ENERGIE-DESIGNER NEXT LEVEL! Wie lassen sich Effizienz und Zuverlässigkeit bei der Energieversorgung von morgen verbinden?

 

Vorlesungen, Seminare, Praktika, die hier bei uns zu diesem Thema passen:

Natürlich werden die Grundlagen für die Entwicklung für die zukünftige Energieversorgung gelehrt. In Ergänzung zu Laborpraktika und Seminaren wird aktuelles Wissen vermittelt, welches es ermöglichen, nach dem Studium an der Lösung der zukünftigen Herausforderungen unseres Stromnetzes beizutragen. Im Folgenden sind Beispiele genannt.

Kurztitel Inhalt
Antriebe für Elektro­fahrzeuge
(Vorlesung)
Hier lernt man die unterschied­lichen Bestandteile aus Hardware und Software kennen, welche essenziell für Elektro­fahrzeuge sind. Kernkonzepte werden in Simulationsmodellen aufgebaut und untersucht.
Erneuerbare Energie­systeme
(Vorlesung)
Kennenlernen von Wind- und Photo­voltaik­energie­erzeugungs­anlagen inklusive der notwendigen Komponenten für die Stromnetzanbindung. Zusätzlich erfolgen eigene Simulationen der Systeme in der Übung des Moduls.
Elektrische Energie­technik
(Vorlesung)
Wissen über das Stromnetz und elektrische Maschinen werden vermittelt. Dieses Wissen bereitet vor, um Herausforderungen in Bezug auf Stromnetz.
Intelligente Stromnetze und Integration regenerativer Energien
(Vorlesung)
Grundlagen für intelligente Stromnetze werden vermittelt. Zusätzlich wird die zunehmende Durchdringung von Erneuerbaren Energieerzeugern und der damit resultierenden Herausforderungen thematisiert.

 

Ein paar Details zu diesem Thema:

Die Erde verfügt über limitierte fossile Ressourcen, welche wir aktuell zur Energiegewinnung nutzen. Durch steigenden Wohlstand und eine global wachsende Bevölkerung steigt der Bedarf nach Energie und erfordert ein Umdenken zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft. Dies kann erreicht werden, indem 100 % der Energie aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen werden und insbesondere auch der Verkehr elektrifiziert wird. Dazu benötigt es kompakte, effiziente und zuverlässige Systeme zur Energieumformung in der Erzeugung, der Übertragung und dem Verbrauch von Energie.

In der Vergangenheit war das Stromnetz dominiert von zentralisierten Kraftwerken, welche den Energiebedarf der Verbraucher deckten. Durch das starke Wachstum von sauberer Energie aus Windenergie und Photovoltaikenergie sinkt ihre Relevanz und es entsteht eine hohe Anzahl von örtlich verteilten Energieerzeugern, die es erfordern, Energie - teilweise über eine lange Distanz - zu den Verbrauchern zu übertragen. Als besondere Herausforderung kommen die Ladestationen für Elektroautos hinzu, die in kurzer Zeit viel Energie aus dem Stromnetz entnehmen. Die Lösung dieses Problems durch Leistungselektronik wurde in europäischer Exzellenzforschung am Lehrstuhl für Leistungselektronik im Rahmen des HEART-Projektes untersucht. Welche Stromnetzstruktur zukünftig notwendig ist, wird im Rahmen eines Kopernikusprojektes (ENSURE) in Kooperation mit namhaften Industrieunternehmen und unter Beteiligung des Lehrstuhls für Leistungselektronik untersucht. Parallel zu der Forschung werden bereits „Stromautobahnen“ auf Basis von Gleichstrom als Ergänzung zu dem bestehenden Stromnetz basierend auf Wechselstrom gebaut. Die Kombination dieser Systeme mit dem existierenden Netz ermöglicht es, eine höhere Effizienz zu realisieren und gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Energieversorgung mit hohem Anteil von Erneuerbaren Energieerzeugern zu gewährleisten.

Darüber hinaus können Gleichstromsysteme die Effizienz lokaler Energieversorgungen, wie zum Beispiel in Schiffen, Fahrzeugen, Ladestationen für Elektrofahrzeugen oder Stromnetzen erhöhen. Diese Systeme können mit Intelligenz ausgestattet werden, sodass sie Fehler selbst erkennen, den eigenen Zustand überwachen und mit einer zentralen Stelle kommunizieren.

