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Stromautobahn im Norden

Im schleswig-holsteinischen Büttel ging am 27. Juli 2012 ein wichtiges Teilstück der geplanten Stromautobahn an der Nordseeküste in Betrieb. Der Anschluss wird den in Offshore-Windparks in der Nordsee vor Schleswig-Holstein erzeugten Strom in das Netz der überregionalen Stromautobahnen einspeisen und zu den Verbrauchern bringen. Die Leitung führt mit einer Länge von etwa drei Kilometern von der Schalt- und Konverteranlage in Büttel durch einen bestehenden Windpark bis zum Umspannwerk in Wilster. Die Konverterstation in Büttel ist ein wesentliches Element für die Netzanbindung von Offshore-Windparks in der östlichen Nordsee.

Teil 2

Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Bodenkunde und Standortslehre, Fachgebiet Biogeophysik durchgeführt. Das Energiekonzept der Bundesregierung sieht seit Oktober 2010 einen Energiemix bei der Stromerzeugung für 2050 vor, bei dem der Anteil erneuerbarer Energien auf 80 % gesteigert wird. Bislang sind die deutschen Stromnetze nicht flächendeckend auf den Transport des Stroms aus erneuerbaren Energien ausgelegt. Demzufolge sind große Infrastrukturmaßnahmen geplant, die mit erheblichen Einwirkungen auf das Schutzgut Boden durch die Verlegung der Kabel verbunden sein werden. Neben Veränderungen in der Bodenstruktur führen Erdkabel auch zu einer erheblichen Wärmeabgabe an den umliegenden Boden. Die Zusammenhänge und Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum, die Ertragsfähigkeit des Standortes durch alternative bodenschonende Baumaßnahmen sowie mögliche thermische Verluste der Erdkabel sind nur unzulänglich erforscht. Ziel des Projektes ist, statistisch abgesicherte Daten zum Einfluss von Erdkabeltrassen auf landwirtschaftliche Böden und Nutzpflanzen zu erheben und zu evaluieren. Die übergeordneten Ziele fügen sich in die wissenschaftlichen, wirtschaftlichen, gesellschaftlichen und politischen Ziele zum Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland und leisten einen wesentlichen Erkenntnisgewinn, der durch die angewandten Methoden auf andere Standorte übertragbar ist.

Teil 1

Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Kulturpflanzenwissenschaften (340), Fachgebiet Allgemeiner Pflanzenbau (340a) durchgeführt. Das Energiekonzept der Bundesregierung sieht seit Oktober 2010 einen Energiemix bei der Stromerzeugung für 2050 vor, bei dem der Anteil erneuerbarer Energien auf 80 % gesteigert wird. Bislang sind die deutschen Stromnetze nicht flächendeckend auf den Transport des Stroms aus erneuerbaren Energien ausgelegt. Demzufolge sind große Infrastrukturmaßnahmen geplant, die mit erheblichen Einwirkungen auf das Schutzgut Boden durch die Verlegung der Kabel verbunden sein werden. Neben Veränderungen in der Bodenstruktur führen Erdkabel auch zu einer erheblichen Wärmeabgabe an den umliegenden Boden. Die Zusammenhänge und Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum, die Ertragsfähigkeit des Standortes durch alternative bodenschonende Baumaßnahmen sowie mögliche thermische Verluste der Erdkabel sind nur unzulänglich erforscht. Ziel des Projektes ist, statistisch abgesicherte Daten zum Einfluss von Erdkabeltrassen auf landwirtschaftliche Böden und Nutzpflanzen zu erheben und zu evaluieren. Die übergeordneten Ziele fügen sich in die wissenschaftlichen, wirtschaftlichen, gesellschaftlichen und politischen Ziele zum Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland und leisten einen wesentlichen Erkenntnisgewinn, der durch die angewandten Methoden auf andere Standorte übertragbar ist.

