Решение в пользу переменного напряжения и, следовательно, против постоянного напряжения для построения сетей электроснабжения в больших масштабах было принято примерно в 1890 году в США. Этому предшествовала «война за электричество» между Томасом Альвой Эдисоном и Джорджем Вестингаузом, которая была главным образом из-за экономических интересов. Поскольку напряжение переменного тока может передаваться на большие расстояния в отличие от напряжения постоянного тока при низких напряжениях в диапазоне 220 В, эта технология в конечном итоге победила. И поэтому мы естественным образом используем переменное напряжение для снабжения наших заводов электроэнергией - до сегодняшнего дня.
Однако это не должно оставаться так. «Измененная сетевая инфраструктура, которая основана на сетях постоянного напряжения, способствует переходу энергии, способствует повышению энергоэффективности и поддерживает Industry 4.0», - объясняет Гюнтер Кошник, управляющий директор Ассоциации автоматизации в ZVEI. Таким образом, Koschnick подытожил основные цели проекта «Промышленность постоянного тока - интеллектуальная открытая сеть постоянного тока в промышленности для высокоэффективных системных решений с электроприводами», результаты которого ассоциация представила на выставке Hannover Messe 2019.
В общей сложности 21 промышленная компания, четыре научно-исследовательских института и ZVEI работают с июля 2016 года, чтобы повысить энергоэффективность и энергетическую гибкость промышленного производства. Постоянный ток (DC) - это будущая ключевая технология для энергоэффективной открытой интеллектуальной сети в цехе завода. В настоящее время проект достиг стадии реализации: демонстрационные системы от партнеров проекта Daimler, Homag и KHS работают с начала года.
Дополнительная информация по теме Проект «Индустрия постоянного тока - Energy Transition Meets Industry 4.0»
Проект «Промышленность постоянного тока - интеллектуальная открытая сеть постоянного тока в промышленности для высокоэффективных системных решений с электроприводами» имеет общий объем 10 миллиардов евро. Он финансировался Федеральным министерством экономики и энергетики (BMWi) и имел трехлетний срок. В общей сложности 21 компания из промышленности, четырех научно-исследовательских институтов и ZVEI работают вместе над проектом по осуществлению перехода к энергопотреблению и повышению энергоэффективности и энергетической гибкости промышленного производства. Дополнительную информацию можно найти на dc-industrie.zvei.org
Речь идет об энергоэффективности, энергетической гибкости и стабильности сети
Основное внимание уделяется энергоэффективности, энергетической гибкости и стабильности сети. Например, перебои с подачей электроэнергии в государственную электросеть распространены во многих регионах Германии - часто всего на несколько миллисекунд. Тем не менее, они нарушают рабочий процесс и могут разрушать электронные компоненты. Интеллектуальная сеть постоянного тока может реагировать на такие перебои с питанием и, например, снабжать завод батареями, или включать и выключать потребителей по мере необходимости.
Кроме того, пики электрической энергии обуславливают высокие затраты, поскольку необходимо обеспечить электроэнергию и необходимую инфраструктуру. Напротив, собственные устройства накопления энергии в сети постоянного тока могут поглощать пики энергии. Наконец, что не менее важно, сети постоянного тока позволяют подавать электроэнергию в общественную сеть. В периоды, когда производство останавливается - например, в выходные дни - фабрика может снабжать общественную сеть энергией. «Промышленный завод DC становится производителем, - объясняет Гюнтер Кощник. Еще одно преимущество: от компьютеров до промышленных приводов, роботов и технологий производства до освещения зала - почти всем регулируемым потребителям электроэнергии в производстве уже требуется постоянное напряжение. Для их подачи необходимо сначала преобразовать напряжение переменного тока.
Преимущества также для использования регенеративных энергий
В дополнение к более низким потерям преобразования сети на основе постоянного тока также обладают потенциалом, когда дело доходит до использования регенеративной энергии. Например, в случае фотоэлектрических систем в производственных цехах постоянное напряжение, генерируемое солнечным светом, может использоваться непосредственно для производства или временно храниться в промышленных хранилищах энергии. Подобно гибридным или электрическим транспортным средствам, преимущества так называемой рекуперации могут также более легко использоваться в сети постоянного тока: например, энергия, которая генерируется, когда приводы и роботы в системе тормозятся, может эффективно восстанавливаться.
