Die Zukunft der Stromversorgung wird DC sein
Eine provokante und jetzt - Anfang 2018 - noch visionäre Aussage / Doch die ersten Schritte in diese Richtung sind bereits vor einigen Jahren gemacht worden / Und die Vorteile beflügeln langsam die bislang eher zurückhaltenden Marktteilnehmer
(PresseBox) - Das elektrische Energieversorgungssystem ist historisch bedingt gegliedert in zentrale Energieversorger und dezentrale Verbraucher. Hierarchisch wird Strom von einem hohen Spannungsniveau über Hochspannungstrassen deutschland- und europaweit zur Verfügung gestellt, um dann über eine Mittelspannungsschiene verteilt zu werden, bis schließlich die üblichen Spannungsniveaus 230VAC/400VAC bei den Verbrauchern ankommen.
Regenerative Energieerzeuger wie Wasser, Wind, Solarenergie und Biomasse verändern diese klassische Netzstruktur. Mehr und mehr dezentrale Einspeisepunkte belasten das Verteilungsnetz ungleich höher als bisher (2016 lag der Anteil regenerativer Energien am Strommix bei 31,7%).
Um in einem solch heterogenen Umfeld weiterhin die hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten und für zukünftige Anforderungen (z.B. E-Mobility) gewappnet zu sein, sind neue, intelligente Lösungen notwendig.
Wie in der Industrie der Begriff ?Industrie 4.0? einen Wandel hin zu einer durchgehenden Digitalisierung des Fertigungsprozesses beschreibt, steht der Begriff ?Smart Grid? für eine intelligente, vernetzte Zusammenarbeit möglichst vieler Energieerzeuger, Verbraucher und Speicher.
Um auf Dauer nicht abhängig zu sein von Kohle und Öl zur Bereitstellung der sogenannten Grundlastversorgung, benötigt ein solches intelligentes Netz neue Ansätze in Bezug auf die Sicherstellung der Netzqualität. Denn die klassischen Quellen für regenerative Energie sind Windkraft und Solarenergie ? beide Techniken sind nicht grundlastfähig. Vor allem die wetterbedingt kaum vorhersehbaren Änderungen des Beitrags zur Stromerzeugung müssen deshalb auf andere Weise abgefangen werden.
In den verschiedensten Gremien u.a. des VDE, ZVEI, VDMA, NPE, IEC und auf länder- und staatspolitischer Ebene wird an Lösungen für dieses grundlegende Problem gearbeitet.
Und es gibt mittlerweile erste Teillösungen, die sogar verschiedene Industriezweige zusammen führen können:
Lösungsansatz 1
Lithium-Ionen-Batterien gibt es mittlerweile über drei Jahrzehnte am Markt. Die Herstellung ist nach wie vor aufwändig, jedoch ein vollständig beherrschter Prozess. Dieser Batterietyp stellt die derzeit optimale Kombination von Kapazität/Volumen dar. Die Entwicklungen in der Elektromobilität und in der Eigenversorgung von Häusern durch Solarstrom haben maßgeblich dazu beigetragen, dass Batteriemodule mehr und mehr bezahlbar werden. Besonders drastisch erkennt man den Preisverfall in den letzten 5 Jahren, in denen Zellenpreise jedes Jahr zweistellig günstiger wurden.
Mittlerweile existieren mehrere Megawatt-Kraftwerke auf Basis von Lithium-Ionen-Batterie Technik in Deutschland (z.B. in Chemnitz 10 MW, Schwerin 10 MW, Duisburg 30 MW), die von den Energieversorgern genutzt werden, um die Netzqualität (Primärregelleistung) zu verbessern und im Bedarfsfall (z.B. Spitzenstrombedarf) reagieren zu können.
Mit zunehmender Vernetzung von dezentralen Energiespeichern (Lithium-Ionen-Batterien an Solaranlagen), intelligenten Stromzählern, unterbrechungsfreien Stromversorgungen bis hin zu Megawatt-Speichern und der E-Mobility wird eine ganz neue Netztopografie entstehen. Und Batterien aus der E-Mobility können in ihrem ?Second-Life? noch für Jahre Energie speichern und abgeben, so dass die wertvollen Ressourcen zur Herstellung der LION-Batterien effektiv geschont werden können (Beispiel: Nissan Leaf Batterien in der Amsterdam Arena).
