Gleichstrom in industriellen Anwendungen

Ziel eines Forschungsprojekt ist die Entwicklung gleichstromgespeister Stromschienen. Diese können zur Energieversorgung mobiler Industrieanwendungen eingesetzt werden.

Forschungsprojekt DC Schiene: Das Projekt wird vom Bundeswirtschaftsministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit rund drei Millionen Euro 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.

Foto: Vahle

Die Paul Vahle GmbH & Co. KG beteiligt sich erneut an einem Projekt zur Erforschung des Einsatzes von Gleichstrom im Rahmen industrieller Anwendungen. Wie das Unternehmen mitteilt, stehen im Fokus des Vorhabens die sogenannten DC-Stromschienen. An dem Projekt ist auch das Institut für Energieforschung der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL) beteiligt.

DC-Stromschienen 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 verwendet. 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.

Energieversorgung effizienter und kostengünstiger gestalten

„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, führt das Unternehmen aus. 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 10 % bewirkt. Dazu komme ein weiterer Vorteil: Die Herstellung gleichstrombasierter Stromschienen verbrauche deutlich weniger Material als die herkömmlicher Systeme. So sinke allein der Kupferbedarf, der unter hohem Energieeinsatz gewonnen wird, um bis zur Hälfte.

Energieversorgung von Kranen und von Verfahr- und Hebetechnik

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 in diesem Zusammenhang nötigen Messungen werden an Versuchsaufbauten durchgeführt, die auf dem Gelände von Vahle in Kamen installiert werden, sowie bei der TH OWL. Die Anlagen aus Einspeise-, Wechselrichter- und DC/DC-Wandlertechnik für industrielle DC-Netze sind speziell für den Einsatz in Stromschienensystemen konzipiert. Vahle-Projektleiter Stefan Bürmann: „Im Zuge dessen werden wir auch eine für Schienensysteme völlig neue DC-Schutz und -schalttechnik einsetzen, deren Sensorik mittels KI bereits auf das sogenannte Condition Monitoring and Predictive Maintenance ausgelegt ist, also die Zustandsüberwachung und vorbeugende Wartung.“

Projektpartner DC Schiene: Kick-Off zum Forschungsprojekt bei der Paul Vahle GmbH & Co. KG gemeinsam mit allen Konsortiumspartnern am 24. Mai 2023: (v.l.n.r.) Stefan Bürmann (Vahle), Marcel Schulz (Vahle), Martin Geppert (Keba), Patrick Schnöde (Vahle), Mathias Micheel (VahleE), Frederic Blank (Keba), Jan-Niklas Koch (TH-OWL), Nils Pfitzer (Lenze), Urs Obernolte (Lenze), Saman Torabzad (Vahle), Thorsten Hohnsbein (Lenze), Raphael Otte (TH-OWL) und Florian Nolte (Vahle).

Foto: Vahle

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 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.“