FORSCHUNG

„Regenerative Energie macht in Deutschlands Stromerzeugung zurzeit rund 17 % aus. Photovoltaik und die Windenergie können noch ausgebaut werden, letztere vor allem durch Offshore-Windparks“, sagt Josef Lutz. Er ist Professor für Leistungselektronik und elektromagnetische Verträglichkeit an der Technischen Universität Chemnitz und beteiligt an einem Forschungsvorhaben der Norwegischen Nationalen TU (NTNU) Trondheim. Das Projekt „Leistungselektronische Umrichter für Offshore-Anwendungen“ wird vom „Research Council Norway“ von 2009 bis 2013 gefördert. Es ist das erste an einer Hochschule außerhalb Skandinaviens, das das norwegische Research Council finanziert. Der Deutsche Akademische Austauschdienst unterstützt die Zusammenarbeit.
In dem Projekt gilt es, die Zuverlässigkeit der Leistungselektronik nachzuweisen. Anvisiert sind Investitionen in Windparks vor Norwegens Küste mit einer Leistung, die der von 40 bis 50 Großkraftwerken entspricht. Die Leistungselektronik wird eingesetzt, um die gewonnene Windenergie so umzuwandeln, dass sie ins Stromnetz eingespeist werden kann. Die dabei eingesetzten Umrichter müssen zuverlässig arbeiten: Die Anlagen sollen entfernt von der Küste viele Jahre wartungsfrei und ohne Ausfall laufen. In der ersten Hälfte der Projektlaufzeit waren drei Chemnitzer Studenten an der NTNU als Praktikanten im Einsatz. Seit April ist zudem ein Doktorand der TU Chemnitz für ein halbes Jahr dabei. Die norwegischen Forscher haben umfangreiche Daten über die anfallenden Lastzyklen moderner Windräder ermittelt. Aus der gemeinsamen Auswertung wurden die Belastungszyklen der Leistungselektronik ermittelt. An der TU Chemnitz bauen die Wissenschaftler derzeit eine Versuchsanlage auf, mit der sich die Temperaturbelastung der Bauteile, die im realen Einsatz während mehr als zehn Jahren auftreten werden, innerhalb weniger Wochen nachstellen lässt.
„Wir belasten die Teile mit Strom, heizen sie durch ihre eigenen Verluste binnen Sekunden auf und kühlen sie dann mit Wasser – ebenfalls innerhalb von Sekunden – auf den Ausgangswert ab. Diese sind Grundlage für die Auslegung der Windparks“, erklärt Josef Lutz.
Er schließt aus den bisherigen Ergebnissen, dass bereits mit dem heutigen Stand der Technik eine Versorgung in Deutschland mit 100 % regenerativer Energie möglich sei. Lutz empfiehlt dazu ein Zusammenspiel von Wind- und Solarenergie. Ein europaweites Netz aus Hochspannungs-Gleichstromübertragung könnte Schwankungen ausgleichen. Es sei unwahrscheinlich, dass zur gleichen Zeit in Norwegen kein Wind weht und etwa in Spanien keine Sonne scheint. Dadurch werde der Bedarf an Speicher-Kraftwerken gering, Großtechnik und dezentrale Energieerzeugung könnten sinnvoll verbunden werden. Zudem ließe sich elektrischen Energie einsparen, wenn nicht nur in Windparks die richtige Leistungselektronik eingesetzt würde, gibt Lutz zu bedenken: „55 % der gesamten Elektroenergie der Welt gehen in elektrische Motoren. Wären diese Motoren – vor allem in der Industrie – leistungselektronisch drehzahlgeregelt gesteuert, könnten im Mittel 30 % ihres Stromverbrauchs gespart werden. Link zum Projekt im Internet: www.sintef.no/projectweb/offshorepowerelectronics

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