Dolga Pot Do Napajanja Z Enosmernim Tokom

2023 Avtor: Hannah Pearcy | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-05-24 11:13

Odločitev v korist izmenične napetosti in s tem enosmerne napetosti za večje gradnje napajalnih omrežij je bila sprejeta okoli leta 1890 v ZDA. Temu je sledila "električna vojna" med Thomasom Alvo Edisonom in Georgeom Westinghouseom, ki je šlo predvsem za gospodarske interese. Ker se izmenična napetost lahko prenaša na dolge razdalje v nasprotju z enosmerno napetostjo pri nizkih napetostih v območju 220 V, je ta tehnologija na koncu zmagala. In tako seveda uporabljamo izmenično napetost za oskrbo naših tovarn z električno energijo - vse do danes.

Vendar to ne bi smelo ostati. "Spremenjena omrežna infrastruktura, ki temelji na enosmernih napetostnih omrežjih, izboljšuje energetski prehod, spodbuja energetsko učinkovitost in podpira industrijo 4.0," pojasnjuje Gunther Koschnick, generalni direktor Združenja za avtomatizacijo pri ZVEI. Koschnick je tako povzel glavne cilje projekta "DC Industry - Inteligentno odprto omrežje DC v industriji za zelo učinkovite sistemske rešitve z električnimi pogoni", rezultate katerega je združenje predstavilo na Hannover Messe 2019.

Skupno 21 industrijskih podjetij, štirje raziskovalni inštituti in ZVEI si prizadevajo od julija 2016, da bi industrijski proizvodnji prinesli večjo energetsko učinkovitost in prožnost. Neposredni tok (DC) je ključna tehnologija prihodnosti za energetsko učinkovito odprto pametno omrežje v tovarniški dvorani. Projekt je zdaj dosegel fazo izvajanja: predstavitveni sistemi projektnih partnerjev Daimler, Homag in KHS delujejo od začetka leta.

Dodatne informacije o temi Projekt "DC industrija - energetski prehod izpolnjuje industrijo 4.0"

Projekt "DC industrija - inteligentno odprto omrežje DC v industriji za zelo učinkovite sistemske rešitve z električnimi pogoni" ima skupni obseg 10 milijard EUR. Financiralo ga je zvezno ministrstvo za ekonomske zadeve in energetiko (BMWi) in je trajalo tri leta. Skupaj 21 podjetij iz industrije, štirje raziskovalni inštituti in ZVEI sodelujejo pri projektu za izvajanje energetskega prehoda in za večjo energetsko učinkovitost in energetsko prožnost v industrijski proizvodnji. Dodatne informacije najdete na dc-industrie.zvei.org

Gre za energetsko učinkovitost, energetsko fleksibilnost in stabilnost omrežja

Glavni poudarek je na energetski učinkovitosti, energetski prilagodljivosti in stabilnosti omrežja. Na primer prekinitve oskrbe z javnim omrežjem so pogoste v mnogih regijah Nemčije - pogosto le nekaj milisekund. Kljub temu motijo operativni postopek in lahko uničijo elektronske komponente. Pametna enosmerna mreža lahko reagira na takšne prekinitve napajanja in na primer tovarno napaja z baterijami ali vklopi in izklopi potrošnike, kot je potrebno.

Poleg tega vrhovi električne energije povzročajo visoke stroške, ker je treba zagotoviti električno energijo in potrebno infrastrukturo. Nasprotno pa lahko lastne naprave za shranjevanje energije v enosmerni mreži absorbirajo največje vrednosti energije. Nenazadnje omrežja z enosmernim tokom omogočajo dovajanje električne energije v javno omrežje. V časih, ko proizvodnja miruje - na primer ob koncu tedna - lahko tovarna oskrbuje javno omrežje z energijo. "Industrijska tovarna DC postaja vse bolj razširjena," razlaga Gunther Koschnick. Še ena prednost: od računalnikov do industrijskih pogonov, robotov in proizvodnih tehnologij do osvetlitve prostorov - skoraj vsi regulirani porabniki električne energije v proizvodnji že potrebujejo enosmerno napetost. Za njihovo napajanje je treba najprej pretvoriti izmenično napetost.

Prednosti tudi pri uporabi regenerativnih energij

Poleg nižjih izgub pretvorbe omrežja na osnovi enosmernega toka ponujajo tudi potencial pri uporabi regenerativne energije. V primeru fotonapetostnih sistemov na proizvodnih halah se lahko na primer neposredna napetost, ustvarjena iz sončne svetlobe, uporabi neposredno za proizvodnjo ali začasno shrani v industrijskih skladiščih energije. Podobno kot pri hibridnih ali električnih vozilih se lahko tudi pri tako imenovanem rekuperaciji prednosti tako imenovane rekuperacije lažje uporabijo: energijo, ki nastane na primer pri zaviranju pogonov in robotov v sistemu, je mogoče učinkovito obnoviti.

