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Energie

Interview

„Wir müssen das gesamte Energiesystem umbauen“

„Wir müssen das gesamte Energiesystem umbauen“
Der größte deutsche Solarstrom-Speicherpark am KIT ist Teil des Energy Lab 2.0. Bild: KIT
Im Energiesystem der Zukunft müssen Energieerzeuger, Speicher und Verbraucher intelligent miteinander kommunizieren. Mit dem Energy Lab 2.0 versuchen Forscher ein Modell dieses Systems aufzubauen. Holger Hanselka, Präsident des Karlsruher Instituts für Technologie, erklärt den neuen Ansatz.

Welche zukunftsweisenden Projekte derzeit noch auf der Forschungsagenda stehen, erfahren Sie im aktuellen Geschäftsbericht der Helmholtz-Gemeinschaft.

Mit dem Energy Lab 2.0 beschreiten Wissenschaftler neue Wege in der Energieforschung: Statt sich allein auf die Weiterentwicklung regenerativer Energiequellen zu konzentrieren, haben sie nun das komplette Energiesystem im Visier – eine intelligente Vernetzung von der Erzeugung über die Speicherung bis hin zum Verbrauch. Wir sprachen mit Holger Hanselka, Präsident des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und Vizepräsident der Helmholtz-Gemeinschaft für den Forschungsbereich Energie über das Energiesystem der Zukunft.

In der öffentlichen Wahrnehmung geht es bei der Energiewende vor allem darum, die erneuerbaren Energien auszubauen und effizienter und damit günstiger zu machen. Genügt das für eine erfolgreiche Energiewende? 

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Holger Hanselka ist Präsident des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und Vizepräsident der Helmholtz-Gemeinschaft für den Forschungsbereich Energie. Foto: Andrea Fabry, KIT

Sicherlich nicht. Der Ausbau von Wind- und Solarenergie betrifft lediglich einen Aspekt, und zwar den der Energieerzeugung. Doch die Energiewende umfasst deutlich mehr – nämlich Umwandlung, Speicherung, Transport und Verbrauch von Energie. Energiewende bedeutet also, dass wir das gesamte Energiesystem, das sich über Jahrhunderte etabliert hat, komplett umbauen müssen. Das im Zuge der Industrialisierung entstandene zentralisierte Energiesystem mit am Ende sehr effizienten Großkraftwerken, die über das Stromnetz die Energie zum Verbraucher bringen, funktioniert jedoch nur als Einbahnstraße: Der Kunde fungiert hier lediglich als Verbraucher, ein Rückfluss ins System findet nicht statt. Doch genau diese Kunden werden heute immer öfter selbst zu Erzeugern mit eigener Solaranlage auf dem Dach. Dieser Übergang stellt noch große Herausforderungen für unser heutiges Energiesystem dar, die wir gerne annehmen und für die wir auch schon bestens aufgestellt sind.

Worin bestehen aus technologischer Sicht die größten Herausforderungen bei diesem massiven Umbau unseres Energiesystems? 

Die Erzeugung sowie der Bedarf an Energie sind großen Fluktuationen ausgesetzt. Die von Windrädern und Solarzellen eingespeiste Energie ist aufgrund ihrer Wetterabhängigkeit zeitlich sowie mengenmäßig schwankend. Die meisten Industrieunternehmen produzieren nicht 24 Stunden am Tag, in den Häusern läuft die Heizung nicht Tag und Nacht. Da sowohl Angebot als auch Nachfrage variieren, lautet das wichtigste Ziel, die Versorgungssicherheit zu gewährleisten: Zu jeder Zeit muss mindestens so viel Energie verfügbar sein wie benötigt wird. Das ist die große Herausforderung – insbesondere auch für unsere Netzstabilität.

Was verbirgt sich hinter dem Begriff Energy Lab 2.0? Was ist das Ziel, welche Fragen sollen beantwortet werden?

