AC vs. DC

Warum Gleichstrom eine echte Alternative ist

| Redakteur: Katharina Juschkat

Eine Entladung am Tesla-Trafo erzeugt hochfrequente Wechselspannung. Die Tesla-Transformatoren haben sich nicht durchgesetzt, der Wechselstrom stattdessen schon. Wird er bald obsolet?
Eine Entladung am Tesla-Trafo erzeugt hochfrequente Wechselspannung. Die Tesla-Transformatoren haben sich nicht durchgesetzt, der Wechselstrom stattdessen schon. Wird er bald obsolet? (Bild: gemeinfrei / CC0)

Seit dem Stromkrieg Ende des 19. Jahrhunderts dominiert der Wechselstrom unsere Stromnetze. Das hat über viele Jahre durchaus Sinn ergeben – aber der sinkende Wirkungsgrad unseres Wechselstromnetzes und die veränderte Stromnutzung kann ein Umdenken erfordern.

Er gilt als einer der größten Genies seiner Zeit: Thomas Edison, der als Erfinder der Glühbirne in die Geschichte einging. Doch Edison war nicht das, für was wir ihn heute immer noch feiern: Weder erfand er die Glühbirne – er vermarktete bloß die Patentrechte, die seiner Firma gehörten – noch war er das Genie, für das ihn viele halten. Edisons erstes Kraftwerk arbeitete mit Gleichstrom, was ihn fortan entgegen aller Argumente zum eisernen Verfechter dieser Technik machte. Obwohl Wechselstrom offensichtliche Vorteile mit sich bringt – man kann die Spannung einfach anpassen, um Strom über große Distanzen zu übertragen – versuchte Edison die Massen von seiner Technik zu überzeugen – und das mit brachialen Methoden.

So stellte er Tiere auf eine Metallplatte, die mit einem Wechselstromgenerator verbunden war und tötete öffentlich Hunde, Katzen und Pferde, um die angebliche Gefahr, die von Wechselstrom ausgeht, zu verdeutlichen – was ihn übrigens zum geistigen Vater des elektrischen Stuhls machte. Bekanntlich haben sich Tesla und Westinghouse, die Erfinder des Wechselstroms, dennoch mit ihrer Technik durchsetzen können. Ihnen gelang trotz allem Misskredit ein großer Coup, der die Massen überzeugte. Jetzt, fast 125 Jahre später, hat sich das Blatt gewendet – die Gleichstromtechnik macht aus vielen Gründen heute tatsächlich mehr Sinn als der Wechselstrom.

Es war die Weltausstellung in Chicago, die den beiden Erfindern letztlich dazu verhalf, die Welt von ihrer Technik zu überzeugen. Das Thema war 400 Jahre Kolumbus und dafür sollte die Ausstellung in einem Lichtermeer aufgehen. Edison glaubte den Auftrag schon in der Tasche zu haben, aber Westinghouse unterbot ihn um eine halbe Millionen Dollar. Die in elektrischem Licht erstrahlte Weltausstellung überzeugte nicht nur die fast 30 Millionen Zuschauer – die beiden Erfinder erhielten auch den Auftrag, das Kraftwerk am Niagarafluss zu bauen. Der Durchbruch der Wechselstromtechnik.

Neuerdings gewinnt die Gleichstrom-Technik neue Befürworter, denn die Art und Weise, wie wir Strom erzeugen, verteilen und verbrauchen, hat sich grundlegend geändert. Das wird auch in der Industrie auf allen Ebenen einschließlich der Verbindungstechnik tiefgreifende Veränderungen mit sich bringen und stellt uns vor neue physikalische und technische Herausforderungen.

Regenerative Energien speisen vermehrt Gleichstrom ein

Bisher erfolgt die Energieerzeugung mit Wechselstrom, beispielsweise in den Generatoren großer Kohle- und Kernkraftwerke, aber auch in Wasserturbinen. Die verteilen ihre Energie über ein Wechselspannungs-Stromnetz. Mittels Transformatoren lässt sich die Spannung auf einige 100.000 V erhöhen, das hält die Ströme in den Kabeln und damit die Verluste gering.

Bei Gleichstrom braucht man neue Komponenten, zum Beispiel Schalter, damit der Störlichtbogen erlischt. Das macht eine Umstellung nicht einfach.
Bei Gleichstrom braucht man neue Komponenten, zum Beispiel Schalter, damit der Störlichtbogen erlischt. Das macht eine Umstellung nicht einfach. (Bild: © 2017, All rights reserved. (Credit Image; vstudio.photos))

Doch zunehmend dringen Erzeuger ins Netz, die ihre Energie als Gleichstrom bereitstellen: Photovoltaikanlagen zum Beispiel, die zunehmend auch durch Batterien oder chemische Speicher unterstützt werden. Die Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom bringt jedoch Verluste mit sich – ein Gleichstromnetz wäre für diese Erzeuger die bessere Wahl.

Stromnetz wird dezentraler und kleinräumiger

Lange dominierten große Kraftwerke das Stromnetz, die ihre Energie sternförmig in die umliegenden Regionen verteilen. Doch mit dem Siegeszug der regenerativen Energien wird das Stromnetz dezentraler, kleinräumiger, oft wird Strom dort verbraucht, wo er erzeugt wird. Die Wechselspannungstechnik kann ihre Vorteile dort nicht ausspielen. Und auch über große Distanzen ist Wechselstrom nicht ideal. Die Übertragungsverluste nehmen deutlich zu. Aus diesem Grund baut etwa China aufwendige Netze mit Hochspannungs-Gleichstromübertragung – kurz HGÜ – die große Energiemengen von den Wasserkraftwerken im Inneren des Landes zu den Ballungsräumen an den Küsten bringen.

Auch in Deutschland plant die Bundesregierung zwei solche Trassen, die überschüssige Windenergie von den Küsten in den Süden leiten sollen. Das Problem ist zwar, dass eine HGÜ-Verbindung im Bau etwa doppelt so teuer ist, doch wegen der geringen Energieverluste soll sich die Gleichstromleitung ab einer Länge von etwa 400 km lohnen – bei Unterseekabeln, etwa zur Anbindung von Offshore-Windparks, schon ab 60 km. HGÜ-Verbindungen sind mittlerweile sehr zuverlässig. Vor allem durch Fortschritte in der Energieumwandlung durch Leistungselektronik können Gleichspannungen auf bis zu 800.000 V ohne Transformator gewandelt werden.

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