Как проект DC-Industrie может в будущем обеспечить энергоэффективность заводов

Энергоэффективность заводов: Роль проекта DC-Industrie

В данной статье мы рассмотрим, почему отрасли промышленности переходят на питание постоянным током, техническую реализацию сетей постоянного тока, их преимущества и перспективы применения этой технологии.

В эпоху, когда экологичность и эффективность имеют первостепенное значение в промышленных инновациях, переход от переменного тока к постоянному является одним из самых интересных достижений в производстве. Энергия постоянного тока играет решающую роль в преобразовании производственных процессов, закладывая основу для создания более энергоэффективных, надежных и экологически рациональных энергосистем.

На долю электродвигателей приходится около 70% потребления электроэнергии на производстве, что делает их крупнейшими потребителями энергии в промышленном секторе. Внедрение электросетей постоянного тока потенциально может снизить потери энергии и оптимизировать работу. Этот переход не просто гипотетический – такие инициативы, как исследовательский проект DC-Industrie, уже воплощают его в жизнь, демонстрируя, как энергия постоянного тока может поддерживать работу заводов следующего поколения.

В данной статье мы рассмотрим, почему отрасли промышленности переходят на питание постоянным током, техническую реализацию сетей постоянного тока, их преимущества и перспективы применения этой технологии.

Почему на промышленных предприятиях выбирают питание постоянным током?

Переход от переменного тока к постоянному представляет собой нечто большее, чем просто техническую модернизацию – это важный шаг для отраслей, стремящихся к устойчивому развитию в условиях рационального природопользования. Традиционные сети переменного тока, которые десятилетиями снабжали энергией заводы, больше не отвечают современным производственным потребностям, особенно при использовании возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия.

Источник постоянного тока обладает рядом преимуществ, которые делают его оптимальным выбором для экологически чистых предприятий:

• Энергоэффективность: постоянный ток устраняет необходимость в частом преобразовании переменного тока в постоянный, что является распространенным источником потерь энергии. Большинство устройств промышленного применения, например, электродвигатели и роботы, преобразуют переменный ток в постоянный перед использованием энергии. Прямое использование сетей постоянного тока устраняет эти потери при преобразовании, повышая общую энергоэффективность предприятия.

• Полная интеграция с возобновляемыми источниками энергии: например, солнечные панели генерируют постоянный ток. В системах переменного тока эта энергия должна преобразовываться из постоянного тока в переменный и обратно, что приводит к ее потерям. Сети постоянного тока могут интегрировать возобновляемые источники энергии, что позволяет более эффективно использовать энергию.

• Снижение потребляемой мощности: Проект DC-Industrie демонстрирует, что при комплексном применении в промышленных целях, например, при роботизированной сварке, можно снизить потребляемую мощность. В одном случае потребность в электроэнергии снизилась с 450 кВт до всего лишь 50 кВт благодаря эффективному использованию систем накопления энергии в сети постоянного тока.

Эти преимущества делают источник питания постоянным током идеальным решением для новых энергозатратных предприятий с высокой степенью цифровизации, обеспечивая экологичность и экономическую целесообразность.

Техническая реализация сетей постоянного тока в промышленности

Успешное внедрение сетей постоянного тока в промышленных условиях предполагает замену энергосистем. Это требует стратегического развертывания инфраструктуры, систем энергоменеджмента и передовых сетевых технологий.

Проект DC-Industrie, получивший финансирование от Федерального правительства Германии, является передовым в этой области. Сотрудничая с более чем 39 промышленными и исследовательскими партнерами, авторы проекта заложили основу для создания промышленных сетей постоянного тока.

Как правило, сетевая инфраструктура работает в диапазоне напряжений от 485 до 750 В, в зависимости от типа используемого регулятора напряжения. Эти сети спроектированы таким образом, чтобы эффективно управлять потоками энергии, используя данные в режиме реального времени для регулирования распределения электроэнергии и использования возобновляемых источников энергии.

