Sauberer und sicherer Strom für Rechenzentren

EU fördert Forschungsprojekt zur Entwicklung besonders zuverlässiger und nachhaltiger Transformatoren mit 2,5 Millionen Euro.

Wenn in Rechenzentren der Strom ausfällt, ist der Schaden oft groß: Nicht nur wird der Betrieb von Unternehmen oder Institutionen unterbrochen, auch können wichtige Daten verloren gehen. Außerdem sind die Anlagen für ihren hohen Energieverbrauch bekannt. Ziel des Forschungsprojekts „Super-HEART“ ist eine Stromversorgung, die gleichzeitig mehrere nachhaltige Energiequellen wie Wasserstoff und Solarenergie nutzt. Im Mittelpunkt des Projekts steht die Entwicklung eines kosteneffizienten Transformators, der einen zuverlässigen und sauberen Stromfluss ermöglicht. Dafür kooperieren Arbeitsgruppen aus der Leistungselektronik und den Materialwissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) mit Forschenden des Trinity College Dublin. Die Europäische Union fördert das Projekt bis 2025 mit insgesamt 2,5 Millionen Euro aus einem Innovationsprogramm, 1,3 Millionen Euro davon gehen an die CAU. Das Projekt wird außerdem vom Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT) in Itzehoe unterstützt.

Der Transformator „Super HEART“ soll mehrere nachhaltige Energiequellen und -speicher für einen kontinuierlichen, sauberen Stromfluss vereinen, z.B. für den Betrieb von Rechenzentren. © Dahnan Spurling

Wasserstoff als zuverlässige Energiequelle nutzen

„Die Energiewende stellt unser Stromnetz vor ganz neue Herausforderungen. Diese EU-Förderung ist eine wichtige Unterstützung, um gemeinsam mit Partnern eine zuverlässige und nachhaltige Energieversorgung, zum Beispiel mit Wasserstoff, voranzutreiben und damit auch unserer gesellschaftlichen Verantwortung als Universität nachzukommen“, betont CAU-Präsidentin Prof. Dr. Simone Fulda.

Im Gegensatz zu klassischen Transformatoren können leistungselektronische Bauelemente genutzt werden, um Wasserstoff als Energiequelle in Stromnetze zu integrieren. Bisher gelten leistungselektronische Bauteile jedoch als fehleranfällig. Sie erfordern teure und aufwändige „Redundanzen“ – mehrfach vorhandene Bauteile, die bei Ausfällen einspringen und so die Stromversorgung aufrechterhalten.

Deutlich kompakter und kostengünstiger soll der Transformator werden, der im Projekt „Super-HEART“ entsteht. Dazu entwickelt das Projektteam zum einen extrem schnelle und leistungsstarke Superkondensatoren. Zum anderen nutzt es innovative Halbleiter wie Siliciumkarbid und Galliumnitrid, die wegen ihres hohen Wirkungsgrads als Zukunftsmaterialien der Leistungselektronik gelten.

Möglicher „Game Changer“‘ für kritische Infrastrukturen

Mit dem Projekt baut Marco Liserre, Professor für Leistungselektronik an der CAU und stellvertretender Leiter des ISIT, auf vorangegangene EU-Projekte auf, in denen er einen modularen Transformator entwickelt hat. „Der modulare Transformator und Superkondensatoren als Kurzzeit-Energiespeicher sind an sich schon technologische Durchbrüche. Durch ihre Kombination und Weiterentwicklung erwarten wir eine zusätzliche Leistungssteigerung von 20 Prozent in Bezug auf die gespeicherte Energie, die Zuverlässigkeit der Stromversorgung und die Senkung der Betriebskosten“, sagt Projektleiter Liserre. „Damit können sie zu einem ‚Game Changer‘ für komplexe und kritische Infrastrukturen werden, die im Ernstfall hohe Ausfallkosten verursachen.“ Erste Prototypen sollen in Rechenzentren getestet werden und in sogenannten Nullenergiehäusern, die mit wasserstoffbasierten Brennstoffzellen, Photovoltaikanlagen und anderen Speicher- und Energiequellen ihren eigenen Energiebedarf decken.

