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Regelung zur Effizienzsteigerung von industriellen Gleichstromnetzen

Regelung zur Effizienzsteigerung von industriellen Gleichstromnetzen

Team:  M. Sc. Elias Knöchelmann
Jahr:  2017
Förderung:  Bosch Rexroth AG.

Regelung zur Effizienzsteigerung von industriellen Gleichstromnetzen

Die Energiewende ist eine der großen aktuellen Herausforderungen für die produzierende Industrie in Deutschland. Neben der Schaffung einer leistungsfähigen Energieinfrastruktur auf überregionaler Ebene bedarf es auch lokaler Anstrengungen eines jeden Energienutzers. Die Erhöhung der Energieeffizienz in der Produktion, die Steigerung der Flexibilität auf schwankende Energieangebote richtig reagieren zu können sowie die Erhöhung der Robustheit der Produktion auf variierende Energiebereitstellungsqualität sind Aufgaben, denen sich Produktionen in naher Zukunft verstärkt stellen müssen.

Im industriellen Umfeld ist die 400V-Drehstromversorgung als Standard zu sehen. Da die Drehzahl von Drehfeldmaschinen von der Netzfrequenz abhängt, werden Umrichtersysteme eingesetzt, welche die Frequenz des Motorfeldes und somit auch die Drehzahl variabel gestalten. Die Umrichtersysteme bestehen aus einem Gleichrichter, welcher ein Gleichspannungs-Zwischenkreis versorgt, und einem dreiphasigen Pulswechselrichter, welcher das Drehfeld für den Motor bereitstellt. Da die Gleichrichter zumeist als Diodenbrücke und nicht als Active Front End ausgeführt sind, ist keine Rückspeisung in das 400V-Drehstromnetz möglich.

Durch das Ersetzen des Drehfeldnetzes durch ein Gleichstromnetz wird ein Austausch von elektrischer Energie in der kompletten Fabrik möglich, was den Einsatz eines zentralen Energiespeichers auf Fabrikebene erlaubt. Die dezentralen Gleichrichter fallen weg, was zu Platzeinsparungen führt. Die Integrierbarkeit von elektrisch kommutierten Gleichstrommotoren (EC-Motoren), welche sich durch hohe Energiedichte und einfachere Herstellung auszeichnen, wird erhöht.

Im Bereich der Installationstechnik herrscht in vielen Bereichen Forschungsbedarf, da für die Energieversorgung mittels DC-Netzen kaum standardisierte, industrietaugliche Komponenten vorhanden sind. Zudem müssen noch Untersuchungen bezüglich der Netzstabilität und des Lastverhaltens durchgeführt werden.

Die Möglichkeit des Energieaustausches auf Fabrikebene stehe im Fokus dieses Projekts. Durch Bremsvorgänge erzeugte elektrische Energie muss nun nicht mehr in Bremswiderständen in Wärme umgewandelt werden, sondern kann auf andere Systeme verteilt werden. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer intelligenten Ansteuerung der Systeme innerhalb eines Zwischenkreisverbunds, sodass die netzseitig aufgenommene Energie reduziert wird. Die Energiesteuerung soll im nächsten Schritt auf Energiespeicher und variable erneuerbare Energien ausgedehnt werden. Schwerpunkte sind vor allem Simulationstiefe, Große der Einflussnahme, Energiespeicher-steuerung und Aufbau einer Intelligenten Steuerung, welche aktiv in den Prozess eingreift.

Das Projekt ist ein Kooperationsprojekt mit der Bosch Rexroth AG.