Der Beitrag von CMC Klebetechnik
Alle diese Komponenten erfordern elektrische Isolationen und wärmetechnische Maßnahmen, die mit Folien, Klebebändern und Stanzteilen von CMC Klebetechnik ausgerüstet werden können.
CMC Klebetechnik arbeitet mit mehreren Batterieherstellern eng zusammen. Diese nutzen die Kompetenz des Unternehmens und die Vielfalt der verfügbaren Folien und Klebebänder. Die Stichworte hierzu sind ?Isolieren, schützen, Wärme ableiten, markieren, bündeln, Brandschutz oder erwärmen?. Gerade bei gealterten Zellen und immer größeren Lade-Leistungen werden entsprechende passive Schutzsysteme immer wichtiger. Thermal Runaway oder auch der simple Anstieg des Kühlbedarfs durch den höheren Innenwiderstand sind dabei wichtige Stichworte.
Lösungsansatz 2
Wegen der fluktuierenden Strombereitstellung durch erneuerbare Energien (Erdwärme wird in Deutschland keine Rolle spielen, obwohl sie grundlastfähig wäre) muss die erzeugte elektrische Energie irgendwie gespeichert werden.
- Lösungen wie Speicherwasserkraftwerke scheitern im dichtbesiedelten Deutschland überwiegend an den hohen Zulassungsbeschränkungen.
- Druckluftspeicher in stillgelegten Bergwerken können zu Bodensenkungen führen
- Schwungmassen-Speicher sind nicht für hohe Energiemengen einsetzbar.
Eine der vielversprechendsten Lösungsansätze ist jedoch die Umwandlung elektrischer in chemische Energie, genauer in Sauerstoff und Wasserstoff. Wasserstoff lässt sich Erdgas beimischen. Es steht auf diese Weise im umfänglichen und gut ausgebauten Gasverteilnetz mit einer enormen Speicherkapazität zur Verfügung.
Natürlich beinhaltet die Transformation elektrisch-chemisch und schließlich wieder zurück chemisch-elektrisch einen noch recht hohen Verlustfaktor. Aber dieser Speicher- und Rückgewinnungsprozess leistet einen unschätzbaren ökologischen Beitrag durch die Schonung der endlichen Ressourcen der primären Energieträger Kohle, Öl und Gas und leistet dadurch auch einen unschätzbaren Beitrag zur Reduzierung des Anstiegs der Erderwärmung.
Der Beitrag von CMC Klebetechnik
Etliche Firmen arbeiten daran, diesen Vorgang der Elektrolyse und der Katalyse zu verbessern und zu optimieren. CMC Klebetechnik bietet auch in diesem Umfeld Folien und Klebebänder an, die in den Kernkomponenten, dem sogenannten ?Stack? (Stapel aus einzelnen Brennstoffzellen), eingesetzt werden.
Besonders die sogenannte Protonen-Elektronen-Austauschmembran (PEM) Technologie ist geeignet, mit relativ geringem Aufwand in Bezug auf die Prozesstechnik (Betrieb bei max. ca. 100°C) hocheffizient chemisch gespeicherte Energie wieder in elektrischen Strom zu wandeln.
CMC Klebetechnik stellt dafür hydrolysebeständige, schrumpfarme und chemisch neutrale Klebebänder zur Verfügung, die in unmittelbarer Nähe der MEA (Membrane Electrode Assembly) eingesetzt werden. Sie beeinflussen die Funktionalität der Austauschmembrane nicht und widerstehen der hohen Hydrolysebelastung sehr gut, die bei vielen Kunststoffen zu einem Abbau der Polymermatrix führt.
Eine beträchliche Anzahl von PEM-Brennstoffzellen stellen bereits die Funktionalität der Klebefolien von CMC Klebetechnik auch im Langzeitbetrieb unter Beweis.
Die Rolle der Gleichspannung bei der Energieversorgung der Zukunft
Beide vorgestellten Lösungsansätze haben eine wesentliche Gemeinsamkeit: Sie basieren auf Gleichspannung. Über 100 Jahre nach dem ?Sieg? von Tesla`s Wechselstrom (AC) über den Gleichstrom (DC) beginnt eine neue Ära.
In sehr vielen Geräten wird derzeit der zur Verfügung gestellt Wechselstrom am Ende wieder in Gleichstrom gewandelt und dies mit durchaus beträchtlichen Energieverlusten.
