Forschung für mehr Energieeffizienz: Gleichstrom in industriellen Anwendungen

• Die Paul Vahle GmbH & Co. KG forscht für mehr Energieeffizienz.
• Im Fokus eines entsprechenden Projekts steht die Entwicklung gleichstromgespeister Stromschienen.
• Denn der Einsatz von Gleichstrom für industrielle Anwendungen eröffnet ein großes Potenzial für Energieeinsparungen.

Die Paul Vahle GmbH & Co. KG beteiligt sich erneut an einem Projekt zur Erforschung des Einsatzes von Gleichstrom (DC, für Direct Current) im Rahmen industrieller Anwendungen. 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 lassen sich inner- und außerhalb von Gebäuden zur Energieversorgung mobiler Industrieanwendungen wie Krane und alle Arten von Verfahr- und Hebetechnik einsetzen.

Bisher kommen dafür zumeist Drehstromleiter (AC, für Alternating Current, Wechselstrom) zum Einsatz. Nach Überzeugung der Projektpartner bietet die auf Gleichstrom fußende 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 gewinnt man im Wege von Messungen an praxisnahen Versuchsanlagen. Angelegt ist das vom Bundeswirtschaftsministerium geförderte Projekt auf drei Jahre. 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.

Umstellung auf Gleichstrom steigert die Energieeffizienz

„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 somit helfen, die Energieversorgung effizienter und kostengünstiger zu gestalten.

Die dabei bereits gewonnenen Ergebnisse stimmen zuversichtlich. 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 gleichstrombasierter Stromschienen verbraucht deutlich weniger Material als die herkömmlicher Systeme. So sinkt allein der Kupferbedarf um bis zur Hälfte.

Schienensysteme zur Energieversorgung mobiler Industrieanwendungen

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 dazu nötigen Messungen finden an Versuchsaufbauten statt. Diese werden auf dem Gelände von Vahle in Kamen installiert, sowie bei der TH OWL. Die Anlagen aus Einspeise-, Wechselrichter- und DC/DC-Wandlertechnologie für industrielle DC-Netze sind dabei 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.“

Systeme mit Gleichstrom mit Effekten über die gesamte Wertschöpfungskette

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.

Projekt auf die Dauer von drei Jahren angelegt

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Vorhaben wird vom Forschungszentrum Jülich betreut. Es 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.“

Bild oben: 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 (Vahle), 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).

Weitere Informationen: https://www.vahle.de/

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