AC2DC

Die Energiewende stellt Stromnetze vor wachsende Herausforderungen: Die steigende Einspeisung erneuerbarer Energien, der Ausbau der Elektromobilität und der Kohleausstieg bis 2038 erfordern neue Lösungen zur Netzstabilisierung. Das AC2DC-Projekt ist ein hochinnovatives Forschungsprojekt mit Praxisrelevanz welches dort ansetzt. Es verspricht spannende Entwicklungen in der Leistungselektronik und Netzintegration und wird direkte Auswirkungen auf die Zukunft der Stromnetze und die Energiewende haben. Es setzt dort an, indem es Wechselstrom- (AC) in Gleichstromleitungen (DC) umwandelt. 

Obwohl Wechselstrom (AC) heute das Stromnetz dominiert, bietet Gleichstrom (DC) entscheidende Vorteile: höhere Effizienz, geringere Verluste und bessere Steuerbarkeit. Angesichts wachsender Herausforderungen durch dezentrale Einspeisung, Elektromobilität und den Kohleausstieg stoßen AC-Verteilnetze zunehmend an ihre Grenzen. Die DC-Technologie ermöglicht eine direkte Verbindung von Erzeugern und Verbrauchern ohne Umwandlungsverluste, nutzt bestehende Kabelinfrastrukturen effizienter und reduziert den Bedarf an kostspieligem Netzausbau. Derzeit wird die DC-Übertragungstechnik ausschließlich im Rahmen des Neubaus von HGÜ-Leitungen verwendet. Eine Umrüstung bestehender AC-Kabel auf DC-Übertragung wurde bislang nicht in Erwägung gezogen und aufgrund der hohen Kosten existieren bislang nur Vorarbeiten zu Mittelspannungs-DC-Verbindungen. 

Somit stellt das Projekt einen einen völlig neuen Ansatz dar, weshalb es bisher auch nur begrenzte Untersuchungen zur Wiederinbetriebnahme von Kabelstrecken, zu Grenzwerten der Power-Quality in DC-Netzen sowie zu geeigneten Selektivschutzalgorithmen gibt. Aber durch diese innovative Technologie wird die bestehende Netzinfrastruktur effizienter genutzt, kostspielige Netzverstärkungen können vermieden und die Netzqualität verbessert werden. Neue DC/DC-Wandler, Schutz- und Regelungssysteme sowie Multilevel-Stromrichter sorgen für eine flexible, stabile und zukunftssichere Stromversorgung.

Im Rahmen des Projektes kam es bereits zu einem erfolgreichen Konsortialtreffen zur Abstimmung der Forschungspartner, es wurden erste Systemkonzepte für DC-Netze entwickelt und Feldtests zur Validierung der entwickelten Technologien geplant. 

Das AC2DC-Projekt kann nur durch die enge Zusammenarbeit mit starken Partnern aus Wissenschaft und Industrie realisiert werden. Die TU Dresden befasst sich mit dem Netzschutz, der Spannungsqualität sowie der Belastung von Kabelsystemen und entwickelt neue Methoden sowie Prüfverfahren zur Wiederinbetriebnahme. Die Maschinenfabrik Reinhausen (MR) entwickelt ein neuartiges, galvanisch trennendes DC/DC-Umrichtersystem für den Feldversuch, während HIGHVOLT Prüftechnik Dresden ein Monitoringsystem für umgewandelte AC-Kabel konzipiert und deren Eigenschaften vor und nach der Umstellung auf DC charakterisiert. Wir vom Fraunhofer ISIT arbeiten an modularen Multilevel-Stromrichtern (MMC) zur effizienten AC/DC-Wandlung und implementieren innovative Regelstrategien zur Netzunterstützung durch Vollbrückenzellen mit lokalen Steuerplatinen und einem individuellen Schutzsystem. Die Südkabel GmbH bringt ihre Expertise im Bereich Hoch- und Höchstspannungskabel ein und unterstützt mit ihrem Know-how zur Feldsteuerung durch isolierte Materialien. Ergänzend dazu stellen die Netzbetreiber NetzeBW, SachsenNetze und Thüringer Energienetze die notwendige Testinfrastruktur bereit und begleiten die Implementierung der Technologie in reale Netzumgebungen.