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22.8.2018 - Jann Raveling

Wo der Wind sät und der Strom geerntet wird

Windenergie
Bremer Forscher arbeiten an den Stromnetzen von morgen

Gehören Strommasten eines Tages zur Vergangenheit?
Gehören Strommasten eines Tages zur Vergangenheit?

Windstrom wird vor allem im Norden Deutschlands produziert. Die großen Verbraucher sitzen aber im Süden. Die Energie verlustarm dorthin zu leiten, ist bisher noch nicht möglich. Bremer Forscher wollen das ändern und die Strominfrastruktur Deutschlands auf den Kopf stellen.

Ein ambitioniertes – um nicht zu sagen mutiges – Unterfangen. Wohl auch deshalb trägt das Forschungsprojekt an der Bremer Universität den Titel „MuTiG“ - kurz für „Multi-Terminal intelligent/integrated Grids“. Es geht um intelligente Stromnetze, die weit mehr als als ihre Vorgänger können.

Gleichstrom und Drehstrom – wie Elektrizität transportiert wird

Um die Herausforderungen im heutigen Stromtransport zu verstehen, lohnt ein Blick auf die Stromnetze in Europa. Die teilen sich, grob gesagt, in Gleich- und Drehstromnetze auf. Innerhalb Deutschlands gibt es bisher nur Drehstromnetze, auch als Wechselstromnetze bezeichnet. Wechselstrom ist das, was bei uns aus der Steckdose kommt. Er erlaubt es, elektronische Geräte günstig und einfach zu konstruieren, zu betreiben und erleichtert die Umwandlung von Überlandleitungen mit Hochspannung hin zum Hausnetz mit 230 Volt.

Es gibt aber auch Nachteile: Auf langen Strecken entstehen Verluste in der Stromübertragung, was die Wirtschaftlichkeit senkt. Hier kommen die Gleichstromnetze ins Spiel. Sie gibt es bisher vor allem zwischen Staaten (zum Beispiel zwischen Deutschland und Schweden) oder zwischen Offshorewindparks und dem Land. Sie werden auch Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecken, kurz HGÜ-Strecken genannt.

HGÜ-Stromnetze sind verlustarm, eignen sich aber nicht, um Strom in die Steckdose zu übertragen: Dafür sind die Stromverbraucher wie Kühlschränke oder Fernsehen nicht ausgelegt und entsprechende Komponenten würden sie teurer machen.

Die Stromautobahn ohne Ausfahrten

Der Windstrom heutiger Offshoreparks wird per HGÜ-Leitung an Land gebracht, dort in Wechselstrom umgewandelt und dann in den Süden Deutschlands transportiert. Das erzeugt hohe Verluste und ist ein komplexes Unterfangen, denn die Strommengen sind riesig. Einfacher wäre es, HGÜ-Leitungen bis in den Süden zu verlegen und dort zu transformieren. Quasi eine Stromautobahn von Nord nach Süd.

Gäbe es da nicht Hürden: „HGÜ-Netze funktionieren bisher wie eine Autobahn ohne Autobahnkreuze. Wer die Strom-A1 von Bremen nach München nähme, könnte nicht unterwegs abbiegen und nach Berlin. Er müsste vom Startpunkt aus eine andere Autobahn benutzen“, veranschaulicht Dr. Holger Raffel, Geschäftsleiter am Bremer Centrum für Mechatronik an der Universität Bremen.

Das muss aber nicht sein, wenn es nach Raffel und seinen Kolleginnen und Kollegen geht. Sie möchten künftig intelligente HGÜ-Netze bauen – quasi die Autobahnkreuze für Gleichstrom erfinden. Dann wäre es möglich, Strom, der im Norden produziert wird, genau dahin zu schicken, wo er grad benötigt wird. Außerdem würde die Fehleranfälligkeit sinken: Fällt eine Leitung aus, ließe sich eine Umleitung einrichten.

Dr. Holger Raffel, Geschäftsleiter am Bremer Centrum für Mechatronik an der Universität Bremen
Dr. Holger Raffel, Geschäftsleiter am Bremer Centrum für Mechatronik an der Universität Bremen

„Die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bei HGÜ-Strecken muss man sich wie nebeneinander liegende Stromkabel vorstellen, die von der Küste nach Bayern, Sachsen oder Thüringen führen. Wir wollen diese nebeneinander liegenden Strecken jetzt an zahlreichen Stellen miteinander verknüpfen“, formuliert es Dr. Raffel.

Intelligente Konverter sind das Ziel vom Forschungsprojekt MuTiG

Dazu haben die Bremer Forscher und Forscherinnen MuTiG ins Leben gerufen, ein mit 3,8 Millionen Euro vom BMWi gefördertes Verbundprojekt. 3 Jahre lang tüfteln sie nun an neuen Ideen, nehmen Simulationen vor, führen Wirtschaftlichkeits- und Risikobetrachtungen durch und errechnen Kosten- und Machbarkeitsmodelle. Im Kern ihrer Überlegungen steht eine neue Generation von intelligenten Konverterstationen, die als Drehkreuze in den HGÜ-Strecken fungieren.

Der Fokus von MuTiG richtet sich dabei zunächst auf die Verbindung zwischen Windparks und Land, da es auf See weniger Einschränkungen aufgrund von Regularien und Verlegung der Trassen gibt als Onshore. Die Erkenntnisse der Forscher lassen sich später auf den Onshorebereich übertragen.

Ziel ist die Realisierung eines sogenannten Multi-Terminal-HGÜ-Konzepts, dass die elektrische Anbindung mehrerer Offshore-Windparks an das Übertragungsnetz an Land intelligent gestaltet und so effizienter und flexibler macht.

Zukunftsmusik, aber die Bremer träumen schon jetzt vom Elektrizitätsnetz von morgen

MuTiG ist ein Verbundprojekt mit viel Know-how aus Bremen. So sind neben dem BCM das Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) der Universität Bremen, das Fraunhofer IWES (Bremerhaven), die Industriepartner ABB AG Forschungszentrum Deutschland (Mannheim) und wpd offshore solutions GmbH (Bremen) beteiligt. Denn auch für die Windkraft-Industrie haben intelligente Konverterstationen viele Vorteile: So könnten Windparks schneller als bisher an das Netz angeschlossen werden und so früher Umsätze einfahren.

Die Neuordnung der Elektrizitätslandschaft ist eine anspruchsvolle Aufgabe, was sie für die Forscherinnen und Forscher extrem spannend macht. „Moderne Stromübertragungssysteme sind sehr empfindlich. Schon geringe Schwankungen können das Gleichgewicht stören – die Gefahr eines Blackouts schwebt immer im Hintergrund. Mit unserem Projekt wollen wir das deutsche und europäische Stromnetz robuster machen“, freut sich Dr. Raffel auf die kommenden Jahre. Und da HGÜ-Kabel heute in der Regel unterirdisch verlegt werden, könnte es eines Tages sogar zu einem Verschwinden der Strommasten in Deutschland kommen. Aber das ist noch Zukunftsmusik – komponiert in Bremen.


Näheres zur Windkraft gibt es bei Dieter Voß, Der Senator für Wirtschaft, Arbeit und Häfen, Abteilung Industrie, Innovation, Digitalisierung, 0421 361-32175, dieter.voss@wah.bremen.de

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