Europäer sorgen für Strom
In Deutschland entwickeln Forscher neue elektronische Bauteile, die zur Anpassung der Strominfrastrukturen an die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energiequellen und zur Begrenzung des Energieverlustes während der Übertragung beitragen. Mit den heute verfügbaren Technologien geht Strom auf seiner Reise durch die Kabel verloren. Das Team vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) in Deutschland hat festgestellt, dass eine zuverlässige Stromversorgung die kritische Komponente hinter der Infrastruktur ist. Die Kabelinfrastruktur besteht aus verschiedenen Schaltstellen, welche die Spannung reduzieren, damit die Geräte dann bei niedriger Spannung jederzeit Strom zapfen können. "Voraussetzung für alle Geräte ist eine sichere Stromversorgung. Diese wird sich in den nächsten Jahren stark verändern", erklärt der Leiter des IISB Professor Lothar Frey. "Verkehrs- und Stromnetz wachsen durch die Elektromobilität stärker zusammen, denn Elektrofahrzeuge tanken nicht nur Strom, sondern stellen auch ihre Batterie als Speicher für das Stromnetz zur Verfügung. Es wird zunehmend regenerative Energiequellen geben, auch einzelne Haushalte speisen ein." Ein Beispiel dafür ist das globale DESERTEC-Projekt zur Nutzung der Sonnen- und Windenergie aus den Wüsten der Welt, vor allem in Nordafrika und dem Nahen Osten. Die Energie wird dann über lange Hochspannungsleitungen oder Seekabel zum Verbraucher fließen. Den Forschern zufolge müssen die bestehenden Kabel, Anlagen und Bauteile an den künftigen Energiemix angepasst werden, damit der Strom möglichst verlustarm und sicher beim Verbraucher ankommt. Bei ihrer Suche nach Lösungen entwickeln die Experten vom IISB Komponenten für die effiziente Umformung der elektrischen Energie. Ihren Angaben zufolge wird für die Energieübertragung über Entfernungen von mehr als 500 Kilometern oder für Seekabel heute verstärkt auf Gleichstrom gesetzt. Dieser besitzt eine konstante Spannung und verliert über große Distanzen nur wenig Energie: maximal 7% über lange Distanzen im Vergleich zu 40% Verlust bei Wechselstrom. Allerdings, so die Forscher, werden zusätzliche Umrichter-Stationen benötigt, um die hohe Spannung des Gleichstroms wieder in den vom Verbraucher benötigten Wechselstrom umzuwandeln. "Gemeinsam mit Siemens Energy [Deutschland] entwickeln wir Hochleistungsschalter", sagte Markus Billmann vom IISB. Diese sind für die Übertragung der Gleichspannung im Stromnetz notwendig und eine entscheidende Voraussetzung für Projekte wie DESERTEC. Die Schalter müssen sicherer, besser skalierbar und flexibler einsetzbar sein als bisherige Lösungen, um den Anforderungen zukünftiger Energieversorgungsnetze gerecht zu werden." Dazu verwenden die Forscher kostengünstigere Halbleiterzellen, die mit bisherigen Schaltungstechniken nicht für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) eingesetzt werden konnten. "An beiden Enden einer HGÜ-Anlage befindet sich eine Stromrichterstation", erklärt Billmann. "Als Stromrichter verwenden wir abschaltbare und mit höheren Schaltfrequenzen betreibbare Bauelemente, die kleinere und besser steuerbare Anlagen ermöglichen." Eine große Herausforderung ist der Schutz der Zellen vor Havarien. Von den etwa 5000 Modulen, die in einer Stromrichterstation in Reihe geschaltet sind, dürfen nur wenige ausfallen, und das ohne Auswirkungen auf die Nachbarmodule, da sonst durch eine Kettenreaktion die komplette Anlage zerstört werden könnte. Hier hilft die Technologie vom IISB. "Dieses Problem haben wir nun sicher in den Griff bekommen. Mit unseren Kooperationspartnern arbeiten wir an maßgeschneiderten Materialien und Bauelementen, damit die Geräte und Anlagen künftig weniger Energie benötigen", stellt Billmann fest.
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