Höhere Effizienz und Verfügbarkeit dank Gleichspannungsnetzen

DC-Direkt
Höhere Effizienz und Verfügbarkeit dank
Gleichspannungsnetzen
Projektstatus Begonnen
Die Energieverteilung basiert heute weltweit auf Wechselspannungsnetzen. Dabei wechselt die Polarität
bei der überwiegenden Zahl der Wechselspannungsnetze 50 Mal in der Sekunde. Diese Technik bietet
einige Vorteile: Spannungen lassen sich mittels Transformator relativ einfach und verlustarm
transformieren und Schaltlichtbögen verlöschen beim Nulldurchgang des Stromes. Doch es gibt auch
Nachteile: Wenn ein Energietransport über sehr große Entfernungen notwendig ist, oder wenn eine andere
Frequenz durch zweifache Wandlung aus der Netzfrequenz erzeugt werden muss. Wenn
Wechselspannungen an die Grenzen stoßen – etwa beim Stromtransport von Offshore-Windenergieparks
in die Lastzentren, können Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen (HGÜ) eine Lösung sein.
Forciert durch die Energiewende werden schon heute Hoch​s pannungs​gleich​s trom​über​t ragungen mit bis zu 1
Million Volt für den Transport großer Energiemengen über weite Strecken realisiert. Im Niederspannungsbereich
bis 1000V gibt es zudem bei Nahverkehrssystemen viele Gleichstrom-Anwendungen (DC-Anwendungen). Relativ
wenige Anwendungen sind aber im Bereich der Mittelspannung zwischen 3 kV und 30 kV zu finden. Besonders
leicht fällt die Entscheidung für ein Gleichspannungs-System bei Inselnetzen, die keine Anbindung an das
Verbundnetz haben. Ein Beispiel dafür sind Schiffsnetze, die lediglich im Hafen eine Verbindung zum Verbundnetz
haben.
Obwohl auch hier noch die Wechselspannungs-Lösungen (AC-Lösungen) überwiegen, gibt es im NiederspannungsSchiffsnetze, die fast ausschließlich DC-basiert sind. Vorteil: Die dieselgetriebenen Generatoren können abhängig
von ihrer Leistung im optimalen Arbeitspunkt laufen und müssen nicht mehr eine definierte Drehzahl halten. Vor
allem bei Teillast lässt sich so Energie einsparen. Doch steigt die Leistung über eine Leistung von etwa fünf
Megawatt, steigen die Ströme zu stark an. Die Lösung ist eine höhere Spannung – dann bei gleicher Leistung ist
dann ein geringerer Strom notwendig. Die Logische Konsequenz ist, dass auf Schiffen DC-Netze im
Mittelspannungsbereich angedacht werden. Neben den Schiffsnetzen gibt es weitere Anwendungen, bei denen DCLösungen auf Mittelspannungsebene interessant werden können: Windparks oder Verbünde von Antrieben hoher
Leistung in der Industrie, wie sie in Walzwerken zu finden sind, sind nur zwei Beispiele.
Neue Bauteile für Gleichstromanwendungen
Bei diesen Lösungen können Energie- und Investitionskosten gespart werden, wenn mehrfache Wandlung
vermieden wird. Zum Beginn des Projektes suchten die Forscher zunächst geeignete Anwendungen, die sich
vorteilhaft DC-basiert realisieren lassen. Außerdem wurden die Komponenten identifiziert, die für ein DC-Netz neu
entwickelt werden müssen und herausgearbeitet, welche Spezifikation diese erfüllen müssen. Als wichtigste
Komponenten sind hier geeignete Stromrichter, DC-Schalter, DC-fähige Strommessverfahren und Sicherungen zu
nennen. Bei den Stromrichtern sind neben der Topologie und dem Regelungskonzept auch der Einsatz neuartiger
Halbleiter wichtig. Für den Betrieb eines DC-Netzes mit mehreren Quellen und Verbrauchern unterschiedlicher Art
untersucht die RWTH Aachen federführend Bedingungen für einen stabilen Betrieb.
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Bis zum Herbst 2016 soll ein neuartiger DC-Schalter aufgebaut und anschließend unter Laborbedingungen getestet
werden. Nach Möglichkeit wird dieser mit Halbleitermodulen mit innovativer Aufbau- und Verbindungstechnik
ausgerüstet, was ebenso wie der DC-Schalter und die Strommessung in den Verantwortungsbereich von Siemens
fällt. Für die Absicherung der Komponenten soll von Firma pyroglobe ein pyrotechnischer Schalter mit extrem
kurzer Abschaltzeit ausgelegt werden.
Projektlaufzeit
05/2015 – 04/2018
Kontakt
Sebastian Nielebock
Verbundkoordinator
Siemens Aktiengesellschaft
Otto-Hahn-Ring 6
81739 München
phone: +49 9131 733144
fax:
+49 9131 724709
email:
sebastian.nielebock(at)siemens.com
Downloads
Projektposter (pdf, 941 kB) (http://forschung-stromnetze.info/fileadmin/user_upload/Projekte/DC-Direkt/DC-Direkt-FKZ-03EK3566A.pdf)
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Forschungsförderung
Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.
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