Mit dem wachsenden Anteil von Wind- und Solarstrom verändert sich nicht nur die Art der Stromerzeugung, sondern auch die technische Stabilisierung des gesamten Netzes. Forschende der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden entwickeln deshalb ein automatisiertes Diagnosesystem für große Superkondensatorspeicher. Diese sollen im Notfall innerhalb weniger Sekunden Energie aufnehmen oder abgeben und dadurch gefährliche Frequenzschwankungen abfangen.
Das Forschungsprojekt trägt den Namen CapMon.
Im Mittelpunkt steht die Frage, wie sich große SuperCap-Speicher dauerhaft zuverlässig überwachen lassen.
Klassische Kraftwerke stabilisieren das Netz durch ihre Masse
Konventionelle Kraftwerke besitzen große rotierende Generatoren.
Diese mechanische Masse speichert Bewegungsenergie und reagiert unmittelbar, wenn sich die Frequenz im Stromnetz verändert.
Diese sogenannte Schwungmasse wirkt für kurze Zeit stabilisierend.
Sinkt oder steigt die Netzfrequenz plötzlich, kann die kinetische Energie der rotierenden Maschinen einen Teil der Abweichung auffangen.
Bei Windkraft- und Photovoltaikanlagen steht diese physikalische Momentanreserve in dieser Form jedoch nicht zur Verfügung.
Netzfrequenz muss bei 50 Hertz bleiben
Das europäische Stromsystem arbeitet mit einer Sollfrequenz von 50 Hertz.
Erzeugung und Verbrauch müssen dafür fortlaufend im Gleichgewicht stehen.
Kommt es beispielsweise durch den plötzlichen Ausfall eines Kraftwerks oder einer großen Leitung zu einer Störung, verändert sich die Frequenz.
Bereits innerhalb sehr kurzer Zeit müssen technische Systeme gegensteuern.
Genau hier können Superkondensatoren eingesetzt werden.
SuperCaps reagieren besonders schnell
Superkondensatorspeicher unterscheiden sich grundlegend von klassischen Batterien.
Batterien können Energie über längere Zeiträume bereitstellen, während SuperCaps besonders hohe Leistungen innerhalb sehr kurzer Zeit aufnehmen oder abgeben können.
Dadurch eignen sie sich für die ersten Sekunden nach einer Netzstörung.
Sie könnten damit gewissermaßen als virtuelle Schwungmasse dienen.
Während der Superkondensator unmittelbar reagiert, bleibt Zeit, andere Systeme hochzufahren – beispielsweise Batteriespeicher oder zusätzliche Kraftwerksleistung.
Mehr als 100.000 einzelne Zellen
Die Größe solcher Systeme bringt allerdings neue Herausforderungen mit sich.
Ein großer SuperCap-Speicher kann aus mehr als 100.000 einzelnen Zellen bestehen.
„Dadurch ist die Gefahr eines Ausfalls sehr hoch“, erklärt Projektbearbeiter Anton Barwich von der Fakultät Elektrotechnik der HTW Dresden.
Gerade im Hochspannungsbereich werden solche Systeme bislang nur begrenzt eingesetzt.
Jede einzelne Schwachstelle kann wichtig werden
Je mehr Einzelkomponenten ein Speicher besitzt, desto schwieriger wird seine Überwachung.
Altert eine Zelle schneller als andere oder entsteht ein Defekt, kann dies zunächst kaum sichtbar sein.
Bei einem System, das im Ernstfall innerhalb von Sekunden zuverlässig reagieren muss, können solche unentdeckten Schwächen problematisch werden.
Deshalb entwickelt das Dresdner Forschungsteam ein Diagnosesystem, das Veränderungen möglichst früh erkennt.
Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen
Bei der Entwicklung der Überwachungssoftware arbeitet die HTW Dresden eng mit der M&P Motion Control and Power Electronics GmbH zusammen.
An der Hochschule stehen baugleiche Module und sogenannte Tower des Speichersystems zur Verfügung.
An diesen Einheiten untersuchen die Wissenschaftler Lade- und Entladevorgänge sowie verschiedene mögliche Fehlerzustände.
Digitales Abbild zeigt den Normalzustand
Aus den Messdaten hat das Team ein Computermodell erstellt.
Dieses digitale Abbild simuliert, wie sich ein intakter SuperCap-Speicher unter normalen Bedingungen verhalten sollte.
Anschließend können reale Betriebsdaten mit diesem virtuellen Sollzustand verglichen werden.
Weicht das tatsächliche Verhalten deutlich vom Modell ab, kann dies auf Alterung oder einen Defekt hinweisen.
Fehler erkennen, bevor der Speicher ausfällt
Das Ziel ist eine Art Frühwarnsystem.
Die Software soll erkennen, wenn sich einzelne Komponenten ungewöhnlich verhalten.
Dann könnten beschädigte Einheiten ausgetauscht werden, bevor sie die Verfügbarkeit des gesamten Speichers beeinträchtigen.
Gerade bei einer Momentanreserve ist hohe Zuverlässigkeit entscheidend.
Ein Speicher, der ausgerechnet im Augenblick einer Netzstörung nicht reagiert, könnte seine eigentliche Aufgabe nicht erfüllen.
Software soll auch Lebensdauer vorhersagen
CapMon soll deshalb nicht nur akute Defekte erkennen.
Durch die automatisierte Analyse der Betriebsdaten wollen die Forschenden auch beobachten, wie schnell der Speicher altert.
Daraus sollen Prognosen über die verbleibende Lebensdauer einzelner Komponenten oder des Gesamtsystems entstehen.
Wartungen könnten damit gezielter geplant werden.
Interne Umschaltungen sollen Auswirkungen begrenzen
Neben der Fehlererkennung untersucht das Projekt, wie sich Auswirkungen einzelner Defekte auf das Gesamtsystem reduzieren lassen.
Interne Umschaltungen könnten fehlerhafte Bereiche umgehen.
Dadurch müsste nicht zwangsläufig der komplette Speicher abgeschaltet werden, wenn nur eine kleinere Einheit betroffen ist.
Energiewende braucht neue technische Sicherungen
Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien verändert sich die Struktur des Stromsystems grundlegend.
Windräder und Solaranlagen liefern große Mengen Energie, besitzen aber nicht automatisch dieselben stabilisierenden Eigenschaften wie klassische Generatoren.
Technische Lösungen wie Batteriespeicher, Superkondensatoren und moderne Leistungselektronik müssen deshalb zunehmend Funktionen übernehmen, die früher unmittelbar durch große Kraftwerke bereitgestellt wurden.
Dresden forscht an einem kritischen Baustein
Das Projekt CapMon beschäftigt sich damit nicht primär mit der Speicherung großer Energiemengen über Stunden oder Tage.
Der Schwerpunkt liegt auf einem viel kürzeren, aber entscheidenden Zeitraum: den ersten Sekunden einer Netzstörung.
Genau dort kann sich entscheiden, ob eine Frequenzabweichung kontrolliert abgefangen wird oder weitere Sicherungssysteme eingreifen müssen.
Mit dem Diagnosesystem will die HTW Dresden dazu beitragen, SuperCap-Speicher langfristig zuverlässig genug für solche Aufgaben zu machen.
Quellen
Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden: Presseinformation „Virtuelle Schwungmasse für die Netzsicherheit“, August 2026
HTW Dresden, Fakultät Elektrotechnik: Forschungsprojekt CapMon
M&P Motion Control and Power Electronics GmbH: Projektpartner im Forschungsprojekt CapMon
