BMBF-Forschungsprojekt
Effizientere Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)
Der Verbesserung der Stromumwandlung am Anfang und Ende einer HGÜ-Leitung dient das BMBF-Forschungsprojekt »Effiziente Hochleistungsmodule für das Elektroenergiesystem der Zukunft (EHLMOZ)«. Unter Federführung von Siemens erforschen mehrere Institutionen technische Lösungen zum verlustärmeren Energietransport.
Bis zu 20 Prozent günstigere Konverterstationen und um ein Drittel höhere Leistungsdichte versprechen sich die Forscher von EHLMOZ. Die unter Federführung von Siemens kooperierenden die TU Dresden, Infineon Technologies, Curamik Electronics, Nanotest und Fraunhofer ENAS wollen damit das »Rückgrat« der Energiewende, HGÜ, verbessern. HGÜ-Konverterstationen wandeln Wechselstrom mit höchsten Spannungen in Gleichstrom und am gegenüberliegenden Leitungsende wieder zurück. Insbesondere bei der in Deutschland zur Übertragung des Offshore-Windpark Stromes, soll die HGÜ-Technik zum Einsatz kommen, um die Windenergie verlustarm zum Kunden zu bringen. Derzeit sind landesweit 2.100 Kilometer HGÜ-Leitungen geplant.
Die heute bei HGÜ eingesetzte Stromrichtertechnik sind Modulare Multilevel-Konverter, bei denen mehrere in Reihe geschaltete Leistungstransistorbauelemente (IGBTs) und Kondensatoren, die gewünschte Spannung modular zusammensetzen. Im jahrelangen Betrieb sind die IGBTs hohen und schwankenden Strömen ausgesetzt, die an den elektrischen Anschlüssen der Bauelemente viel Wärme erzeugen. Durch die Strom- und damit Temperaturschwankungen entstehen vermehrt Abhebungen des Bonddrahtes und Rissbildungen in den Lötverbindungen. Mögliche Kurzschlüsse bedrohen mit ihren Stoßströmen Bauteile und benachbarte Module. Derzeit wird dem Problem mit zusätzlicher Leistungselektronik und einem zweiten Zellen-Gehäuse begegnet.
EHLMOZ erforscht uner anderem neuarige Leistungshalbleiter, die aufgrund ihrer Robustheit eine erhebliche Reduktion des Schutzaufwandes ermöglichen sollen. Durch neue Aufbau- und Verbindungstechniken mit großflächigen Kontaktierungen könnte die Wärmebelastung besser verteilt und eine verlängerte Lebensdauer erreicht werden. Mit neu zu entwickelnden Messtechniken soll die Temperaturüberwachung im Modul verbessert werden, was geringere Sicherheitsreserven ermöglichen würde.
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