Das Projekt "Teilvorhaben: Fraunhofer ISE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungs-/energiebatterie an das Verteilnetz. Für die Entwicklung werden Vorserienmuster von 3,3-kV-SiC-MOSFETs genutzt. Mit diesen Bauelementen sollen SiC-Leistungsmodule zu 150 - 300 A entwickelt werden. Erst die Entwicklung von niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodulen schafft die Grundlage für die Entwicklung von Mittelspannungsumrichtern hoher Leistung. In einem 3,3-kV-Netz ergeben sich hierbei Umrichterleistungen von 250 - 1.000 kVA. Über die Mittelspannungsebene wird der Hochleistungsspeicher eingebunden, der dann in das 110-kV-Netz gekoppelt wird. Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Weiter ermöglichen mehrere Hochleistungsspeicher im Verbund des 110-kV-Netzes den Wiederaufbau des Netzes und das Anfahren von Kraftwerken. Damit können Hochleistungsspeicher neben den klassischen Pumpspeicherseen eine weitere strategisch wichtige Säule zur Schwarzstartfähigkeit der Energieversorgung bilden. Durch die Verbundpartner dieses Vorhabens ist die gesamte wirtschaftliche Wertschöpfungskette vom Komponentenhersteller, Leistungselektronikhersteller, Systemintegrator und Netzbetreiber dargestellt. Die Forschungsaspekte zu Bauelementen, Leistungselektronik, System- und Regelungstechnik werden durch das Fraunhofer ISE flankiert. Semikron wird die Entwicklung der niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodule durchführen. Die Entwicklung der induktiven Leistungsbauelemente und die Durchführung damit verbundener Studien werden von STS übernommen.
Das Projekt "Teilprojekt: 'Hochstrom-Mittelspannungs-Drosseln für hohe Schaltfrequenzen'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH & Co. KG durchgeführt. Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Weiter ermöglichen mehrere Hochleistungsspeicher im Verbund des 110-kV-Netzes den Wiederaufbau des Netzes und das Anfahren von Kraftwerken. Damit können Hochleistungsspeicher neben den klassischen Pumpspeicherseen eine weitere strategisch wichtige Säule zur Schwarzstartfähigkeit der Energieversorgung bilden. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungsenergiebatterie an das Verteilnetz. Im Teilprojekt STS sollen Lösungen für induktive Leistungsbauelemente für solche Umrichter erarbeitet werden. Dabei bestehen heute substanzielle Defizite im Verständnis elementarer Zusammenhänge bei der Dimensionierung und dem Betrieb solcher Bauteile. Die Aufklärung entsprechender Wirkgefüge und deren Verallgemeinerung und Abbildung in mathematische Modelle ist daher wesentlicher Bestandteil des Teil-Projekts, bevor konkrete technische Entwicklungen erfolgen. Auch neue Kühlkonzepte sind zu erarbeiten. Begonnen wird mit konzeptionellen Aspekten, wie Verfügbarkeitsanalysen oder allgemeine Simulationen. Darauf aufbauend erfolgen detaillierte Parameteranalysen und die Entwicklung neuer mathematischer Modelle für induktive Bauelemente. Entsprechend des Arbeitsfortschritts bei der Modellbildung erfolgt die Entwicklung und Charakterisierung von Mittelspannungsdrosseln. Die Inbetriebnahme und der Test des Demonstrators werden durch Teilentladungsmessungen unterstützt. Aus den Testläufen werden zudem Erkenntnisse abgeleitet, die in eine kontinuierliche Verifizierung der Simulationsmodelle und eine Optimierung der Drosseln einfließen.
