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Sicherer Strom für die Grundlagenforschung

23.02.2012
Das E.ON Energy Research Center der RWTH Aachen untersucht und entwickelt ein Simulationsmodell zur sicheren und effizienten Stromversorgung der Europäischen Spallationsneutronenquelle ESS (European Spallation Source).

Eine entsprechende Vereinbarung wurde am 23. Februar 2012 im schwedischen Lund von Vertretern der geplanten Großforschungseinrichtung und des Aachener Energieforschungszentrums sowie der beteiligten Stromversorgungsunternehmen E.ON Sverige AB und Lunds Energi AB unterzeichnet.

Die neue Spallationsneutronenquelle wird nach ihrer Inbetriebnahme große Mengen elektrische Energie benötigen. Zudem sind – unter anderem wegen des hohen Strombedarfs mit teils extremen Lastspitzen – während des Betriebs erhebliche Rückwirkungen auf das Stromversorgungsnetz zu erwarten. Aufgabe der Aachener Ingenieurwissenschaftler ist es, Systeme zu entwickeln und per Simulation eingehend zu testen, die den hohen Ansprüchen der neuen europäischen Großforschungseinrichtung gerecht werden, ohne die zuverlässige Versorgung der regionalen Haushalte, Gewerbebetriebe und Industrieunternehmen zu beeinträchtigen.

Mit ihrer hochkomplexen technischen Ausstattung reagiert die ESS ausgesprochen empfindlich auf Störungen aus dem Stromversorgungsnetz. So kann selbst eine nur kurze Unterbrechung des Stromflusses den Abbruch einer laufenden Versuchsreihe zur Folge haben. Nicht immer lässt sich die Arbeit am Punkt der Unterbrechung wieder aufnehmen. Wertvolle Forschungsergebnisse aus wochenlanger Forschungsarbeit können so verloren gehen.

Zum Stromversorgungskonzept der ESS gehört eine neue Übergabestation für die elektrische Energie. Zudem werden vorhandene Freileitungen durch leistungsfähige Kabelverbindungen ersetzt. Zur Verbesserung der Effizienz wird – erstmals in einer derartigen Forschungseinrichtung – die Effizienz des Teilchenbeschleunigers um 20 Prozent erhöht und die in großen Mengen anfallende Abwärme zur Einspeisung in das existierende Fernwärmenetz der Region genutzt. Darüber hinaus wurde schon bei der Entscheidung für den Standort Lund zur Bedingung gemacht, dass die Stromversorgung zu 100 Prozent auf erneuerbaren Energien basieren muss.

„Die Effizienz der Energieversorgung der ESS war schon bei der Wahl des Standorts Lund ein entscheidendes Kriterium. Im Vergleich zu bisher üblichen Lösungen sieht unser Konzept 20 Prozent Energieeinsparung, eine 100-prozentige Nutzung erneuerbarer Energien sowie den Einsatz der Abwärme in der Fernwärmeversorgung vor. Dabei unterstützen uns unsere Energiepartner E.ON Sverige und Lunds Energi. Da wir die Versorgung so sicher wie irgend möglich machen und gleichzeitig negative Rückwirkungen auf das Netz vermeiden wollen, freuen wir uns, auf die Expertise der Wissenschaftler des weltweit anerkannten Aachener E.ON Energy Research Centers zurückgreifen zu können“, sagte Patrik Carlsson, ESS Direktor der Maschine, anlässlich der Unterzeichnung der Vereinbarung. „Mit derartig kompetenter Unterstützung, davon bin ich überzeugt, werden wir in der Lage sein, ein zuverlässiges Energieversorgungssystem zu entwickeln, das Risiken minimiert.“

Nach Überzeugung von Professor Rik W. De Doncker, Direktor des E.ON Energy Research Centers, kommt man angesichts solch schwieriger Aufgabenstellungen mit traditionellen Systemen der Stromübertragung und -verteilung nicht weit. Schließlich müsse das komplexe Stromversorgungssystem innerhalb von Sekundenbruchteilen automatisch auf sich schnell verändernde Einspeise- und Nutzungsbedingungen reagieren. „Die Verbindung einer extrem dynamischen Stromnachfrage mit der naturgemäß schwankenden Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien wie beispielsweise Windenergie ist mit heutigen Netztechnologien kaum zu bewältigen. Die Arbeit an der zuverlässigen und effizienten ESS-Stromversorgung wird den laufenden Innovationsprozess weiter beschleunigen und zu Lösungen führen, die wir dringend brauchen für die Smart Grids der Zukunft. Wir an der RWTH Aachen haben die Infrastruktur, die Kompetenzen und die industriellen Partner, die uns helfen werden, die notwendigen Entwicklungsprozesse zu beschleunigen.“

