Stabilisierende Leistungselektronik – die IAV-Lösung für eine sichere Stromversorgung
Ob Autos, Haushaltselektronik, Anlagen zur Erzeugung alternativer Energien oder große Industrieunternehmen: In allem steckt Leistungselektronik. Diese kann Störungen bei der Stromversorgung verursachen. IAV hat dafür eine Lösung entwickelt: eine modulare Plattform für stabilisierende Leistungselektronik. Mithilfe von Energiespeichern wird das Verteilnetz in Balance gehalten und harmonisiert.
Die Energiewende verändert die Art der Stromerzeugung grundlegend. „Bisher hatten wir große Kraftwerke mit Synchronmaschinen als Generator – ein klarer Vorgang mit einer gewissen Trägheit“, erklärt Folkhart Grieger, Entwicklungsingenieur im Department Electronic Development bei IAV. Mittlerweile wird ein erheblicher Anteil des benötigten Stroms mittels vieler Photovoltaik- und Windenergieanlagen dezentral erzeugt und in das Stromnetz eingespeist. Schnelltaktende Leistungselektronik ersetzt die großen Generatoren im Netz. Diese erzeugen schnelle Schaltvorgänge, die Störungen auf den Leitungen verursachen können. Eigentlich muss der durch das Netz zu den Verbrauchern geleitete Strom sinusförmig sein, doch das schnelle Umschalten verzerrt den Strom. Mögliche Folgen: beeinträchtigte Industrieunternehmen, die ihre Anlagen herunterfahren, neu starten und Produktionsausfälle in Kauf nehmen müssen.
Zurück zur Sinuskurve
„Wir bringen leistungselektronische Stellglieder ins Netz und geben dem Strom die Sinusform zurück – indem Energie in das Netz eingespeist oder herausgenommen wird“, erläutert Grieger. Im Rahmen des Forschungsprojekts „StabLe – Stabilität von Verteilnetzen mit vorwiegend leistungselektronisch angekoppelten Speichern, Erzeugungseinheiten und Verbrauchern“ entwickelte IAV zusammen mit Partnern eine modulare Plattform für stabilisierende Leistungselektronik (sLE). Sie löst die Herausforderung der Netzstabilisierung und Netzharmonisierung mithilfe von Energiespeichern im Verteilnetz – kostengünstig und vor allem sicher.
IAV nutzt für die stabilisierende Leistungselektronik Secondlife-Batterien oder für E-Autos geeignete Serienbatterien. Diese werden in Containern mit Kondensatoren und einer übergeordneten Steuerung integriert. Letztere zeigt den Strombedarf an und entscheidet je nach Wetter- und Lastprognose, ob Energie in den Akkumulatoren gespeichert oder Strom in das Netz gespeist wird. Bei einem Sturm speichern Pufferbatterien die Energie und stabilisieren so das Stromnetz. Ginge sie ungefiltert ins Netz, würde das die Sinuskurve verzerren.
In Serie produziert und auf Kundenbedürfnisse konfiguriert
Die Container können zwar in Serie produziert werden, was die Kosten für den Kunden senkt, jedoch gleichzeitig maßgeschneidert auf ihre Bedürfnisse entsprechend konfiguriert. So können mit der Technologie und Hardware von IAV Microgrids unterschiedlichster Form erstellt werden. Beispielsweise ist es möglich, Industrieparks oder Wohnanlagen mit Strom aus Solar- und Windparks zu versorgen – ohne dass sie an ein überregionales Netz angeschlossen sind. „Das ist auch eine Lösung für Regionen mit schlecht ausgebauter Netzinfrastruktur, wie es sie in Teilen Afrikas oder Südamerikas gibt“, erklärt Nils Falke, Head of Electronic Development bei IAV. „Ein Microgrid könnte aber auch eine Schnellladesäule mit einem Pufferspeicher sein, an der Fahrzeuge mit einer Ladeleistung von 300 Kilowatt geladen werden, für die das Stromnetz heute noch nicht ausgelegt ist.“
So verknüpft IAV langjährige Erfahrungen aus den Sektoren Automotive, Energiebereitstellung und -verbrauch erfolgreich miteinander.
