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21.09.2020 | Flexible Elektrische Netze (FEN), Forschungscampus

Forschungscampus FEN eröffnet neue Möglichkeiten für das Aachener Energienetz durch die Inbetriebnahme des MVDC Netzes

Björn Riemer, Robert Heiliger, Manfred Nettekoven, Prof. Rik De Doncker, Frank Schäfer und Thierry Belgrand eröffnen den Betrieb des MVDC Forschungsnetzes.
Björn Riemer, Robert Heiliger, Manfred Nettekoven, Prof. Rik De Doncker, Frank Schäfer und Thierry Belgrand eröffnen den Betrieb des MVDC Forschungsnetzes. (Quelle: Andreas Schmitter)

Der Forschungscampus Flexible Elektrische Netze (FEN) hat am 19. November 2019 das Mittelspannungs-Gleichstrom-Forschungsnetz (MVDC-Forschungsnetz) auf dem RWTH-Melaten Campus in Betrieb genommen. Das MVDC-Forschungsnetz ist das Leuchtturmprojekt des Forschungscampus FEN. Diese besondere Test-Infrastrukture wurde von der Energieagentur.NRW zudem als „Projekt des Monats März 2020“ gewählt.

Die Stromnetze der Zukunft müssen flexibler werden – dies hat sich der Forschungscampus FEN zur Mission gemacht. Dadurch entstand schließlich das Leuchtturmprojekt des multiterminalen MVDC-Forschungsnetzes. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wechselstrom (AC) -Netzen, arbeitet das neue Netz mit Gleichstrom (DC), wodurch weniger Komponenten und höhere Wirkungsgrade erreicht werden. Insbesondere bei der Integration von Erneuerbaren Energien wie Wind- oder Solarenergie, kommen diese Vorteile besonders zum Tragen, da diese Systeme technologisch bedingt meist auf Gleichspannung arbeiten und so die Umwandlung in Wechselstrom entfällt. Darüber hinaus kommen die Schlüsselkomponenten für DC-Verteilnetze mit wesentlich weniger Material aus als übliche 50-Hz-Systeme und sind daher um einiges ressourcenschonender.

Die Funktionen des Gleichspannungswandlers

Der Gleichspannungswandler arbeitet nach dem dreiphasigen Dual-Active-Bridge (DAB)-Prinzip. Somit ermöglicht er einen bidirektionalen, flexibel steuerbaren Leistungsfluss und bietet gleichzeitig eine galvanische Trennung, womit die Anforderungen zukünftiger Gleichspannungsnetze erfüllt werden. Des Weiteren ist der Wandler zukünftig Teil einer Anordnung von mehreren in derselben Leistungsklasse errichteten Wandler am E.ON ERC, unterstützt durch das Institute for Power Generation and Storage Systems.

Während konventionelle Stromrichter der Megawattklasse im PGS Labor für den Betrieb mit einer angepassten Ansteuerung ausgestattet wurden, wurde der eingesetzte Mittelfrequenztransformator mit einer Nennleistung von 5 MW, zusammen mit den Industriepartnern, komplett neu entwickelt und konstruiert. Durch die Betriebsfrequenz von 1000 Hz erhöht sich die gravimetrische Leistungsdichte im Vergleich zu einem konventionellen trockenen Netztransformator um das 15- bis zu 20-fache.

Das entwickelte und erprobte Prinzip ist in dieser Leistungsklasse bisher einzigartig und bildet das Herzstück von zukünftigen intelligenten Gleichspannungsunterwerken, welche beispielsweise in großen Kollektorfeldern für erneuerbare Energien und Batteriespeicher, in Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge oder in industriellen DC Netzen eingesetzt werden können.

Wie geht es weiter?

In den kommenden Jahren wird das MVDC-Forschungsnetz die MW-Prüfstände des Institute for Power Generation and Storage Systems (PGS) am E.ON ERC und des RWTH Center for Wind Drives (CWD) verbinden. Somit entsteht eine innovative Testumgebung, in der nicht nur neue Gleichspannungswandler und -komponenten, sondern auch Schutztechniken und Betriebsführungskonzepte erprobt werden können. Der für das Netz entwickelte und erprobte Gleichspannungswandler (DC Wandler) bildet die Schlüsselkomponente für zukünftige intelligente Gleichspannungsunterwerke, die beispielsweise in großen Kollektorfeldern für erneuerbare Energien und in Batteriespeichern, z.B. in Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge oder auch in industriellen DC-Netzen, eingesetzt werden können.

Außerdem wird derzeit bereits ein weiterer DC-DC-Wandler, der eine Leistung von bis zu 7 MW liefern kann, an das Forschungsnetz angeschlossen, um dort unter realistischen Bedingungen erprobt zu werden. Bei diesem neuartigen Wandlertyp für besonders geringe Energieverluste, wird das Umschalten der Hochleistungshalbleiter mit einem Resonanzkreis unterstützt. Das lässt sich mit einem Pendel vergleichen, das von selbst zwischen seinen Endpositionen (den Schalterstellungen) schwingt und nur minimalen Anschub benötigt, um den Vorgang aufrecht zu erhalten.

 

Mehr über den Forschungscampus FEN

Zur Meldung auf der Webseite des Forschungscampus FEN

Zur Meldung der Energieagentur.NRW

 

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