NETfficient – Energieeffizienz und Ökonomie für smarte Kommunen durch integrierte Multi Speichertechnologie

Laufzeit: Januar 2015 - Dezember 2018
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Europäische Union im Rahmen von Horizon 2020
Kooperationspartner: Ayesa Advanced Technologies SA, Powertech Systems, Wind Inertia Technologies SL, Schneider Electric GmbH, Steinbeis Innovation gGmbH, und andere
Webseite: http://netfficient-project.eu/
Projektfokus:
© NETfficient

Logo und Anwendungsfälle des NETfficient Projekts.

© Fraunhofer ISE

Leistungsstack bestehend aus einem Flüssigkeitskühler, SiC-MOSFET-Modul, Hochstromplatine und Folienkondensatoren.

© Fraunhofer ISE

Umrichter im 19 Zoll Gehäuse mit den Wasser- und Stromsteckverbindern für die Einschübe im oberen Bereich und dem Kabelanschlussfeld im unteren Bereich.

Im Rahmen des Horizon 2020 Projekts »NETfficient« wird auf der Nordsee-Insel Borkum das Stromverteilnetz mit einem hohen Anteil an Erneuerbare Energien und diversen Speichertechnologien ausgestattet. Es werden Speicherlösungen weiterentwickelt, in ein Smart Grid eingebunden und von einem intelligenten Energie- und Netzmanagmentsystem gesteuert. Neben den diversen verteilten Speichern wird in das Mittelspannungsnetz ein hybrider Energiespeicher integriert. Der Speicher mit einer Leistung von einem Megawatt besteht aus einer Li-Ionen Batterie mit 500 kWh und einem vom Fraunhofer ISE entwickelten, hochkompakten Batterieumrichter. Zusätzlich wird über einen DC/DC-Steller ein Kurzzeitspeicher in Supercap-Technologie eingebunden, der Leistungsspitzen abfedert und damit die Lebensdauer der Batterie verlängert.

Der vom Fraunhofer ISE entwickelte Umrichter kann durch eine deutlich erhöhte Schaltfrequenz schneller auf Schwankungen im Stromnetz reagieren als kommerziell erhältliche Geräte und eignet sich daher als sehr schnelle Primärreserve (Momentanreserve) und für Eigenverbrauchslösungen im Industriemaßstab. Der Megawatt-Wechselrichter wurde in einem 19 Zoll Rack mit 200 cm Höhe realisiert und ist damit um den Faktor 2 bis 4 kleiner als aktuell verfügbare Vergleichsgeräte.

Das Gerät hat einen modularen Aufbau mit acht Umrichtereinschüben mit einer Leistung von je 125 kW. In den Einschüben befinden sich die DC-Sicherungen, der Leistungsstack, Ausgangsfilter sowie DC- und AC-Schütze. Somit kann sich jeder Einschub selbstständig von Gesamtsystem trennen. Durch die verwendete Snap-In-Technologie der Einschübe wird die Wartung des Systems erheblich vereinfacht.

Als Leistungshalbleiter wurden 300–A-Siliciumcarbid-MOSFET-Module ausgewählt. Aufgrund der schnellen Schaltflanken war der Aufbau eines niederinduktiven Zwischenkreises auf Basis einer Hochstromplatine und Metallschichtkondensatoren notwendig. Die Leistungshalbleiter werden auf einem Flüssigkeitskühlkörper montiert. Die Wasserkühlung erlaubt eine einfachere Anpassung des Systems an extreme Einsatzbedingungen wie hohe Temperaturen oder Höhenlagen.

Für die Regelung der Leistungselektronik wird eine »Prediktive Regelung« verwendet. Durch die Beobachtung aller relevanten Ströme und Spannungen im System und die modellbasierte Prädiktion zukünftiger Zustände können gegenüber den bisher üblichen Stromreglern deutliche Performancegewinne erzielt werden.