Um den von Brennstoffzellen, Megawatt-LION-Speichern oder Solaranlagen produzierten Gleichstrom in das derzeitige Wechselstromnetz einspeisen zu können, bedarf es einer DC/AC Transformation. In den Endgeräten, die sehr häufig mit Gleichstrom betrieben werden (LED-Beleuchtung, Batterie-Speichersysteme, elektronische Geräte) wird dann die Wechselspannung wieder gleichgerichtet (AC/DC Wandler). Dort entstehen ebenfalls nennenswerte Energieverluste.
Auch Energiequellen wie Kleinwasserkraftwerke und Windturbinen wandeln die produzierte Wechselspannung zunächst in einem Zwischenkreis in Gleichspannung um. Diese wird meist im Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM) ? wiederum mit Energieverlusten -in eine netzkonforme Wechselspannung umgewandelt.
In vielen Geräten machen die Verluste bei der Stromumwandlung 40-80% der Gesamtleistung aus und sind für bis zu ca. 50% der Herstellkosten verantwortlich.
All diese Wandlerverluste (DC-AC-DC) können reduziert werden durch ein Low Voltage Direct Current Netz (LVDC) unterhalb der großen Verteilnetze der Energieversorger.
Haushalte, Industriebetriebe, Kommunen und große Einrichtungen wie Kongresshallen und Hotels verbrauchen einen großen Anteil der elektrischen Energie in Form von Gleichspannung (z.B. Strassen- oder Hallenbeleuchtung).
In diesen Fällen können Wandlerverluste deutlich reduziert werden, wenn die elektrische Energie aus Gleichstromquellen ohne den Umweg über die Wechselspannungsnetze genutzt werden kann.
Ein Gleichstromnetz, in dem viele verschiedene Spannungsquellen integriert werden, hilft zudem, die erhebliche Überdimensionierung der klassischen Stromversorgungsnetze zu verringern. Nicht wenige einzelne Kraftwerke müssen gegenseitig bei einem Ausfall die fehlende Kapazität zur Verfügung stellen. Es wird vielmehr eine Lastverteilung auf viele Quellen geben. Gleichspannung kann zusätzlich auch auftretende Blindleistungsverluste in Wechselstromnetzen reduzieren und so die Netzbelastung reduzieren. Gleichstrom benötigt außerdem einen geringeren Kabeldurchmesser bei gleicher Stromstärke, bestehende Leitungen können im LVDC-Netz unverändert weiter benutzt werden.
Standardisierung als Erfolgsgarant
Das Deutsche Institut für Normung (DIN), die Deutsche Kommission für Elektrotechnik (DKE), ebenso die Europäischen Normungsorganisation CEN und CENELEC sowie die Internationalen Normungsorganisationen wie ISO und IEC sind ? zusammen mit Forschungseinrichtungen und der einschlägigen Industrie (EV-Automobile, Solaranlagen, Energieversorger) - intensiv dabei, Standards zu entwickeln, um einem solchen LVDC-Grid den Weg zum Erfolg zu bereiten. Denn die Anzahl an DC-Stromquellen und DC-Verbrauchern wird in den kommenden Jahren explodieren.
Besonders auch die Integration von Elektrofahrzeugen (48VDC?.900VDC) in die Smart-Home-Infrastruktur erweitert die zukünftigen Möglichkeiten der Energiespeicherung. Eine standardisierte Vernetzung der Informations- und Kommunikationsnetze (IKT) innerhalb und außerhalb des Hausnetzwerkes ist für eine erfolgreiche Integration Grundvoraussetzung. Ein Beispiel für den Bedarf an Standardisierung stellt auch die heute noch sehr große Uneinheitlichkeit der Bezahlsysteme an E-Mobil-Ladestationen dar. Wer weitere Strecken fährt, tut gut daran, Bezahlsysteme mehrerer Anbieter dabei zu haben.
Der Beitrag von CMC Klebetechnik
CMC Klebetechnik beteiligt sich in verschiedenen Normungsgremien an der zwingend notwendigen Standardisierung, die für länder- und kontinentübergreifende Verteilungssysteme unerlässlich ist.
Produkte von CMC Klebetechnik werden schon heute eingesetzt in Smart-Meter, Batteriespeichern, AC/DC-Wandlern, DC/DC- (Flusswandler, Resonanzwandler oder Sperrwandler) Wandlern und Frequenzumrichtern. Sie isolieren, verbinden, schützen und verbessern die Langlebigkeit von elektrischen und elektronischen Komponenten maßgeblich.