Superkondensatoren können Energie sehr schnell abgeben oder aufnehmen

Superkondensatoren sind Energiespeicher, die sich wesentlich schneller auf- und entladen lassen als herkömmliche Batterien. Wenn der Strom schwankt oder kurzfristig ausfällt, sind sie in der Lage, sofort Energie abzugeben oder aufzunehmen. Damit lassen sich auch defekte Komponenten im Stromnetz vorrübergehend abschalten. „Die derzeit kommerziell erhältlichen Superkondensatoren können allerdings nur wenig Energie speichern. Mit einer speziellen Strukturierung auf Nano- und Mikroebene wollen wir ihre Leistung verbessern und sie optimal für die neuen Transformatoren anpassen“, sagt Rainer Adelung, Professor für Funktionale Nanomaterialien an der CAU.

Dabei arbeiten die Kieler Forschenden eng mit Valeria Nicolosi zusammen. Die Professorin für „Nanomaterials and Advanced Microscopy“ am Institut für Chemie des Trinity College Dublin hat spezielle Superkondensatoren aus zweidimensionalen Nanomaterialien auf der Basis von Titankarbiden gebaut, die in diesem Projekt weiterentwickelt werden.

Auf der Suche nach Industriepartnern

Nachdem Liserre bereits zweimal erfolgreich Fördermittel des Europäischen Wissenschaftsrats (European Research Council, ERC) einwerben konnte, darunter den renommierten ERC-Consolidator-Grant, ist er mit der dritten Förderung jetzt auf der Suche nach Industriepartnern, um die Ergebnisse der Forschung auf den Markt zu bringen und perspektivisch ein eigenes Unternehmen zu gründen.

Fotos stehen zum Download bereit:
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Jetzt hat sich das Projektteam zum ersten Mal gemeinsam in Kiel getroffen: Prof. Marco Liserre (Leistungselektronik, CAU, erste Reihe, von rechts), Prof. Valeria Nicolosi (Nanomaterialien, Trinity College Dublin), Prof. Rainer Adelung (Funktionale Nanomaterialien, CAU) und ihre Teams (zweite Reihe von links): Jan-Ole Stern, Arkadeb Sengupta, Fabian Schütt, Dahnan Spurling, Yoann Pascal und Thiago Pereira. © Julia Siekmann, CAU

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Die Mitglieder des EU-Projekts „Super-HEART“ wollen leistungselektronische Bauteile entwickeln, mit denen sich nachhaltige Energiequellen wie Wasserstoff in das Stromnetz integrieren lassen. © Julia Siekmann, CAU

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Der Transformator „Super HEART“ soll mehrere nachhaltige Energiequellen und -speicher für einen kontinuierlichen, sauberen Stromfluss vereinen, z.B. für den Betrieb von Rechenzentren.
© Dahnan Spurling

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Mit der Innovationsförderung der EU will Projektleiter Marco Liserre, Professor für Leistungselektronik an der CAU und stellvertretender Leiter des ISIT, neue Transformatoren von der Grundlagenforschung zur Marktreife bringen.
© Claudia Eulitz, CAU

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Rainer Adelung, Professor für Funktionale Nanomaterialien an der CAU, forscht an hochleistungsfähigen Superkondensatoren, die besonders schnell Energie aufnehmen und abgeben und daher als Notfall-Speicher für die Transformatoren genutzt werden sollen.
© Julia Siekmann, CAU

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Marco Liserre
Leistungselektronik, CAU
Stellvertretender Leiter des ISIT
Telefon: +49 431 880-6100
E-Mail: ml@tf.uni-kiel.de

Dr. Yoann Pascal
Power Electronics, Fraunhofer ISIT
E-Mail: yoann.pascal@isit.fraunhofer.de

Prof. Rainer Adelung
Funktionale Nanomaterialien, CAU
Telefon: +49 431 880-6116
E-Mail: ra@tf.uni-kiel.de

Dr. Fabian Schütt
Telefon: +49 431 880-6024
E-Mail: fas@tf.uni-kiel.de

Weitere Informationen:

https://www.uni-kiel.de/de/detailansicht/news/255-superheart Link zur Meldung und weiteren Fotos
https://www.super-heart.eu/ Projektwebsite „Super-HEART“
https://eic.ec.europa.eu/eic-funding-opportunities/eic-transition_en Förderprogramm der EU
https://www.kinsis.uni-kiel.de Website des Forschungsschwerpunkts KiNSIS der Uni Kiel