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Innovationsgedanke Gleichstrom (Teil 1)

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Wenn es um neue Zeiten im Energiesektor geht, ist meist die Rede von der Energiewende, von der Umstellung auf regenerative Energien. Dabei deutet sich eine weitere Energiewende an: die Abkehr vom Wechselstrom und die Hinwendung zum Gleichstrom. Die Energieversorgung der Zukunft mit Gleichstrom berücksichtigt die Entwicklung des Stromalltags und bringt trotz enormer Herausforderungen bezüglich Forschung, Entwicklung und Einführung in vielerlei Hinsicht Vorteile mit sich.

 

Weniger Umwandlungsverluste

Die bisherige Energieerzeugungsstruktur basiert auf den Generatoren großer Kraftwerke. Die Energie wird über ein Wechselspannungs-Stromnetz verteilt. Diese Vorgehensweise, die zentralisierten Strukturen geschuldet ist, passt nicht mehr zu den vielen dezentralen Stromerzeugern, die ins Netz drängen, wie Photovoltaikanlagen, die Energie als Gleichstrom bereitstellen; oder Batteriespeicher, die beispielsweise bei E-Autos die Energie beim Parken zurück ins Netz speisen. Da die Umwandlung von Wechsel- auf Gleichstrom für Verluste sorgt, bringt der Gleichstrom schon auf Erzeugerseite deutliche Vorteile mit sich.

 

Effizientere Übertragungen

Mit den regenerativen Energien wird der Strom zunehmend dort verbraucht, wo er auch erzeugt wurde. Allein das spricht für Gleichstrom, da dadurch die Vorteile des Wechselstroms-Stromnetzes mit seinen niedrigen Energieverlusten nicht mehr zur Geltung kommen. Doch auch auf großen Distanzen nehmen inzwischen Übertragungsverluste zu. So sind beispielsweise in China Netze mit Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) in Planung, aber auch in Deutschland sollen zwei HGÜ-Trassen entstehen, die Windenergie von den Küsten in den Süden leiten. Ab einer Länge von rund 400 Kilometern lohnt sich eine HGÜ-Verbindung dank der geringeren Energieverluste ­bereits – und das bei etwa doppelt so hohen Baukosten.

 

Wirkungsgrad steigern

Im Energieverbrauch liegt jedoch der größte Vorteil des Wechsels auf Gleichstrom. Der Gesamtwirkungsgrad, der zuletzt auf geschätzte 56 Prozent gesunken ist, könnte so wieder steigen. Früher ging ein Drittel der elektrischen Energie verloren auf dem Weg von den Kraftwerken zu mit Wechselstrom betriebenen Staubsaugern oder Glühlampen. Heute muss der Wechselstrom nach der Umwandlung vom Gleichstrom etwa der Photovoltaikanlagen für den Verbraucher und dessen Computer, LCD-Fernseher oder Smartphone wieder zurück in Gleichstrom umgewandelt werden. Zwei Prozesse, die Verluste bringen.

 

Großes Einsparpotenzial in der Industrie

Mit diesen Verlusten muss auch die Industrie umgehen, wo 48 Prozent des Nettostroms in Deutschland verbraucht werden – 70 Prozent allein von elektrischen Antrieben. Ein Zehntel der Energie ließe sich sofort durch elektrische Antriebe einsparen. Weiteres Potenzial bringt die elektronische Drehzahlregelung, Einsparpotenzial hier: rund 30 Prozent. Und würden diese Frequenzumrichter für die Drehzahlregelung mit Gleichstrom betrieben werden, würden auch hier Wandlungsverluste hinfällig werden. Der Betrieb mit Gleichspannung würde nicht nur zu geringeren Umwandlungsverlusten führen. Weitere Vorteile liegen in der höheren Stabilität der Energienetze durch reduzierte Oberschwingungen, dem einfacheren Einbeziehen regenerativer, dezentraler Energiequellen und der Energierückgewinnung, beispielsweise durch Bremsenergie und Speicherung in Batterien. So verspricht die Gleichstromtechnik eine Kosteneinsparung, die die Kosten für die Umstellung schnell wettmachen würde.