Leistungselektronik – Eine der Schlüsseltechnologien für die Dekarbonisierung des Energiesektors

Unter Dekarbonisierung versteht man den Transformationsprozess der Wirtschaft in eine Wirtschaft mit einem minimalen Ausstoß von Treibhausgasen in die Atmosphäre, im Besonderen von Kohlendioxid. Dekarbonisierung ist zwingend erforderlich zur Begrenzung des weltweiten Temperaturanstiegs. Konsequenzen des Temperaturanstiegs sind beispielsweise die Zunahme lokaler Starkwetterereignisse, die u. a. in Deutschland in diesem Sommer zu katastrophalen Flutereignissen geführt haben.

Hauptverursacher der Treibhausgase ist die Energieproduktion in allen Bereichen. Sie trägt ca. 70 % zu den globalen Treibhausgasemissionen bei.

Zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen des Energiesektors gibt es prinzipiell drei Möglichkeiten: Reduzierung des Energieverbrauchs durch Steigerung der Energieeffizienz bzw. durch Senkung des Energieverbrauchs oder Umstellung der Energieerzeugung auf erneuerbare oder regenerative Energien. Letzteres ist eines der Ziele der Energiewende in Deutschland.

Erneuerbare Energien wie Wind- und Sonnenenergie erfordern einen leistungselektronischen Wandler (Stromrichter) für den Anschluss an das elektrische Energieversorgungsnetz.  Die vom Generator der Windkraftanlage bzw. von den Photovoltaikmodulen der Solaranlage gelieferte elektrische Energie muss für das Netz passend umgeformt werden.

Netzanschluss einer Windkraftanlage mittels Stromrichter.

Heutige Stromrichter für den Netzanschluss regenerativer Energien erfordern ein starkes elektrisches Netz. An schwachen Netzen ist der Netzanschluss schwierig. Die Stärke eines Netzes wird durch die sogenannte Kurzschlussleistung beschrieben. Diese wurde bisher vor allem durch fossile Kraftwerke bestimmt. Die über Leistungselektronik angeschlossenen erneuerbaren Erzeugungseinheiten liefern dazu nur einen kleinen Beitrag. Mit zunehmender Abschaltung der fossilen Kraftwerke reduziert sich automatisch die Kurzschlussleistung im Netz – die Netze werden schwächer. Es ist daher zwingend erforderlich, dass zukünftig auch die erneuerbaren Energien einen Beitrag zur Kurzschlussleistung der Netze liefern. Dazu muss die Regelung der Stromrichter geändert und erweitert werden. Die entsprechenden Konzepte existieren bereits. Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht aber weiterhin, da die hohe Zahl von leistungselektronischen Wandlern im Netz zu gegenseitigen Beeinflussungen und zu Problemen mit der Spannungsqualität führen kann.

Die Leistungselektronik ist also eine Schlüsseltechnologie zum Gelingen der Energiewende, denn nur mit ihrer Hilfe gelingt die Umstellung auf erneuerbare Energien. Gleichzeitig erfordert dieser Prozess ein Umdenken für den Betrieb der elektrischen Energieversorgungsnetze, wozu wiederum die Leistungselektronik beitragen muss.

Leistungselektronik ist Zukunftstechnologie und ein spannendes Arbeitsgebiet für Elektroingenieur*innen.


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