Energieversorgung und -verteilung

Ab einem Energieverbrauch von mehreren Kilowatt ist der Wechsel vom Haushaltsüblichen Einphasenwechselstroms auf das symmetrische Dreiphasensystem (umgangssprachlich Starkstrom) wirtschaftlich sinnvoll. Mit 28,2 % bemisst sich der Energieverbrauch der Industrie im Jahr 2016 noch immer als der größte Abnehmer von Energie in Deutschland. Die 717 Terawattstunden (TWh) werden dabei zu zwei Dritteln zur Erzeugung mechanischer Energie für die Produktion verwendet.

Gleichstrom für die Industrie

Ein neuartiger Konzept-Ansatz verfolgt seit 2016 jedoch einen Ansatz, den Gleichstrom in der Industrie zum neuen Standard zu erheben. Ziel der Gleichstrom-Forschungsgruppe "DC-Industrie" ist die Energieversorgungsarchitektur in Deutschland und Europa zu digitalisieren und ein smartes, offenes Gleichstromnetz zu gestalten. Elektrische Energie wird zu fast 70 % für den Betrieb von Elektromotoren verwendet. In Zeiten der Energiewende und dem Streben nach mehr Energieeffizienz wird ein gleichstrombasiertes Smart Grid für die Industrie in das Spiel gebracht.

Mit dem Trend zu energieeffizienten und drehzahlveränderlichen elektrischen Geräten haben bereits heute, auf Gleichspannung basierende Produktionsanlagen erheblichen Anteil gewonnen. Hierbei muss die Energie von Wechselspannung in Gleichspannung gewandelt werden. Dieser Prozess ist nur durch zusätzliche elektrische Anlagen zu ermöglichen, verbunden mit einem geringen Energieverlust zwischen jeder Wandlung. Neben einem elektrischen Wandler, müssen zudem auch Transformatoren und Netzentstörfilter eingebaut werden, um die Energie in die erforderliche, sichere Form zu transferieren. Die Forschungsgruppe "DC-Industrie" will die Energieeffizienz und die Energieflexibilität in der Produktion verbessern, um auch auf schwankende Netzqualität und Energieangebote durch erneuerbare Energien reagieren zu können.

Ein schwankendes Energieangebot ist in Zeiten erneuerbaren Energien alltäglich. Größere Differenzen müssen durch die Netzverteiler erst überbrückt werden, zu einem technischen Stillstand in der Produktion wird es jedoch nicht kommen. Mithilfe von USV-Systemen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung können auch eventuelle Nachteile der Wechselstromversorgung effizient aufgefangen und kompensiert werden. Solcher Puffermodule können kürzere Spannungseinbrüche im Netz auffangen und sorgen für einen permanenten Produktionsbetrieb ohne kostenintensive Schäden an den Maschinen zu verursachen. Einen zusätzlichen Schutz vor Versorgungsausfällen bieten Redundanzmodule, welche die kontinuierliche Stromversorgung gewährleisten können.

Industrie 4.0 als Chance für die Energiewende

Die Digitalisierung hält nicht nur in Haushalten und im Privatleben Einzug, ebenfalls in der Industrie ist der digitale Fortschritt nicht zu bremsen. Intelligente Fertigungsprozesse machen bereits heute ein Großteil des modernen Produktionsstandards aus. Die Stromversorgung durch Gleichstrom (DC) ist Beginn für die Energiewende und eine Chance für die Industrie 4.0. Das sogenannte Smart Grid und die Verlagerung der computergestützten Kommunikation über LAN und das Internet ermöglichen die Steuerung von Prozessen auch über größere Entfernungen hinweg.

Die Voraussetzung für dieses intelligente Energiemanagement ist aber die bedarfsorientierte Verteilung von Energie innerhalb von Produktionsanlagen. Helfen sollen dabei auch Systemen zur nachhaltigeren Stromerzeugung, wie die Rückführung der Bremsenergie (generatorischen Bremsen). Elektronische Schutzschalter für eine intelligente Stromverteilung sorgen dabei für eine effizientere und sichere Verteilung der benötigten Energie im Stromverteilungssystem. Ein DC-Netz kann helfen, die Energiewende abzumildern, die Versorgung mit Energie ist durch Gleichstrom effizienter und flexibler auf das schwankende Energieangebot.