Das Projekt "Teilvorhaben: HKE, Simulation und Betrieb Netzstabilisierender Anlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für angewandte Wissenschaften Kempten, Institut für Elektrische Energiesysteme durchgeführt. Bei dem Verbundvorhaben IREN2 liegt der Fokus auf der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet 'Intelligenter Verteilnetze'. Es sollen Verfahren und Konzepte erarbeitet werden, wie Verteilnetze mit hohem Anteil an regenerativer Energieerzeugung als inselnetzfähige Microgrids stabil betrieben werden können. Das bereits im Forschungsprojekt IRENE untersuchte Teilnetzgebiet in Wildpoldsried (Allgäu) soll durch Installation zusätzlicher Komponenten zu einem Demonstrationsmicrogrid erweitert werden. Ziel des Teilvorhabens der Hochschule Kempten ist die Erweiterung des Wissens über die Steuerung und Regelung von netzgekoppelten bzw. entkoppelten Microgrids unter Berücksichtigung von Photovoltaikanlagen und Batteriespeichern. Die Notwendigkeit ergibt sich im Rahmen der Energiewende bei einer völlig umgestalteten Stromversorgung, bei der ein Großteil der Energie auf der Niederspannungsebene eingespeist wird, wenn dieses bei Störfällen in den übergeordneten Spannungsebenen in autarke Subeinheiten aufgeteilt werden muss. Beispiele hierfür sind Einkaufszentren, Kliniken, Altenheime oder Hotels, die auch ohne Netzanschluss mit Strom versorgt werden müssen. Eine weitere Anwendung liegt in der Vielzahl von Klein- und Kleinstnetzen in abgelegenen Teilen der Welt, die aufgrund der geographischen Lage an kein übergeordnetes Stromversorgungsnetz angeschlossen werden können. Bei letzteren besteht das Ziel, von einer ausschließlich durch Dieselgeneratoren realisierten Stromversorgung auf ein zukunftsgerichtetes, umweltschonendes Konzept mit hohem Anteil an regenerativen Energiequellen überzugehen. Dabei sollen möglichst Qualitätsanforderungen hinsichtlich Spannungs- und Frequenzkonstanz sowie Stabilität erfüllt werden, wie man sie von derzeitigen Netzen her kennt. Anhand von Modell- und Simulationsrechnungen wird das Institut für Elektrische Energiesysteme (IEES) der Hochschule Kempten innerhalb des Konsortiums Konzepte zur Realisierung erarbeiten und in einem realen Netzgebiet der Allgäuer Überlandwerk GmbH praktisch umsetzen, optimieren und bewerten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Zentralwechselrichter mit erweiterter Funktionalität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GE Energy Power Conversion GmbH durchgeführt. Das Ziel des Verbundprojektes ist die Erweiterung der Fähigkeiten von PV-Kraftwerken. Diese müssen zukünftig mit anderen Erzeugerarten kombinierbar sein und als solche Hybridkraftwerke zur Verfügung stehen. Zusätzlich müssen Technologien entwickelt werden, die die Spezifika der internationalen Märkte stärker berücksichtigen. Das bedeutet neben einer ganzheitlichen Kostenoptimierung der Kraftwerke auch die Fähigkeit von PV-Kraftwerken, notwendige Netzdienstleistungen bereitstellen zu können. Diese Anforderungen reichen vom teilweisen Substitutionsbetrieb konventioneller Erzeugeranlagen mit entsprechenden Anforderungen an die Regelfähigkeit bis hin zur kompletten Übernahme der Netzführung mit erneuerbaren Energien in lokalen Netzen und damit der alleinigen Versorgung ganzer Städte oder Regionen. Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten der GE Energy Power Conversion besteht deshalb in der Entwicklung und Erprobung einer ganzen Reihe von Funktionen für Zentralwechselrichter. Dieser soll befähigt werden, die erweiterten Anforderungen bezüglich der Netzbildung in Insel- und schwachen Netzen, des Substitutionsbetriebes für konventionelle Erzeuger sowie die Integration von Batteriespeichern zu erfüllen. Mit dieser Entwicklung soll der Grundstein für eine nächste Generation von PV-Wechselrichtern gelegt werden. Im Detail umfasst das Teilvorhaben die Entwicklung von aktiven Netzregelungsfunktionen als Einzelwechselrichter oder im Verbund mit mehreren Solarumrichtern, die Entwicklung von Konzepten zum Umgang mit Netzfehlern und Schieflasten, die Entwicklung eines Netzschutzkonzeptes und die Entwicklung der Schwarzstartfähigkeit von Wechselrichtern. Zusätzlich wird der nahtlose Übergang zwischen den einzelnen Erzeugungsquellen, ins besondere das Zusammenspiel zwischen PV, Batterie und Wechselrichter adressiert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modulare Stromrichter für PV-Großkraftwerke für einfache Systemarchitektur und hohe Flexibilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Institut für Elektrische Energietechnik, Fachgebiet Elektrische Energieversorgungssysteme durchgeführt. Entwicklung einer neuen Generation PV-Großkraftwerke mit Funktionen zur Verbesserung der Versorgungssicherheit und der Systemstabilität mit Fokus auf:
- Netzdienliche Wirkung wie Blindleistungsmanagement, Frequenz- und Spannungshaltung, Regelleistungsfähigkeit, Schwarzstartfähigkeit, etc.
- Verbesserung der Versorgungssicherheit bedeutet höhere Zuverlässigkeit, fahrplantreuer Betrieb der Gesamtanlage, garantierte Leistungsbereitstellung, erhöhte Fehlersicherheit, Redundanzen
- Kostenreduktion trotz Zusatzfunktionalitäten: Reduzierung der Wechselrichterkosten um 30%
Im Detail umfasst dies Untersuchung von Bauteilbelastungen, Inverter-Topologiebestimmung, Analyse von magnetischen Bauelementen, Fehlerfrüherkennung und Zustandsüberwachung, Charakterisierung und experimentelle Evaluation der Bauelemente, Optimierung von Ansteuerschaltungen, Konzeption und Aufbau von Technologiedemonstratoren, Bewertung neuer HL-Module, Charakterisierung verschiedener Zwischenkreismaterialien, Analyse der Aufbau und Verbindungstechnik für höhere Temperaturen.