Vorteile unter Beweis gestellt
Bild 02: In der Phase 2 von DC-Industrie soll das DC-Netz zu einem intelligenten DC-Netz für eine Produktionshalle oder eine prozesstechnische Großanlage ausgeweitet werden. (Quelle: ZVEI; Grafik: etz)
Der Ansatz von DC-Industrie ist es nun, ein Niederspannungs-DC-Netz auf alle Verbraucher eines Schaltschranks, einer Maschine, einer Produktionszelle oder einer ganzen Produktionshalle auszuweiten und dieses in realen Anlagen in Funktion zu zeigen. In der ersten Projektphase von DC- Industrie, die 2019 nach drei Jahren erfolgreich abgeschlossen wurde, konnten bereits viele Vorteile eines Gleichspannungsnetzes in den bisherigen Versuchsanlagen nachgewiesen werden:
Man kann Energie direkt und ohne zwischengeschaltete Wandler zwischen Erzeugern und Verbrauchern austauschen. Allein dadurch wird der Energieverbrauch um mehr als 5 % geringer. Zusätzlich gestaltet sich die Lastflussregelung einfacher.
Bisher nicht genutzte Bremsenergie von Motoren kann jetzt anderen Verbrauchern zugeführt werden. In einer Versuchsanlage (Rohkarossenfertigung mit Industrierobotern) wurden dadurch über 20 % Energie eingespart.
Der Installationsaufwand sinkt, da neben dem Schutzleiter lediglich zwei stromführende Leiter erforderlich sind anstelle der im Vergleich zu Drehstrom benötigten drei stromführenden Leiter. Weiterhin entfallen der induktive Spannungsabfall und die Blindleistung. Eine Einsparung von mehr als 30 % Kupfer und Isolationsmaterial ist die Regel.
Die Einbindung von Speichern und solarer Energie-Erzeugung ist einfach. Man benötigt lediglich einen DC/DC- Steller statt eines wesent- lich aufwendigeren Wechselrichters. Dies spart zum einen Kosten und zum anderen sind die Dynamik sowie der Wirkungsgrad höher.
Bei Ausfall des AC-Netzes kann das DC-Netz autark weiterlaufen, sofern ausreichend Speicher vorhanden sind. Damit erhöht sich die Verfügbarkeit. Dies zeigte sich eindrucksvoll, als bei einem Partner für über eine Stunde das örtliche Versorgungsnetz ausfiel und die AC-versorgte Produktion stillstand, während die DC-Industrie-Versuchsanlage fehlerfrei weiterlief.
Lastspitzen können ausgeglichen und die Anschlussleistung verringert werden. Beispielsweise reduzierte sich die Spitzenlast in einer Versuchsanlage von 350 kW auf 50kW.
Die für energieeffiziente Antriebe notwendigen Umrichter werden einfacher, kleiner und effizienter. Sie bestehen lediglich aus den bereits vorhandenen motorseitigen Wechselrichter und zugeordneten Filtern für Schaltfunktion und EMV. Daraus ergibt sich eine Volumeneinsparung von etwa 25 %.
Die automatisch vorhandene Entkopplung von der 50-Hz- bzw. 60-Hz-Netzfrequenz ermöglicht Umrichterangepasste Motoren mit wesentlich besserem Wirkungsgrad und weniger Materialeinsatz. Nicht nur DC-Industrie, sondern auch viele andere Untersuchungen zeigen, dass eine Energieeinsparung im zweistelligen Prozentbereich zu erwarten ist. Sie liegt damit deutlich höher als die durch den Übergang von IE2- auf IE3-Netzmotoren.
Die Stabilität der DC-Netze wird durch eine kennlinienbasierte Leistungsregelung erreicht. Dieses als „Droop-Control“ bezeichnete Verfahren wurde in mehreren Versuchsanlagen erfolgreich getestet.