Hybrid-Kraftwerke

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)

Der Übergang zu Elektrofahrzeugen wird durch das CO₂-Reduktionsziel und die EU-Zulassungsänderung ab 2035 beschleunigt, wonach nur noch Neuwagen mit Verbrennungsmotoren zugelassen werden dürfen, die während der Fahrt kein CO₂ mehr ausstoßen. 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 V_DC / 350 kW. LKWs können jedoch zukünftig nach dem MCS-Standard mit bis zu 1250 V_DC / 3 kA_DC 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.