Intelligente Bauteile für das Stromnetz der Zukunft

Kieler Forschungsteam präsentiert Prototyp auf der Hannover Messe

Beim schnellen Aufladen von Elektroautos wird kurzzeitig besonders viel Energie an Ladestationen benötigt. Solche Spitzenlasten führen zu Engpässen im Stromnetz und stellen eines der Probleme beim Ausbau der Elektromobilität dar. Für die zahlreichen Herausforderungen der Energiewende braucht es ein flexibles und verlässliches Stromnetz, das Schwankungen im Verbrauch und in der Erzeugung von Energie ausgleicht. Ein Schlüsselelement dafür könnte der Smart Transformator sein, an dem die Arbeitsgruppe Leistungselektronik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) forscht.

Auf der Basis von Leistungshalbleitern aus Siliziumkarbid haben die Kieler Wissenschaftler einen Prototyp entwickelt, der den Stromfluss steuert. Genutzt werden könnte er nicht nur zur besseren Integration von Ladestationen ins Stromnetz, sondern auch in Rechenzentren oder für die Anbindung von Gleichstromnetzen. Einen Teil des Prototypens stellen die Forscher auf der Hannover Messe zum ersten Mal vor.

[note Spitzenlasten beim Laden von Elektroautos führen zu Engpässen im Stromnetz. Die Energiewende erfordert ein flexibles Stromnetz. – Foto © Mikes Photo-Pexels, CAU]

Im Zuge des Ausbaus von Erneuerbaren Energien steigt die Anzahl dezentraler Energieproduzenten und -verbraucher wie Windkraftanlagen und Ladestationen. „Unsere konventionelle Infrastruktur ist nicht für bidirektionale Stromflüsse ausgelegt“, sagt Professor Marco Liserre, Professor für Leistungselektronik an der CAU. Die neuen Komponenten aus der Leistungselektronik könnten dazu beitragen, Strom bedarfsgerecht zu verteilen und so das Energienetz besser zu steuern sowie Überlastungen und Ausfällen entgegenzuwirken.

[note Ein Forschungsteam um Marco Liserre, Professor für Leistungselektronik, hat den Prototyp eines intelligenten Transformators entwickelt, der den Stromfluss steuert. – Foto-©-Siekmann, CAU.jpg]

Zusammen mit seiner Arbeitsgruppe hat Liserre einen leistungselektronischen Transformator entwickelt, der ohne hohe Energieverluste Mittelspannung in Niederspannung transformieren und dabei zusätzlich Gleichstromanschluss ermöglicht. „So wollen wir das Stromnetz modernisieren und fit machen für die Energiewende. Was wir brauchen ist ein flexibles, effizientes und vor allem verlässliches System“, so Liserre weiter.

Dank seines modularen Aufbaus ist der in Kiel entwickelte Smart Transformator wartungsfreundlich und lässt sich einfach und kostengünstig für verschiedene Einsatzmöglichkeiten skalieren. In Rechenzentren und in der Flugzeugelektronik könnte er den Energieverbrauch senken und die Sicherheit erhöhen. In beiden Umgebungen ist die Infrastruktur bewusst redundant aufgebaut: Mehrfach vorhandene Anlagen sorgen dafür, dass der Betrieb zuverlässig weiterläuft und die Stromversorgung nicht unterbricht, wenn einzelne Komponenten ausfallen. Da bereits mehrere Baublöcke vorhanden sind, werden weniger elektrische Doppelstrukturen benötigt, was die Zuverlässigkeit erhöht und Kosten spart.“

Der Basisbaublock eines aktuellen Prototypens des intelligenten Kieler Transformators verbindet Niedrigspannungs-Gleichstrom (800 V) mit Mittelspannungs-Wechselstrom bei 2,6 Kilovolt (line-to-line) mit einer Leistung von 100 KW. Entwickelt wurde der Transformator im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts HEART (Highly Efficient And Reliable smart Transformer), das seit 2014 an der CAU läuft.

[note Neue Komponenten aus der Leistungselektronik soll dazu beitragen, Strom bedarfsgerecht zu verteilen und das Energienetz besser zu steuern. – Foto © Siekmann, CAU]

[note Vom 23.-27. April 2018 präsentiert das Forschungsteam einen Teil seines Prototypens am Stand der Universität Kiel auf der Hannover Messe (Halle 2, Research & Technology, Stand C07). Professor Marco Liserre stellt das Konzept des Smart Transformators am Dienstag, 24. April, um 12.00 und 15.00 Uhr vor Ort in einem Vortrag vor.]

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