Diese Technologie ermöglicht es ebenfalls in einem Wohngebiet die lokal erzeugte Energie unabhängig vom Stromnetz zu nutzen. Eine direkte Steuerbarkeit des Energieflusses ermöglicht es Energie direkt von einer Quelle zu einer ausgewählten Last zu steuern, wobei zur Abrechnung Blockchain-Technologie diskutiert wird. Das Konzept der lokalen und stromnetzunabhängigen Energieerzeugen gewinnt aktuell unter dem Schlagwort „Net Zero Energy“ in der Industrie an Bedeutung. Beispielsweise werden zunehmen Fabriken gebaut, die ihre Energie selbst durch Erneuerbare Energieerzeuger generieren.

 

Schwierigkeiten, die es zu lösen gilt:

Der Weg hin zu einer Energieversorgung, die vollständig auf Erneuerbaren Energieträgern beruht, bringt eine Reihe von Herausforderungen. Dies beinhaltet die Gewährleistung der Verfügbarkeit von Energie und die Übertragung der Energie vom Ort der Erzeugung zum Ort des Verbrauchs. Dazu müssen die zukünftigen regenerativen Erzeuger netzfreundlich sein und durch spezielle Software das Stromnetz unterstützen. Aufgrund der zeitlichen Variation der Energieerzeugung von Erneuerbaren Energieträger muss Energie gespeichert werden und bei Bedarf wieder ins das Stromnetz abgegeben werden. All dies erfordert Energieumformungen, die durch effiziente und zuverlässige Systeme erfolgen muss. Wir arbeiten in Kiel mit namhaften Industriepartnern sowohl an der theoretischen Auslegung als auch an der praktischen Realisierung dieser Systeme mit neuster Technologie. Das beinhaltet Hardware- und Softwareaspekte, welche gemeinsam optimal abgestimmt werden müssen. Der Betrieb von Stromnetzen, welche nur durch Erneuerbare Energieerzeuger gespeist wird, sorgt darüber hinaus für Herausforderungen in Bezug auf die Gewährleistung der Stabilität des Systems. Die in der Vergangenheit aufgetretenen großflächigen Blackouts (z.B. in Australien oder den USA) sollen damit zukünftig verhindert werden. Die Stabilität mit einer verbesserten Modellierung der Erneuerbaren Energieanlagen wird aktuell durch den Lehrstuhl für Leistungselektronik in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Schwerpunktprogramm in Kooperation mit der EPFL Lausanne untersucht.

 

Studentische Projekte zu diesem Thema:

Der Lehrstuhl für Leistungselektronik genießt sowohl national als international hohes Ansehen, wobei Prof. Liserre von Thomson Reuters unter den "The world's most influential scientific minds" geführt wird. In der Lehre fördert er durch zahlreiche ERASMUS-Partnerschaften (z.B. in Italien und Spanien) den internationalen Austausch und strebt die Anwendung von neuen Lehrkonzepten, wie dem "Project-based Learning" in Kooperation mit Industriepartnern an.

In frühen Semestern besteht die Möglichkeit erste Wahlpflichtkurse mit Fachbezug zu belegen und tiefer in das Thema einzusteigen. Praktika ermöglichen spezifisch auf das Themengebiet zugeschnittenes Wissen zu erlernen. Zudem besteht die Möglichkeit als studentische Hilfskraft direkt im Team mitzuarbeiten und praktische Erfahrungen zu sammeln. Dies ist in der zukünftigen beruflichen Tätigkeit von hohem Nutzen.

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit Projekte am Lehrstuhl durchzuführen. Ein Beispiel für die Arbeit von Studierenden an einem praxisorientierten Projekt ist die Verbindung zwischen einer Batterie und einer Photovoltaikanlage. Dieses Projekt erfolgte im Rahmen des projektbasierten Lernens, welches als Gruppenarbeit über ein ganzes Semester bearbeitet wurde. Dabei konnten die Studenten das Wissen aus der Theorie anwenden und gleichzeitig das Arbeiten im Team praktizieren.

Das Schreiben von Abschlussarbeiten ermöglicht zudem wissenschaftlich hoch aktuelle Themen zu bearbeiten, die idealerweise direkt auf den ersten Arbeitsplatz zugeschnitten sind. Das kann beispielsweise die Anwendung von künstlicher Intelligenz auf die Softwareauslegung eines elektrischen Antriebs betreffen oder auch die komplette Realisierung eines Stromrichters für das Batterieladegerät eines Elektrofahrzeugs.

 

 

Interesse an weiteren Forschungsfragen:

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