Применение моделей: реальные истории успеха

Несколько экспериментальных вариантов применения в рамках проекта DC-Industrie демонстрируют наглядные примеры того, как сети постоянного тока преобразуют производственные процессы на заводе:

• Гибкий производственный модуль Mercedes-Benz: Гибкий производственный модуль, в котором размещались четыре робота, используемые для сварки алюминия, был подключен к сети постоянного тока. Такое применение продемонстрировало экономию энергии и повышение эффективности работы в результате прямого обмена энергией между машинами.

• Автоматизированные установки розлива напитков KHS: В этой установке более 30 приводов были подключены к сети постоянного тока в открытой компоновке. Интеграция этих приводов с системами накопления энергии доказала гибкость и эффективность использования постоянного тока в решении динамичных промышленных задач.

• Деревообрабатывающие станки Homag: деревообрабатывающие станки Homag, которые часто размещались по всему крупному производственному помещению, были подключены к сети постоянного тока, оснащенной решениями для накопления энергии, такими как маховики, конденсаторы и аккумуляторы. Эти системы накопления энергии обеспечивали стабильность работы, особенно во время перебоев в подаче электроэнергии.

Каждое из указанных применений демонстрирует реальный потенциал сетей постоянного тока для решения энергоемких промышленных задач при одновременном снижении энергопотребления и повышении устойчивости систем к сбоям.

Основные преимущества сетей постоянного тока в промышленности

Преимущества сетей постоянного тока в промышленных условиях выходят далеко за рамки энергоэффективности. Ниже приведены несколько ключевых преимуществ, а именно то, как улучшается потребление, хранение и распределение электроэнергии на заводах:

• Энергоэффективность: Сети постоянного тока значительно повышают энергоэффективность, в основном за счет устранения ненужного преобразования энергии. Традиционные системы для многих операций используют преобразование переменного тока в постоянный и обратно, что приводит к значительным потерям энергии. Системы постоянного тока позволяют избежать этого, в частности, путем улавливания и повторного использования энергии торможения машин. В результате сети постоянного тока экономят от 6% до 10% энергии, в зависимости от конкретного применения.

• Экономическая эффективность: Переход на постоянный ток также приносит экономические выгоды. Размеры оборудования, такого как преобразователи и кабели, можно уменьшить до 25%, что снижает затраты на капитальные вложения. Кроме того, сети постоянного тока требуют меньше меди, при этом в кабелях используется до 55% меньше меди, что еще больше снижает материальные затраты.

• Экологичность и стабильность: сети постоянного тока спроектированы так, чтобы быть надежными и отказоустойчивыми, и в них используются локальные решения для хранения энергии, например, аккумуляторные батареи и конденсаторы, которые обеспечивают бесперебойную работу при перебоях в подаче электроэнергии. Это было особенно полезно в одном пилотном проекте, где было достигнуто снижение потребляемой мощности на 85%. Эти решения для хранения энергии позволяют заводам продолжать работу или безопасно отключать питание во время перебоев с питанием, избегая дорогостоящих незапланированных простоев.

• Воздействие на окружающую среду: Переход на сети постоянного тока оказывает очевидное положительное влияние на окружающую среду. Для кабелей постоянного тока требуется меньше материалов, что снижает выбросы углекислого газа на производственных предприятиях. Кроме того, более эффективное использование возобновляемых источников энергии помогает снизить общие выбросы CO2, что способствует более чистой и экологичной работе предприятия.

Перспективы на будущее

Будущее сетей постоянного тока представляется многообещающим, поскольку текущие разработки направлены на повышение производительности и упрощение систем внедрения. Новый проект DC-Industries 2 направлен на создание интеллектуальных сетей постоянного тока, которые могут разумно управлять потоками энергии и дополнительно интегрировать децентрализованные возобновляемые источники энергии.

Технология не только удовлетворит потребности завода в энергии, но и обеспечит удобство работы с сетями, например, балансировку спроса и предложения в режиме реального времени. Эти интеллектуальные сети оптимизируют потребление энергии, снижают пиковые нагрузки и гарантируют, что заводы смогут продолжать работать, несмотря на перебои в электросетях.

Инновации, реализуемые в рамках таких проектов, как DC-Industries, закладывают основу для создания заводов, которые становятся более эффективными и адаптируемыми к меняющемуся энергетическому ландшафту.