OTH.R

Das Projekt "OTH.R" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg, Fakultät Bauingenieurwesen, Labor für Geotechnik durchgeführt. Für die unterirdische Verlegung der Energiesysteme soll auf Basis der grundlegenden Erkenntnisse aus dem Förderprojekt. Kompakte Systeme für HGÜ AnwendungenM (DCCoS) eine Gleichstromübertragungstechnik für hohe Leistungen entwickelt werden. Im Teilvorhaben 'Erfassung und Modellierung der Wechselwirkung DCCTL/Boden' werden die mechanischen Beanspruchungen der thermisch belasteten DCCTL-Rohre im Boden in Abhängigkeit von den Rohr-Bettungsmaterialien, insbesondere Flüssigboden, ermittelt. Dazu werden umfangreiche mechanische und thermische Untersuchungen an Bettungsmaterialien durchgeführt, um geeignete Materialien und Rezepturen für die Erdverlegung der DCCTL zu ermitteln. Die Untersuchungen konzentrieren sich im Sinne des Kreislaufwirtschaftsgesetzes sowie aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und des Umweltschutzes auf die beim Trassenbau ausgehobenen Böden, die direkt auf der Baustelle aufbereitet und für die Verfüllung des DCCTL-Rohrgrabens/-trasse wiederverwendet werden, wie dies z.B. bei Flüssigbodenverfahren erfolgt. Zunächst werden für ausgewählten Bodenarten Grundrezepte eines thermisch stabilisierten Flüssigbodens ermittelt, mit dem die gewünschten Eigenschaften an die Flüssigboden-Bettung der DC CTL-Rohre erzielt werden. Diese Flüssigböden werden in umfangreichen klein- und großmaßstäblichen Laborversuchen hinsichtlich Steifigkeit, Festigkeit, Durchlässigkeit, etc. und anschließend auf ihre Scher- und Haftfestigkeiten an der Kontaktfläche Rohr/ Boden untersucht, wobei besonderes Augenmerk auf das Verhalten der Flüssigboden unter Aufwärmung am DCCTL gelegt wird. Aus den Versuchsergebnissen wird das Stoffverhalten abgeleitet und in Rechenprogramme implementiert, so dass eine erdstatische Bemessung der DCCTL möglich wird. Ergänzend werden Empfehlungen für baubegleitende Prüfungen und Kontrollen erarbeitet.

Offshore Windparks als Kraftwerke

Das Projekt "Offshore Windparks als Kraftwerke" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Institut für Elektrische Energietechnik, Lehrstuhl Leistungselektronik und Elektrische Antriebe durchgeführt. In einem zukünftigen elektrischen Verbundnetz müssen Offshore-Windparks netzbildend oder netzstützend arbeiten. In diesem Vorhaben sollen vor allem die Anforderungen an Offshore-Windparks, die über Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) an das Verbundnetz angeschlossen sind, im kurzen Zeitbereich betrachtet werden.

Teilvorhaben Schniewindt: Sensorkomponenten und Signalverarbeitung von Spannungs-Mess-Systemen für HGÜ 4.0

Das Projekt "Teilvorhaben Schniewindt: Sensorkomponenten und Signalverarbeitung von Spannungs-Mess-Systemen für HGÜ 4.0" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schniewindt GmbH & Co. KG durchgeführt. Im Verbundprojekt SMS4HGÜ wird ein Spannungs-Mess-System entwickelt, mit dem zum ersten Mal eine schnelle und effiziente Messung von der Gleichspannung überlagerten hochfrequenten Spannungsanteilen in der neuesten Generation von HGÜ-Anlagen ermöglicht wird. Auf der Grundlage der Spannungsmessung soll der Schutz der modernen HGÜ-Energieanlagen vor Ausfällen gewährleistet und die Power Quality-Messung in Wechselspannungsnetzen verbessert werden. Das sichert die Netzstabilität sowie die Spannungsqualität und somit die Versorgungssicherheit.

Stromübertragung bei der Netzanbindung von Offshore-Windparks

Das Projekt "Stromübertragung bei der Netzanbindung von Offshore-Windparks" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Übertragungstechnik, die die Anzahl der im Meer zu verlegenden Kabel im Vergleich zu anderen favorisierten Techniken und damit den Eingriff in sensitive Lebensräume reduziert. Mit der vom IALB angestrebten optimierten Form der Energie-Übertragung könnten zugleich Übertragungsverluste verringert werden; außerdem ließe sich eine größere Leistung (größer 1500 MW) über die vorhandenen Leitungen übertragen. Im Rahmen des Forschungsprojektes sollen Berechnungen und Simulationen zu den neuen Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) -Systemen durchgeführt werden. Durch die Simulationen wird das Verhalten bei Parallelschaltung der Thyristor- und IGBT-HGÜ detailliert untersucht und Resonanzfälle und kritische Betriebszustände können identifiziert werden. Darauf basierend erfolgt ein experimenteller Aufbau einer HGÜ-Strecke mit Thyristor-Satz und parallel geschalteten IGBT-Umrichtern. Der Forschungsschwerpunkt liegt dabei in der Parallelschaltung der unterschiedlichen HGÜ-Systeme und der Regelung im Parallelbetrieb. Es muss bestimmt werden, in welchen Situationen der Betrieb über die IGBT-HGÜ und wann über die Thyristor-HGÜ sinnvoll ist oder ob auch ein gleichzeitiger Betrieb möglich ist.

