05.12.2023 – Das Prädikat „Made in Germany“ steht branchenübergreifend für zuverlässige und qualitativ hochwertige Produkte. Und dennoch hat die deutsche Wirtschaft eine andere Art von Qualitätsproblem: die Qualität im Stromversorgungsnetz wird immer schlechter und Netzschwankungen sorgen immer wieder für Produktionsausfälle oder -fehler, die je nach Branche schnell Kosten im hohen sechs- bis siebenstelligen Bereich verursachen können – insbesondere im Kontext von Industrie 4.0. Abhilfe schaffen sollen Lösungen, die die Spannungsqualität (Power Quality) verlässlich hochhalten. 

Symbolbild. Foto: ABCDstock / Shutterstock.com

Die Produktion von Gütern im industriellen Maßstab ist eine hochgetaktete Angelegenheit: Jeder noch so kleine Handgriff ist insbesondere bei den zunehmend automatisierten Prozessen hiesiger Produktionsbetriebe rund um Industrie 4.0 auf die Millisekunde genau geplant, jeder Schritt bis ins kleinste Detail durchdacht. Insgesamt führt das zu einer deutlichen Steigerung der Produktionskapazität mit weniger Fehlausschuss sowie energieeffizienteren Prozessen.

Im Mittelpunkt dieser digitalen Transformation stehen die Vernetzung von Maschinen, die Nutzung von Big Data, die Integration von Künstlicher Intelligenz und die Automatisierung von Produktionsprozessen. Doch die zunehmende Komplexität der vernetzten Systeme bringt auch neue Herausforderungen mit sich – zum Beispiel dann, wenn die Produktionsmaschinen etwa durch kurze Ausfälle des eigenen Stromversorgungsnetzes, Schwankungen in der Spannung, Stromspitzen, Harmonische, Transienten und/oder Spannungseinbrüche aus dem Takt geraten. Hinzu kommt, dass die immer komplexer werdenden Maschinen und Anlagen in der Industrie immer mehr Netzrückwirkungen verursachen und gleichzeitig immer störanfälliger werden. Die Folgen können gravierend sein: Betriebsstörungen, vorzeitiger Verschleiß von Geräten und Produktionsfehler sind nur einige Beispiele. Die Qualität der Stromspannung (Power Quality) ist für produzierende Unternehmen also insbesondere vor dem Hintergrund von Industrie 4.0 von entscheidender Bedeutung für den eigenen wirtschaftlichen Erfolg und für eine ressourcenschonende Produktion.

Wie eng Industrie 4.0 und Power Quality tatsächlich miteinander verzahnt sind, zeigt sich in der Abhängigkeit hochmoderner Produktionsanlagen von einer stabilen Energieversorgung. Die Vernetzung von Maschinen, die Einführung von IoT-basierten Technologien, die Nutzung von Big Data und die Integration von Künstlicher Intelligenz setzen eine unterbrechungsfreie Stromversorgung voraus, um miteinander kommunizieren und so einen reibungslosen Betrieb sicherstellen zu können. Denn klar ist: Jede Unterbrechung oder Unregelmäßigkeit in der Energieversorgung kann nicht nur die Produktivität beeinträchtigen, sondern auch zu Ausfällen der Produktionsmaschinen und damit erheblichen finanziellen Schäden führen.

Überwachungssysteme und Energiemanagementlösungen

Eine der zentralen Herausforderungen in diesem Kontext ist die Bewältigung von Spannungsschwankungen und harmonischen Verzerrungen. Diese elektrischen Phänomene können die Präzision von Fertigungsprozessen beeinträchtigen und sogar zu Beschädigungen von empfindlichen elektronischen Komponenten führen.

Moderne Power Quality-Technologien bieten daher von fortschrittlichen Überwachungssystemen bis hin zu intelligenten Energiemanagementlösungen eine ganze Bandbreite von Lösungen, die speziell auf die Anforderungen von Industrie 4.0 abgestimmt sind. Echtzeitüberwachungssysteme wie die Lösungen der KBR GmbH oder von PQ Plus ermöglichen beispielsweise eine kontinuierliche Analyse von Spannung, Strom und Frequenz, wodurch potenzielle Probleme frühzeitig erkannt werden können. Damit können Unternehmen eine proaktive Fehlerbehebung vornehmen und somit die Ausfallzeiten der Produktionsmaschinen erheblich verringern.

Die Implementierung von aktiven Filtern und Spannungsregelungssystemen – so wie sie Siemens beim spanischen Chemieproduzenten Ercros installiert hat – wird in Produktionsbetrieben daher zunehmend zur Norm, um die Auswirkungen von harmonischen Verzerrungen zu minimieren. Schließlich stellen diese Technologien sicher, dass hochsensible elektronische Komponenten in automatisierten Produktionsanlagen nicht durch unerwünschte elektrische Phänomene beeinträchtigt werden. Eine passende Lösung dafür bietet unter anderem der Messtechnik-Anbieter Janitza an.

Integration erneuerbarer Energiequellen

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Integration erneuerbarer Energiequellen in die industrielle Energieversorgung, auch weil die Nutzung von Solarenergie, Windkraft und anderen grünen Ressourcen zunehmend zu einem integralen Bestandteil nachhaltiger Produktionsprozesse wird. Allerdings bringen diese Energiequellen Unregelmäßigkeiten in der Energieerzeugung mit sich. Power Quality-Lösungen müssen daher in der Lage sein, die Schwankungen auszugleichen und eine stabile Versorgung sicherzustellen. Wie das aussehen kann, zeigt ABB au den Seiten 36 und 37.

Insgesamt verdeutlicht die enge Verbindung von Industrie 4.0 und Power Quality die Notwendigkeit einer ganzheitlichen Herangehensweise an die Energieversorgung in modernen Produktionsumgebungen. Die Fortschritte in der Technologie bieten Unternehmen die Möglichkeit, nicht nur die Qualität ihrer Stromversorgung zu optimieren, sondern auch einen Wettbewerbsvorteil durch eine zuverlässige und effiziente Energieversorgung zu erlangen. (jr)