Open DC Alliance veröffentlicht VDE SPEC zu industriellen Gleichstrom-Mikronetzen

(WK-intern) – Wir befinden uns aktuell an einem Wendepunkt in der Geschichte industrieller Stromnetze.

Fast 150 Jahre lang, praktisch seit Beginn der Elektrifizierung, dominierte der Wechselstrom.

• Dr. Hartwig Stammberger, Manager Strategic Associations Direct Current von Eaton Industries und Sprecher des Vorstands der Open DC Alliance, war in dieser Funktion maßgeblich an der Ausgestaltung und Veröffentlichung der Spezifikation beteiligt.

Für die damalige Zeit war das sicher sinnvoll. Erzeugt wurde die Elektrizität zum großen Teil mit Drehstromsynchrongeneratoren. Wechselstrom wurde für die Übertragung der Energie verwendet, da mit Transformatoren die Spannung einfach geändert werden konnte – hohe Spannung für die Übertragung und niedrigere Spannung in der Anwendung.

Heute sieht die Situation ganz anders aus. Von Mikroelektronik über LED-Technologie, Elektrofahrzeuge und Batteriespeicher bis hin zu modernen DC-Antrieben leben wir (zumindest auf der Nachfrageseite) in einer Gleichstromwelt. Doch auch auf der Angebotsseite ändert sich durch den Siegeszug der Photovoltaik die Lage – es findet immer mehr direkte Gleichstromerzeugung statt. Moderne Technologien wie DC-DC-Wandler sorgen zudem dafür, dass ein früherer Vorteil des Wechselstroms – die vergleichsweise einfache Spannungsumwandlung – nicht mehr zum Tragen kommt.

Unternehmen profitieren von DC-Netzen

Auf der (Makro-)Netzebene bietet Wechselstrom noch immer einige Vorteile, sodass es keinen vollständigen Technologieaustausch geben wird. Im Kleinen, auf der Ebene lokaler Netze wie beispielsweise innerhalb einer Fabrikhalle, spricht heute allerdings alles für den Einsatz von DC-Microgrids, beziehungsweise Gleichstrom-Mikronetzen. Die Betreiber profitieren dadurch gleich mehrfach:

1. Geringere Investitionskosten: Verglichen mit einem AC-Netz benötigt eine Gleichstrominstallation weniger Komponenten wie Umrichter und kleinere Transformatoren. Außerdem wird weniger Kupfer in den Leitungen für die gleiche Leistung benötigt.

2. Geringere Betriebskosten: Verlustleistung durch Gleich- und Wechselrichter kann zu einem erheblichen Maße entfallen. Außerdem kann die vom Netzbetreiber bezogene Spitzenleistung deutlich reduziert werden: Bis zu 85% niedrigere Spitzenleistung wird z.B. in Hochregallagern benötigt.

3. Integration von Photovoltaik und Batteriespeichern: Immer mehr Unternehmen interessieren sich für eigene Stromerzeugung auf dem Betriebsgelände. Das Mittel der Wahl ist dabei fast immer Photovoltaik, die Gleichstrom liefert. In einem DC-Netz kann diese Energie effizienter ohne verlustbehaftete Umwandlung durch einen Wechselrichter genutzt werden. Überschüsse können in Batterien gespeichert werden.

4. Unterstützung moderner Ladetechnologie: Hochleistungsladestationen für Elektrofahrzeuge arbeiten heute ebenfalls mit Gleichstrom und lassen sich daher gut in ein DC-Netz integrieren.

5. Nutzung von Rekuperationseffekten: Die kinetische Energie von Maschinen und Antrieben, die abgebremst werden, kann in elektrische Energie umgewandelt und wieder ins DC-Netz eingespeist werden. Anstatt dass sie, wie bei AC, mit Bremswiderständen als Wärme verloren geht.

Neue Spezifikation schafft Sicherheit

Seitens der Industrie besteht bereits seit einiger Zeit großes Interesse und auch Planer, Gutachter und Handwerksunternehmen machen sich zunehmend mit der Technologie vertraut. Was bislang allerdings fehlte, war ein verbindlicher Bezugsrahmen. Diese Lücke konnte die Open DC Alliance (ODCA) nun schließen. Mit der Ende letzten Jahres veröffentlichen „Vor-Norm“ VDE SPEC 90037 schließt sich nun diese Lücke. Diese Spezifikation, die aus den DC-INDUSTRIE-Projekten hervorgegangen ist, wurde im Rahmen der ODCA weiterentwickelt. Mehr als 100 Experten aus 45 Unternehmen (darunter im zweiten Projektteil DC-INDUSTRIE2 Eaton als Konsortialleiter) und Forschungseinrichtungen arbeiteten an diesem Projekt mit und entwickelten und validierten die umfassende Beschreibung von DC-Microgrids anhand von zehn Modellanwendungen. Das Dokument wurde von einer Arbeitsgruppe der DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik) – dem deutschen Kompetenzzentrums für elektrotechnische Normung – geprüft und zur Veröffentlichung freigegeben.

VDE SPECs dienen generell als Referenzdokumente für Planer, Installateure und Endanwender, insbesondere in Bereichen, in denen noch keine internationalen Normen existieren. Die Spezifikation zu DC-Microgrids umfasst die Definition sowie die umfangreiche Beschreibung von Gleichstromnetzen. Sie geht detailliert auf einzelne Komponenten und verschiedene Spannungsbereiche innerhalb des Netzes ein. Zudem werden Schutzmechanismen und die Absicherung von Gleichstrom-Mikronetzen umfassend erläutert. Das Dokument ist in englischer Sprache kostenlos auf der Webseite des VDE verfügbar. Eine deutsche Version folgt. Weitere Informationen zur ODCA hier sowie auf LinkedIn.

Über Eaton

Eaton ist ein auf intelligentes Energiemanagement spezialisiertes Unternehmen, das sich dem Ziel verschrieben hat, für mehr Lebensqualität zu sorgen und die Umwelt zu schützen. Unsere Produkte kommen in den Bereichen Rechenzentren, Versorgungsunternehmen, Industrie, Handel, Maschinenbau, Wohnungsbau, Luft- und Raumfahrt sowie Mobilität zum Einsatz. Wir handeln verantwortungsvoll und nachhaltig und unterstützen unsere Kunden beim Energiemanagement ─ heute und in Zukunft. Wir setzen auf die globalen Wachstumstrends Elektrifizierung und Digitalisierung, um die Umstellung auf erneuerbare Energie zu beschleunigen, einen Beitrag zur Lösung der weltweit dringendsten Herausforderungen im Bereich Energiemanagement zu leisten und die Gesellschaft für heutige und künftige Generationen nachhaltiger zu gestalten.

Eaton wurde 1911 gegründet und ist seit mehr als einem Jahrhundert an der New Yorker Börse notiert. Wir erzielten im Jahr 2023 einen Umsatz von 23,2 Milliarden US-Dollar und sind über 160 Ländern vertreten. Weitere Informationen finden Sie unter www.eaton.com. Folgen Sie uns auf LinkedIn.

PM: Eaton Electric Germany

PB: Hartwig Stammberger (Zweiter v.l.) mit VDE SPEC Co-Autor Johann Austermann von Weidmüller zeigen die VDE SPEC DC-INDUSTRIE mit Dominik Maihöfner und Kathrin Renner vom Hauptamt der Open DC Alliance. / ©: Eaton Industries