Switzerland Deutsch

Standort auswählen

Switzerland
TechPodcast
TechPodcast

Tech-Podcast: DC in der Industrie: Zweistellige Einsparpotenziale bei Energie

Die Energiekosten explodieren für viele produzierende Unternehmen und gleichzeitig fragen sich viele Unternehmer: Wie sicher ist die Stromversorgung? Seit einigen Jahren diskutieren und forschen Expertinnen und Experten über eine „alte“ Technologie, die eine bessere Energieeffizienz und mehr Autarkie, Reduktion vom industriellen Stromverbrauch aus dem Versorgungsnetz sowie dessen Qualität verspricht – Gleichstrom (DC). Die Auswirkungen auf die Automatisierung: mit einem globalen DC-Netz entfallen klassische Gleichrichter, wodurch wiederum die Wandlungsverluste reduziert werden, und die Antriebssysteme kompakter, weniger materialintensiv werden. Auch ein steigender Einsatz von Schutz-, Schaltungstechnik und von DC/DC-Wandlern bei den Verbrauchern mit DC-Versorgung sowie bei Einbindung regenerativer Energiequellen und Energiespeicher wird dann erforderlich. Die Software – Lösungen wie z.B. Netz- und Energie- bzw. Leistungsmanagement sowie Auslegungswerkzeuge stellen das o.g. Versprechen dieser Technologie final sicher.

Mirjana Ristic

Nach Recherchen von Dr. Mirjana Ristic im Rahmen von Technologiescouting zur DC-Technik und nach Ergebnissen des öffentlich geförderten Projektes DC-INDUSTRIE stecken in dieser Technologie große Energieeinsparpotentiale: „Die Industrie verbraucht ca. 45 Prozent des Stroms in Deutschland, ca. 70 Prozent davon entfallen auf Antriebssysteme. Wenn wir dort ansetzen, können wir große Effizienzgewinne erzielen.“ Beim Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie e.V (ZVEI) würden die Experten mit einem energetischen Einsparpotenzial von etwa zehn Prozent kalkulieren, heißt es in der Branche. Der Kosteneffekt wird mit etwa 20 Prozent veranschlagt. Dies ist vor allem durch die Einsparung von AC (Wechselstrom)-DC-Wandlern an den Motoren bedingt. Die durchschnittliche Anlagenverfügbarkeit lasse sich zudem auf rund 98 Prozent steigern, heißt es weiter.

Darüber hinaus können die Potentiale der DC-Technologie durch intelligente Kombination mit weiteren neuen Technologien und Methoden wie z.B. künstliche Intelligenz, Kommunikationstechniken, Digitalisierung oder Virtualisierung besser ausgeschöpft oder auch gesteigert werden.

Prosumer aus der Industrie

Dazu kommt: Die Fabrik wird in der Zukunft zum Prosumer. Das Kunstwort steht für producer und consumer – also Energieproduzent und Verbraucher. Die Fabrik bezieht heute aus dem externen Wechselstromnetz Energie, die dann zum DC-Netz hin einmal gewandelt wird. Intern werden sowohl die Verbraucher wie Maschinen und Antriebe bzw. Motoren als auch Energiespeicher über ein DC-Netz verbunden. Die Verfügbarkeit einer großen Dachfläche bei den meisten Fabrikstätten ermöglicht eine Eigenstromerzeugung durch Photovoltaik (PV) Anlagen. Diese können verlustminimiert in einem DC-Netz angebunden werden, sodass die Strombedarfe anteilig aus der Eigenerzeugung gedeckt werden können. Das führt zu weniger Netzausfällen, zu mehr Flexibilität und mehr Autarkie.

Von Energie-Effizienz über Nachhaltigkeit bis hin zur Energy-Security

Die ersten lokalen DC-Netze entstehen schon in den Fabriken. Roboterzellen oder Pressenstraßen beispielsweise nutzen schon eine DC-Versorgung. Ein Beispiel: bei herkömmlichen Lösungen kann die Bremsenergie der Roboter oder Pressen nicht in das Wechselstromnetz zurückgespeist werden, sie wird in den Bremswiderständen vernichtet bzw. in die Wärme umgewandelt. Die Geräte bzw. Schaltschränke müssen gekühlt werden und Klimageräte müssen die Temperatur in den Produktionshallen regulieren. Mit einem DC-Netz kann die prozessbedingte Bremsenergie anderen DC-Verbundteilnehmern (Achsen, Geräten oder Maschinen) entweder direkt zur Verfügung gestellt werden oder vorerst in einem geeigneten Energiespeicher zwischengepuffert werden und somit nicht in Bremswiderständen vernichtet. Folglich wird in derartigen Systemen eine deutlich niedrigere Kühlleistung benötigt, sowohl für die Schaltschrank- als auch für die Motorenkühlung. Lokale DC-Netze kommen bereits in der Industrie zum Einsatz, in Form von einem DC-Achs- oder DC-Maschinenverbund. Eine größere DC-Netzausdehnung auf Fabrikebene bringt weitere Vorteile und mögliche Lösungskonzepte mit. Ristic sieht heute eine vereinfachte Anbindung und verstärkte Nutzung von regenerativen Energien als aktuell in Vordergrund tretenden Vorteil der DC-Technik. Es zeichnet sich ein steigender Trend bei vielen Unternehmen zur eigenen Energieerzeugung ab, d.h. durch Photovoltaikanlagen auf ihren Fabrikdächern. Mit einem internen DC-Netz könnte die Energie direkt genutzt, gespeichert oder sogar in das Versorgungsnetz zurückgespeist werden. Dadurch steigt der Flexibilitäts- und Autarkiegrad von Produktionsstätten, zugleich sind durch Lastspitzenreduktion (Peak Shaving) relevante Kostenersparnisse möglich und die erzielte Reduktion des mittleren Stromverbrauchs ist ein Plus-Punkt für Nachhaltigkeit.

Industrieller Weg zur DC-Fabrik

Die Forschung hat die technologischen Potentiale qualifiziert, quantifiziert und fundierte Ergebnisse, u.a. ein ganzheitliches Systemkonzept geliefert. „Auch der Bedarf ist da, jetzt müssen wir in industriellen Lösungen denken“, meint Ristic. Und die DC-Diskussion hat nicht nur eine europäische Dimension. Auch in anderen Weltregionen arbeiten Industrievertreter an den DC-Strategien. „Wir werden sicher erstmal hybride Systeme aus AC und DC sehen – vor allem im Brownfield, weil eine Umsetzung in Stufen eine technologische risikominimierte Transition ermöglicht.“, meint Ristic. Die bereits etablierten lokalen DC-Netze können sich dann schrittweise bis hin zur kompletten Fabrik ausdehnen.

Diese und weitere Folgen zur Fabrik der Zukunft finden Sie in unserem Tech-Podcast Kanal "Industrie neu gedacht" bei allen bekannten Plattformen oder Sie können direkt hier über Podigee abonnieren.

Ansprechpartnerin für den Tech-Podcast von Bosch Rexroth: Susanne Noll

Nehmen Sie gern Kontakt mit Bosch Rexroth auf!