In der marokkanischen Wüstenstadt Ouarzazate entsteht das größte Solarkraftwerk Nordafrikas. Bereits 2016 soll es umweltfreundlichen Strom für eine halbe Million Menschen liefern. Zukünftig könnten Projekte wie das in Ouarzazate auch Strom für Europa bereitstellen. Um elektrische Energie von Kontinent zu Kontinent zu transportieren, ist ein zuverlässiger Netzverbund auch vor Ort Voraussetzung. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE forscht gemeinsam mit weiteren Fraunhofer-Instituten an dem Thema „Supergrid“. Sie untersuchen die Modellierung eines geeigneten Energiesystems und technologische Lösungen für die Speichertechnik sowie für Gleichstrom-Erzeugungs- und Verteilnetze.

Technische Detaillösungen stehen stark im Fokus der Forschung. Zunächst bildeten die Wissenschaftler das Zusammenspiel von Kraftwerken ab, basierend auf erneuerbaren Energien und konventionellen Kraftwerken anhand einer Systemmodellierung für den Stromsektor in Nordafrika und Südeuropa. Mit Hilfe eines Energiesystemmodells (RESlion) erfolgte dann die Standortsuche für neue Kraftwerke unter Berücksichtigung aller existierenden Erzeugungs- und Speichersysteme sowie der Netzinfrastruktur. Demnach profitieren in Nordafrika Photovoltaik-Anlagen, die verbrauchsnah installiert sind, auch wenn dafür die Sonneneinstrahlung vor Ort etwas niedriger ist. Solarthermische Kraftwerke (Concentrated Solar Power/CSP) kommen vor allem zum Zug, wo es um große thermische Speicherkapazitäten zur Sicherung der Systemstabilität im Netzverbund geht. „Es ist wichtig, dass wir planbar Strom aus erneuerbaren Quellen erhalten. Strom aus Nordafrika kann beispielsweise Lücken in der europäischen Stromerzeugung durch erneuerbare Energien füllen. Strombedarf und -überschuss standortübergreifend auszugleichen, das ist einer der Leitgedanken des Supergrids“, so Dr. Werner Platzer, der das Projekt Supergrid am Fraunhofer ISE koordiniert.

Solarthermische Kraftwerke können regelbar Strom liefern. Das geschieht mittels thermischer Wärmespeicher, die Wärme in Zeiten von Überproduktion zwischenspeichern und bei Bedarf in einer Dampfturbine in Strom umwandeln. Das Fraunhofer ISE untersucht unter anderem, wie sich thermische Speicher optimieren lassen. Unterschiedliche Kraftwerkskonzepte unterscheiden sich nicht nur optisch (Fresnel-Kollektor, Parabolrinne oder Turm), sondern auch im verwendeten Wärmeträgermedium. Für direktverdampfende Kraftwerke mit Wasser als Wärmeträger wird am Fraunhofer ISE u. a. ein innovativer Latentwärmespeicher mit einem Schneckenwärmeübertrager untersucht. Mit dieser Technologie lassen sich Speicherkapazität und Wärmeübertragerfläche entkoppeln, da das als Speichermedium verwendete Salz beim Erstarren und Schmelzen gefördert wird. Andere Konzepte der Freiburger Forscher zielen darauf ab, Salze sowohl als Speichermedium als auch als Wärmeträgermedium einzusetzen. Der Speicher kann dann aus zwei separaten Tanks bestehen, oder – um Speichermaterial und Baumaterial einzusparen – aus einem einzelnen Tank mit Füllkörpern, in dem heiße und kalte Salzschmelze geschichtet werden. Um das Potenzial solcher Schichtspeicher bewerten zu können, untersuchen die Forscher einen Prototypen experimentell. Zudem analysieren sie die korrosive Wechselwirkung der heißen Salze mit verschiedenen Stählen.

Ein weiteres Forschungsthema ist der Transport von Strom im Supergrid – und der Energieverlust dabei, der möglichst gering sein sollte. Regenerative Großkraftwerke oder regionale Verbünde von Kraftwerken sind häufig über große Flächen verstreut und viele leistungselektronische Wandler im gesamten Netz verteilt. In einem solchen Energiesystem ist es sinnvoll, wenn nicht jedes Kraftwerk direkt in den Netzverbund einspeist und eingesetzte Wandler möglichst effizient sind. Denn mit jeder Schnittstelle zwischen Erzeuger, Netz und Verbraucher steigen die Übertragungsverluste und die Kosten für das gesamte Netz. Wie die Forscher herausfanden, ist es sinnvoll, den Strom mehrerer Kraftwerke zunächst in einem lokalen Gleichstromnetz in der Mittelspannung zu bündeln und gegebenenfalls in Batterien zu speichern. Anschließend wird der Strom an zentraler Stelle in ein Hochspannungsnetz zum Weitertransport eingespeist. Hocheffiziente Leistungselektronik ist an solchen Schnittstellen wichtig. Das Fraunhofer ISE entwickelt einen Demonstrator eines kompakten, hocheffizienten Gleichstrom-Wandlers (DC/DC). Siliziumcarbid-Halbleiter (SiC) ermöglichen ein leistungselektronisches System mit über 10 kV Sperrspannung und niedrigen Schaltenergien, das wiederum eine direkte Anbindung an das Mittelspannungsverteilnetz erlaubt. 

Rebecca Raspe - energiezukunft.eu