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E i n e T h e m e n z e i t u n g v o n S m a r t Me d i a

Energie

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Neue Technologien für grüne Stromversorgung Die Energieversorgung der Schweiz ist im Umbruch. Industrie, Hochschulen und Bund arbeiten auf Hochtouren an Konzepten und Innovationen für eine nachhaltige Stromversorgung. text Claudia Benetti

Mit der «Energiestrategie 2050» will der Bundesrat den schrittweisen Ausstieg aus der Atomenergie vorantreiben, den Energieverbrauch senken und die Nutzung erneuerbarer Energieträger fördern. Rund 40 Prozent der verbrauchten elektrischen Energie in der Schweiz wird heute über mit Atomstrom gedeckt. Um diesen mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu ersetzen, braucht es eine Reihe von Massnahmen. Im Fokus steht die Effizienzsteigerung. Zudem dürfte die Umstellung auf eine nachhaltigere Stromversorgung in der Schweiz zu mehr verteilten Stromquellen führen. All diese Entwicklungen stellen teilweise neue technische Anforderungen an die Stromversorgungseinrichtungen. Um diesen gerecht zu werden, forschen Ingenieure und Wissenschaftler im In- und Ausland an neuen Technologien und Verbesserungen.

Stromtransport über grosse Distanzen

Ein weiterer Forschungsbereich ist das Stromnetz. Wissenschaftler prüfen beispielsweise, welche Rolle ein vermaschtes HochspannungsgleichstromübertragungsNetz (HGÜ-Netz) im Zusammenspiel mit bestehenden Wechselstromnetzen spielen kann und welchen Anforderungen es genügen müsste. Ein solches Konzept könnte einmal für ein europäisches Netz genutzt werden, um Strom aus erneuerbaren Energiequellen über längere Strecken vom Produktionsort zu den Verbrauchszentren transportiert werden könnte. Mit dem Anschluss an ein solches Netz könnte die Schweiz vielleicht einmal Strom aus Windkraftanlagen im Norden und Sonnenenergie aus dem Süden beziehen. Mit der HGÜ-Übertragungstechnik ist der Energieverlust bedeutend kleiner als in vergleichbaren Wechselstromnetzen. Sie wird bereits erfolgreich in Windpark-Offshore-Anlagen im Norden und in China für den Strom-

transport über längere Strecken genutzt. Allerdings erfolgt der Stromtransport erst von Punkt zu Punkt und noch nicht in HGÜ-Netzwerken. «Mit der Entwicklung von extrem schnellen Leistungsschaltern ist aber auch der Bau von vermaschten Netzen absehbar», erklärt Michael Moser, Bereichsleiter im Bundesamt für Energie. Die Entwicklung eines globalen grünen Stromnetzes wird im Ausland bereits vorangetrieben. Deutschland etwa hat kürzlich Korridore ausgeschieden, um später einmal Windkraftstrom vom Norden über das ganze Land bis in die Lastzentren im Süden des Landes zu transportieren. Intelligent gesteuerte Stromnetze

Für effizientere lokale Stromnetze arbeiten Forscher an der Weiterentwicklung von Smart Grids. Damit sind intelligente Stromnetze gemeint, die die kommunikative Vernetzung und Steuerung von Stromerzeugern, Speichern, elektrischen Verbrauchern umfassen. «Diesen Smart Grids kommt insbesondere bei der Integration

Mehr Effizienz bei der Stromproduktion

Bei der Stromproduktion aus erneuerbaren Energiequellen zielen die Forschungsarbeiten hauptsächlich darauf ab, den Wirkungsgrad der jeweiligen Technologie zu verbessern. Für eine effizientere Nutzung von Wasserkraft beispielsweise tüfteln Entwickler an Hochschulen und in der Industrie, mit Hilfe von Computersimulationen die Effizienz der Turbinen zu steigern und die Leistung von Generatoren zu verbessern. Für bessere Photovoltaikanlagen arbeiten sie an neuartigen Materialien, die eine höhere Ausbeutung bringen. In der Geothermie geht es vor allem darum, mit welchen technischen Mitteln die Erdwärme genutzt werden kann, um mit ihr nicht mehr nur Wärmepumpen zu betreiben, sondern auch Strom herzustellen. Dazu wird an einer Weiterentwicklung der Bohrtechnologie gearbeitet, mit der künftig tiefer gebohrt werden kann, um höhere Temperaturen aus dem Erdinneren nutzen zu können.

grosser Mengen erneuerbarer Energien ins Stromsystem eine wichtige Rolle zu», sagt Moser. Um einmal grosse Mengen Strom aus verschiedenen dezentralen Kraftwerken gleichzeitig ins lokale Stromnetz einspeisen zu können, braucht es zum

» Die Entwicklung eines

globalen grünen Stromnetzes wird im Ausland bereits vorangetrieben.

