Forschungscampus Flexible Elektrische Netze FEN
Ziel des Forschungscampus Flexible Elektrische Netze FEN ist die Erforschung und Entwicklung eines nachhaltigen, sicheren und bezahlbaren Stromnetzes. Dieses Netz wird die zukünftige Energieversorgung mit einem hohen Anteil an dezentralen und erneuerbaren Energiequellen gewährleisten. Gleichzeitig wird dieses Stromnetz eine sichere und bezahlbare Energieversorgung in der Zukunft ermöglichen.
Die Veränderung des elektrischen Versorgungssystems hin zu umweltschonenden Energiequellen erfordert die Entwicklung einer neuen Netzinfrastruktur. Viele dezentrale Energiequellen, wie Solarzellen auf Dächern, produzieren Strom, der im ganzen Land verteilt werden muss. Dadurch wird der ehemalige Verbraucher nun selbst zum Erzeuger. Gleichzeitig müssen Energieerzeuger, wie Offshore Windparks, teilweise über große Distanzen verbunden werden. Das heißt, die Übertragung, Verteilung und Speicherung von Energie muss effizienter und flexibler werden, als das derzeit im bestehenden Drei-Phasen-Wechselstromversorgungssystem möglich ist.
Dieses Versorgungssystem wurde als „Top-Down-Verteilung“ mit wenigen zentralen Großkraftwerken aufgebaut und ist nicht für eine dezentrale Einspeisung und Verteilung erneuerbarer Energiequellen ausgelegt. Während dieses Versorgungssystem eine geeignete Lösung für die Anforderungen und verfügbaren Technologien in der Vergangenheit war, hat sich die Situation nun grundlegend geändert.
Die Forschung des Forschungscampus FEN konzentriert sich auf die Integration und Entwicklung der Gleichspannungstechnologie in sechs verschiedenen Forschungsthemen:
Netzplanung und -betrieb
Die Wissenschaftler des Forschungscampus FEN forschen an Verfahren und Methoden zur Planung und zum Betrieb von reinen Gleichspannungs- bzw. hybriden Netzen (Gleich- und Wechselstromnetze). Neben der Bestimmung der für Gleichspannungsnetze angepassten Planungsgrundlagen werden die Rückwirkungen auf die Systeme der über- und unterlagerten konventionellen Wechselstromnetze analysiert.
Automatisierung und Regelung
Die Netzautomatisierung und -regelung ist ein weiteres zentrales Forschungsthema. Die Wissenschaftler forschen an Netz-Automatisierungskonzepten und -techniken für Gleichspannungsnetze mit der Integration von dezentralen Energieerzeugern und Smart Homes. Ziel ist eine automatisierte, gebäudeübergreifende Vernetzung mit Gleichspannungstechnik, um eine Energieversorgung zu gewährleisten, bei der dezentrale Erzeuger und Verbraucher optimal kooperieren.
Standards und Normen
Der Forschungscampus FEN wirkt aktiv an der Entwicklung und internationalen Etablierung von Standards und Normen für Gleichspannungsnetze und -komponenten mit. Bisher existieren Normen und Standards in vollem Umfang nur für das derzeitige Wechselspannungs-Verteilnetz. Um eine hohe Sicherheit und verlässliche, rechtliche und damit wirtschaftliche Rahmenbedingungen zu gewährleisten, ist es erforderlich auch für Gleichspannungsnetze und -komponenten geeignete Standards zu definieren.
Cloud Plattform für Intelligente Energie-Dienstleistungen
In diesem Bereich arbeiten die Wissenschaftler an der Realisierung einer Cloud-Plattform für intelligente Energie-Dienstleistungen. Über standardisierte Kommunikationsanbindungen können beispielsweise Energieprofile und -prognosen zu Last und Erzeugung an eine übergeordnete Instanz weitergegeben werden, welche mittels einer Software-Plattform Verbraucher und Erzeuger effizient steuern kann. Anbindungen an virtuelle Kraftwerke oder Dienste wie Demand Response oder Demand Side Management sind typische Beispiele; weitere Energie-Dienstleistungen werden entsprechend der Anforderungen der Industriepartner entwickelt.
Leistungsumwandlung und Komponenten
In diesem Bereich werden elektrische Komponenten und Systeme, die für den Aufbau und den Betrieb von Gleichspannungsnetzen erforderlich sind, erforscht und entwickelt. Dies reicht von Untersuchungen von Materialien (z. B. Halbleitermaterialien, Isolierstoffe) und Teilkomponenten (z. B. Halbleiterbauelemente und Umrichter) bis hin zur Entwicklung von Systemen, wie Gleichspannungswandlern, Leistungsschaltern und Regelungen, die ausgelegt, simuliert, aufgebaut und im Mittelspannungs-Gleichspannungs-Forschungsnetz auf dem RWTH Aachen Campus Melaten getestet werden.
Gesellschaft, Wirtschaft und Medizin
Neben den technischen Forschungsthemen analysieren Wissenschaftler im Forschungscampus FEN die Gleichspannungsnetze unter nicht-technischen Gesichtspunkten. Hierzu zählen unter anderem gesellschaftliche Akzeptanz sowie biologische, ökologische, städtebauliche und ökonomische Aspekte.