Mitentscheidend für den Abschluss der Kooperationsvereinbarung war die Tatsache, dass die Aachener Energieforscher seit Mitte 2011 für Ihre Untersuchungen den leistungsfähigsten Echtzeitsimulator Europas nutzen können. Mithilfe dieses Real Time Digital Simulators (RTDS) lassen sich elektrische Übertragungs- und Verteilnetze perfekt simulieren. Die Forscher des Institute for Automation of Complex Power Systems (ACS) des E.ON ERC unter Leitung von Professor Antonello Monti werden damit in die Lage versetzt, theoretische Überlegungen in eine „virtuelle Praxis“ umzusetzen und, in Zusammenarbeit mit dem Institute for Power Generation and Storage Systems des E.ON ERC unter Leitung von Professor Rik De Doncker, neuartige leistungselektronische Wandler und Speichersysteme eingehend zu überprüfen, bevor es an die technisch aufwendige und teure Umsetzung in reale Anlagen geht. Unterschiedlichste Varianten des Netzausbaus und der Netzsteuerung können so praxisnah getestet und teure Fehlinvestitionen vermieden werden.

Die Finanzierung des Simulationsprojektes erfolgt im Rahmen des Beitrags des deutschen Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) zum ESS Projekt.

Kontakt: press-office@eonerc.rwth-aachen.de

European Spallation Source ESS
Die Europäische Spallationsneutronenquelle ESS macht es möglich, dass Forscher den Aufbau unterschiedlichster Materialien zerstörungsfrei untersuchen können. Die Anlage liefert die Neutronen, mit deren Hilfe in einer Art Supermikroskop Einblicke in die innere Struktur der Stoffe gewonnen werden. Auch die Bewegungen von Teilchen in den Materialien können so untersucht werden.

Die Anlage, die ab 2013 im schwedischen Lund errichtet werden soll, ist eine gemeinsame europäische Forschungseinrichtung, an der 17 Staaten beteiligt sind. 2019 sollen die ersten Neutronen an der ESS fließen, sechs Jahre später soll die Anlage vollständig in Betrieb sein. Die Gesamtkosten für Planung und Bau werden auf knapp 1,5 Milliarden Euro geschätzt.

Die Energieversorgung der ESS wird, anders als bei vergleichbar großen und energieintensiven Forschungseinrichtungen, vollständig auf erneuerbaren Quellen beruhen. Darüber hinaus wird besonderes Augenmerk auf die Effizienz der Energieversorgung gelegt. So konnte schon in der Planungsphase der erwartete jährliche Strombedarf von 350 auf 250 Gigawattstunden reduziert werden. Zudem soll die in großen Mengen anfallende Abwärme so weit wie möglich für die Stromerzeugung und die Fernwärmeversorgung genutzt werden. Beispielsweise hat man sich bei der ESS zum Ziel gesetzt, pro Jahr 174 Gigawattstunden Wärmeenergie zur Verfügung zu stellen – genug, um etwa 10.000 Einfamilienhäuser zu beheizen und mit warmem Wasser zu versorgen.

Das E.ON Energy Research Center
Das E.ON Energy Research Center der RWTH Aachen ist das Ergebnis einer Public Private Partnership aus Wirtschaft und Wissenschaft. Zwei „Big Player“ arbeiten hier auf Augenhöhe zusammen. Die E.ON AG als einer der größten Energiekonzerne Europas hat sich mit der weit über die nationalen Grenzen hinaus renommierten Aachener Hochschule verbündet, um ein in dieser Form einmaliges Projekt zu realisieren.

Energieforschung darf sich nicht allein auf Lösungen einzelner technischer Probleme beschränken. Notwendig sind vielmehr umfassende interdisziplinäre Ansätze und Untersuchungen zu komplexen Problemstellungen. Dementsprechend sind die Professuren des E.ON Energy Research Centers über die vier Fakultäten Elektrotechnik und Informationstechnik, Wirtschaftswissenschaften, Maschinenbau sowie Georessourcen und Materialtechnik verteilt. Abgesehen von dieser formalen Aufteilung auf die genannten Fakultäten mit entsprechenden Lehrveranstaltungen steht in diesem Zentrum die internationale, interdisziplinäre, fakultätsübergreifende wissenschaftliche Zusammenarbeit im Vordergrund der Forschungsaktivitäten.

An der Spitze des E.ON Energy Research Centers steht Professor Rik W. De Doncker, der gleichzeitig mit Professor Dirk Uwe Sauer das Forschungsgebiet „Power Generation and Storage Systems“ leitet. Die fünf Forschungsinstitute stehen gleichrangig nebeneinander und verfügen jeweils über eigenes wissenschaftliches und nichtwissenschaftliches Personal. Der Bereich „Applied Geophysics and Geothermal Energy“ wird von Professor Christoph Clauser geführt. Für das Fachgebiet „Future Energy Consumer Needs and Behavior“ zeichnet Professor Reinhard Madlener verantwortlich. Professor Dirk Müller untersucht Problemstellungen im Bereich „Energy Efficient Buildings and Indoor Climate" und Professor Antonello Monti leitet gemeinsam mit Professor Ferdinanda Ponci den Bereich „Automation of Complex Power Systems“.

Thomas von Salzen | idw
Weitere Informationen:
http://www.rwth-aachen.de

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