V Daimlerju so neposredna uporaba obnovljivih virov energije, shranjevanje energije (zlasti na področju rabe avtomobilskih baterij), dobava tehnične gradbene opreme (prezračevanje, razsvetljava), pa tudi dobava proizvodnih sistemov pomembna področja uporabe za enosmerna omrežja. Hitro napredujoče prehoda na hibridna in električna vozila kot del pobude podjetja EQ prav tako ustvarja hitro rastočo potrebo po DC-tehnologiji za hitro polnjenje vozil EQ v okolju, povezano s proizvodnjo.

Daimlerjevi testi s demonstratorji

Podjetje zato v inovacijskem laboratoriju svoje tovarne tehnologij izvaja dva - prostorsko povezana - demonstratorja. Koncept sistema, ki je določen v projektu DC Industrija, se preskuša na podlagi sistema za izdelavo karoserije in električnega sistema z monorelom (EMS). Za preučevanje interoperabilnosti izdelkov se uporabljajo sestavni deli skoraj vseh projektnih partnerjev.

Del "Tovarne 56", ki se trenutno gradi v tovarni Mercedes-Benz Sindelfingen, bo opremljen z prototipom napetostne enosmerne infrastrukture. Na strehi tovarne 56 je fotonapetostni sistem, ki dvorano oskrbuje tudi s samo proizvedeno zeleno elektriko. Del električne energije se napaja v enosmernem omrežju v dvorani.

Obstoječe zaščitne stikalne naprave so primerne le v omejenem obsegu

Toda nova omrežja DC zahtevajo rešitve, ki jih je mogoče le v omejenem obsegu izpolniti z obstoječimi zaščitnimi stikalnimi napravami, ki temeljijo na elektromehanskih sestavnih delih. Eaton je eno od podjetij, ki že sodeluje na tehnoloških rešitvah kot projektni partner.

Gre za stikalne tehnologije, ki temeljijo na elektronskih komponentah, zlasti tako imenovanih hibridnih stikal ali čistih polprevodniških stikal. Ti novi koncepti za inteligentno krmiljenje omrežja v nizkonapetostnem območju omogočajo, da se zahteve za preklapljanje in zaščito ter meritve, komunikacije in krmiljenja združijo v eni napravi ("Smart Breaker"). Namenjeni so temu, da utrli pot razvoju izdelkov, da bi lahko zagotovili rešitve za prihodnje inteligentne omrežne aplikacije (AC in DC).

Vgrajeni enosmerni motorji

Partner za projektno sodelovanje Bauer Gear Motor intenzivno dela tudi na rešitvah. V sodelovanju s projektnimi partnerji je podjetje zdaj razvilo nove DC-krmilne motorje z integriranimi frekvenčnimi pretvorniki in izdelalo funkcionalne vzorce za vključitev v demonstratorje. "Interoperabilnost sistema KHS je že dokazana kot del opredeljenih aplikativnih testov," pojasnjuje Karl-Peter Simon, generalni direktor in predsednik, Bauer Gear Motor GmbH. Po zaključku trenutnega projekta bi se moral začeti razvoj serije.

Proizvajalec kablov Lapp je to temo obravnaval že v zgodnji fazi in preučil vprašanje, ali so skupne izmenične napetosti enako primerne za enosmerni tok. Večina strokovnjakov je to doslej domnevala. Lapp v okviru raziskovalnega projekta v sodelovanju s profesorjem Frankom Bergerjem iz TU Illmenau podpira tudi delovno skupino s testnimi vodi in testnimi stojnicami. Testi kažejo, da so se strokovnjaki zmotili. Električno polje enosmerne napetosti na plastično izolacijo vodov deluje drugače kot napetostno polje. Za končna priporočila je še prezgodaj, vendar Berger poudarja, da "bodo za nekatere aplikacije pod enosmernim tokom dejansko potrebni drugačni materiali kot pri izmeničnih trenutnih aplikacijah". Nadaljnji aplikativno naravnani preizkusi bi morali biti jasni.

DC AC

Potrebujete nove kable za enosmerni tok?

Dobava enosmernega toka obljublja številne prednosti. Vendar je treba storiti še veliko. Gunther Koschnick vidi največjo potrebo po ukrepanju v razvoju ustreznih standardov in razvoju ustreznih DC stikal, tem, ki bodo zagotovo našli prostor v drugem raziskovalnem projektu. To se je začelo pred nekaj tedni.

Namig za seminar

Seminar o kakovosti napetosti in motnjah omrežja ponuja osnove za zaznavanje napak v omrežju, izvajanje konceptov meritev in analizo merilnih podatkov.