Netzstabilisierung für das 21. Jahrhundert

Der "Asynchrone, rotierende Energie-System-Stabilisator" (Aress) soll als ein integraler Bestandteil der vorhandenen Netzstruktur dafür sorgen, dass Energieversorgung trotz der volatilen Verfügbarkeit der erneuerbaren Energiequellen zuverlässig funktioniert.

Um eine zuverlässige Elektroenergieversorgung nach der Energiewende zu gewährleisten, müssen die Netze Lastschwankungen, Netzfehler und Spannungs- sowie Frequenzschwankungen bewältigen können, ohne dass dafür die Schwungmassen thermischer Großkraftwerke zur Verfügung stehen. Dafür werden die Projektpartner TU Dresden und Dortmund, Universität Hannover, Siemens Energy und der Übertragungsnetzbetreiber Amprion in den kommenden vier Jahren spezielle Netzwerkkomponenten entwickeln: einen geregelten "Modularen Multilevel-Matrixumrichter" (M3C) und einen "Doppeltgespeisten Drehstrom-Asynchrongenerator" mit Schwungrad. 

Modulare Multi-Level-Umrichter bestehen aus mehreren leistungselektronischen Baugruppen. Durch diese Topologie lassen sich hohe Eingangs- und Ausgangsspannungen kostengünstig mit Bauteilen erreichen, die für deutlich niedrigere Spannungen ausgelegt sind.

Beim Konzept des doppeltgespeisten Asynchrongenerators ist die Asynchronmaschine statorseitig direkt mit dem Netz verbunden. Der zur Entkopplung von variabler Drehfrequenz und fester Netzfrequenz erforderliche Frequenzumrichter liegt im Rotorkreis und braucht nur eine vergleichsweise geringe Leistung zu liefern.

Der M3C wird eine Netzanpassung des Generators und eine bedarfsorientierte Regelung der Gesamtanlage ermöglichen, während das Schwungrad des Asynchrongenerators als eigentlicher rotierender Energiespeicher fungiert. Beide bilden das sogenannte Aress-System.

An der TU Dresden soll das Aress-System regelungstechnisch untersucht werden. Dafür entwickeln die Forscherinnen und Forscher Modelle des Systems und seiner Teilkomponenten in verschiedenen Genauigkeitsstufen. Diese werden genutzt, um Regelungsstrategien für das gewünschte Systemverhalten zu entwerfen und simulativ zu untersuchen.

Zurzeit bauen die Ingenieure der TU Dresden und der Firma Siemens Energy gemeinsam einen Demonstrator auf. Mit ihm soll nachgewiesen werden, dass dieses System in der Lage ist, bei Instabilitäten - etwa durch Kurzschlüsse oder Frequenzschwankungen - das Netz mittels ausgeklügelter Regelalgorithmen zu stabilisieren.