Strategie und Programm unserer Energieforschung
Wir stehen für einen schnellen und nachhaltigen Transfer von Ergebnissen aus Forschung und Entwicklung in die Wirtschaft und in den öffentlichen Sektor. Wir suchen nach technischen Durchbrüchen, um Entwicklungssprünge in der Wirtschaft und in der Verwaltung realisieren zu können. Damit sind wir in der DLR-Energieforschung ein führender Forschungs- und Entwicklungspartner bei der Transformation des Energiesystems.
Herausforderungen
Verfügbare und bezahlbare Energie ist eine wichtige Grundlage hochentwickelter Volkswirtschaften. Sie ist für den Wirtschaftsstandort Deutschland von elementarer Bedeutung und garantiert der Gesellschaft ihren Wohlstand sowie eine hohe Lebensqualität. Die Energieversorgung ist jedoch mit großen Herausforderungen konfrontiert: Sie muss möglichst unabhängig, resilient, bezahlbar, konkurrenzfähig sowie möglichst klimaneutral werden. Eine solche Energieversorgung kann nur dann erreicht werden, wenn sich das Energiesystem, die Kommunen und Unternehmen zielgerichtet transformieren.
Ziele unserer Energieforschung
Für Wirtschaft und öffentliche Unternehmen entwickeln wir innovative Lösungen zur Transformation des Energiesystems. Mithilfe dieser Lösungen sollen Strom, Wärme und chemische Energieträger effizient und regenerativ erzeugt, Energie gespeichert, umgewandelt sowie benötigte Energie anforderungsgerecht in optimierten Netzen bereitgestellt werden.
Einen Mehrwert für Gesellschaft und Wirtschaft schaffen die Lösungen jedoch erst, wenn sie von der Praxis aufgenommen werden. Daher stellen wir für den öffentlichen Sektor unabhängige, wissenschaftlich fundierte und modellbasierte Analysen des Energiesystems zur Verfügung. Mithilfe dieser Analysen wird deutlich, wie das Energiesystem der Zukunft aussehen kann, was dies beispielsweise für die Versorgungssicherheit bedeutet und welche politischen Instrumente welche Wirksamkeit erreichen können.
Mit unserer übergreifenden Expertise in den Forschungsfeldern Luftfahrt, Raumfahrt, Verkehr und Sicherheit, realitätsnahen Infrastrukturen sowie dem systemischen und auf Langfristigkeit ausgerichteten Forschungsansatz tragen wir maßgeblich zur Transformation des Energiesystems bei.
Aktuell umfasst unser Energieforschungsprogramm diese übergeordneten Themen:
Strom
Der Stromsektor ist nach wie vor auf die Nutzung von fossilen Energieträgern angewiesen. Nur ungefähr die Hälfte des Stromverbrauchs basiert aktuell auf erneuerbaren Energien. Dieser Anteil soll im Jahr 2030 bei mindestens 80 Prozent liegen. Die Steigerung ist eine besondere Herausforderung, da die Stromnachfrage aufgrund der Elektrifizierung des Verkehrs-, Wärme- und Industriesektors steigt. Benötigt werden also Methoden und technologische Komponenten, die die Effizienz von solarthermischen Anlagen und Windkraftanlagen verbessern und Schwankungen in der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ausgleichen können. In Frage kommen Gasturbinen beziehungsweise Gaskraftwerke und Speichertechnologien, wenn genügend erneuerbare Energieträger wie beispielsweise grüner Wasserstoff zur Verfügung stehen und die Kraft effizient in Gasturbinen genutzt wird, um Generatoren zur Stromerzeugung anzutreiben.
Wärme
Die Wärmeversorgung der deutschen Industrie ist heute noch stark von fossilen Energieträgern abhängig und macht circa 20 Prozent des Gesamtenergiebedarfs aus. Bei einem Energiebedarf von mehr als 450 Terawattstunde (TWh) allein für industrielle Prozesswärme in Deutschland ist die Dekarbonisierung dieses Sektors eine Mammutaufgabe, denn derzeit stammen erst rund 15 Prozent oder 68 TWh aus erneuerbaren Energien. Dazu kommt, dass die verschiedenen Industriezweige sehr heterogene und komplexe Rahmenbedingungen haben: Dampf auf unterschiedlichen Druckniveaus, direkte Wärmenutzung aus Strom, konstanter oder zeitlich (stark) schwankender Bedarf.
Um den Wärmebedarf effizient, resilient, sicher und klimafreundlich zu decken, ist ein Mix aus verschiedenen Energietechnologien erforderlich. Wir konzentrieren uns dabei auf Solarthermie, Speicher- und Wandlertechnologien, Brennersysteme, Kraftwerke und Speicher- und Wandlersysteme. Weitere wichtige Themen sind Digitalisierung und Automatisierung für komplexe Wärmeversorgungsfragestellungen.
Chemische Energieträger
Erneuerbar erzeugte chemische Energieträger wie zum Beispiel grüner Wasserstoff oder strombasierte Kraftstoffe sind wesentlich für die Dekarbonisierung der Energieversorgung. Grüner Wasserstoff spielt eine zunehmend wichtige Rolle als Speichermedium für erneuerbare Energie, für die Rückverstromung und Wärmeerzeugung sowie für die stoffliche Nutzung. Flüssige synthetische Kraftstoffe aus Strom und/oder Biomasse können vor allem dort eingesetzt werden, wo kaum technologische Alternativen bestehen. Das trifft vor allem für die Luftfahrt, für die Schifffahrt und für Teile des bodengebundenen Verkehrs (zum Beispiel Sonderfahrzeuge, Katastrophenschutz) zu. Sie sind auch ein Back-up-Brennstoff für die zuverlässige Strom- und Wärmeerzeugung. Die lokale Herstellung und Nutzung von chemischen Energieträgern kann somit die Versorgungssicherheit in Deutschland erhöhen. Um diese Potenziale heben zu können, benötigt es optimierte Energieträger und Komponenten für die Herstellung der Energieträger, deren Integration in gesamtsystemische Lösungen, digitale Zwillinge und Automatisierungslösungen für die Steuerung der Anlagen sowie disruptive Lösungen.
Energiesystem
Die Gleichzeitigkeit von Stromerzeugung und -verbrauch ist die Basis für ein stabiles und resilientes Energiesystem. Wind- und Sonnenenergie sind wetterabhängig und zeitunabhängig verfügbar. Die Aufgabe der Synchronisation von Stromerzeugung und -verbrauch muss daher von der Erzeugungs- auf die System- und Nachfrageseite übergehen. Die DLR-Energieforschung konzentriert sich auf die Entwicklung von Komponenten, die das Stromnetz stabilisieren können, und von systemischen Lösungen, die das Management von Strom-, Gas- und Wärmenetzen sowie eine Flexibilisierung der Netze ermöglichen. Mit diesen Lösungen werden die Infrastruktur und die Betriebsführung des Energiesystems grundlegend verändert. Dieser Transformationsprozess muss regelmäßig neu bewertet und auch proaktiv gestaltet werden.