Früher ging es bei unserer Forschung fast ausschließlich um die Einführung der regenerativen Energiequellen: Wie kann man das bestehende Netz um Windräder, Solarzellen oder Biomasse ergänzen? Doch diese pure Ergänzung reicht nicht mehr aus. Es genügt nicht, wenn die Erneuerbaren ihren Strom einfach nur ins Netz einspeisen – sie müssen in ein System integriert werden, in dem Erzeuger, Speicher und Verbraucher intelligent miteinander kommunizieren. Mit dem Energy Lab 2.0 haben wir eine Plattform geschaffen, mit der wir alle Aspekte dieses neuen Energiesystems untersuchen können – von der Erzeugung über die Umwandlung und Speicherung bis hin zum Verbrauch unterlegt mit hochmoderner Informationstechnik. Dieses höchst komplexe Netzwerk wollen wir als Modell aufbauen und erforschen.  

Was wird konkret im Energy Lab 2.0 erforscht? Können Sie Beispiele nennen?

Wir bauen ein künftiges Energienetz im Kleinen auf. Dafür steuern die drei Projektpartner verschiedene, bereits vorhandene Komponenten bei: Wir vom KIT bringen unter anderem einen Solar-Speicher-Park und eine Biokraftstoff-Anlage an unserem Standort in Karlsruhe ein. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt beteiligt sich z.B. mit einer Testanlage zur thermischen Energiespeicherung, das Forschungszentrum Jülich mit seinem Elektrolyse-Testzentrum. Die vorhandene Infrastruktur ergänzen wir um neue Komponenten, zum Beispiel elektrische, elektrochemische und chemische Energiespeicher sowie eine last- und brennstoffflexible Gasturbine mit Generator. Einige davon werden in Realität aufgebaut, andere am Computer simuliert. Und um all diese Komponenten des KIT und der Partner zu verknüpfen, entwickeln wir ein neues Steuerungs- und Regelungskonzept, das über Informations- und Kommunikationstechnologien aus allen Komponenten ein intelligentes Gesamtsystem erzeugt. Der Ansatz mit den virtuellen Komponenten erlaubt es uns, neue Ideen für Speicher, Generatoren oder auch Steueralgorithmen am Rechner zu konzipieren, um sie dann in einem realen System mitlaufen zu lassen und zu erproben. Wenn sich eine virtuelle Komponente dabei bewährt, wollen wir sie als reales Gerät umsetzen. Für die Energiewirtschaft ist das ein ganz neuer Ansatz, der uns die Möglichkeit bietet, künftige Komponenten schneller und zielgerichteter zu entwickeln.

Wann ist mit ersten Ergebnissen zu rechnen?

Vor einem Jahr wurde das Energy Lab 2.0 von der Helmholtz-Gemeinschaft bewilligt, derzeit bauen wir es gerade unter Hochdruck auf. Wir gehen davon aus, dass wir im nächsten Jahr die ersten Ergebnisse präsentieren können.

Mittlerweile gibt es in Deutschland unzählige Projekte mit dem Ziel, die Energiewende voranzubringen. Wie ist diese Forschung koordiniert, und wie passt sich das Energy Lab 2.0 ein?

Die Energieforschung der Bundesregierung ist in einem Rahmenprogramm organisiert, in dem drei Ministerien (BMBF, BMWi und BMU) zusammenwirken. Ein Schwerpunkt dieses Programms ist die institutionelle Förderung. Hier ist die Helmholtz-Gemeinschaft der größte Empfänger von Fördergeldern – und zählt folglich zu den wichtigsten Akteuren in der Energieforschung. Innerhalb der Gemeinschaft haben wir eine Gesamtstrategie entwickelt, bei der jedes der beteiligten Helmholtz-Zentren bestimmte Teilstrategien übernimmt, welche vom KIT koordiniert werden. Dadurch sind wir untereinander so gut vernetzt und abgestimmt, dass wir insbesondere ein solches Großprojekt wie das Energy Lab 2.0 auch kurzfristig mit gemeinsamem Engagement angehen können.

Wie könnte Ihrer Ansicht nach das Energiesystem der Zukunft aussehen, zum Beispiel im Jahr 2050?

Kurz gesagt: Die Energieerzeugung wird grüner und das Energiesystem intelligenter sein als heute. Erneuerbare Energien werden dominieren, ein dichtes Kommunikationsnetzwerk zwischen Erzeugern, Speichern und Verbrauchern die Energieflüsse regeln und diese durch Energienetze auf den verschiedenen Ebenen transportieren. Spannend wird aber neben der Technologiefrage die Entwicklung der Energiemärkte sein. Wir werden vermutlich beides sehen: eine zunehmende Kopplung der Märkte auf europäischer Ebene und gleichzeitig eine verstärkte Dezentralisierung zu möglicherweise sogar vielen in sich stabilen Mikronetzen. Wenn Sie diese Entwicklung betrachten, wird noch klarer, dass ein solch komplexes Energiesystem einer Steuerung bedarf, die auf modernen Informationstechnologien basiert.  

