„Leistungselektronik ist die Schlüsseltechnologie“
Energieeffizienz ist für einen global agierenden Anbieter von Energie- und Automationstechnik wie die Schweizer ABB mittlerweile das A und O bei der Einführungen neuer Technologien in die Märkte. Neue Techniken, wie sie der Konzern nächste Woche auf der Hannover Messe (4. bis 8. April) vorstellen wird. Der Physiker Willi Paul, Leiter des Konzernforschungszentrums in Dättwil, erläutert im Gespräch mit den VDI nachrichten Inhalte und Strategie der Energieforschung von ABB.
Paul: Ich würde sagen, in der Forschung ist zurzeit die Energiespeicherung, insbesondere die Stromspeicherung, sehr im Fokus. Dies vor dem Hintergrund, dass wir Strom aus erneuerbaren Energien in die Netze integrieren wollen, und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass Energiespeicherung nicht einfach zu realisieren ist.
Ein Weg, wie ABB beitragen kann, das Problem zu lösen, ist die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ). Mit dieser Technologie kann man Strom dank sehr leistungsstarken Höchstspannungsleitungen über ein paar 1000 km oder dank Unterwasserkabel über ein paar 100 km hinweg transportieren: Wir leiten damit elektrische Energie aus Windkraftwerken – wenn es zum Beispiel in Holland zu viel Wind gibt – durch Seekabel nach Norwegen und speichern sie dort in Pumpspeichern. Allerdings ist diese clevere Speichertechnik von überschüssiger Energie nicht überall anwendbar.
Es sind rund 7 % auf 2000 km. Pumpspeicher und HGÜ-Leitungen dürften aber nicht ausreichen. Ideal wäre es, Speicher vor Ort zu haben. Es gibt noch zwei Technologien, die besonders geeignet sind, sehr viel Energie zu speichern, sie sind aber beide noch nicht sehr weit entwickelt. Zum einen ist dies die Druckluftspeicherung, zum anderen die thermoelektrische Speicherung.
Die Fortschritte verschiedener Batterietechnologien sind sehr beeindruckend. Ihr Einsatz in Netzen ist jedoch noch immer auf relativ kleine Energien und kurze Entladezeiten beschränkt. ABB entwickelt keine Batterien, sondern komplette Speichersysteme, dabei setzen wir jeweils die für die aktuelle Anwendung optimale Batterietechnologie ein.
Eine sehr große. Materialwissenschaften gehören zu unseren Forschungsschwerpunkten. ABB stellt selbst fast keine Materialien her, aber wir müssen ständig auf dem Laufenden sein, welche neuen Materialien kommen und wie wir sie nutzen können.
Wenn man in der Geschichte der Menschheit zurückschaut, ist der technische Fortschritt im Endeffekt meistens materialgetriggert. Verbesserungen in unseren Produkten ebenso wie Neuentwicklungen basieren sehr oft auf neuen Materialien, manchmal auch auf verbesserten mathematischen Modellen, die uns helfen, die Möglichkeiten im Produktdesign besser auszuschöpfen. Und manchmal werden Neuentwicklungen auch indirekt durch Fortschritte in der Produktionstechnik ermöglicht.
Es ist im Wesentlichen eine Erweiterung der Automatisierung des Stromnetzes. Ziel ist eine Erhöhung der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Effizienz und Flexibilität, speziell bezüglich Integration erneuerbarer Energien. Die nötigen Technologien umfassen Software und Hardware, wie Energiespeicher, HGÜ und FACTS (Flexible AC Transmission System)
Das genaue Verständnis dieses Begriffs ist jedoch regional unterschiedlich. In Europa denkt man zunächst an die Integration von erneuerbaren Energien im Verteilnetz. In den USA verstehen die Leute unter Smart Grid eher erhöhte Zuverlässigkeit und „Demand Side Management“.
In China redet man gerne vom „Strong Smart Grid“, um das für das Land so wichtige Hochspannungsnetz zu würdigen.
Der wichtigste Treiber für die Forschung und Entwicklung im Energiebereich ist die Energieeffizienz: Leistungshalbleiter in der HGÜ-Technik, Umrichter, Motorantriebe und Transformatoren sollen in Richtung höherer Effizienz getrimmt werden.
Ein zweiter wichtiger Faktor sind die erneuerbaren Energien, allen voran deren Integration in die Netze und die dazu nötigen Energiespeicher. Zudem geht es darum, die mögliche elektrische Übertragungsleistung weiter zu erhöhen sowie unsere Produkte und Systeme noch zuverlässiger, verfügbarer und kompakter zu machen.
Ganz wichtig aber ist die Leistungselektronik: Sie ist der ganz große Enabler, die Schlüsseltechnologie. Die Technologien zu Smart Grids, HGÜ und zur Verbesserung der Energieeffizienz sind ohne Leistungselektronik kaum vorstellbar.
Heute gehen von der Produktion der elektrischen Energie bis zur Nutzung durch Motoren und Maschinen bis zu 80 % verloren. Mit den neuesten Produkten und Systemen, die wir anbieten, könnte man die Verluste bereits auf 60 % reduzieren, so dass am Schluss nicht 20 %, sondern 40 % der Energie genutzt werden – vor allem dank Leistungselektronik. Ziel unserer Forschung ist, die 60 % Verluste weiter zu reduzieren.
ABB gab 2010 weltweit mehr als 1 Mrd. $ für Forschung & Entwicklung (F & E) aus. In der F & E-Organisation beschäftigen wir rund 6000 Wissenschaftler und Ingenieure.
Es ist sehr schwer zu messen. In der Forschung evaluieren wir sehr viele Ideen in Vorstudien. Von denen, die im Rahmen von Technologieentwicklungen weiterverfolgt werden, fließen etwa 60 % bis 80 % in Produktentwicklungen ein, die dann in unseren Business Units weitergeführt werden.
Wir zählen die Patente und Veröffentlichungen pro Mitarbeiter. Zusätzlich berechnen wir für unsere Projekte einen Net-Present-Value: Wir versuchen abzuschätzen, welchen finanziellen Wert das Projekt hat. Die sicherste Methode ist jedoch, wenn wir ein paar Jahre nach dem Projekt zurückschauen. Der wirkliche „Proof of the Pudding“ ist am Schluss: Geht die Technologie in ein Produkt ein und ist es erfolgreich?
STEPHAN W. EDER
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