Topic 3 - Energieverteilung
Im Topic 3 beschäftigen sich die Forscherinnen und Forscher am KIT mit der Verteilung von Energie auf Basis verschiedener Energieträger. Im Zentrum stehen dabei die elektrische Energieübertragung, aber auch an alternativen Methoden wie dem Transport von flüssigem oder komprimiertem Wasserstoff in Pipelines wird gearbeitet.
Die Ausdehnung der betrachteten Energienetze umfasst die gesamte Bandbreite von lokal begrenzten (Insel-)Netzen bis hin zum internationalen und interkontinentalen Transport und Austausch von Energie. Der effiziente und zuverlässige Betrieb dieser Netze ist für eine erfolgreiche Umsetzung der Energiewende von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus gewinnen auch der nachhaltige Aufbau und Betrieb der Energienetze sowie die Resilienz gegenüber Störungen zunehmend an Bedeutung.
Zukünftig wird das Stromnetz als Backbone der Energieversorgung von einer noch weiter steigenden zeitlichen und räumlichen Entkopplung zwischen den Erzeugern und Lasten geprägt sein. Diese Dezentralisierung der Energieerzeugung erfordert vermaschte Stromnetze, bei denen die Erzeugung, Umwandlung und Speicherung elektrischer Energie direkt über Leistungselektronik in die Nieder-, Mittel- und Hochspannungsnetze integriert wird. Außerdem werden die Netze weitaus größere Energiemengen transportieren müssen, damit der Energiebedarf einer zunehmend "All Electric Society" auf Basis von volatilen Energiequellen gedeckt werden kann.
Neben der Netzstabilität müssen die eingesetzten Betriebsmittel einen zuverlässigen und kostengünstigen Betrieb der Netze gewährleisten. Für die Stromrichter resultieren daraus neue Anforderungen hinsichtlich der Frequenz- und Spannungshaltung, Schwarzstartfähigkeit, sowie weiterer Netzdienstleistungen. Neben den bestehenden AC-Netzen werden zukünftig auch DC-Netze auf allen Spannungsebenen eine zunehmend wichtige Rolle in der Struktur des zukünftigen Stromnetzes spielen. Aktuell wird die DC-Technologie lediglich für Punkt-zu-Punkt Verbindungen in nennenswertem Umfang eingesetzt (Hochspannungs-Gleichstromübertragung HGÜ, engl. HVDC), bei denen große Mengen elektrischer Energie über weite Distanzen transportiert werden. Aufgrund der Effizienzvorteile sind jedoch weitere Anwendungen im Nieder- und Mittelspannungsbereich zu erwarten.