Programm und Strategie
Das DLR entwickelt Konzepte und Lösungen zur Umsetzung der globalen Energiewende und leistet wissenschaftliche und technologische Beiträge durch die Entwicklung klimaneutraler, effizienter, kostengünstiger, zuverlässiger und gesellschaftlich akzeptierter Spitzentechnologien zur Nutzung, Wandlung und Speicherung erneuerbarer Energien. Ziel ist die Erforschung eines möglichst effizienten und kostengünstigen Zusammenspiels der Einzelkomponenten und Technologien – sowohl für isolierte Prozesse als auch im Gesamtsystem. Dabei ist das DLR durch seine Großforschungsanlagen das Bindeglied für den Transfer aus der Forschung in die industrielle Anwendung.
Effiziente Nutzung von Solar- und Windenergie
Um erneuerbare Energien weiter zu erschließen, erforscht und entwickelt das DLR Materialien, Prozesse und Technologien für eine effiziente Nutzung von Solar- und Windenergie. Im Fokus der Solarenergieforschung stehen sowohl die technische und kostenmäßige Optimierung bestehender Komponenten und Systeme für solarthermische Kraftwerke als auch die Entwicklung neuer Konzepte, die konzentrierte Solarstrahlung in Strom und Wärme umwandeln. Mit eigens entwickelten Messtechniken werden einzelne Komponenten und Kollektorsysteme, ihr Zusammenspiel sowie die meteorologischen Bedingungen eines Standorts untersucht, die die Leistungsfähigkeit und Kosteneffizienz stark beeinflussen.
In der Windenergieforschung widmet sich das DLR insbesondere dem smarten Rotor, der sich noch besser an Windlasten anpasst und leiser Strom erzeugt. Im Vordergrund stehen Fragen zu Aerodynamik, Schallausbreitung, Struktur und Schwingung (Aeroelastik), Produktion von Rotorblättern sowie zur intelligenten Regelung und Steuerung. Dabei wird auch die Wechselwirkung mit dem Windfeld erforscht.
Energiespeicher
Ein nachhaltiges Energiesystem, in dem Sonne und Wind Energie wetterabhängig bereitstellen, ist auf effiziente und kostengünstige Energiespeicher angewiesen. Hierfür entwickelt und untersucht das DLR neuartige Wärme und Stromspeicher.
Wärmespeicher im Hochtemperaturbereich können in Kraftwerken oder Industrieprozessen große Einsparungen ermöglichen. Sie ergänzen solarthermische Kraftwerke, damit diese rund um die Uhr betrieben werden können. Elektrochemische Stromspeicher, also Batterien, sind Schlüsselkomponenten sowohl für den Einsatz im stationären Stromsystem als auch für die Elektromobilität.
Wasserstoff und synthetische Brennstoffe
Mit hoher Energiedichte und über lange Zeiträume kann erneuerbare Energie in Form von Wasserstoff oder synthetischen Brennstoffen gespeichert werden. Daher sind chemischen Energieträger essenzieller Bestandteil der Energie- und Verkehrswende.
Zur Gewinnung chemischer Energieträger erforscht das DLR solarchemische Verfahren, also die Herstellung alternativer Brennstoffe in Hochtemperatursystemen. Außerdem werden Elektrolyseverfahren im Hinblick auf Materialien sowie die Integration dieser Komponenten ins Energiesystem betrachtet. Das DLR deckt dabei die ganze Breite der Brennstoff-Forschung ab – von der Herstellung, über das Design bis zur Charakterisierung.
Für die Rückverstromung entwickelt das DLR effiziente, flexible Gasturbinen im Kilo- bis Megawatt-Bereich sowie Brennstoffzellen. Konkrete Ziele der Verbrennungsforschung in Gasturbinen sind neben der Effizienz die Reduktion von Emissionen ebenso wie Brennstoff- und Lastflexibilität. Dadurch soll ein einfacher Umstieg auf künftige Erdgasalternativen wie etwa Wasserstoff oder andere alternative Brennstoffe ermöglicht werden, insbesondere in Mikrogasturbinenkraftwerk-Konzepten. Bei Brennstoffzellen, also Energiewandlern, stehen die Themen Materialien, Lebensdauer, Systemkompatibilität und Kosten im Vordergrund.
Klimaneutrale Industrie
Ein weiterer Schwerpunkt der DLR-Energieforschung liegt auf der CO2-Reduktion bei industriellen Prozessen. Hochtemperaturwärmepumpen sollen zur Dekarbonisierung energieintensiver Industriebereiche beitragen, die schwer oder gar nicht zu elektrifizieren sind. Im Fokus stehen die Erzeugung von Wärme und Dampf aus regenerativem Strom, Prozesssimulation und -optimierung sowie die Entwicklung neuer Prozesse zur Vermeidung prozessbedingter CO2-Emissionen.
Maritime Energiesysteme
Der maritime Sektor bietet viel Potenzial bei der Reduktion von Emissionen. Daher arbeitet das DLR an nachhaltigen Lösungen für maritime Energiesysteme und Antriebe. Von der Komponentenentwicklung bis zur Erprobung an Land und auf See werden neue Antriebstechnologien ebenso entwickelt und erprobt wie alternative Treibstoffe und die nötige Infrastruktur. Hierbei helfen virtuelle Schiffsmodelle bei der beschleunigten Auslegung und Zertifizierung. Die Optimierung der Bordstromnetze ist Teil der Arbeiten.
Optimierung und Steuerung in Energiesystemen
Ziel der DLR-Forschung im Bereich des Energiesystems ist ein möglichst reibungsloses und effizientes Zusammenspiel mit hoher Flexibilität und Systemstabilität bei hohen Anteilen erneuerbarer Energie.
Energie muss zur richtigen Zeit am richtigen Ort eingesetzt und Schwankungen in der erneuerbaren Energieversorgung müssen ausgeglichen werden. Dies geschieht durch die sogenannte Sektorenkopplung, das Schlüsselkonzept der Energiewende: Unterschiedlichste Technologien für die drei Sektoren Strom, Wärme und Verkehr müssen vernetzt und optimiert werden. Hierfür entwickelt und integriert das DLR verbesserte technische Komponenten.
Die Sektorenkopplung findet auf verschiedenen Skalen statt: vom einzelnen Gebäude über das regionale Quartier bis hin zum überregionalen Netz. Ein intelligentes Energiemanagement, kombiniert mit modernen Netztechnologien, schafft Flexibilisierungsoptionen zum Ausgleich der Schwankungen bei Energieangebot und -nachfrage.
Das DLR betreibt auch vielfältige Forschung in der Energiesystemanalyse, die zum Verständnis und zur Ausgestaltung des zukünftigen Gesamtenergiesystems notwendig ist.
Um die Stromversorgung optimal steuern zu können, beschäftigt sich das DLR mit Prognosewerkzeugen, Methoden der Technikbewertung und Szenarioanalysen sowie der Meteorologie. Auf diese Weise können Konzepte für eine nachhaltige Energieversorgung entwickelt und deren Auswirkungen auf das Energiesystem untersucht werden. Außerdem erstellt und prüft das DLR Steuerungsinstrumente, Geschäftsmodelle, Fördermechanismen und Markteinführungsstrategien.
Ziel des DLR ist es, das Energiesystem unter Nutzung sämtlicher Potenziale zu optimieren und Entwicklungspfade sowie Steuerungsmechanismen aufzuzeigen. Hierbei gilt es auch stets, ökologische und soziale Aspekte zu beachten.