Die Herausforderungen der Energiewende erfordern innovative Ansätze in der Stromversorgung und -verteilung. Heute steht die gesamte Branche vor tiefgreifenden Veränderungen, insbesondere durch die Integration dezentralisierter Einspeisungen aus erneuerbaren Energiequellen, die zentrale Kraftwerke zunehmend ersetzen. Dies hat direkte Auswirkungen auf die Anforderungen an Stromnetze, die sich an die neuen Gegebenheiten anpassen müssen. In diesem Kontext wird das High Power Grid Lab (HPGL) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine zentrale Rolle einnehmen. Laut KIT wird das HPGL ab dem Jahr 2030 neue Netztechnologien in einer spezialisierten Testumgebung untersuchen.
Das HPGL, welches mit Baukosten von 32,8 Millionen Euro ausgestattet ist, wird durch die Helmholtz-Gemeinschaft finanziert. Ein wesentliches Ziel des Projekts besteht in der Erforschung des Systemverhaltens neuartiger Netzbetriebsmittel wie Stromrichter für Mittelspannungs-Gleichstromnetze. Hierbei gewinnen gekoppelte Mittelspannungsnetze, regionale Verteilnetze und Industrienetze zunehmend an Bedeutung. Gleichzeitig wird am KIT ein Smart Energy System Simulation and Control Center entwickelt, das Echtzeitsimulationen von Stromnetzen mit Emulatoren für Mittelspannungsnetze kombiniert.
Technologische Innovationen im Fokus
In der flexiblen Testumgebung „Power Hardware in the Loop“ sollen realitätsnahe Bedingungen nachgebildet werden. Dies ermöglicht die Entwicklung von Mittelspannungs-Emulatoren, die speziell für das HPGL-Projekt konzipiert wurden. Diese Emulatoren können Wechselspannungsnetze bis 20 Kilovolt und Gleichspannungsnetze bis 35 Kilovolt emulieren, wobei eine Leistung von bis zu 40 Megavoltampere erzielt werden kann. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Entwicklung und dem Test innovativer leistungselektronischer Betriebsmittel für Mittelspannungsnetze unter realen Bedingungen.
Mehrere Institute des KIT, darunter das ETI, das Institut für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik sowie das Institut für Automation und angewandte Informatik und das Institut für Technische Physik, sind an diesem Projekt beteiligt. Nationale und internationale Kooperationen mit Industrieunternehmen, Netzbetreibern und Forschungsinstituten sollen den schnellen Transfer von Forschungsergebnissen in die praktische Anwendung unterstützen.
Ein Schritt in die Zukunft der Stromnetze
Bereits jetzt ist die Relevanz von Smart Grids unübersehbar. Diese revolutionären Systeme nutzen fortschrittliche Technologien, um die Energieerzeugung, -verteilung und -nutzung effizienter und nachhaltiger zu gestalten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Stromnetzen verfügen Smart Grids über digitale Kommunikations- und Steuerungstechnologien, die Echtzeitdaten über Stromverbrauch, -erzeugung und den aktuellen Netzstatus sammeln und analysieren. Laut einem Artikel auf Forschung und Wissen sind intelligente Messgeräte (Smart Meter) sowie Datenkommunikationsnetze zentrale Komponenten dieser modernen Netze.
Die Vorteile von Smart Grids sind zahlreich. Sie ermöglichen eine effizientere Ressourcennutzung und minimieren Engpässe. Zugleich erleichtern sie die Integration erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windkraft. Zudem kann durch kontinuierliche Überwachung die Minimierung von Ausfällen und Störungen erreicht werden. Smart Grids fördern auch die dezentrale Energieerzeugung durch flächendeckende Installation kleinerer Anlagen, wie beispielsweise Balkonkraftwerke, die sowohl Mietern als auch Wohnungseigentümern Zugang zu Solarenergie bieten.
Jedoch stehen Smart Grids auch vor Herausforderungen wie Datensicherheit, Interoperabilität und die Notwendigkeit von Infrastrukturinvestitionen. Um langfristig erfolgreich zu sein, sind Akzeptanz und Nutzerbeteiligung in der Bevölkerung entscheidend.
Die Zukunft der Stromnetze gehört unbestritten den Smart Grids, und durch Initiativen wie das HPGL am KIT wird deutlich, wie weitreichend die Entwicklungen in diesem Bereich bereits vorangeschritten sind. Die kommenden Jahre dürften entscheidend für den Ausbau und die Etablierung dieser Technologien sein.
