MVDC: Zukunft effizienter nachhaltiger Stromnetze

Das globale Energielandschaft unterliegt einer grundlegenden Transformation hin zu einer „völlig elektrifizierten Gesellschaft“, die durch weit verbreitete kohlenstoffneutrale Energie und die Elektrifizierung von Industrie, Verkehr und Wohnlasten gekennzeichnet ist.

In heutigen Zeiten hoher Kupferpreise, konflikthafter Mineralien und überlasteter Wechselstromnetze können Mittelspannungs-Gleichstrom-Systeme (MVDC) viele Einschränkungen traditioneller Wechselstromnetze überwinden. MVDC erhöht erheblich die Übertragungskapazität und -effizienz, ermöglicht eine tiefgreifende Integration moderner Gleichstrom-basierter Energiequellen und Lasten, verringert die Abhängigkeit von kritischen Mineralien und unterstützt den Übergang zu niedrigen Kohlendioxidemissionen.

Während Hochspannungs-Gleichstrom (HVDC) für langstreckige Massenenergieübertragung und Niederspannungs-Gleichstrom (LVDC) für Endgeräte genutzt wird, füllt MVDC (1,5 kV bis 100 kV) eine wichtige Lücke in der mittleren Energiedistributions- und Ressourcenintegration aus.

Hauptpunkte:

Starker Bedarf:
Die Elektrifizierung des Verkehrs und der Industrie, gepaart mit dem Aufkommen neuer hochdichter Lasten wie Rechenzentren, wird die gesamte Stromnachfrage drastisch steigern.

Ausbreitung von Gleichstromtechnologien:
Kernkomponenten moderner Energiesysteme – wie Solar-PV, Batteriespeicher, LED-Beleuchtung, die meisten elektronischen Geräte und Ladegeräte für Elektrofahrzeuge – sind grundsätzlich gleichstrombasiert. In traditionellen Wechselstromnetzen erfordert dies ineffektive AC-DC-Konvertierungen am Verbrauchsort.

Doppeltes Vorteil: Kapazität & Effizienz:
MVDC-Systeme können etwa doppelt so viel Leistung wie vergleichbare Wechselstrominfrastrukturen übertragen, bieten einen Weg zur Modernisierung bestehender Korridore und reduzieren den Bedarf an Neubauten. Die Energieverluste bei MVDC sind auch geringer als bei Wechselstromsystemen.

Bessere Integration:
MVDC bietet eine nativ effiziente Schnittstelle für gleichstromnative Technologien, einschließlich Solarparks, Batteriespeicher, Rechenzentren, industrielle Elektrolyseure und Megawatt-Ladestationen für Elektrofahrzeuge.

Erhöhte Flexibilität & Kontrolle:
Leistungselektronische Konverter im Kern von MVDC-Systemen ermöglichen aktives Netzmanagement, das eine präzise Steuerung von Leistungsfluss und Spannung ermöglicht. Dies fördert die Verbindung von Netzelementen und verbessert die Stromqualität und Stabilität in parallelen Wechselstromnetzen.

Verbesserter Infrastruktursustainability:
Für die gleiche Übertragungskapazität benötigen MVDC-Kabel und -Leitungen etwa die Hälfte des Kupfers, Aluminiums und Stahls von Wechselstromsystemen. Ähnlich erfordern MVDC-Leistungsumwandlungseinrichtungen deutlich weniger Material als herkömmliche Wechselstromtransformator (z.B. ~1.500 Tonnen vs. ~25.000 Tonnen pro GVA).

MVDC-Anwendungen bereit, den Marktzuwachs anzutreiben

Wichtige Wachstumstreiber umfassen:

• Batteriespeichersysteme (BESS)

• Rechenzentren

• Industrielle Elektrolyseure

• Megawatt-Elektroauto-Ladestationen

• Integration erneuerbarer Energien

Große Hürden bestehen weiterhin

Trotz ihres Potenzials steht die breite Einführung von MVDC vor kritischen Herausforderungen:

• Hohe Anfangskosten für Leistungswandler und Komponenten

• Ungelöste technische Probleme im Fehlerschutz, Bogenunterdrückung und Korrosion

• Risiko beschleunigten Alters bei nachgerüsteten Wechselstrominfrastrukturen unter Gleichstrombelastung

Standardisierung ist dringend erforderlich

Der größte Hindernis ist das Fehlen umfassender Standards für MVDC-Technologie, Systemdesign und -betrieb. Diese Lücke behindert Interoperabilität, Zuverlässigkeit und wirtschaftliche Machbarkeit. Sofortige Bemühungen sind erforderlich, um standardisierte Terminologie, Spannungsniveaus, Gerätebewertungen und Schutzschemata zu definieren.

Fazit

Die MVDC-Technologie ist bestens geeignet, ein Eckpfeiler der zukünftigen vollständig elektrifizierten Gesellschaft zu werden, indem sie erhebliche ökologische, wirtschaftliche und operative Vorteile bietet. Während der Übergang zu einem entkohlten Energiesystem immense Herausforderungen aufwirft, bietet MVDC eine effizientere, flexiblere, widerstandsfähigere und nachhaltigere Lösung für die Netze von morgen.