18.07.2023 – Wie kann die Industrie Energie einsparen und ihre Prozesse effizienter gestalten? Diese Frage hat die Paul Vahle GmbH & Co. KG im von Bundesmitteln geförderten Forschungsprojekt „DC (Dircet Current, Gleichstrom) Schiene“ untersucht. Im Fokus des Vorhabens, an dem auch das Institut für Energieforschung der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL) involviert ist, stehen die sogenannten DC-Schienensysteme. Diese können inner- und außerhalb von Gebäuden zur Energieversorgung mobiler Industrieanwendungen wie Krane und alle Arten von Verfahr- und Hebetechnik eingesetzt werden. Bisher werden dafür zumeist Drehstromleiter (AC, für Alternating Current, Wechselstrom) verwendet.
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde eine 80 Meter lange DC-Testanlage parallel zu einer bestehenden AC-Anlage in Betrieb genommen. Bei Verwendung von Gleichstrom konnte eine Energieeinsparung von mehr als 10 Prozent nachgewiesen werden. Foto: VAHLE
Nach Überzeugung der Projektpartner bietet die Gleichstrom-basierte Energieversorgung mobiler Anwendungen jedoch signifikante Effizienz- und Kostenvorteile. Diese wissenschaftlich belegbar nachzuweisen, ist das Ziel des nun gestarteten Vorhabens. Das für die Betrachtung relevante Datenmaterial wird im Wege von Messungen an praxisnahen Versuchsanlagen gewonnen. Angelegt ist das Projekt auf drei Jahre und wird vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert. Zum Konsortium zählen neben VAHLE und der TH OWL die Unternehmen E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH, Lenze SE und KEBA Industrial Automation Germany GmbH.
„Schlummernde Potenziale heben“
„Die Themen Energieeffizienz und Nachhaltigkeit haben zunehmend größeren Einfluss auf die Zukunftsfähigkeit von Unternehmen. Gleichzeitig schlummern in diesem Bereich beträchtliche Potenziale. Wir wollen dazu beitragen, sie zu heben – auch im Rahmen der Grundlagenarbeit“, sagt Achim Dries, CEO der VAHLE Group. Dieses Projekt soll unter anderem das Potenzial von Gleichstrom in industriellen Anwendungen erforschen und helfen, die Energieversorgung effizienter und kostengünstiger zu gestalten.
Die dabei bereits gewonnenen Ergebnisse stimmen zuversichtlich, so die Projektpartner rund um Vahle. So hat der Kamener Systemanbieter für mobile Industrieanwendungen im Rahmen eines anderen Forschungsprojekt bereits nachweisen können, dass die Umstellung von AC auf DC eine Steigerung der Energieeffizienz von mehr als zehn Prozent bewirkt. Dazu kommt ein weiterer Vorteil: Die Herstellung gleichstrombasierte Stromschienen verbraucht deutlich weniger Material als herkömmlicher Systeme. So sinkt allein der Kupferbedarf, der unter hohem Energieeinsatz gewonnen wird, um bis zur Hälfte.
Im Rahmen des aktuellen Vorhabens mit dem Titel „Hocheffiziente, ressourcenschonende DC-Stromschienensysteme in Produktion und Fertigung“, kurz DC-Schiene, widmen sich VAHLE und die übrigen Projektpartner nun den Systemvorteilen, die sich aus dem vergleichsweise niedrigen Spannungsfall in DC-Netzen ergeben. Betrachtet werden sowohl kurze als auch lange Schienensysteme zur Energieversorgung mobiler Industrieanwendungen wie Krane und alle Arten von Verfahr- und Hebetechnik. Weitere Schwerpunkte liegen auf der Integration geregelter Speicher mittlerer und hoher Kapazität. Besonders interessieren die Auswirkungen der Speicher auf die Spannungsfall-Kompensation und die Lastspitzen-Einebnung.
Die Partner im Forschungsprojekt DC Schiene beim Kick-Off. Foto: Vahle
Die in diesem Zusammenhang nötigen Messungen werden an Versuchsaufbauten durchgeführt, die auf dem Gelände von VAHLE in Kamen sowie bei der TH OWL installiert werden. Die Anlagen aus Einspeise-, Wechselrichter- und DC/DC-Wandlertechnologie für industrielle DC-Netze sind speziell für den Einsatz in Stromschienensystemen konzipiert. VAHLE Projektleiter Stefan Bürmann berichtet: „Im Zuge dessen werden wir auch eine für Schienensysteme völlig neue DC-Schutz und -schalttechnik einsetzen, deren Sensorik mittels KI bereits auf das so genannte Condition Monitoring and Predictive Maintenance ausgelegt ist, also die Zustandsüberwachung und vorbeugende Wartung.“
Zeigen will VAHLE mittels verschiedener Versuche überdies, dass sich DC-Systeme auch über ihre primären Effekte hinaus positiv auswirken und dazu beitragen, entlang der gesamten Wertschöpfungskette Energie und Ressourcen einzusparen. Ein weiterer wesentlicher Aspekt des Projekts ist die Optimierung der Wechselrichtertechnik. „Durch die DC-Speisung entfällt der Gleichrichter und der Zwischenkreiskondensator kann kleiner ausgelegt werden“, erklärt Stefan Bürmann.
Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Vorhaben wird vom Forschungszentrum Jülich betreut und ist auf die Dauer von drei Jahren angelegt. Stefan Bürmann zeigt sich aber schon heute überzeugt: „Der Wechsel von der alten AC- auf neue DC-Technologie kommt einem Paradigmenwechsel gleich – und ist fraglos einer der größten Hebel der Industrie, um den Energieverbrauch signifikant zu senken.“