Im Energy Lab 2.0 wird die intelligente Vernetzung von umweltfreundlichen Energieerzeugern und Speichermethoden untersucht. ©Bild: KIT, Markus Breig und Amadeus Bramsiepe

Forschungsinitiative Energiesystem 2050: Präsentiert Lösungen für das Gelingen der Energiewende

(PM) Mit der Entscheidung, bis zum Jahr 2050 die Klimaneutralität zu erreichen, steht das Industrieland Deutschland vor einer gewaltigen Aufgabe: die umfassende und langjährige Transformation des Energiesystems zu organisieren und gleichzeitig eine stabile Energieversorgung für das alltägliche Leben, für die Wirtschaft und für den Betrieb von zentralen Infrastrukturen wie Kommunikation und Verkehr zu gewährleisten. In der Forschungsinitiative ‚Energiesystem 2050‘ (ES2050) haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Helmholtz-Gemeinschaft konkrete Strategien sowie technologische Ansätze erarbeitet, die sowohl für mehr Klimaschutz als auch für mehr Sicherheit sorgen können – und bereits heute von Politik und Wirtschaft aufgegriffen werden.


Auch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beteiligt sich an der Initiative. An der Abschlusskonferenz in Berlin präsentierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der beteiligten Forschungszentren nun ihre Ergebnisse.

Strategien, Technologien und Open-Source-Werkzeuge für den Umbau
Gestartet war die Forschungsinitiative im Jahr 2015 mit dem Ziel, einen relevanten und zukunftweisenden Beitrag zur Transformation des Energiesystems zu leisten. 170 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschten in unterschiedlichen Teams, die jeweils ein Puzzlestück der Energiewende bearbeiteten. Auf Grundlage einer systemischen Betrachtung des gesamten deutschen Energieversorgungsystems haben sie wirtschaftliche und klimafreundliche Transformationspfade bis zum Jahr 2050 entwickelt. Dazu kam die Forschung zur Architektur und Sicherheit des zukünftigen Stromnetzes, zur Integration von Wasserstoff und biogenen Energieträgern in das Energiesystem.

Ausserdem waren einzelne Energienetzkomponenten, wie Redox-Flow-Netzspeicher, Biogasanlagen oder Gasturbinen zur Rückverstromung von Synthese- und Biogas, Gegenstand der Untersuchungen. Dabei haben die Forschenden Technologien zum einen detailliert getestet, zum anderen aber im Zusammenspiel systemisch betrachtet. So konnten die besten Teamplayer für die Sektorenkopplung gefunden werden, also etwa Technologien zur Verknüpfung der Wärme- und Stromversorgung. Ein weiterer Bestandteil der Betrachtung technologischer Mittel waren zudem lebenszyklusorientierte Nachhaltigkeitsanalysen, die neben Kosten und CO2-Austoss auch weitere ökologische sowie gesellschaftliche Faktoren berücksichtigten – etwa bei der Produktion von Kraftstoffen aus biogenen Reststoffen.

Grossskaliger Forschungsinfrastruktur-Verbund
Um dynamische Experimente auf Systemebene durchführen zu können, haben die Forschenden in ES2050 einen grossskaligen Forschungsinfrastruktur-Verbund geschaffen, zu dem unter anderem das Energy Lab 2.0 auf dem Gelände des KIT und der Living Lab Energy Campus des Forschungszentrums Jülich (FZJ) gehören. Als detaillierte Modelle des Energiesystems verfügen sie über eigene Netzinfrastrukturen und sind inzwischen mit Power-to-X-Anlagen, Wohnhäusern und sogar Verkehrskomponenten ausgestattet. Eng verwoben sind diese physischen Modelle mit virtuellen Strukturen für einen intelligenten Ausbau des Energiesystems. So können mit digitalen Zwillingen bereits heute Systemkomponenten in Experimente eingebunden werden, obwohl diese noch gar nicht existieren – beispielsweise eine zukünftige Wasserstoffinfrastruktur. Ihre Modellierungswerkzeuge, Datensätze und Benchmarks begreift die Forschungsinitiative als Teil eines offenen Ökosystems und stellt sie Open Source zur Verfügung. Dieser Werkzeugkasten für die Energiewende wird bereits von grossen Übertragungsnetzbetreibern genutzt.

Nachhaltiger Beitrag zur Energiewende
Der Weg zur Klimaneutralität in der Energiewirtschaft ist noch weit, doch der Wandel hat begonnen: Im Jahr 2019 lag beispielsweise der Anteil erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch in Deutschland nach Informationen des deutschen Umweltbundesamts bei 42.1 Prozent, während es im Jahr zuvor noch 37.8 Prozent waren (siehe auch ee-news.ch vom 30.10.2019 >>). Die Ergebnisse der Forschungsinitiative Energiesystem 2050 können diese Dynamik verstärken und sie auf Sektoren wie Gebäude, Verkehr und Industrie ausweiten.

Die Forschungsinitiative Energiesystem 2050 wurde vom Forschungsbereich Energie der Helmholtz-Gemeinschaft initiiert. Neben dem KIT sind das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Forschungszentrum Jülich (FZJ), das Helmholtz-Zentrum Potsdam (GFZ), das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP – assoziiert) sowie das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) beteiligt.

Weitere Informationen >>

Text: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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