„Smart Transformator“: Leistungselektronik für das Stromnetz der Zukunft

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CAU-Liserre
Ein Forschungsteam um Marco Liserre, Professor für Leistungselektronik, hat den Prototyp eines intelligenten Transformators entwickelt, der den Stromfluss steuert. (Bildquelle: Siekmann, CAU)

Beim schnellen Aufladen von Elektroautos wird kurzzeitig besonders viel Energie an Ladestationen benötigt. Solche Spitzenlasten können zu Engpässen im Stromnetz führen und stellen eines der Probleme dar, die beim Ausbau der Elektromobilität zu beachten sind. Ein Schlüsselelement der Netzinfrastruktur könnte bei solchen und ähnlichen Problemstellungen der „Smart Transformator“ sein. An ihm forscht die Arbeitsgruppe Leistungselektronik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).

Auf der Basis von Leistungshalbleitern aus Siliziumkarbid haben die Wissenschaftler nun einen Prototyp entwickelt, der den Stromfluss steuert. Genutzt werden könnte er nicht nur zur besseren Integration von Ladestationen ins Stromnetz, sondern auch in Rechenzentren oder für die Anbindung von Gleichstromnetzen, heißt es seitens der CAU. Einen Teil des Prototyps haben die Wissenschaftler jetzt auf der Hannover Messe vorgestellt.

„Unsere konventionelle Infrastruktur ist nicht für bidirektionale Stromflüsse ausgelegt

„Unsere konventionelle Infrastruktur ist nicht für bidirektionale Stromflüsse ausgelegt“, sagt Marco Liserre, Professor für Leistungselektronik an der CAU. Die neuen Komponenten aus der Leistungselektronik könnten dazu beitragen, Strom bedarfsgerecht zu verteilen und so das Energienetz besser zu steuern sowie Überlastungen und Ausfällen entgegenzuwirken. Zusammen mit seiner Arbeitsgruppe hat Liserre einen leistungselektronischen Transformator entwickelt, der ohne hohe Energieverluste Mittelspannung in Niederspannung transformieren und dabei zusätzlich Gleichstromanschluss ermöglicht. „So wollen wir das Stromnetz modernisieren und fit machen für die Energiewende. Was wir brauchen ist ein flexibles, effizientes und vor allem verlässliches System“, so Liserre weiter.

Smart Transformator kann Energieverbrauch senken und Sicherheit erhöhen

CAU-Smart-Transformator
Neue Komponenten aus der Leistungselektronik sollen dazu beitragen, Strom bedarfsgerecht zu verteilen und das Energienetz besser zu steuern.
(Bildquelle: Siekmann, CAU)

Dank seines modularen Aufbaus ist der in Kiel entwickelte Smart Transformator wartungsfreundlich und lässt sich einfach und kostengünstig für verschiedene Einsatzmöglichkeiten skalieren. In Rechenzentren und in der Flugzeugelektronik könnte er den Energieverbrauch senken und die Sicherheit erhöhen. In beiden Umgebungen ist die Infrastruktur bewusst redundant aufgebaut: Mehrfach vorhandene Anlagen sorgen dafür, dass der Betrieb zuverlässig weiterläuft und die Stromversorgung nicht unterbricht, wenn einzelne Komponenten ausfallen. Da bereits mehrere Baublöcke vorhanden sind, werden weniger elektrische Doppelstrukturen benötigt, was die Zuverlässigkeit erhöht und Kosten spart.

Der Basisbaublock eines aktuellen Prototypens des intelligenten Kieler Transformators verbindet Niedrigspannungs-Gleichstrom (800 V) mit Mittelspannungs-Wechselstrom bei 2,6 Kilovolt (line-to-line) mit einer Leistung von 100 KW. Entwickelt wurde der Transformator im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts Heart (Highly Efficient And Reliable smart Transformer), das seit 2014 an der CAU läuft.

Das Stromnetz im Spannungsfeld steigender Kosten und eines zu optimierenden Betriebes

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