В Daimler непосредственное использование возобновляемых источников энергии, накопление энергии (особенно в области вторичного использования автомобильных аккумуляторов), поставка технического строительного оборудования (вентиляция, освещение), а также поставка производственных систем считаются интересными областями применения для сетей постоянного тока. Быстро развивающийся переход на гибридные и электрические транспортные средства в рамках инициативы компании EQ также создает быстро растущую потребность в технологии быстрой зарядки на основе постоянного тока для транспортных средств EQ в производственных условиях.
Тесты Даймлера с демонстрантами
Таким образом, компания внедряет два демонстратора с пространственной связью в инновационной лаборатории своего технологического завода. Концепция системы, указанная в проекте DC Industry, тестируется на основе системы производства кузовов и электрической монорельсовой системы (EMS). Компоненты практически всех партнеров по проекту используются для исследования совместимости продуктов.
Часть «Фабрики 56», которая в настоящее время строится на заводе Mercedes-Benz Sindelfingen, будет оснащена прототипом инфраструктуры постоянного напряжения. На крыше «Фабрики 56» установлена фотоэлектрическая система, которая также обеспечивает зал зеленым электричеством. Часть электричества подается в сеть постоянного тока в зале.
Существующие защитные переключающие устройства подходят только в ограниченной степени
Тем не менее, новые сети постоянного тока требуют решений, которые могут быть достигнуты только в ограниченной степени с существующими защитными переключающими устройствами на основе электромеханических компонентов. Eaton является одной из компаний, которые уже работают над технологическими решениями в качестве партнера по проекту.
Это технологии коммутации, основанные на силовых электронных компонентах, в частности, так называемые гибридные коммутаторы или полупроводниковые коммутаторы. Эти новые концепции для интеллектуального управления сетью в диапазоне низкого напряжения позволяют объединять требования к коммутации и защите, а также к измерениям, связи и управлению в одном устройстве («Smart Breaker»). Они предназначены для того, чтобы проложить путь к разработке продуктов, чтобы иметь возможность предоставлять решения для будущих приложений интеллектуальных сетей (переменного и постоянного тока).
Встроенные мотор-редукторы постоянного тока
Партнер по проекту Bauer Gear Motor также интенсивно работает над решениями. В сотрудничестве с партнерами по проекту компания в настоящее время разработала новые мотор-редукторы с постоянным током со встроенными преобразователями частоты и произвела функциональные образцы для интеграции в демонстраторы. «Функциональная совместимость системы KHS уже была продемонстрирована в рамках определенных прикладных испытаний», - объясняет Карл-Петер Саймон, управляющий директор и президент Bauer Gear Motor GmbH. После завершения текущего проекта, разработка серии должна начаться.
Производитель кабелей Lapp рассмотрел эту тему на ранней стадии и рассмотрел вопрос о том, подходят ли обычные линии переменного тока для постоянного тока. Большинство экспертов предположили, что до сих пор. В рамках исследовательского проекта в сотрудничестве с профессором Фрэнком Бергером из TU Illmenau Лапп также поддерживает рабочую группу с помощью измерительных проводов и испытательных стендов. Тесты показывают, что эксперты ошиблись. Электрическое поле напряжения постоянного тока действует по-разному на пластиковую изоляцию линии, чем поле напряжения переменного тока. Для окончательных рекомендаций еще слишком рано, но Бергер подчеркивает, что «для определенных применений под постоянным током фактически потребуются другие материалы, чем в приложениях переменного тока». Дальнейшие прикладные тесты должны внести ясность.
DC AC
Вам нужны новые кабели для постоянного тока?
Подача постоянного тока обещает ряд преимуществ. Но многое еще предстоит сделать. Гюнтер Кошник видит наибольшую потребность в действиях при разработке соответствующих стандартов и разработке подходящих выключателей постоянного тока, темы, которые наверняка найдут место во втором исследовательском проекте. Это началось несколько недель назад.
Подсказка для семинара
Семинар по качеству напряжения и сетевым возмущениям предоставляет основы для выявления неисправностей в сети, реализации концепций измерений и анализа данных измерений.