Gerade die Power Electronics Technik wird eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende werden. Höhere Schaltfrequenzen, höhere Spannungsebenen, günstigere Bauteile und zunehmende Miniaturisierung ermöglichen eine höhere Energiedichte bei gleichzeitig deutlich fallenden Preisen (EV-Inverter 1995: ca. 80 ?/kVA, 2020: ca. 4 ?/kVA). Um eine höhere Akzeptanz der E-Mobility zu erreichen, bedarf es der High Power Charging Technologie, also kurzer Ladezeiten mit enormen Energiemengen (bis zu 1 MW für 5 Minuten Ladezeit für 400 km Reichweite). Ein DC-Netz vermeidet dabei Wandlerverluste im OBC (On Board Charging System), wie sie bei AC-Einspeisung unvermeidlich sind.
Nutzen auch Sie Kompetenz und Qualität eines führenden Herstellers von Spezial-Klebebändern in Deutschland. CMC Klebetechnik stellt Lösungen auf der Basis gemeinsamer Entwicklungen von Klebefolien aus unterschiedlichsten Materialien zur Verfügung und trägt auf dem ?spannenden? Markt zur Optimierung der zukünftigen DC-Technologie als Ersatz der teuren AC-DC- bzw. AC-DC-AC-Umwandlungstechnologie bei.
Gerald Friederici, Frankenthal (Pfalz)
Im Januar 2018
Die CMC Klebetechnik beschichtet seit fünf Jahrzehnten folienartige Materialien mit Klebstoff- und Funktionsbeschichtungen. Auf zwei Beschichtungsanlagen und über 30 Anlagen zur Folienverarbeitung(Formatierer, Stanzanlagen, Rollenschneider) werden hochwertige Folien verarbeitet. Diese werden überwiegend in der Elektrotechnik als Isolationsmaterial eingesetzt, finden aber auch in nahezu allen anderen Industriebereichen Anwendung. Eine große Stärke des Unternehmens ist die Möglichkeit, kundenspezifische Entwicklungen durchzuführen und bedarfsgerecht auch kleinere Chargengrößen anbieten zu können.
1958 Gründung der CMC Klebetechnik GmbH
Zunächst wurde bei dem Tochterunternehmen Colorit GmbH Kohlepapier hergestellt und durch die CMC Klebetechnik vertrieben.
Doch schon bald ergab sich durch die Zusammenarbeit mit der Firma DuPont die Aufgabe, Elektroisolierfolien selbstklebend auszurüsten.
Seit 1962 werden Gewebe, Vliese und Folien beschichtet und danach weiter veredelt.
1995 ISO 9011 Qualitätsmanagement Erstzertifizierung
2001 ISO 14001 Umweltmanagement Erstzertifizierung
2004 Installation einer neuen Beschichtungsanlage für Dispersions- und Lösemittelbeschichtung inklusiv Regenerativer Nachverbrennung
2010 Inbetriebnahme einer Versuchsbeschichtungsanlage in 300mm Breite
2012 Einbindung der Firma CMC Maschinenbau GmbH in den Firmenverbund. Hauptprodukt: Schneid- und Stanzmaschinen für Folienverarbeiter
2016 Fusion der Unternehmen Colorit GmbH (Produktionsgesellschaft) mit der CMC Klebetechnik GmbH (Vertriebsorganisation) zu einem Gesamtunternehmen.
Als kleinerer Mittelständler (100 Mitarbeiter) stand nie die Massenproduktion im Vordergrund, sondern stets die auf die Kunden zugeschnittenen Lösungen. Heute erwirtschaftet das Unternehmen deutlich über 50% des Umsatzes durch Produkte, die nur von einem oder wenigen Kunden gekauft werden. Durch die starke Nischenorientierung gibt es eine Vielzahl unterschiedlichster Rezepturen und Anwendungsprofile. Durch dieses breite Fachwissen hat die Anzahl von Lohnbeschichtungen (der Kunde stellt Trägermaterial und/oder Beschichtungsmasse bei) in den letzten Jahren deutlich zugenommen.
Am Standort in Frankenthal / Pfalz arbeiten rund 100 Mitarbeiter in der inhabergeführten CMC-Gruppe. Zur CMC Gruppe gehören neben der CMC Klebetechnik die Coloprint Tech-Films GmbH & Co. KG (technische Folien, Stanzteile), die CMC Maschinenbau (Stanz- und Schneidanlagen) und die CMC B+V GmbH (Holding). Weitere Standorte und Unternehmen gibt es in Düsseldorf und in Limburgerhof. Mehr Informationen unter www.cmc.de
Über die Zusendung eines Belegexemplars/Links wären wir dankbar.
