Fraunhofer-ISE forscht am „Supergrid“

In ihrem neuen Projekt „Supergrid“ forschen die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) an der Optimierung und Integration von thermischen Speichern, um die Effizienz und Flexibilitöt von solarthermischen Kraftwerken zu steigern. Außerdem sollen Lösungen entwickelt werden, wie in Afrika produzierten Solarstrom nach Europa transportiert werden könnte. Hintergrund ist, dass 2016 im marokkanischen Ouarzazate das bislang größte Solarkraftwerk ans Netz gehen soll. Der dort produzierte Solarstrom könnte auch teilweise nach Europa geliefert werden, wofür aber ein zuverlässiger Netzverbund notwendig sei. An einem entsprechenden „Supergrid“ forscht nun das Fraunhofer-ISE gemeinsam den Fraunhofer-Instituten für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB), für Werkstoffmechanik (IWM), für Integrierte System und Bauelementtechnologie (IISB) und für System- und Innovationsforschung (ISI). Dabei würden auch verschiedene Aspekte analysiert, wie die Modellierung eines geeigneten Energiesystem, Speicherlösungen sowie Gleichstrom-Erzeugungs- und Verteilnetze.

Die Modellierung eines geeigneten Energiesystems hätten die Wissenschaftler den technischen Detaillösungen vorangestellt. Dabei gehe es um das Zusammenspiel zwischen Erneuerbaren-Energien- und konventionellen Kraftwerken. „Mit Hilfe eines Energiesystemmodells (RESlion), das als Optimierungsmodell implementiert wurde, erfolgte dann die Standortsuche für neue Kraftwerke unter Berücksichtigung aller existierenden Erzeugungs- und Speichersysteme sowie der Netzinfrastruktur“, schreiben die Wissenschaftler. Dabei kämen vor allem verbrauchsnah installierte Photovoltaik-Anlagen in Nordafrika zum Zuge. Solarthermische Kraftwerke seien dort sinnvoll, wo es um große thermische Speicherkapazitäten gehe, die die Netzstabilität sicherstellen sollten.

„Strombedarf und -überschuss standortübergreifend auszugleichen, das ist einer der Leitgedanken des Supergrid“, erklärte Werner Platzer, Bereichsleiter Solarthermie und Optik am Fraunhofer ISE und Koordinator im Projekt „Supergrid“. Dabei sei ein großer Vorsteil, dass solarthermische Kraftwerke zugleich kostengünstigen, aber auch regelbaren Strom liefern könnten. Für die Entwicklung des „Supergrids“ prüften die Wissenschaftler zudem unterschiedliche Konzepte für die Integration und Optimierung thermischer Speicher.

Der dritte Aspekt im Projekt sei dann der Transport des Stroms. Dabei biete sich Optimierungspotenzial. Bislang seien Erneuerbare-Energien-Kraftwerke oft über große Flächen verstreut und es würden viele leistungselektronische Wandel benötigt. Mit jeder Schnittstelle zwischen Erzeuger, Netz und Verbraucher steigen die Übertragungsverluste und die Kosten für das gesamte Netz, wie die Wissenschaftler weiter schreiben. Deshalb sei es sinnvoll, den Strom mehrerer Kraftwerke zunächst in einem lokalen Gleichstromnetz in der Mittelspannung zu bündeln und gegebenenfalls in Batterien zu speichern. Danach sollte der Strom an zentraler Stelle in das Hochspannungsnetz eingespeist werden, wobei hocheffiziente Leistungselektronik an solchen Schnittstellen von enormer Bedeutung sei. Das Fraunhofer-ISE entwickle derzeit einn kompakten, hocheffizienten Gleichstrom-Wandler. Mit dem Einsatz neuartiger Siliziumcarbid-Halbleiter (SiC) sei ein leistungselektronisches System mit über 10 Kilovolt Sperrspannung und niedrigen Schaltenergien möglich, das eine direkte Anbindung an das Mittelspannungsverteilnetz erlaube, so die Wissenschaftler weiter. (Sandra Enkhardt)