Die Câbleries Lapp am Rand der französischen Vogesen sind einer von 26 Produktionsstandorten von Lapp. Aber dennoch sind sie etwas Besonderes. Es ist nicht nur das größte Werk des Unternehmens, es dient auch immer wieder als Testfeld, wo neue Technologien ausprobiert werden. Derzeit steht eine Konzeptstudie an, die für viele Industriebetriebe eine Revolution bedeuten könnte. Anlass ist eine Neuorganisation der Fertigungslinien und vor allem des Wertstroms in den fünf Hallen. In den kommenden drei Jahren sollen 95 Prozent der Maschinen ihren Platz wechseln, außerdem wird eine sechste Halle gebaut. Die Produktivität soll sich damit unterm Strich verdoppeln.
Dabei möchte die Betriebsleitung auch die Energie- und Ressourceneffizienz verbessern. Dazu werden die neue sechste Halle sowie die benachbarte Halle 1 mit Gleichstrom-Versorgung ausgestattet – möglichst mit eigener Technologie.
Forschungsprojekte als Basis
Gleichstromnetze konnten sich bisher in der Industrie nicht durchsetzen. Das liegt einmal daran, dass das Thema jetzt erst aus der Forschung in die Umsetzung kommt. Zum anderen sind Stand heute noch nicht alle Komponenten für DC mit den notwendigen Zertifizierungen verfügbar, wie z.B. DC-Abzweige oder AC-DC-Wandler. Hier haben das Forschungsprojekt DC-Industrie und sein Nachfolgeprojekt DC-Industrie2 wichtige Vorarbeiten geleistet. Die Forschungspartner haben das sogenannte DC-Systemkonzept erarbeitet. Das sind Standards, wie Gleichstromnetze aufzubauen sind.
In seinem Arbeitspaket hat Lapp untersucht, wie Gleichstrom auf ein Kabel oder eine Leitung wirkt. Die Ergebnisse sind vielversprechend. Aufgrund der höheren Spannung kann häufig ein kleinerer Querschnitt verwendet werden. Auch der Einfluss von DC im Niederspannungsbereich auf das Isolationsmaterial wurde untersucht. Die Normung (UL 758) sieht identische Prüfungen für AC- und DC-Leitungen vor. Das Isolationsmaterial ist im Niederspannungsfall gleich einsetzbar; bei einzelnen Materialien in Kombination mit einer sehr starken Feuchtigkeitsbelastung braucht es eine höhere Durchschlagfestigkeit.
Als erster Hersteller hat Lapp ein umfassendes Portfolio aus Lapp Harnessing Solutions Anschluss- und Steuerleitungen für DC im Angebot, die sich für unterschiedliche Einsatzzwecke von der festen Verlegung bis zur Dauerbewegung in Schleppketten eignen – mit dem Farbcode, der abweichend zu AC-Kabeln nach EN60445 definiert wurde.
Hohe Einsparungen möglich
In Forbach ist das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart an Bord. Es hat mit einer Bestandsaufnahme der Erzeuger und Verbraucher im Werk und einem Stufenplan zur Einrichtung eines Gleichstromnetzes die Basis gelegt. Auch die Kosten und den ROI hat das IPA berechnet. Demnach könnten zehn Prozent der Verbraucher sofort mit Gleichstrom versorgt werden. Zusammengerechnet sind das pro Jahr 1,5 Gigawattstunden. Ein hohes Einsparpotential ergibt sich bei den Motoren in der Ablängerei, wo große Trommeln und somit Massen beschleunigt und abgebremst werden. Die Energie wird dort künftig nicht mehr über Widerstände verheizt, sondern ins Netz zurückgespeist.
„Das Gleichstromnetz im Werk in Forbach ist zunächst eine Konzeptstudie“, betont Dr. Susanne Krichel, Leiterin Innovation and Advanced Technology bei Lapp. Als nächstes werde die Umsetzung stufenweise geplant und verfügbare Komponenten geprüft. Dann soll in Halle 6 ‚auf der grünen Wiese‘ die DC-Netzinfrastruktur aufgebaut und in Halle 1 nachgerüstet werden. Später erfolgt die Anbindung der Photovoltaik auf dem Dach an die Gebäudetechnik. Schritt für Schritt kommen weitere Verbraucher wie Ladestationen für E-Fahrzeuge hinzu, die die Maximalleistung der Photovoltaikanlage nutzen. Langfristig könnten alle Stromverbraucher an das DC-Netz angeschlossen werden, wobei Rekuperation und Batteriespeicher eine wichtige Rolle spielen. Wenn alles klappt wie geplant, würden auch die anderen Hallen auf DC umgerüstet, so Eric Lebert, Technischer Leiter der Câbleries Forbach.
„Bei Gleichstrom gibt es kein Unternehmen, das alles kann“, so Susanne Krichel. Das Partnernetzwerk helfe, die weitere technische Entwicklung voranzutreiben. So arbeiten Unternehmen aus der ODCA des ZVEI an einem AI-Konverter (Active Infeed), der das AC- und DC-Netz besser koordiniert und Lastspitzen mildert. Erfahrungen bei einem Anbieter von DC-Komponenten, der bereits eine komplette Fabrik auf Gleichstrom umgestellt hat, zeigen: Die maximale Spitzen(Peak)leistung, die der Betrieb aus dem Netz bezieht, hat sich deutlich reduziert. Das Unternehmen spart damit bares Geld, weil es beim Stromanbieter günstigere Konditionen bekommt.
Eine Fabrik, die zu hundert Prozent mit Gleichstrom arbeitet, hält Susanne Krichel grundsätzlich für möglich, aber nicht für wahrscheinlich – die Zukunft gehöre hybriden Netzen sowie auf die Bedarfe der Fabriken angepassten Netzkonzepten. „Was ist machbar und was ist wirtschaftlich sinnvoll? Diese Fragen wollen wir in Forbach beantworten.“
