Fraunhofer-Institut ISE forscht an einem effizienten Energienetzwerk für die Zukunft

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) koordiniert das Projekt »Supergrid« der Fraunhofer-Gesellschaft. Neue Übertragungs- und Speichertechniken sollen dabei Energie aus unterschiedlichen Quellen und Regionen zuverlässig verteilen. Denn künftig könnte ein Teil des hierzulande benötigten Stroms aus Nordafrika stammen – effiziente Energienetzwerke werden daher immer wichtiger.
Solarkraftwerke gehören zu den wichtigsten Bausteinen der künftigen Stromversorgung. Vor allem in Nordafrika und den südeuropäischen Ländern können sie die Sonnenenergie optimal nutzen und so zu einer verbesserten Energieversorgung in Europa beitragen. Derzeit entsteht im marokkanischen Ouarzazate das größte Solarkraftwerk Nordafrikas. Bereits 2016 soll dort günstiger und emissionsfreier Strom für eine halbe Million Menschen vor Ort produziert werden. Später kann Ouarzazate dann auch Strom für Europa liefern.
„In unserem Projekt »Supergrid« arbeiten daher Wissenschaftler aus verschiedenen Fraunhofer-Instituten daran, Schlüsseltechnologien an der Schnittstelle zwischen Erzeugung und Einspeisung ins Netz zu entwickeln“, sagt Prof. Dr. Eicke Weber, Leiter des Fraunhofer ISE. Optimiert in einem ganzheitlichen systemtheoretischen Ansatz könne elektrische Energie dann nicht nur zuverlässig erzeugt, sondern auch gespeichert sowie über Länder und Kontinente hinweg verteilt werden.
Zunächst haben die Forscher dabei das Zusammenspiel von Kraftwerken basierend auf erneuerbaren Energien und konventionellen Kraftwerken anhand des Stromsektors in Nordafrika und Südeuropa abgebildet. Mit einem Energiesystemmodell (RESlion) erfolgte die Standortsuche für neue Kraftwerke unter Berücksichtigung aller existierenden Erzeugungs- und Speichersysteme sowie der Netzinfrastruktur. Die ISE-Forscher heben hier insbesondere den Austausch zwischen Standorten mit guten Wetterbedingungen und dem notwendigen Ausbau des Übertragungs-»Supergrids« hervor. „Photovoltaik-Anlagen sind vorteilhaft, wenn sie verbrauchsnah installiert sind, auch wenn dafür eine niedrigere Einstrahlung in Kauf genommen wird“, beschreibt Dr. Werner Platzer, Bereichsleiter Solarthermie und Optik am Fraunhofer ISE und Koordinator im Projekt »Supergrid« das Ergebnis.
Solarthermische Kraftwerke kommen dann zum Zug, wenn es um die Sicherung der Systemstabilität im Netzverbund geht. lm Unterschied zu anderen Kraftwerken auf Basis erneuerbarer Energien können solarthermische Kraftwerke dabei mittels thermischer Wärmespeicher kostengünstig und regelbar Strom liefern. „Es ist wichtig, dass wir planbar Strom aus erneuerbaren Quellen erhalten, große thermische Speicherkapazitäten garantieren dies“, sagt Platzer. So könne Energie aus Nordafrika Lücken in einer erneuerbaren europäischen Stromerzeugung füllen.
Beim Transport von Strom im »Supergrid« sieht Platzer Optimierungspotenzial. Regenerative Großkraftwerke oder regionale Verbünde von Kraftwerken seien häufig über große Flächen verstreut. Hier sei es zielführend, den Strom mehrerer Kraftwerke zunächst in einem lokalen Gleichstromnetz in der Mittelspannung zu bündeln und gegebenenfalls in Batterien zu speichern. Das Fraunhofer ISE entwickelt derzeit einen Demonstrator eines kompakten, hocheffizienten Gleichstrom-Wandlers. Durch den Einsatz von neuartigen Siliziumcarbid-Halbleitern kann ein leistungselektronisches System geschaffen werden, das eine direkte Anbindung an das Mittelspannungsverteilnetz ermöglicht. Anschließend wird der Strom dann an zentraler Stelle in ein Hochspannungsnetz zum Weitertransport eingespeist.
„Gerade an solchen Schnittstellen spielt effiziente Leistungselektronik eine wichtige Rolle“, so Fraunhofer-ISE-Leiter Weber. „Im Zukunftsprojekt »Supergrid« arbeiten wir daher auf mehreren Ebenen daran, dass künftig nicht nur große solarthermische Anlagen in Afrika, sondern auch Offshore-Windparks in der Nordsee, Photovoltaik-Kraftwerke im Süden und die vielen dezentralen Anlagen in Mitteleuropa einen großen Teil unserer regenerativen Energieversorgung sichern können.“