Industrieanzeiger 31.18

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news & management Gleichstrom in der Produktion DerWeg zum Plug&Play-System Fabrik der Zukunft | Das große Potenzial der Gleichstromversorgung in der Produktion liegt in der Kopplung aller elektrischen Anlagen der Fabrik zu einem DC-Smart-Grid. Dabei winken auch energetische Einspar- und Flexibilitätspotenziale. Noch vor 125 Jahren gewann Nikola Tesla mit der Wechselstromtechnologie gegen Thomas Alva Edison, der Gleichstrom (DC) favorisierte, den „Stromkrieg“. Im Zuge der Energiewende wiederum wird die Gleichstromtechnologie ein Schlüsselelement in Bausteine eines DC-Smart-Grids Das DC-Smart-Grid ermöglicht es, die elektrische Versorgung einfach zu stabilisieren und die Verfügbarkeit der Produktion zu steigern. Bild: EEP der Universität Stuttgart/Fraunhofer IPA der Energieübertragung sein. Innovationen in der Halbleitertechnik ermöglichen diesen Wandel und führen dazu, dass wir bereits heute unbemerkt in einer Gleichstromwelt leben. Gleichstromnetze werden etwa bei der Energieübertragung im Hochspannungsbereich, der Integration von Photovoltaikanlagen und Batterien, in Rechenzentren sowie in Bordnetzen von Flugzeugen, Schiffen und Autos eingesetzt. Auch in der industriellen Produktion wird Gleichstrom verwendet: In Produktionsanlagen wie Spritzguss-, Werkzeug- und Verpackungsmaschinen oder in Industrierobotern werden Antriebe per Servoumrichter gezielt mit Wechselströmen bewegt. Innerhalb der Umrichter wird die Wechselspannung des Netzes im Zwischenkreis zunächst in Gleichstrom umgewandelt, um daraus für den Motor einen in der Frequenz und Amplitude veränderbaren Wechselstrom bereitzustellen. Kopplung zum DC-Smart-Grid Wird die Energieversorgung von Antrieben und Steuerungen ungeplant unterbrochen, fallen diese Geräte aus. Dadurch drohen erhebliche Produktionsausfälle und Fehlproduktion. Daher sind stabile Stromver - sorgungsnetze für automatisierte und synchronisierte Produktionen eine Grund - voraussetzung. Das große Potenzial der Gleichstromversorgung in der Produktion liegt in der Kopplung aller elektrischen Anlagen der Fabrik zu einem DC-Smart-Grid (siehe Bild). Dieses ermöglicht es, die elektrische Versorgung einfach zu stabilisieren und kann so die Verfügbarkeit der Produktion steigern. Ein schnelles Anpassen des Energiesystems an den optimalen Betriebspunkt ermöglicht das Erschließen energetischer Einspar- und Flexibilitätspotenziale. Dabei verzichtet das DC-Smart-Grid in seiner Grundfunktion auf zusätzliche IT-Komponenten und Kommunikationsinfrastruktur, da die physikalischen Größen Spannung und Strom zur stabilen Regelung ausreichen. 20 Industrieanzeiger 31.18

Um die Transformation zur Gleichstromfabrik zu beschleunigen, bedarf es der ein - fachen Projektierung von DC-versorgten Anlagen sowie des DC-Netzes. Die Kommunikation für erweiterte Analyse- und Optimierungsaufgaben sowie die Energieüber - tragung muss über festgelegte Schnittstellen zwischen den verbrauchenden und versorgenden Komponenten erfolgen. Hauptziel ist dabei der Ausgleich von Energieerzeugung und -verbrauch von Netzteilnehmern mit der besonderen Anforderung, dass Lastprofile, aber auch Erzeugerleistung sich ungesteuert verändern. Mit einem verteilten, robusten Regelungssystem und einfachen Schnittstellen für die Gerätetechnik verfolgen das Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart und das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automa - tisierung IPA im vom BMWi geförderten Forschungsprojekt DC-Industrie das Konzept eines DC-„Plug and Play“-Systems: Erfüllen die Hardwarekomponenten die spezifischen Anforderungen, kann ein DC-Smart- Grid im Baukastensystem projektiert und aufgebaut werden. Die Einstellung der Regelparameter werden mit eigens dafür ent - wickelten Werkzeugen ermittelt und dabei gleichzeitig die Projektierung hinsichtlich der Netzspezifikation überprüft. Ein wesentliches Element zukünftiger DC- Smart-Grids werden elektrische Energie - speichersysteme sein. Die Auslegung eines solchen ist abhängig vom elektrischen Aufbau und dem charakteristischen Lastverlauf der Maschine oder des Maschinensystems sowie der Charakteristik des Energiespeichers. Im Rahmen des Forschungsprojekts Fast Storage Baden-Württemberg II (FSBWII) entstand eine Testumgebung (Virtuelle Lastmaschine), die es erlaubt, Antriebsumrichter, Schalt- und Schutztechnik sowie Energie - speicher und Wandler für den Einsatz in einer Produktionsanlage zu prüfen. Zukünftig dient diese Testumgebung dazu, das reibungslose Zusammenwirken der unterschiedlichen, herstellerübergreifenden DC- Smart-Grid-Komponenten zu validieren. Ziel ist eine Hardware-In-The- Loop- Umgebung, die Energiespeichertechnologien, Leistungselektronikkomponenten, Schutzund Schalttechnik sowie Messsysteme für das Energiemanagement vor dem Einsatz in der Industrie prüft. In Verbindung mit einer Produktionssimulation können damit reale Anwendungsfälle und Produktionsabläufe als Szenario in die Testumgebung über - führt werden. • Prof. Dr.-Ing. Alexander Sauer Sebastian Weckmann M.Sc. Institut für Energieeffizienz in der Produk - tion EEP der Universität Stuttgart *Finanzierungspartner sind Geschäftsbanken, Sparkassen, Genossenschaftsbanken und Direktbanken. Weiterdenker wissen, wann sich Energieeffizienz lohnt. Sofort. Die KfW fördert in- und ausländische Unternehmen und Freiberufler. Im Auftrag der Bundesregierung unterstützt sie mit dem KfW- Energieeffizienzprogramm Entscheider, die weiterdenken. Denn die beste Investition ist immer die in die Zukunft. Senken Sie bereits heute Ihre Energiekosten von morgen, optimieren Sie Produktionsanlagen und -prozesse, verbessern Sie Ihre Wettbewerbsposition und schonen Sie gleichzeitig die Umwelt – die KfW ist mit maßgeschneiderten Förderungen und flexiblen Finanzierungen an Ihrer Seite. Weitere Informationen bei Ihrem Finanzierungspartner* oder unter kfw.de/energieeffizienz Industrieanzeiger 31.18 21