Hybrid-Kraftwerke

Mittelspannung – Hybrid-Kraftwerke
© Fraunhofer ISE

Höhere Systemspannungen ermöglichen völlig neue Systemarchitekturen regenerativer Hybrid-Kraftwerke, deren Einzelbausteine ressourceneffizient über die Mittelspannung miteinander verknüpft werden. Damit lassen sich Systemansätze für Hybrid-Kraftwerke bzw. die Einbindung dezentraler Energieerzeugung neu denken und erlauben resilientere Stromversorgungen von Quartieren, Ladeinfrastruktur oder Industriebetrieben mit reduzierter Abhängigkeit vom traditionellen Stromnetz.  

PV-Batterie

Ein enormes Potenzial besteht im starken Ausbau größerer stationärer Batteriespeicher, insbesondere in Verbindung mit Photovoltaik-Kraftwerken. So kann deren Strom bedarfsgerecht in die Verbundnetze eingespeist werden. Darüber hinaus können Großspeicher an ehemaligen Standorten fossiler / nuklearer Kraftwerke aufgebaut und so die dort vorhandenen Anbindungen an das Stromnetz weiter genutzt werden. Derartige Großspeicher werden künftig eine wichtige Rolle für die Resilienz der elektrischen Energieversorgung spielen.

In der Kurzstudie »Batteriespeicher an ehemaligen Kraftwerksstandorten« hat das Fraunhofer ISE den systemischen und netztechnischen Nutzen von Großspeichern untersucht. Eines der Ergebnisse: Batteriespeicher an ehemaligen Standorten von fossilen oder Atomkraftwerken zu installieren ist sinnvoll, da die dort bereits verfügbare Anschlussleistung genutzt werden kann. Bis zu 65 Prozent des bis 2030 in Deutschland benötigten Speicherbedarfs könnte damit gedeckt werden.

PV-Mobilität (Bahn)

Das Bahnstromnetz erstreckt sich über etwa 8.000 Kilometer eigener Stromleitungen, die nahezu ganz Deutschland abdecken und mit einer spezifischen Frequenz von 16,7 Hertz betrieben werden. Die Flächen neben den Gleisen bieten ein enormes Potenzial für die Installation von Photovoltaik-Anlagen. Derzeit fehlt jedoch eine kosteneffiziente Systemtechnik, um dieses Potenzial abseits der üblichen 50-Hz-Einspeisepunkte technisch zu erschließen, obwohl dies grundsätzlich möglich wäre.

PV-Batterie-Ladeinfrastruktur (Lade-Hubs)

Mit der Vorgabe der CO2-Reduktion und dem geplanten Ende für Neuzulassungen von Verbrennungsmotoren im öffentlichen Verkehr ab 2035 wird die Mobilitätswende hin zu Elektrofahrzeugen beschleunigt werden. Während intensiv an den Fahrzeugen und Ladesystemen geforscht wird, bleibt die Verbindung zwischen Ladesäule und öffentlichem Netz sowie die Bereitstellung der notwendigen Leistung oft wenig beachtet. Dabei bieten sich hier sowohl Herausforderungen als auch Chancen für die Hochleistungselektronik. Aktuell erfolgt die Schnellladung bei PKWs üblicherweise bis 850 VDC / 350 kW. LKWs können jedoch zukünftig nach dem MCS-Standard mit bis zu 1250 VDC / 3 kADC geladen werden.

Die Studie »Einfach Laden an Rastanlagen« der Nationalen Leitstelle Ladeinfrastruktur behandelt den Leistungsbedarf von Elektrotankstellen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Fahrzeugklassen, Verkehrsknotenpunkte, Gleichzeitigkeitsfaktoren und Leistungspriorisierungen mit 50 % elektrifiziertem LKW-Verkehr bis zum Jahr 2035. Laut der Studie ist davon auszugehen, dass künftig Schnellladesysteme mit Leistungen von 8 MVA (bisher unbewirtschaftete, einfache Parkplätze entlang der Autobahn mit Sitzgelegenheit) bis zu Größenordnungen einer Kleinstadt mit 26 MVA (große Rast- und Autohöfe an internationalen Knotenpunkten und Autobahnabschnitten mit hohem Verkehrsaufkommen) benötigt werden.  Es besteht die Vorgabe, dass entlang der Autobahnen Deutschlands, die insgesamt etwa 13.200 Kilometer umfassen, mindestens alle 50 km eine Lademöglichkeit für LKWs und PKWs vorhanden sein muss. Daraus resultiert der Bedarf einer installierten Gesamtleistung im hohen zweistelligen Gigawattbereich. In dieser Schätzung sind große Elektrotankstellen in städtischen Gebieten und Ladestationen bei Fuhrunternehmen nicht einbezogen. Für große Autohöfe mit bis zu 150 LKW-Stellplätzen können sich, abhängig vom angenommenen Gleichzeitigkeitsfaktor, die Ladekapazitäten in der Nacht auf 5-7 MVA aufsummieren.

Um die Netze zu entlasten, ist eine Kombination von Speicher und regenerativer Erzeugung direkt vor Ort sinnvoll. Durch die Überdachung der Parkplatzflächen gibt es hier sehr große PV-Potenziale. Die Anschlussleistung muss vor Ort aber auch verteilt und zu den einzelnen Ladepunkten geführt werden. Um eine große Effizienz zu erreichen und den Materialeinsatz zu begrenzen, ist auch hier der Schritt in die Mittelspannung ein sehr sinnvoller Ansatz. Da PV, Speicher und auch Ladetechnik DC-basiert sind, wäre hier voraussichtlich ein MV-DC-Bussystem die in Zukunft effizienteste Lösung.

