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Fraunhofer IPA: Gleichstrom für die Fabrik der Zukunft

  • Fraunhofer IPA: Gleichstrom für die Fabrik der Zukunft
    Der Einsatz von Gleichstrom hat viel Effizienzpotenzial in Produktion und Montage.

Anfang Oktober 2019 startete das vom Bundeswirtschaftministerium mit etwa 13 Millionen Euro geförderte Forschungsprojekt "DC-INDUSTRIE2", in dem die Potenziale der Gleichstromtechnik für industrielle Produktionsanlagen untersucht werden. Mit 35 Industriepartnern, fünf Forschungsinstituten sowie dem ZVEI, ist DC INDUSTRIE2 eines der größten Verbundforschungsprojekte in Deutschland. Das DC-Netz-Konzept wird bis Ende 2022 zu einem intelligenten DC-Versorgungssystem ausgeweitet, das geeignet ist, eine Produktionshalle oder prozesstechnische Großanlage günstig mit Energie zu versorgen.

"Gleichstrom für die Fabrik der Zukunft" – mit diesem Vorsatz ist nun das Forschungsprojekt "DC-INDUSTRIE2" gestartet, in dem die Potenziale der Gleichstromtechnik für industrielle Produktionsanlagen untersucht werden. DC-INDUSTRIE2 schließt direkt an das erfolgreich abgeschlossene Forschungsprojekt DC-INDUSTRIE an, in dem die Entwicklung, Anpassung und Erprobung von leistungselektronischen Geräten für die Versorgung und das Schützen von DC-Netzen in Produktionszellen sowie Methoden für deren robuste Betriebsführung im Vordergrund standen. In der Phase 2 wird das DC-Netz-Konzept zu einem intelligenten DC-Versorgungssystem ausgeweitet.

Im Rahmen von DC INDUSTRIE wurde ein umfangreiches Systemkonzept erarbeitet und an Modellanlagen erprobt. Es soll nun für größere Anlagen bis hin zu Fabrikhallen erweitert werden, mit dem Ziel einer sicheren, robusten, hochverfügbaren und netzdienlichen dezentralen Versorgung.

Die Ergebnisse des Projektes werden das Fraunhofer IPA und das Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP gemeinsam in einem von drei Transferzentren validieren. Ziel des Transferzentrums in Stuttgart ist die Erprobung einer nachhaltigen und robusten elektrischen Versorgung der Produktion. Es wird ein Testnetz aufgebaut, in dem die Ausfallsicherheit, die Energieflexibilität am Netzanschlusspunkt sowie die Lastspitzenreduktion erprobt werden. Zusätzlich werden Produktionsanlagen prototypisch umgerüstet und im DC-System betrieben.

Der Schwerpunkt des Fraunhofer IPA im Projekt liegt in der Entwicklung von Werkzeugen zur Inbetriebnahme und Projektierung von industriellen Gleichstromnetzen. Damit sollen notwendige Planungs- und Berechnungsaufgaben für die Integration eines DC-Versorgungssystems einem großen Kundenkreis zugänglich gemacht werden.

In einem DC-Netz werden heute leistungselektronische Geräte als Infrastrukturkomponenten eingesetzt. Die Verfügbarkeit des Netzes ist damit vom Verschleiß dieser kritischen Netzinfrastrukturkomponenten abhängig. Ziel des Fraunhofer IPA ist es, den Verschleiß in Abhängigkeit erfahrener Lastzyklen zu bewerten und die Lebensdauer durch geschickte Betriebsstrategien zu erhöhen.

Auf Basis unterschiedlicher Business Cases soll das DC-Netzkonzept bewertet werden. Das EEP entwickelt im Projekt ein Energie- und Netzmanagements für den nachhaltigen Betrieb mehrerer DC-Mikronetze. Das EEP leistet damit einen Beitrag zur Erweiterung der Systemspezifikationen um die notwendigen Schnittstellen zum externen Verbundnetz.

In diesem Zusammenhang wird auch ein regelungstechnisches Framework für den stabilen, effizienten und netzdienlichen Betrieb von DC-Netzen entwickelt. Primär optimiert die Netzregelung den Lastfluss zwischen den lokal integrierten Energiequellen sowie Verbrauchern. Es soll zukünftig eine netzdienliche Einbindung in die übergeordnete Verbundnetzregelung ermöglichen. So kann das DC-Netz nach außen als reaktiver Verbraucher im Energiemarkt handeln und den Energiebezug wirtschaftlich optimieren.

Aufgabe des EEP ist außerdem die Unterstützung der Partner bei der Weiterentwicklung von Werkzeugen zur Inbetriebnahme und Projektierung von DC-Netzen. Das Institut wird Regeln für eine DC-Plattform entwickeln, deren Komponenten nach dem Bedarf und unabhängig vom Hersteller ausgewählt und integriert werden können. Die Idee ist hier die Etablierung einer Plug & Play-Schnittstelle.

"Mit DC INDUSTRIE2 gehen wir bereits den zweiten Schritt auf dem Weg zur Revolutionierung der Energieversorgung in der Fabrik. Nach einer mehr als hundertjährigen Dominanz der Wechselstromtechnik bei der Energieübertragung muss sich die Industrie nun den neuen Randbedingungen einer dezentralen, auf erneuerbaren Energien beruhenden Energieversorgung anpassen", so Prof. Alexander Sauer, Leiter des EEP und des verantwortlichen Forschungsbereichs am Fraunhofer IPA.

Mit 35 Industriepartnern, fünf Forschungsinstituten sowie dem ZVEI (Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie), ist DC INDUSTRIE2 eines der größten Verbundforschungsprojekte in Deutschland. Das Konsortium bedankt sich insbesondere beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, welches DC INDUSTRIE2 im Rahmen des 7. Energie-forschungs¬programms unter den Fördernummern 03EI6002A-Q fördert, sowie beim Projektträger Jülich für die inhaltliche und administrative Betreuung der 18 geförderten Partner.

Die 13 industriellen Verbundpartner BLOCK, BMW, Daimler, Eaton, E-T-A, HOMAG, KEB Automation, LAPP, Lenze, LTI Motion, Phoenix Contact, SMA Solar Technology, Weidmüller werden zusammen mit den 5 Forschungsinstituten Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Technische Universität Braunschweig, Fraunhofer IPA, Fraunhofer IISB, Universität Stuttgart und den 22 assoziierten Partnern ABB, AMK, Audi, Bauer Gear Motor, Bender, Danfoss, Dehn, ESR Pollmeier, Gerotor, Harting, JEAN MÜLLER, KUKA Deutschland, KUKA Systems, LEONI Kabel, LEONI Special Cables, Maschinenfabrik Reinhausen, Paul Vahle, Puls, Rittal, SEW-PowerSystems, Siemens und Wöhner an dem industriellen Gleichstromnetz der Zukunft forschen.

Weiterführende Links


www.ipa.fraunhofer.de

Foto: Rainer Bez/Fraunhofer IPA