Große solarthermische Anlagen in Afrika, Offshore-Windparks in der Nordsee, Photovoltaik-Kraftwerke im Süden und die vielen dezentralen Anlagen in Mitteleuropa sollen künftig einen großen Teil unseres Stroms liefern. Damit aber der Umstieg auf regenerative Energien gelingt, müssen noch einige Herausforderungen gemeistert werden. Wie kann man den Strom ohne große Verluste über tausende Kilometer transportieren? Lässt sich die stark fluktuierende Energie effektiv speichern? Wie kann man den Strom in unsere Netze einspeisen? In dem jetzt gestarteten Zukunftsprojekt »Supergrid« arbeiten Fraunhofer-Forscher an Komponenten, um Strom verlustarm zu speichern und zu verteilen.

Neuartige Mittelspannungs- und Hochspannungs-Gleichstromnetze

»Der geplante, rasche Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung erfordert nicht nur einen Umbau der Stromnetze, sondern auch die energiewirtschaftlich optimierte Integration von erneuerbarer Energie, Speichertechnologien und Stromnachfrage. Hierfür sind noch grundlegende technologische Innovationen erforderlich. Unser Ziel ist es, Schlüsseltechnologien an der Schnittstelle zwischen Erzeugung und Einspeisung ins Netz zu entwickeln und in einem ganzheitlichen systemtheoretischen Ansatz zu optimieren«, erläutert Dr. Werner Platzer vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg, der das Projekt Supergrid koordiniert. In dem Projekt arbeiten Forscher der Fraunhofer-Institute für Solare Energiesysteme ISE, für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, für Werkstoffmechanik IWM, für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB.

Ein Schwerpunkt ist die Entwicklung von Komponenten und Systemen für neuartige Mittelspannungs- und Hochspannungs-Gleichstromnetze, über die Strom aus Sonne und Wind verlustarm über große Entfernungen transportiert werden soll. Bislang ist die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung als Punkt zu Punkt Verbindung ausgeführt. Mit Hilfe von auch erdverlegten Gleichstromnetzen, sollen die verteilten Energieerzeuger – etwa verschiedene Windkraftlagen und Solaranlagen – über weite Distanzen ohne große Verluste gekoppelt werden. Dazu braucht man neue regelungstechnische Verfahren und Systemkomponenten, die in dem Übermogen-Projekt »Supergrid« von Fraunhofer-Forschern entwickelt werden.

Hochtemperatur-Speicher: Wärme speichern

Ein wichtiger Baustein für die künftige Stromversorgung sind solarthermische Kraftwerke, die in Südeuropa und Nordafrika gebaut werden, wie zum Beispiel in dem Vorhaben Desertec. Hierbei wird Sonnenenergie in nutzbare Wärme umgewandelt. Diese wird dann zur Stromerzeugung genutzt werden. Der große Vorteil: Die erzeugte Wärme lässt sich etwa in Öl, Dampf oder Flüssigsalz speichern. So können die Kraftwerke rund um die Uhr Strom liefern.

Fraunhofer-Forscher wollen nun besonders kostengünstige und effiziente Hochtemperatur-Speicher entwickeln. Ein Ziel ist es, die Kosten für die Wärmespeicherung langfristig um mehr als die Hälfte zu senken. Mit Salzmischungen (Nitrate, Nitrite u.ä.) lässt sich Wärme besonders effizient speichern. Der Nachteil: Sie sind äußerst korrosiv. Fraunhofer-Forscher arbeiten daher an Werkstoffen, die Salzschmelzen auch bei hohen Temperaturen langfristig standhalten.

»Die Einbettung vernetzter Erzeuger und Speichertechnik in eine Gesamtstrategie für den Ausbau der erneuerbaren Energien erfordert zunächst aber eine genaue Analyse des Energiemarktes«, beschreibt Platzer einen wichtigen Aspekt des Projekts. Darauf aufbauend wollen die Forscher integrierte und optimierte Netzstrukturen entwickeln.