DC-INDUSTRIE: Intelligentes offenes DC-Netz in der Industrie

In Kürze


Im Forschungsprojekt „DC-INDUSTRIE: Intelligentes offenes DC-Netz in der Industrie“ entwickelt das Fraunhofer IPA in enger Zusammenarbeit mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie Lösungen für ein DC-Versorgungsnetz in der Fabrik. In ersten industriellen Testanlagen der Fertigung mit Robotern, in Werkzeugmaschinen und Logistiksystemen wurden in der ersten Phase bereits Konzepte umgesetzt und erprobt. Dieser Prozess wurde vom Fraunhofer IPA mit Planungs- und Auslegungsmethoden begleitet, die es Anwendern ermöglichen, eigene DC-Netze zu planen und umzusetzen. Während der Inbetriebnahme der ersten DC-Netze entwickelte das IPA Lösungen für die dezentrale Energieflussregelung, die einen sicheren, robusten und effizienten Betrieb der Versorgung ermöglicht. In der abschließenden Potenzialanalyse konnte das Fraunhofer IPA die wirtschaftlichen Vorteile in Abhängigkeit zur DC-Netzausprägung darstellen.

In der aktuellen Phase 2, die bis September 2022 andauert, folgen weitere Testanlagen im Automobil- und Werkzeugmaschinenbereich. Zusätzlich entsteht ein Transferzentrum am Standort Stuttgart, dass die technologische Transformation nachvollziehbar darstellt.

 

Im Detail

Die industrielle Energieversorgung steht vor großen Herausforderungen. Zunächst müssen weitere Effizienzanstregungen erfolgen, um eine Senkung des Energiebedarfs zur erreichen und damit den Weg für eine CO2 neutrale Produktion zu ebnen. Diese Anstregungen werden begleitet von der Integration erneuerbarer Energie und lokaler Energieerzeugung direkt in des Energieversorgungssystem der Fabrik. Gepaart mit Energiespeichern entsteht eine temporäre und partielle Entkopplung vom Versorgungsnetz, so dass Störungen durch die Schwankungen der volatilen Energieerzeugung sowie Qualitätsverluste des öffentlichen Netzes nicht die Produktion belasten. Diesen Herausforderungen nimmt sich das Projektteam mit Experten aus Wissenschaft und Industrie seit 2016 in dem vom BMWi finanzierten Projekt an.

DC-Smart-Grid

Zentraler Lösungsbaustein ist das DC-Smart-Grid. Es ermöglicht eine zukunftsweisende Integration beliebiger Erzeuger, Speicher und Verbraucher in das Versorgungsnetz der Fabrik. Die Nutzung von Gleichstrom reduziert Wandlungsverluste und ermöglicht den direkten Energieaustausch der Teilnehmer. Eine dezentrale Netzregelung auf Basis von Regelkennlinien in den energiebereitstellenden Teilnehmern des Netzes sorgt für Stabilität und ermöglicht die einfache Anpassung des Energieversorgungssystems auf Zielstellungen des Energiemanagements, wie beispielsweise maximale Eigenenergienutzung oder die Bereitstellung von Flexibilitätsoptionen.

 

Planungswerkzeuge für die Energierevolution

Die Umstellung der elektrischen Energieversorgung in Fabriken auf ein DC-Smart-Grid bedarf nicht nur neuer Hardware sondern auch angepasste Planungsvorgehensweisen sowie spezielle Werkzeuge. Das Fraunhofer IPA entwickelte hierfür ein Vorgehensmodell für die Gestaltung von DC-Smart-Grids. Dieses Vorgehensmodell wird unterstützt von Werkzeugen zur Planung und Auslegung der Netzeinspeisung sowie möglicher Speicher im Netz. Der Planer wird schrittweise in die neue Thematik eingeführt und erhält Unterstützung bei der Auslegung der Regelparameter. Fragen der Dimensionierung von Versorgungsgeräten können genauso geklärt werden wie die energetischen Potenziale einer Speicherintegration, z. B. zur Lastspitzenglättung oder zur Energiepufferung gegen Kurzzeitunterbrechungen.

 

Lohnende Investition in die Zukunft

Der Vergleich mit der herkömmlichen AC-Netzversorgung von Anlagen zeigt, dass ein DC-Smart-Grid bereits bei der energetischen Kopplung von wenigen Werkzeugmaschinen oder Handlingseinrichtungen wie Robotern energetische und wirtschaftliche Vorteile aufweist. Die Reduzierung von Versorgungsgeräten sowie Wiederverwendung von Bremsenergie sind nur zwei Beispiele der Potenziale, die sich ergeben, wenn die Energieversorgung auf Gleichstrom umgestellt wird. Sollen elektrische Speicher oder Eigenerzeugungsanlagen wie z. B. die PV-Anlage auf dem Dach integriert werden, dann erhöhen sich die Vorteile rasant, insbesondere durch die Vereinfachung des Lastflussmanagements.

Projektüberblick

Phase 1

Laufzeit

01.07.2016 – 30.09.2019

Partner

26 Partner aus Wissenschaft, Industrie und Verband

Betreut von

Projektträger Jülich

Projektsumme

Ca. 10 Mio. €

 

Phase 2

Laufzeit

01.10.2019 – 30.09.2022

Partner

35 Partner aus Wissenschaft, Industrie und Verband

Betreut von

Projektträger Jülich

Projektsumme

Ca. 13 Mio. €

Detaillierte Inhalte als Buch

Die Gleichstromfabrik | Hanser-Fachbuch

Informationen zum Projekt

Youtube ZVEI zum Thema AC/DC mit direktem Bezug zum Projekt