Teilvorhaben ILK Dresden: Kryoengineering und Aufbau der Kryotechnik

Das Projekt "Teilvorhaben ILK Dresden: Kryoengineering und Aufbau der Kryotechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH durchgeführt. DC-Hochstromtrassen sind in einem breiten Spektrum industrieller Anwendungen Kern der betrieblichen Infrastruktur mit Kapazitäten bis zu einigen 100 kA. Heute werden diese durch Kupfer- oder Aluminiumschienen großen Querschnitts realisiert. Die Minimierung der dabei anfallenden elektrischen Verluste ist vielfach erfolgskritisch für den Betrieb der Anlagen. Eine Minimierung der Querschnitte kann für industrielle Anwendungen ebenfalls Vorteile mit sich bringen. Ziel des Projektes sind Entwicklung und Bau einer entsprechenden DC-Trasse auf Basis von Supraleitern. Dabei soll in einer optimierten technischen Realisierung die Machbarkeit gezeigt sowie das Einsparungspotential dieser Technologie erfasst werden. Ziel des Projektes ist die Fertigung einer 20 m langen Demonstratorstrecke mit einem Nennstrom von 20 kA. Den Anwendungen entsprechend soll ein Teil der Strecke mit supraleitenden, der andere Teil mit normalleitenden Kupfer- und Aluminiumschienen realisiert werden. Entsprechend muss auch eine geeignete Verbindungstechnik entwickelt werden. In dieser Dimensionierung würde das Projekt bereits konkreten Anwendungsfällen entsprechen.

ARchitectured Ceramic for HIgh Voltage power Electronics

Das Projekt "ARchitectured Ceramic for HIgh Voltage power Electronics" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für angewandte Wissenschaften Kempten, Labor für Elektronikintegration durchgeführt. ARCHIVE zielt darauf ab, eine bahnbrechende Aufbau- und Verbindungstechnologie für 20-kV Leistungshalbleitermodule zu demonstrieren. Derartige Module werden den Aufbau von Umrichtern für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) erheblich vereinfachen, da zum Erreichen der Hochspannung weniger Module in Reihe geschaltet werden. Dadurch sinken die Investitions- und Betriebskosten für HGÜ-Anlagen, was für eine weitere Verbreitung und damit eine bessere Integration von erneuerbaren Energien in die Versorgungsnetze förderlich ist. Das Projekt befasst sich sowohl mit der elektrischen Isolierung als auch mit dem Wärmemanagement. Bei der gegenwärtig verwendeten Technologie werden beiden Aspekte durch dasselbe Element definiert: das Keramiksubstrat. Dies führt zu einem Kompromiss zwischen thermischer Leistung und Spannungsfestigkeit. Wir schätzen, dass dieser Kompromiss zwischen 10 und 20 kV inakzeptabel wird, da zur Aufrechterhaltung der Spannung dickere Keramiksubstrate erforderlich sind, was die Wärmeabfuhr behindert. Die in ARCHIVE untersuchten technischen Lösungen basieren auf einem neuartigen, 3-dimensional strukturiertem Keramiksubstrat. Auf der Oberseite werden durch eine geeignete Topografie die lokalen Spitzen des elektrischen Felds eingeschränkt. Auf der Rückseite ist ein Kühler integriert, der mit einem elektrisch isolierendem Kühlmedium betrieben wird. Dadurch wird die Isolation auf die Keramik und die Kühlflüssigkeit verteilt. Dieser Ansatz wird in einem 20-kV Leistungsmodul demonstriert, da entsprechende Halbleiterbauteile in einigen Forschungslabors bereits verfügbar sind. Das Konzept kann jedoch auf viel höhere Spannungen erweitert werden, da zwischen Wärmeabfuhr und elektrischer Isolierung kein Kompromiss mehr besteht.

Teilvorhaben: Entwurf und Test der Multi-Terminal-Struktur

Das Projekt "Teilvorhaben: Entwurf und Test der Multi-Terminal-Struktur" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bremer Centrum für Mechatronik durchgeführt. Im Rahmen des Projekts sollen neue Multi-Terminal Offshore-DC-Strukturen untersucht werden, die ein höheres wirtschaftliches Potential bei steigender Verfügbarkeit versprechen. Durch Modellbeschreibungen und Simulationen erfolgt ein theoretischer Strukturentwurf von modularen AC-DC-Konverterstationen für eine bessere Integration der AC-Offshore-Stromnetze in ein offshore-seitiges Mehrpunkt-Gleichstromnetz mit Onshore-Konverter zur Anbindung an das Drehstromverbundnetz. Die direkte Verwendung eines Offshore-DC-Netzes verspricht dabei einen geringeren Materialeinsatz sowie erhöhte Effizienz und Verfügbarkeit durch weniger Umwandlungsstufen. Neben der technologischen Entwicklung eines solchen Systems erfolgen zudem eine Prüfung der wirtschaftlichen und rechtlichen Komponenten sowie die Erstellung eines umfassenden Konzepts für die Installation und den Betrieb modularer Konverterstationen.

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