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Nr. 88

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Wandlungsfähiger Strom

Strom in die Haushalte und Fabriken zu bringen, geschieht im Prinzip wie vor 100 Jahren. An der Technischen Fakultät wird an Lösungen gearbeitet, die viel besser zur Energiewende passen.

Große Kraftwerke, die Strom erzeugen, lange Leitungsnetze, die ihn transportieren, analoge und oft noch mechanische Transformatoren, die ihn für den jeweiligen Anwendungszweck aufbereiten: So wie am Anfang der Industrialisierung funktioniert die Versorgung mit elektrischer Energie grundsätzlich noch immer.

Wenn dabei Kohle- oder Atomkraft eingesetzt wird, ist das nicht einmal das größte Problem. »Denkbar ungünstig «, sagt Professor Marco Liserre vom Fachbereich Leistungselektronik an der Technischen Fakultät, »sind diese starren Systeme aber für die regenerative Energieerzeugung.« Statt wie früher einige Dutzend große versorgen heute viele Tausend kleine Kraftwerke Deutschland mit Strom. Jedes Solardach, jedes noch so bescheidene Windrad leistet seinen Beitrag und muss ins System integriert werden. Der European Research Council der Europäischen Union fördert deshalb mit zwei Millionen Euro die Entwicklung einer Art Transformator 2.0. HEART lautet die Abkürzung hinter der sich das englische Highly Efficient And Reliable smart Transformer verbirgt. Es geht in dem auf fünf Jahre angelegten Projekt also um einen Transformator, der gleichermaßen effizient wie zuverlässig arbeitet.

Das Thema ist ein wesentlicher Bestandteil von Professor Liserres Spezialgebiet, der Leistungselektronik. Von ihr ist immer dann die Rede, wenn Strom umgewandelt werden muss, etwa von hoher in niedrige Spannung oder von Gleich- in Wechselstrom. »Leistungselektronik wird für das Smartphone genauso wie für die Energieversorgung gebraucht, nur dass sie in der Energiewirtschaft schwieriger und teurer zu modernisieren ist«, sagt der Kieler Wissenschaftler.

Regelmäßig arbeitet die Technische Fakultät zu diesem Thema mit hochkarätigen internationalen Fachleuten zusammen. Für etwa zwei Monate waren im Sommer Professor Costas Vournas aus Griechenland und Professor Alex Q. Huang aus den USA zu Gast in Kiel, um Lehrveranstaltungen anzubieten und vor allem auch den Austausch zu pflegen. Huang gilt als Vordenker des Energiemarkts der Zukunft. Seine Vision: Ein Energiemarkt, organisiert wie das Internet, geprägt von Akteurinnen und Akteuren, die unmittelbar untereinander Strom kaufen oder anbieten. Das wäre nach Huangs Überzeugung wie maßgeschneidert für die dezentrale Erzeugerstruktur von heute und erst recht von morgen.

»Hochflexible Leistungselektronik ist dazu unerlässlich«, nennt der Forscher aus den USA eine entscheidende Voraussetzung. Konkret geht es in dem Kieler HEART-Projekt unter anderem darum, den Wirkungsgrad von Stromrichtern zu verbessern, von jenen Bauteilen also, die den Strom beispielsweise von hoher in niedrige Spannung umwandeln. Das Team um Liserre entwickelt dazu teils neue Hardware und optimiert umfassend die Software. Mit dem Effekt, dass die Leistungsverluste in Versuchsanlagen bereits deutlich reduziert werden konnten.

Costas Vournas ist Spezialist für die Stabilität von Stromnetzen. Auch dies ist ein großes Thema in Zeiten der Energiewende. Mal weht der Wind kräftig, dann womöglich gar nicht, so dass das System starken Schwankungen und entsprechendem Stress ausgesetzt ist. In Kiel wird daran gearbeitet, verschleißanfällige Teile weniger stark zu belasten und damit längere Wartungsintervalle und eine höhere Lebensdauer für das gesamte System zu erreichen. Sehr wichtig ist das besonders für Offshore-Windkraft, wo die Wartung extrem aufwendig ist. Durch neue Algorithmen ist das insgesamt 18 Köpfe umfassende Team von Professor Liserre diesem Schonmodus bereits durchaus nahegekommen. Kopfzerbrechen bereitet aber noch das Problem, dass dies teils zulasten der Effizienz geht.

Trotz solcher Probleme und oft noch hoher Anlagenkosten ist der Kieler Forscher überzeugt, dass der digital revolutionierten Leistungselektronik die Zukunft gehört. »Schon jetzt stehen den höheren Kosten viele Vorteile gegenüber«, betont er und verweist zudem auf Einsparungen in anderen Bereichen: »Je intelligenter unsere Stromnetze sind, desto mehr Kosten und Konflikte sparen wir beim Ausbau von Stromtrassen.«

Martin Geist/i>

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