---------------------------- English ----------------
For five decades CMC has been coating foil-like materials with adhesive and functional coatings. 150 employees are refining premium films on two coating facilities and over 30 downstream facilities (formatting machines, die-cutting machines, rotative cutting machines). These insulation materials are mainly used in electrical engineering but also across a broad range of industries. The company focuses on the implementation of customer-specific developments as well as professional advice. For more information please visit : www.cmc.de
Themen in diesem Fachartikel:
Unternehmensinformation / Kurzprofil:
Die CMC Klebetechnik beschichtet seit fünf Jahrzehnten folienartige Materialien mit Klebstoff- und Funktionsbeschichtungen. Auf zwei Beschichtungsanlagen und über 30 Anlagen zur Folienverarbeitung(Formatierer, Stanzanlagen, Rollenschneider) werden hochwertige Folien verarbeitet. Diese werden überwiegend in der Elektrotechnik als Isolationsmaterial eingesetzt, finden aber auch in nahezu allen anderen Industriebereichen Anwendung. Eine große Stärke des Unternehmens ist die Möglichkeit, kundenspezifische Entwicklungen durchzuführen und bedarfsgerecht auch kleinere Chargengrößen anbieten zu können.1958 Gründung der CMC Klebetechnik GmbHZunächst wurde bei dem Tochterunternehmen Colorit GmbH Kohlepapier hergestellt und durch die CMC Klebetechnik vertrieben.Doch schon bald ergab sich durch die Zusammenarbeit mit der Firma DuPont die Aufgabe, Elektroisolierfolien selbstklebend auszurüsten.Seit 1962 werden Gewebe, Vliese und Folien beschichtet und danach weiter veredelt.1995 ISO 9011 Qualitätsmanagement Erstzertifizierung2001 ISO 14001 Umweltmanagement Erstzertifizierung2004 Installation einer neuen Beschichtungsanlage für Dispersions- und Lösemittelbeschichtung inklusiv Regenerativer Nachverbrennung2010 Inbetriebnahme einer Versuchsbeschichtungsanlage in 300mm Breite2012 Einbindung der Firma CMC Maschinenbau GmbH in den Firmenverbund. Hauptprodukt: Schneid- und Stanzmaschinen für Folienverarbeiter2016 Fusion der Unternehmen Colorit GmbH (Produktionsgesellschaft) mit der CMC Klebetechnik GmbH (Vertriebsorganisation) zu einem Gesamtunternehmen.Als kleinerer Mittelständler (100 Mitarbeiter) stand nie die Massenproduktion im Vordergrund, sondern stets die auf die Kunden zugeschnittenen Lösungen. Heute erwirtschaftet das Unternehmen deutlich über 50% des Umsatzes durch Produkte, die nur von einem oder wenigen Kunden gekauft werden. Durch die starke Nischenorientierung gibt es eine Vielzahl unterschiedlichster Rezepturen und Anwendungsprofile. Durch dieses breite Fachwissen hat die Anzahl von Lohnbeschichtungen (der Kunde stellt Trägermaterial und/oder Beschichtungsmasse bei) in den letzten Jahren deutlich zugenommen.Am Standort in Frankenthal / Pfalz arbeiten rund 100 Mitarbeiter in der inhabergeführten CMC-Gruppe. Zur CMC Gruppe gehören neben der CMC Klebetechnik die Coloprint Tech-Films GmbH&Co. KG (technische Folien, Stanzteile), die CMC Maschinenbau (Stanz- und Schneidanlagen) und die CMC B+V GmbH (Holding). Weitere Standorte und Unternehmen gibt es in Düsseldorf und in Limburgerhof. Mehr Informationen unter www.cmc.deÜber die Zusendung eines Belegexemplars/Links wären wir dankbar.---------------------------- English ----------------For five decades CMC has been coating foil-like materials with adhesive and functional coatings. 150 employees are refining premium films on two coating facilities and over 30 downstream facilities (formatting machines, die-cutting machines, rotative cutting machines). These insulation materials are mainly used in electrical engineering but also across a broad range of industries. The company focuses on the implementation of customer-specific developments as well as professional advice. For more information please visit : www.cmc.de
Datum: 04.01.2018 - 15:16 Uhr
Sprache: Deutsch
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