Beispiel eine intelligente Spannungsreglung. Regelbare Ortsnetztrafos können sich durch eine dynamische Veränderung ihres Übersetzungsverhältnisses den aktuellen Bedürfnissen anpassen. Ausser der Erprobung in Pilotprojekten tüfteln Forscher daran, wie diese Technologie möglichst effektiv eingesetzt werden kann. Die mengenmässig stark schwankende Stromproduktion aus erneuerbaren Energiequellen stellt auch neue technische Anforderungen an Speichergeräte. Entwickler arbeiten darum an der Weiterentwicklung von Batterien, die vielleicht einmal dezentral eingesetzt werden und die grossen, zentralen Pumpspeicherwerke in der Schweiz ergänzen können. Ausserdem arbeiten Industrie und Hochschulen an neuen Apparaturen, die die Spannungs- und Stromverläufe in den Stromnetzen künftig genauer messen und steuern können. Die Entwicklung von besseren Steuergeräten geht zudem hin zu neuartigen Systemen, die virtuell einmal viele kleine Stromanlagen zusammenschalten und wie eine grosse betreiben können. Auch eine Frage der Kosten

Das Stromnetz der Zukunft ist flexibler und leistungsfähiger als das heutige.

Vieles ist heute technisch schon machbar, um vermehrt Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu produzieren und zu nutzen. Dass es bei der Umsetzung noch hapert, hat Kostengründe. Auch fehlen noch die politischen Weichenstellungen, wie die Umstellung auf eine grünere Stromversorgung konkret bewerkstelligt werden soll. Hinzu kommt, dass das mittlerweile gut 40 Jahre alte Stromnetz in der Schweiz schon heute erneuert werden sollte, obschon noch nicht klar ist, wie der Strom in Zukunft tatsächlich einmal erzeugt wird und welche Technologien sich durchsetzen werden.

Drei Fragen an Thomas Järmann* Wie hat sich der Beruf des Ingenieurs gewandelt? Das Aufgabenfeld ist breiter geworden. Dem tragen wir in der Ausbildung Rechnung. Gefragt sind Analytiker, die in der Lage sind, komplexe Probleme anzugehen, Daten auszuwerten und geeignete Massnahmen abzuleiten. Zudem wird von Ingenieuren verlangt fachlich interdisziplinär zu arbeiten, das ist der heutige Praxisstandard. Der Informatiker muss mit dem Maschineningenieur zusammenarbeiten und dessen Probleme auch verstehen. Nur so kann ein Team funktionieren. Das fördern wir in der Ausbildung, nebst der Vermittlung von Fachwissen.

Wer sollte ein Ingenieurstudium in Betracht ziehen? Grundsätzlich ist der Weg für alle geeignet, die Interesse am Ingenieurberuf mitbringen. Das analytische Wesen ist wichtigste Voraussetzung. Man muss kein Technikexperte sein, die Grundlagen lernt man im Studium. Um die Ausbildung beginnen zu können, sollte man eine Lehre in einem studium-nahen Beruf mit Berufsmatur abgeschlossen haben oder eine gymnasiale Matur mit einem einjährigen Praktikum.

Welche Herausforderungen erwarten Ingenieure? Ingenieure sind gefragte Fachkräfte, die zukunftsrelevante Probleme zu lösen haben. Die drei grossen Themen sind: Energie, Mobilität und Gesundheit. Die Entwicklung von Lösungen für nachhaltige Energie ist eine zentrale Herausforderung. Die wachsende Bevölkerung erfordert u.a. neue Konzepte im ÖV. Und im Medizinalbereich werden Innovationen nötig, auch wegen der Überalterung. Auf diese Herausforderungen bereiten wir unsere Studierenden vor. *Prof. Dr. Thomas Järmann, Leiter Lehre School of Engineering, ZHAW

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