Das Energiesystem der Zukunft: Unsere Reallabore für die Energiewende

Deutschland will bis zum Jahr 2045 klimaneutral werden. Dafür muss unser Energiesystem umgebaut werden, denn derzeit zählt die Versorgung mit Wärme und Strom noch zu den größten Verursacher von CO₂-Emissionen. Helmholtz Energy, ein Verbund mehrerer Forschungszentren von Helmholtz, arbeitet deshalb intensiv an der Entwicklung innovativer Lösungen für ein nachhaltiges Energiesystem. Helmholtz Energy zeichnet sich durch eine einzigartige Kombination aus systemischer Perspektive und breit angelegter Forschung aus – und kann zudem auf ein umfangreiches Netzwerk aus Forschungsanlagen zugreifen.

Zu den wichtigsten zählen dabei das Energy Lab am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Living Lab Energy Campus (LLEC) am Forschungszentrum Jülich.  Beide testen  Technologien und Konfigurationen des Energiesystems unter realen Bedingungen.

Das Energy Lab, 2014 gestartet, ist Europas größte Forschungsinfrastruktur für erneuerbare Energien. Hier wird an der intelligenten Vernetzung von nachhaltigen Energieerzeugern und Speichermethoden gearbeitet. Flexibilität und Digitalisierung sind zentrale Bausteine für eine robuste Energieversorgung. Genau darauf zielt die Forschung im Energy Lab ab: Sie will das Gesamtsystem, also die Erzeugung, Verteilung, Speicherung und Nutzung von Strom, durch neue Informations- und Kommunikationstechnologien  verbessern. Unterschiedliche Technologien wie chemische Energiespeicher, Wasserstofftechnologien und synthetische Energieträger werden hier in einer realen Systemumgebung mit Verbraucherdaten und Echtzeitsimulationen gekoppelt, getestet und optimiert. So erforschte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt am Energy Lab zum Beispiel optimierte Gasturbinen und Strahlungsheizungen.

Auch der Living Lab Energy Campus (LLEC) arbeitet seit 2018 an der Entwicklung hochintegrierter Systeme zur Energieversorgung. Hier liegt der Fokus jedoch auf der optimalen Verknüpfung der Sektoren Wärme, Strom und chemische Energiespeicher im urbanen Raum. Ein nachhaltiges Energiesystem mit überwiegend stark fluktuierenden Energiequellen und dezentralen Energieanlagen bringt neue Herausforderungen mit sich, da deutlich kompliziertere Energieflüsse entstehen. Das LLEC nutzt eine breite Palette von  Testanlagen, darunter Photovoltaik, Wasserstofftechnologien und Batteriespeicher. Hier werden Szenarien einer zukünftigen urbanen Energieversorgung realitätsnah erprobt und durch lernfähige und vorausschauende Regelungsstrategien optimal miteinander verknüpft.

Diese Forschungsinfrastrukturen sind ein Markenzeichen von Helmholtz Energy und sichtbare Leuchttürme für die koordinierte Zusammenarbeit von Helmholtz-Zentren mit der Industrie. Sie schaffen die Grundlage für die Entwicklung einer sicheren, bezahlbaren und nachhaltigen Energieversorgung.

Bild: KIT