FuE-Leistungen

Unsere Services für Komponenten-, Anlagen- und Systemhersteller, Energieversorger, Übertragungsnetzbetreiber, Kraftwerksbetreiber sowie für Projektentwickler, Anlagenplaner, Kraftwerk-Konzeptionierer und Systemintegratoren umfassen die gesamte Wertschöpfungskette von Mittelspannungsanwendungen: von Forschung und Entwicklung über die Charakterisierung sowie Prüfung von Komponenten und Anlagen bis hin zur Konzeption eines gesamten Hybridkraftwerkes:

Energieerzeugung

  • Entwicklung hocheffizienter PV-Module und zugehöriger Tests zur Bauartzulassung
  • Modulanalyse, Schadensbewertung und Zuverlässigkeitsprüfungen
  • Potenzialanalysen und Machbarkeitsstudien für PV-Kraftwerke
  • Entwicklung und Beratung zu effizienten Mittelspannungs-Stromrichtern

Energiespeicherung

  • Entwicklung von Hochleistungs-Stromrichtern und zuverlässigen Batteriesystemen
  • Konzeptstudien und Betriebsstrategien für technische Integration und Netzstabilität
  • Entwicklung und Bewertung von Wasserstoffinfrastrukturen
  • Fehleranalyse und Trouble-Shooting in Labor und Feld

Energieverteilung

  • Entwicklung und Studien zu Hochleistungs-Stromrichtern
  • Netzsimulation und Anlagenmodellierung gemäß Richtlinien
  • Analyse und Optimierung von Schutzsystemen
  • Fehleranalysen und Tests im Labor und Feld

Energienutzung

  • Entwicklung von Hochleistungs-Stromrichtern und Wärmepumpensysteme
  • Beratung und Konzeptstudien zu leistungselektronischen Systemen
  • Entwicklung von klimafreundlichen Kältemitteln für Wärmepumpen
  • Systemanalyse und Optimierung von Wärmepumpensystemen

Unsere FuE-Infrastruktur zu diesem Thema

 

FuE-Infrastruktur

Zentrum für Leistungselektronik und nachhaltige Netze

  • Eigener Anschluss ans Hochspannungsnetz
  • Leistungselektronik im Multi-Megawatt-Bereich in der Nieder- und Mittelspannung
  • Hochdynamischer 1-MVA-Netzsimulator 
  • Mit den Labors Power Converters LabDigital Grid LabMulti-Megawatt Lab und Medium Voltage Lab stehen weltweit einzigartige Möglichkeiten für Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Leistungselektronik und dynamischen Netzregelung zur Verfügung.
 

Akkreditiertes Lab

TestLab Power Electronics

Prüfung und Charakterisierung von Stromrichtern bis in den Multi-Megawattbereich.

 

Medium Voltage Lab

 

Zentrum für elektrische Energiespeicher

Neuartige Materialien und innovative Produktions­verfahren für die Batterietechnologie

 

Zentrum für Elektrolyse, Brennstoffzellen und synthetische Kraftstoffe

Charakterisierung von Komponenten der Wasserstofftechnologie

 

Digital Grid Lab

mit intelligenter, voll integrierter Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge.

 

TestLab Heat Pumps and Chillers

Neueste Technik zur Entwicklung, Vermessung und Charakterisierung von Wärmepumpen und Kältemaschinen sowie deren Komponenten.

 

Zentrum für Wärme- und Kältetechnologien

Prüfung und Charakterisierung von Geräten und Komponenten für den Einsatz in der Gebäudetechnik

 

Photovoltaik

TestLab PV Modules

Das TestLab PV Modules bietet ein breites Spektrum an Qualitäts und Zuverlässigkeitsprüfungen an.

 

Outdoor Performance Lab

Präzise Bewertung von PV-Modulen

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

SiC-MSBat

Mittelspannungsumrichter mit Hochvolt-SiC-Leistungsmodulen für Großspeicher und systemdienliche Verteilnetze

 

SiC-BiNet

Bidirektionaler Mittelspannungsumrichter mit Hochvolt-SiC-Bauelementen zur gesteigerten Integration erneuerbarer Energien und innerstädtischer Speicher in innovative Netzstrukturen

 

PV-Wind-Symbiose

Ausnutzung der ergänzenden Eigenschaften von PV- und Windkraftwerken

 

News

Solarstrom für das Bahnstromnetz - Projekt »PV4Rail« startet

 

SuperGrid

Komponenten und Systeme zur Gleichspannungskopplung von Erzeugern, Speichern und Verbrauchern im europäisch – afrikanischen Netzverbund

 

OffsH2ore

Wasserstofferzeugung auf dem Meer durch PEM-Elektrolyse

Weitere Informationen zu diesem Thema

 

Photovoltaik –
Materialien, Zellen und Module

 

Solarkraftwerke und
Integrierte Photovoltaik

 

Leistungselektronik und Stromnetze

 

Elektrische Energiespeicher

 

Klimaneutrale Wärme und Gebäude

 

Wasserstofftechnologien