Energy Lab 2.0 - Intelligente Energiewendeplattform (Pressemitteilung des KIT)

Forschungsbereich Energie / Energy Lab 2.0 (Helmholtz-Geschäftsbericht 2015) 

21.09.2015, Interview: Frank Grotelüschen

Leserkommentare, diskutieren Sie mit

Felix Schauer, 03-10-15 11:26:
Die Helmholtz-Gemeinschaft profitiert, ebenso wie zahlreiche andere wissenschaftliche Institutionen und Firmen, gut von der Illusion der "Energiewende" und baut diese Geldquelle offensichtlich erfolgreich weiter aus. Für alles, was man unter diesem Forschungstitel verkaufen kann, gibt es großzügige Förderung aus öffentlichen Mitteln, unabhängig von der Sinnhaftigkeit des Forschungsziels. Jeder, der sich ernsthaft und mit etwas Sachverstand mit der Energieproblematik beschäftigt weiß, dass die Energiewende, wie in Deutschland offiziell vorgesehen, nur funktionieren kann, wenn Wirtschaftlichkeit absolut keine Rolle spielt. Literatur und Stimmen dazu gibt es genug, jeder Interessierte kann sich ausreichend darüber informieren - es reicht eine einfache Internetsuche. Glücklicherweise beginnen sich Teile der Bevölkerung gegen den Ausbau der gigantischen EE-Anlagen zu wehren, wenn auch eher wegen unmittelbarer Betroffenheit denn aus grundsätzlichen Motiven.

Die Aussichtslosigkeit der geplanten Umstellung des deutschen Energiesystems ist bestimmt allen Entscheidungsträgern in Politik, Wirtschaft und Forschung bekannt; die ersteren können aber nicht mehr zurück und die letzteren leben gut davon; die Medien machen bis auf wenige Ausnahmen brav mit.

Man kann auch die Helmholtz-Gemeinschaft verstehen, wenn sie alle möglichen Geldquellen nutzt um Institute und Personal zu halten bzw. auszubauen, aber man sollte doch die Folgen für das Renommee bedenken, wenn sich das Scheitern der Energiewende nicht mehr verleugnen lassen wird - und das wird nicht mehr so lange dauern.
TIlman Lamparter, 08-10-15 13:21:
Öl und Kohle sind irgendwann verbraucht. In der Zeit ihrer Nutzung steigt die CO2 Konzentration der Atmosphäre, das führt zur Erwärmung. Dafür reicht eine einfache Internet Recherche. Natürlich muss man Forschungsgelder für die Verbesserung der alternativen Energiequellen ausgeben.
Michael Meißer, 21-10-15 15:24:
Sehr geehrter Herr Schauer,
ich sehe es so, dass Menschen, die weniger auf den heutigen Profit sondern vielmehr auf die naturverträgliche, menschliche Zukunft schauen, Ideen haben und haben werden, die auch die Probleme der Ernergiewende lösen werden. Wer im gestern lebt und sich an das Dogma der konzerndominierten Energieversorgung klammert, hat offensichtlich keine Ideen, sondern sucht verzeifelt nach Argumenten. Was kann jedoch gegen den möglichst zügigen Umbau der industriellen Gesellschaft hin zu grün und nachhaltig sprechen? In Anbetracht der für die Erde und die Menschen katastrophalen Folgen des Klimawandels, der Luftverschmutzung u.v.m. ist die Diskussion um einzelne Schritte sicher richtig und wichtig. Den Shift weg von den fossilen Energieträgern kann man jedoch im Sinne der Enkeltauglichkeit und schlichtweg aufgrund der Begrenztheit der Vorkommen nicht in Frage stellen. Bitte vergessen Sie auch nicht, wenn Sie auf die vergleichsweise bescheidenen Forschungsgelder in Deutschland anspielen, die exorbitanten Gewinne, die Energiekonzerne jahrzehntelang einfuhren und immernoch einfahren ... .
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30.08.2016