In dem Gemeinschaftsforschungsprojekt effiDCent hat die Paul Vahle GmbH & Co. KG nachgewiesen, dass der Einsatz von Gleichstrom anstelle des gängigen Wechselstroms eine Steigerung der Energieeffizienz und der Nachhaltigkeit in der Industrie ermöglicht. Gemeinsam mit der Technischen Universität Dortmund, der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL), der Condensator Dominit GmbH sowie der E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH forschte der Kamener Technologiepionier seit 2019 an einer effizienteren Energieübertragung mittels einer gleichstrombasierten Stromschiene.
Paradigmenwechsel in der industriellen Stromversorgung
„Die Energiewende ist ein entscheidender Baustein für die Transformation unserer Gesellschaft in Richtung Nachhaltigkeit“, erklärt Achim Dries, CEO der Vahle Group. „Genau in diese Richtung zielen wir mit dem Forschungsprojekt effiDCent, mit dem wir im Ergebnis nicht weniger als einen Paradigmenwechsel in der industriellen Stromversorgung einläuten.“
Gemeinsam mit seinen Partnern hat Vahle in den vergangenen drei Jahren ein gleichstromgespeistes System entwickelt, das aus einem hocheffizienten Gleichrichter, der Stromschiene, intelligenten Energiespeichern zur Rekuperation sowie Sicherheitseinrichtungen besteht.
Weniger Materialeinsatz, höhere Effizienz
Ziel war es, die Energieeffizienz in Fertigungs- und Produktionsstraßen signifikant zu steigern und netzbedingte Produktionsstillstände zu minimieren, um so den gesamten Fertigungsprozess zu optimieren. Mit der Einbindung der intelligenten Energiespeicher und an der Strecke verteilter Pufferkondensatoren beschritten die Projektpartner technisches Neuland.
Die Umstellung von Wechsel- auf Gleichspannung erlaube einerseits eine deutliche Reduzierung des eingesetzten Materials und verspreche andererseits hohe Energieeinsparungen, heißt es. Im Gegensatz zu Wechselstrom falle der Leistungsfaktor der Motoren beziehungsweise der Wechselrichter nicht ins Gewicht, sodass die Strombelastung der Leitung erheblich geringer sei. Entsprechend lasse sich der Kupferbedarf einer Stromschiene neben der Einsparung eines Pols auch durch Verringerung des Querschnitts erheblich reduzieren.
Energieeinsparung von mehr als 10 %
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde eine 80 m lange DC-Testanlage parallel zu einer bestehenden AC-Anlage in Betrieb genommen. Bei Verwendung von Gleichstrom ließ sich eine Energieeinsparung von mehr als 10 % nachweisen. Neben der Konsortialführung war Vahle für die Systemauslegung, die Simulation sowie den Aufbau der Versuchsanlage verantwortlich.
Die TH OWL übernahm die Errichtung des hocheffizienten Einspeisers, mit einer gegenüber einem Standardgleichrichter um 35 bis 40 % höherem Leistungsfaktor.
Für die Erforschung des intelligenten Energiespeichers zur Aufnahme der Bremsenergie zeichnet die TU Dortmund verantwortlich. Durch die Nutzung der Bremsenergie mittels intelligenter Speicher steigt der Wirkungsgrad des Gesamtsystems. Möglich wurde das durch den Einsatz von effizienten Energiespeichern, sogenannten Ultracaps, die die Bremsenergie kurzfristig speichern und anschließend geregelt wieder abgeben können.
Das sichere Einschalten von Gleichstromanlagen gestaltet sich aufgrund hoher Einschaltströme aufwändig. Daher wurde mit der E-T-A ein auf Gleichstromanwendungen zugeschnittenes Schutz- und Vorladekonzept entwickelt.
DC-Technologie für moderne und intelligente industrielle Stromversorgung
Für die Industrie ist laut Dries der Wechsel auf die DC-Technologie ein großer Schritt in Richtung CO2-neutraler Industrieproduktion. Bislang werde dort aufgrund der standardmäßig verwendeten Drei-Phasen-400-V-Wechselspannung für jedes Fahrzeug ein eigener Gleichrichter benötigt, der durch eine zentrale DC-Versorgung entfällt. Der Wegfall des Gleichrichters spare eine verlustbehaftete Komponente im Gesamtsystem ein, was sich positiv auf den Gesamtwirkungsgrad und damit auf den Energieverbrauch auswirke.
Darüber hinaus biete die DC-Technologie zahlreiche weitere Vorteile, die helfen, ein modernes und intelligentes industrielles Stromversorgungsnetz zu errichten. Beispielsweise könnten Systeme zur Erzeugung und Speicherung von Energie wie Photovoltaikanlagen und Batterien problemlos eingebunden werden, da diese grundsätzlich mit Gleichspannung arbeiten. Bremsenergie könne direkt gespeichert und ohne verlustbehaftete Umwandlung in Wechselstrom voll genutzt werden. (jk)
