Das KIT hat zusammen mit der Helmholtz-Gemeinschaft und weiteren Partnern ein Forschungsprojekt zur sicheren Integration erneuerbarer Energien ins Stromnetz der Zukunft gestartet. Im Mittelpunkt stehen dabei nicht nur die Erforschung der technologischen Möglichkeiten von Stromspeichern, sondern vor allem deren Systemintegration.
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) startet zusammen mit der Helmholtz-Gemeinschaft ein neues Forschungsprojekt für Speicher und vernetzte Infrastrukturen (Storage and Cross-Linked Infrastructures – SCI). Mit der Entwicklung systemübergreifender Technologien wollen die Projektpartner die zentrale technologische Herausforderung der Energiewende meistern. Diese besteht darin, das jetzige Energiesystem so zu erweitern, dass alle Energiequellen verlässlich eingebunden und übertragen werden. „Die Energiewende gehört zu den größten Aufgaben unserer Gesellschaft. Es gilt, das Energiesystem einschließlich aller gesellschaftlichen, wirtschaftlichen und politischen Aspekte für die Zukunft aufzustellen. Hierfür leisten wir einen zentralen Beitrag“, erklärt Holger Hanselka, Präsident des KIT und Vizepräsident der Helmholtz-Gemeinschaft für den Forschungsbereich Energie. „Um die Forschungslücke bei den Themen Energiespeicher und Netztechnologien zu schließen, bündeln wir nun im Programm SCI unsere Kompetenzen und Erfahrungen.“
Sichere Systemintegration ins Energiesystem der Zukunft
Im Mittelpunkt des Projekts stehen die Erforschung der technologischen Möglichkeiten der sicheren und zuverlässigen Systemintegration der einzelnen Elemente des zukünftigen Energiesystems. Diese sollten nicht nur eine hohe Effizienz haben, sondern auch zeitnah zur Anwendung kommen. „Eine Energieversorgung, die auf erneuerbaren Energien basiert, benötigt drei wichtige technologische Lösungen“, betont Mathias Noe, wissenschaftlicher Sprecher des Forschungsprogramms SCI am KIT. „Dazu gehören adäquate Energiespeichersysteme, um Fluktuationen zu überbrücken, effiziente Infrastrukturen, um die Energieverteilung zu bewältigen und eine sektorübergreifende Vernetzung, um die Flexibilität, Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Energiesysteme zu erhöhen.“
Sechs zentrale Forschungsthemen
Konkret gliedert sich das Forschungsprogramm in sechs Themen: Batterien und elektrochemische Speicher, Elektrolyse und Wasserstoff, synthetische Kohlenwasserstoffe, Brennstoffzellen, thermische Energiespeicher sowie Netze und Speicherintegration. So erforschen Wissenschaftler des KIT, des Forschungszentrums Jülich (FZJ), des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des Helmholtz-Zentrums Dresden Rossendorf (HZDR) neue Basismaterialien für elektrochemische Speicher bis hin zu kompletten Batteriesystemen. Sie werden sich mit neuen Elektrodenbeschichtungen, neuen Materialien, der verbesserten Zellfertigung sowie dem Batterie- und Wärmemanagement beschäftigen. Ein weiterer Schwerpunkt wird dabei die Systemintegration der elektrochemischen Speicher sein. Das Ziel ist die Herstellung kosteneffizienter großformatiger Batteriezellen mit größerer spezifischer Energie- und Leistungsdichte sowie verbesserter Zuverlässigkeit und Sicherheit.
Zudem werden sich die Hemholz-Zentren, das FZJ und das KIT mit der Konstruktion, Komplexität und der Dynamik der Wasserstoffelektrolyse beschäftigen. Im Mittelpunkt steht dabei die Sicherheit solcher Power-to-Gas-Systeme. Hierbei steht etwa mit dem Hydrogen Test Center (HYKA) eine einzigartige Versuchseinrichtung für Sicherheitsversuche mit dem leicht entzündlichen Gas im Industriemaßstab zur Verfügung.
Brennstoffzellen mit langer Lebensdauer
Mit dem Ziel, Brennstoffzellen mit einer anwendungssprzifischen Lebensdauer zu entwickeln, werden das FZJ und das DLR diese Technologie weiterentwickeln. Dabei ist ein Schwerpunkt die Reduzierung des Edelmetallgehalts in den Zellen. Das DLR hat zudem jüngst nachgewiesen, dass die thermochemische Speicherung von Wärme mit einer Temperatur von 500 Grad Celsius möglich ist. Die Forscher haben dazu eine Anlage mit einer Leistung von zehn Kilowatt gebaut, die mit gelöschtem Kalk arbeitet. Dieser Ansatz soll jetzt beim DLR weiterentwickelt werden.
Integration von Speichern
Eines der zentralen Themen betrifft aber die Netzen und die Integration der Speicher. Denn die gewaltigen Veränderungen im Rahmen der Energiewende erfordern neue, verteilte und autonome Netzwerkstrukturen ebenso wie eine effiziente Integration von heterogenen Energiespeichersystemen. Zusätzlich sollen im Forschungsprogramm neue Technologien wie supraleitende Kabel oder Wasserstoffpipelines erforscht werden. Dafür steht das im Oktober 2014 entstandene Energy Lab 2.0 als integrierte Technologie- und Systemplattform zur Verfügung. Damit untersuchen Wissenschaftler des KIT, des DLR und des FZJ neue Ansätze und leistungsfähige Werkzeuge für die Stabilisierung der Energienetze der Zukunft. (su)
