Energieverteilung

Neben PV-Großkraftwerken bieten auch leistungsstarke Ladeinfrastrukturen für nachhaltige Mobilität, DC-Microgrids in großindustriellen Fertigungsinfrastrukturen der Prozessindustrie sowie Aspekte der Systemstabilität vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten bei der Energieverteilung im Mittelspannungsbereich.

Ladeinfrastruktur für elektrische Busse, LKW und (schwere) Nutzfahrzeuge

Im Bereich der Mobilität entwickelt sich die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen wie Lastwagen, Schiffen und Flugzeugen rasant. Diese Fahrzeuge benötigen aufgrund ihrer großen Batteriekapazitäten hohe Ladeleistungen für eine schnelle Aufladung. Durch die Erhöhung der Spannung und die damit verbundene Reduzierung des Stroms könnten Vereinfachungen erreicht werden, die leichtere Kabel und Steckerkontakte ermöglichen. Dies bringt nicht nur eine einfachere Bedienbarkeit, sondern auch eine signifikante Reduktion der Stromwärmeverluste mit sich.

Bis 2030 muss entlang des transeuropäischen Kernverkehrsnetzes alle 60 km eine Ladeinfrastruktur für Pkw und Lkw verfügbar sein. Um den hohen Energiebedarf zu decken, müssen Rastanlagen zukünftig mit einer Anschlussleistung von bis zu 32 MVA ausgestattet werden, was dem Energiebedarf einer Kleinstadt entspricht. Um die Netze zu entlasten, wäre eine Kombination aus regenerativer Energieerzeugung vor Ort und Energiespeichern ideal. Die Nutzung von Photovoltaik-Anlagen auf Parkplatzüberdachungen bietet große Potenziale. Die Einführung von Mittelspannung und ein MV-DC Bussystem könnten die Energieeffizienz und Materialnutzung optimieren und gelten als zukunftsweisende Lösungen für die Ladeinfrastruktur.

Prozessindustrie

In der industriellen Fertigung stellen Energiekosten einen wesentlichen Faktor dar. DC-Microgrids spielen eine Schlüsselrolle in der zukünftigen Fabrikation, da sie direkt Strom aus regenerativen Quellen und Speichern aufnehmen können. Dabei werden die Verluste vermieden, die bei der Umwandlung von AC in DC entstehen. In Branchen wie Chemie, Pharmazie, Metallherstellung und Lebensmittelindustrie steigert der Einsatz von Gleichstromnetzen die Energieeffizienz und trägt zur CO₂-Neutralität bei. Diese Systeme erlauben es, Energieverluste zu minimieren und die betriebliche Effizienz zu steigern, indem sie weniger Energieumwandlungsstufen benötigen und eine direkte Versorgung aus erneuerbaren Quellen ermöglichen.
Zur Dekarbonisierung der Industrie im Bereich Prozesswärme (Temperaturen von 120 - 450 °C) können thermische Salzschmelzespeicher mit mittlerer bis langer Speicherdauer beitragen. Mit Hilfe von durch Mittelspannung betriebenen Salzschmelzeheizern werden die Gesamtkosten des Heizers, einschließlich der Installation und Materialressourcen, erheblich gesenkt. Der Speicher kann zu Zeiten hoher Erträge an günstiger, erneuerbarer Energie geladen werden, was niedrigere Energiekosten und gleichzeitig eine hohe Versorgungssicherheit für die Industrie sicherstellt. Je nach Zielprozess und Charakteristik des lokalen Strommarktes kann die Energie für einige Stunden bis zu einer Woche gespeichert werden.

Systemstabilität und Effizienz

DC-Microgrids ermöglichen eine resiliente und weniger vom traditionellen AC-Stromnetz abhängige Energieversorgung. Dies ist besonders vorteilhaft für Quartiere, Ladeinfrastrukturen oder Industriebetriebe. Die dezentrale Erzeugung und Speicherung von Energie in diesen Netzen minimiert nicht nur die Energieverluste, sondern bietet auch spezifische Vorteile für industrielle Prozesse, wie höhere Verfügbarkeit und Redundanz. Mit einer größeren Netzausdehnung und höheren Leistungen steigen zudem die Potenziale und Kostenvorteile, wodurch DC-Systeme eine zunehmend wichtige Rolle in der zukünftigen Energieinfrastruktur spielen könnten. Die Implementierung von DC-basierten Systemen wie dem MV-DC Bussystem könnte in der Zukunft eine effiziente Lösung für die Energieverteilung darstellen, die sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile bietet.

Effizienzpotenziale neuer Stromversorgungs-Architekturen für Rechenzentren

Der stark wachsende Leistungsbedarf moderner Rechenzentren, insbesondere im Kontext von KI-Anwendungen, erfordert grundlegend neue Konzepte für die elektrische Infrastruktur. Neue Standorte werden mit Anschlussleistungen bis in den Gigawattbereich geplant. Weltweit werden derzeit Hunderte Milliarden in den Aufbau von Rechenzentren investiert; ein Großteil davon entfällt auf die Stromversorgung. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Energieeffizienz, Leistungsdichte, Flächennutzung, Materialeinsatz, Ausfallsicherheit und Netzverträglichkeit. Parallel zeichnen sich technologische Umbrüche ab: Höhere DC-Spannungsebenen, Solid-State-Transformer (SST), neue Halbleitertechnologien, Batteriespeicher-Integration, Nutzungskonzepte von Abwärme sowie netzdienliche Betriebsoptionen werden entscheidend für die Wettbewerbsfähigkeit. Im Fokus stehen Versorgungskonzepte mit Solid-State Transformern (SST) von 36 kV auf 800 V, die Anhebung interner DC-Spannungsebenen von 48 V auf 800 V, die Integration von Batteriespeichern auf unterschiedlichen Systemebenen, Nutzungsoptionen der Verlustwärme in der Stromversorgung sowie der netzdienliche Betrieb, z.B. durch Leistungsrampenbegrenzungen.