Wenn Wechsel- und Gleichstrom zusammenkommen
Durch die Umstellung von fossilen Systemen auf erneuerbare Energiequellen ist es für herkömmliche Leistungstransformatoren schwierig, den neuen Anforderungen gerecht zu werden. Mit dem Fortschreiten der Energiewende entwickeln sich Festkörpertransformatoren zur dominierenden Lösung für dieses Problem. Ein neuer Fachartikel, der im Rahmen des EU-finanzierten Projekts TIGON veröffentlicht wurde, bietet nun einen praktischen, anwendungsorientierten Überblick über Festkörpertransformatoren, um den aktuellen Stand der Technik und künftige Trends zu beleuchten. Wie in dem Fachartikel beschrieben, „sind Festkörpertransformatoren leistungselektronische Vorrichtungen, die getrennte elektrische Netze mit unterschiedlichen Spannungs- oder Frequenzbereichen miteinander verbinden können und dank einer Mittelfrequenz-Leistungselektronikstufe eine galvanische Trennung zwischen ihnen ermöglichen“. Der in der Fachzeitschrift „Electronics“ veröffentlichte Artikel befasst sich mit den Möglichkeiten und Anwendungen der aktuellen Festkörpertransformatoren-Technologie. Sie soll eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung fortschrittlicher intelligenter Netze, hybrider Netze und Mikronetze spielen.
Was durch Festkörpertransformatoren erreichbar ist
Festkörpertransformatoren werden als äußerst flexible Vorrichtungen beschrieben. Sie gestatten eine breite Palette von Funktionen, um die Stromqualität des Netzes zu verbessern und neue Dienste anzubieten, die mit klassischen Leistungstransformatoren nicht realisierbar sind. Zu den nützlichen Funktionen von Festkörpertransformatoren gehören die Regeneration von Wellenformen, die reibungslose Spannungs- und Frequenzregelung, die Blindleistungseinspeisung sowie Leistungsflusssteuerung und Schutzfunktionen. Durch diese Funktionen sind Festkörpertransformatoren nicht nur für das Stromnetz nützlich. Sie finden Anwendung in Eisenbahnen, Datenzentren, intelligenten Stromnetzen und Offshore-Windparks. „Bei Offshore-Windparks führt der Trend hin zu Windturbinen und Kraftwerken mit höherer Leistung zu einem erheblichen Anstieg der Installations- und Wartungskosten“, heißt es in dem Artikel. Bei der Verwendung von Systemen mit Festkörpertransformatoren „könnten jedoch Mittelspannungs- oder Hochspannungs-Gleichstrom-Busse die Windturbinen miteinander verbinden. Das würde die Stromübertragungsverluste und Installationskosten verringern, da die Offshore-Umspannwerke wegfallen könnten.“ Weitere Anwendungsbereiche sind Photovoltaikanlagen, Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Energiespeichersysteme sowie Schifffahrt und Luft- und Raumfahrt. „Festkörpertransformatoren scheinen nicht nur eine gute Lösung für die Bordanwendung zu sein, sondern auch für Ladestationen in der See- und Luftfahrt. Diese Arten von Anwendungen sind energieintensiv und erfordern einen hohen Leistungsfluss. Aus Sicht des Verteilernetzes scheint daher eine direkt an das Mittelspannungsnetz angeschlossene Ladestation die beste Alternative zu bieten. Die Systeme mit Festkörpertransformatoren begünstigen den Aufbau dieser Art von Ladestationen.“ Zu den an der Festkörpertransformatoren-Technologie beteiligten Interessengruppen gehören Forschungszentren und Universitäten sowie einige Hersteller. „Die betroffenen Interessengruppen sind über die ganze Welt verteilt. Das bestätigt das Potenzial dieser Technologie. Darüber hinaus haben sich mehrere Hersteller an den angesiedelten Forschungs- und Entwicklungsprojekten beteiligt. Das zeigt die mögliche Marktakzeptanz der Festkörpertransformatoren-Technologie.“ Der Fachartikel von TIGON (Towards Intelligent DC-based hybrid Grids Optimizing the network performance) hebt zwar das große Potenzial von Festkörpertransformatoren hervor, betont aber auch, dass die Technologie noch nicht ausgereift genug ist, um den Markt in den genannten Anwendungen wesentlich zu durchdringen. Festkörpertransformatoren „sind komplexer, weisen einen höheren Wartungsbedarf auf und ihre fortschrittlichen Fähigkeiten spiegeln sich auch in ihren Kosten wider“. Weitere Informationen: TIGON-Projektwebsite
Schlüsselbegriffe
TIGON, Festkörpertransformator, Transformator, Leistung, Stromnetz, Energie, Spannung
