Globales Stromnetz Supergrid zwischen Afrika und Europa

Fünf Institute der Fraunhofer Gesellschaft stellten sich der Herausforderung, ein Konzept zu entwickeln, wie man bis 2050 zwei Kontinente durch ein gemeinsames Stromnetz aus erneuerbaren Energien aufbauen kann. Das Forscherteam aus unterschiedlichen Disziplinen entwarf Szenarien für ein erneuerbares Energiesystem in der MENA-Region, verglich mögliche technische Ansätze, entwickelte praxisorientierte Lösungen im Detail und wertete Regulierungsmechanismen aus.

Den Auftakt gab eine modellbasierte Analyse, die das große Potential für den Einsatz erneuerbarer Energien in Nordafrika bestätigte. Darauf basierend entwickelten die Forscher Szenarien für den Ausbau dieser in der MENA-Region, einmal mit, einmal ohne Berücksichtigung der Möglichkeit, Strom nach Europa zu exportieren. Für die Modellierung potentieller Energielösungen erfassten und analysierten sie die bestehenden Elektrizitätssysteme in Südeuropa und Nordafrika mit Hinblick auf ihr Solar- und Windpotential, das in einem geografischen Informationssystem ausgewertet wurde. In der Planungsphase analysierten die Wissenschaftler Standorte und Einsatzmöglichkeiten und arbeiteten die unter Kostenaspekten ideale Zusammensetzung eines Kraftwerkparks aus. Anhand eines Modells untersuchten sie bestehende Übertragungsnetze auf ihre Fähigkeit, erneuerbare Energien zu integrieren.

So entstanden vier verschiedene Szenarien, wie sich erneuerbare Energien bis 2050 ausbauen lassen. Sie unterscheiden sich in den zugrunde liegenden Annahmen bezüglich der Stromnachfrage vor Ort, des Stromexports nach Europa, der Reduktion von CO₂-Emissionen und der Energieeffizienz. „Hohe Anteile an erneuerbaren Energien – bis nahezu 100 % – werden in jedem Szenario bis 2050 erreicht“, unterstreicht Prof. Dr. Werner Platzer, der das Projekt leitet und Bereichsleister am Fraunhofer ISE ist. In jedem der Szenarien bringt der starke Ausbau von erneuerbaren Energien auch einen großen Ausbau des Gleichstrom-Übertragungsnetzes mit sich. Als Lösungsansatz modellierten die Fraunhofer-Forscher ein vermaschtes, überlagertes Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Stromnetz (HGÜ), mit dem sich die schwankende Leistung aus erneuerbaren Kraftwerken über lange Strecken transportieren ließe. Ein solches System existiert bisher noch nicht, es würde aber ein wichtiger Schritt werden auf dem Weg zu besserer Netzstabilität. Beim Ausbau der DC-Übertragungsnetze wird die Leistungselektronik eine signifikante Rolle spielen. Dazu lieferte das Projekt Supergrid auch Detaillösungen, wie Leistungselektronik-Bauteile die Ansprüche im Mittelspannungsbereich erfüllen könnten. Mittels eines Mittelspannungs-DC/DC-Wandlers veranschaulichten die Projektteilnehmer das Potenzial von verlustarmen Hochvolt-Transistoren aus Siliziumkarbid und testeten darüber hinaus im Bereich der passiven Bauteile prototypen für Kondensatoren auf Dünnglasfolienbasis..

Das Zukunftsprojekt wurde von der Fraunhofer-Gesellschaft gefördert und vom Fraunhofer ISE koordiniert. Beteiligt waren außerdem das Fraunhofer IOSB, IWM, IISB und ISI. Detaillierte Ergebnisse der Supergrid-Studie finden Sie hier