Mit dem raschen Wandel in der Energieerzeugung stehen die Stromnetze weltweit vor großen Herausforderungen. Aufgrund der dezentralisierten Einspeisungen von Strom aus erneuerbaren Quellen, die zentrale Kraftwerke zunehmend ersetzen, ändern sich die Anforderungen an die bestehenden Stromnetze erheblich. In diesem Zusammenhang spielt das High Power Grid Lab (HPGL) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine zentrale Rolle.
Das HPGL wird in einer innovativen Testumgebung neue Netztechnologien untersuchen. Der Fokus liegt hierbei auf Nieder- und Mittelspannungsnetzen, die entscheidend für die regionale Stromverteilung sind. Die geplante Inbetriebnahme der Testplattform erfolgt im Jahr 2030, mit Baukosten von 32,8 Millionen Euro, die von der Helmholtz-Gemeinschaft finanziert werden. Ziel des HPGL ist es, das Systemverhalten neuartiger Netzbetriebsmittel wie Stromrichter für Mittelspannungs-Gleichstromnetze zu erforschen und damit einen wichtigen Beitrag zur Energiewende zu leisten.
Innovative Technologien und Zusammenarbeit
Ein wesentlicher Aspekt des HPGL ist die Entwicklung und Test innovativer leistungselektronischer Betriebsmittel für Mittelspannungsnetze unter realen Bedingungen. Hierzu wird das Smart Energy System Simulation and Control Center am KIT eingesetzt, das eine Echtzeitsimulation von Stromnetzen mit Emulatoren für Mittelspannungsnetze kombiniert. Diese flexible Testumgebung, auch bekannt als Power Hardware in the Loop, ermöglicht eine genaue Nachbildung des realen Netzes. Darüber hinaus werden Mittelspannungs-Emulatoren entwickelt, die Wechselspannungsnetze bis 20 Kilovolt sowie Gleichspannungsnetze bis 35 Kilovolt emulieren können, mit einer Leistung von bis zu 40 Megavoltampere.
Die an dem HPGL-Projekt beteiligten Institute am KIT sind das ETI, das Institut für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik, das Institut für Automation und angewandte Informatik sowie das Institut für Technische Physik. Durch nationale und internationale Kooperationen mit Industrieunternehmen, Netzbetreibern und anderen Forschungsinstituten wird der schnelle Transfer von Forschungsergebnissen in die praktische Anwendung gefördert.
Die Rolle von Smart Grids
Im Kontext dieser Entwicklungen gewinnen Smart Grids zunehmend an Bedeutung. Sie revolutionieren die Energieerzeugung, -verteilung und -nutzung durch digitale Kommunikations- und Steuerungstechnologien. Diese fortschrittlichen Systeme nutzen Echtzeitdaten zum Stromverbrauch, zur Erzeugung und zum Netzstatus, um eine effizientere, zuverlässigere und nachhaltigere Stromversorgung zu gewährleisten. Zu den Hauptkomponenten von Smart Grids gehören intelligente Messgeräte, Datenkommunikationsnetze sowie umfassende Datenanalyse- und -managementsysteme.
Ein entscheidender Vorteil von Smart Grids liegt in der verbesserten Ressourcennutzung, der erleichterten Integration erneuerbarer Energiequellen, sowie der Minimierung von Ausfällen durch kontinuierliche Überwachung. Diese Systeme fördern auch die dezentrale Energieerzeugung durch kleinere Anlagen, wie beispielsweise Balkonkraftwerke, die es Mietern und Wohnungseigentümern ermöglichen, Solarenergie effektiv zu nutzen. Doch es gibt auch Herausforderungen, wie Fragen der Datensicherheit, Interoperabilität und notwendige Infrastrukturinvestitionen.
Die umfangreiche Forschung und Technologieentwicklung am KIT mit Initiativen wie dem HPGL, kombiniert mit den fortschrittlichen Möglichkeiten der Smart Grids, zeigt deutlich, dass der Weg zur intelligenten und nachhaltigen Energieversorgung in der Zukunft geebnet wird. Der Einsatz von Smart Grids wird in den kommenden Jahren voraussichtlich weiter ansteigen, was auch neue Möglichkeiten und Herausforderungen für Konsumenten und Anbieter mit sich bringt.
Weitere Informationen über die Forschungsinfrastruktur am KIT finden Sie auf der Webseite des KIT und über die zukunftsweisenden Technologien von Smart Grids auf Forschung und Wissen.