um diesen zur Verfügung zu stellen“, erläutert der Ingenieur. Auch bei der Stromerzeugung hat sich die Situation geändert: Während beispielsweise Kohle- und Kernkraftwerke Wechselstrom (AC, kurz für Alternating Current) erzeugen, stellen insbesondere lokal verfügbare erneuerbare Energieressourcen, wie Photovoltaikanlagen, prinzipbedingt Gleichstrom zur Verfügung. Letzteres gilt auch für elektrochemische Energiespeichersysteme.

Energiesparende Alternative für Antriebe in der Produktion

Im Projekt DC-Industrie 2 haben es sich die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IPA und des Fraunhofer IISB in Kooperation mit mehr als 30 Partnern zur Aufgabe gemacht, ein Konzept für ein intelligentes DC-Versorgungssystem zu entwickeln und zu erproben, das eine Produktionshalle günstig mit Gleichstrom versorgen kann (Bild 2). Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi fördert das Vorhaben, das bis Ende 2022 läuft.

Die Ergebnisse des Vorgängerprojekts DC-Industrie stimmen zuversichtlich: Die Machbarkeit einer dezentralen Energieflussregelung eines DC-Versorgungsnetzes in der Fabrik konnte nachgewiesen werden. Auch wurden durch den Übergang von Wechsel- auf Gleichspannung Effizienzsteigerungen im Bereich zwischen 5 und 10 % erzielt, was sich insbesondere darauf zurückführen lässt, dass die Nutzung von überschüssiger Bremsenergie drehzahlgeregelter Antriebe über ein Gleichspannungsnetz einfach möglich ist.