Energiewende

Ein ganzer Campus wird zum Labor

Eine Anlage, mit der überschüssiger Strom in Wasserstoff umgewandelt werden kann, ist am FZJ bereits in Betrieb. Der Ecolyser ist ein wichtiger Bestandteil des LLEC-Projektes. Bild: FZJ

Am Forschungszentrum Jülich arbeiten 6.000 Menschen auf 2,2 Quadratkilometern. Warum das Zentrum nun zu einem Reallabor zur Energiewende und damit zu einer Blaupause für Smart Cities werden soll, erklärt Stefan Kasselmann vom FZJ.

Damit die Energiewende gelingt, muss unser Energiesystem radikal umgebaut werden. Das betrifft die großen Strukturen wie das Energienetz aber auch die Energieversorgung in einem Stadtviertel oder eines Forschunsgcampus. Auf dem Gelände des Forschungszentrums Jülich im Stetternicher Forst arbeiten und forschen 6.000 Menschen. Das Zentrum wird nun zu einem Reallabor, in dem Fragen der Energiewende unter Realbedingungen getestet werden. "Living Lab Energy Campus (LLEC)" heißt das von der Bundesregierung, der Helmholtz-Gemeinschaft und dem Land Nordrhein-Westfalen geförderte Projekt. Der Campus wird zu einem großen Experimentierfeld, in dem die Wechselwirkungen zwischen Technik, Energieträgern und Verbrauchern untersucht werden. Projektmanager Stefan Kasselmann erzählt, was sich das Forschungszentrum damit für die kommenden vier Jahre vorgenommen hat.

Herr Kasselmann, was wollen Sie mit dem "Living Lab Energy Campus" erreichen?

Wir erforschen einerseits Energieversorgungskonzepte und simulieren, wie sich Energieströme aus verschiedenen Quellen effizient und wirtschaftlich produzieren, verteilen, speichern und nutzen lassen. Andererseits nutzen wir den kompletten Campus des Forschungszentrums Jülich, um die Ergebnisse unserer Simulationen unter realen Bedingungen zu überprüfen. Dabei setzen wir auf energetische Sektorkopplung: Wir betrachten also nicht nur die Elektrizität, sondern auch Wärme auf verschiedenen Temperaturniveaus und chemische Energie in Form von Wasserstoff. Das Ganze wird von einer komplexen IT-Infrastruktur gesteuert.

Wie simuliert man ein Energiesystem?

Als erstes erstellen wir ein digitales Abbild des Campus. Danach definieren wir virtuelle Räume - wir sprechen von Bilanzräumen, in denen Energieerzeuger, Energiespeicher und Verbraucher miteinander agieren und stimmen die einzelnen Komponenten optimal aufeinander ab. Wir fragen uns also: Wie groß muss eine Photovoltaik-Anlage, ein Batteriespeicher oder ein Elektrolyseur zur Wasserstoffgewinnung ausgelegt sein, damit der gesamte Verbund am Ende zum Beispiel einen vorgegebenen Anteil regenerativer Energien erreicht? Sowohl für die Auslegung eines solchen Verbundes als auch für einen optimalen Betrieb wollen wir neue Regelungsmodelle entwickeln, die beispielsweise Wetter, Energienutzungsverhalten und zukünftigen Infrastrukturbedarf des Forschungszentrums einbeziehen.

Und dann wird der Campus zum großen Labor für die Energiewende?

Richtig. Der Campus ermöglicht es uns, Modelle kontinuierlich in einem realen Umfeld zu testen und die Effektivität neuer Regelungskonzepte zu überprüfen - sowohl in Neubauten als auch im Gebäudebestand. Wir rollen neue Entwicklungen also auf der echten Infrastruktur des Campus aus. Hier spielt uns in die Karten, dass wir uns täglich mit den verschiedensten Energiesystemen beschäftigen und diese alle auch in irgendeiner Form schon im Einsatz haben. An den betreffenden Anlagen installieren wir dann Messeinrichtungen. Die gewonnenen Daten werden in einer Cloud gespeichert und ausgewertet. Sie helfen uns, die Modelle zu validieren und die Regelungskonzepte zu optimieren. Dabei haben wir immer die Skalierbarkeit der Systeme im Blick, um sie später beispielsweise auf ein Gewerbegebiet oder eine Kommune übertragen zu können.

Welche Technologien nutzen Sie konkret?

Bei der Stromerzeugung setzen wir zunächst auf Photovoltaik und prüfen gerade, wie sich diese in die Gebäude auf dem Campus integrieren lässt. Neben der normalen Dachinstallation erwägen wir zum Beispiel fassadenintegrierte Anlagen. Und natürlich untersuchen wir auch neue Möglichkeiten - von Solarzellenüberdachten Gehwegen bis hin zu Modulen, die im Boden selbst eingelassen sind. Für die Speicherung nutzen wir einerseits zwei Lithium-Ionen-Großbatterien. Andererseits errichten wir einen Elektrolyseur, der überschüssigen Solarstrom in Wasserstoff umwandelt. Dieser kann dann bei Bedarf in einer Brennstoffzelle rückverstromt, als Beimischung in unserer neuen Wärmeversorgungszentrale oder perspektivisch auch an einer Wasserstofftankstelle als Treibstoff für die Mobilität genutzt werden.

Sie verfolgen also einen ganzheitlichen Ansatz.

Genau. So haben etwa die erwähnten Großbatterien gleich mehrere Funktionen. Sie glätten beispielsweise die Spitzen der Photovoltaikanlagen, dienen aber gleichzeitig auch als Notstromversorgung für Teile unserer Supercomputer. Dieser wiederum berechnet nicht nur wissenschaftliche Fragestellungen, er wird ebenfalls energetischer Teil des Living Lab Energy Campus. Denn seine Kühlung liefert ununterbrochen 45 Grad warmes Wasser. Damit lässt sich einerseits ein Niedrigenergiehaus mit Wärme versorgen. Andererseits untersuchen wir, wie sich solche Niedrigtemperaturwärme bestmöglich in Altbauten nutzen lässt.

Wie wichtig ist das Zusammenspiel für das Gelingen der Energiewende?

Ich halte die energetische Sektorkopplung für essenziell. In der Vergangenheit wurde beim Thema Energiewende sehr auf den Stromsektor fokussiert. Allerdings macht die elektrische Energie nur etwa ein Viertel des Primärenergiebedarfs Deutschlands aus. Das heißt, selbst wenn wir von heute auf morgen den gesamten Strombereich dekarbonisieren würden, hätten wir immer noch drei Viertel mit einem hohen fossilen Anteil in den verschiedensten Bereichen. Eine wirkliche Energiewende kann also nur gelingen, wenn wir alle Energieströme in den Fokus nehmen.

Das Forschungszentrum wird zum Reallabor für die Energiewende

09.04.2018 , Kai Dürfeld
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