Mit der Technologie-Plattform PtL (TPP) schließt das DLR die technologische Lücke zwischen Forschung und industrieller Produktion strombasierter Kraftstoffe.
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 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 der DLR-Energieforschung
Im Mittelpunkt der DLR-Energieforschung steht die Transformation zu einem resilienten und unabhängigen, konkurrenzfähigen, fairen sowie klimaneutralen Energiesystem. Für die DLR-Energieforschung ist es daher die größte Herausforderung innovative Lösungen zu entwickeln, die diese Transformation unterstützen. Einen Mehrwert für Gesellschaft und Wirtschaft schaffen die Lösungen jedoch erst, wenn sie von der Praxis aufgenommen werden. Vor diesem Hintergrund setzt sich die DLR-Energieforschung folgende Ziele:
Für den öffentlichen Sektor unabhängige, wissenschaftlich fundierte und modellbasierte Analysen des Energiesystems zur Verfügung zu stellen. Mithilfe dieser Analysen wird deutlich, wie optimierte Transformationspfade für das Energiesystem der Zukunft aussehen können, was dies für bestimmte Kriterien wie zum Beispiel Versorgungssicherheit bedeutet und welche politischen Instrumente oder Bündel von Instrumenten welche Wirksamkeit erreichen können.
Für Wirtschaft und öffentliche Unternehmen innovative Lösungen zur Transformation des Energiesystems zur Verfügung zu stellen. 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.
Der Austausch von Wissen mit öffentlichen Stakeholdern und der Transfer von Technologien in die Wirtschaft sind die Leitlinien der Energieforschung des DLR. Mit den Alleinstellungsmerkmalen des DLR, der übergreifenden Expertise in den Forschungsfeldern Luftfahrt, Raumfahrt, Energie, Verkehr und Sicherheit, den realitätsnahen Infrastrukturen sowie dem systemischen und auf Langfristigkeit ausgerichteten Forschungsansatz kann das DLR herausragende Lösungen für die Transformation des Energiesystems entwickeln und zur Verfügung stellen. Finden diese Lösungen den erfolgreichen Weg in die praktische Anwendung, stärken sie unsere Gesellschaft und Wirtschaft und erfüllen für die DLR-Energieforschung das Kriterium herausragend. Damit ist das DLR ein führender Forschungs- und Entwicklungspartner für Wirtschaft, öffentliche Unternehmen und Verwaltungen bei der Transformation des Energiesystems.
Handlungsfelder der DLR-Energieforschung
In der Energieforschung konzentriert sich das DLR auf die Entwicklung und Erprobung von Technologien in den folgenden Bereichen, die einen besonders hohen Handlungsbedarf aus Sicht von Wirtschaft und Gesellschaft aufweisen:
Strom
Wärme
Chemische Energieträger
Energiesystem
Strom
Zentraler Wind-Messmast in Krummendeich
Zentraler Wind-Messmast des Masten-Arrays mit Anemometer auf Ausleger und Plattform für Messgeräte am Mast. Dahinter zu sehen ist die Windenergieanlage OPUS-1.
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
Spiegel und Receiver im Qualitätstest
Im QUARZ-Zentrum des DLR-Instituts für Solarforschung in Köln wird die Leistungsfähigkeit von Receiver und Spiegeln für Solarkraftwerke getestet. Der mit Lampen betriebene Prüfstand ElliRec im neuen Test- und Qualifizierungszentrum (QUARZ) simuliert das Sonnenlicht und testet, wie gut Absorberrohre dieses Licht in Wärme umwandeln können.
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. Die DLR-Energieforschung konzentriert sich dabei auf Solarthermie, Speicher- und Wandlertechnologien, Brennersysteme, Kraftwerke und Speicher- und Wandlersysteme. Weitere wichtige Themen sind Digitalisierung und Automatisierung für komplexe Wärmeversorgungsfragestellungen.
In den nächsten drei Jahren errichtet das DLR mit der Technologieplattform Power-to-Liquid-Kraftstoffe (TPP) in Leuna die bislang größte Forschungsanlage zur Herstellung strombasierter Kraftstoffe.
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, 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 ihre Herstellung der Energieträger, deren Integration in gesamtsystemische Lösungen, digitale Zwillinge und Automatisierungslösungen für die Steuerung der Anlagen sowie disruptive Lösungen.
Energiesystem
Erforschung komplexer Verteilnetzstrukturen
Im NESTEC werden alle wesentlichen Faktoren, die die Stromversorgung in einem Wohnquartier beeinflussen, mit realen Stromflüssen abgebildet. Dutzende Netzsimulatoren stellen dafür völlig unabhängig voneinander das Verbrauchs- oder Einspeiseverhalten von Bewohnern, PV-Anlagen oder Elektroautos nach.
Die Gleichzeitigkeit von Stromerzeugung und -verbrauch ist die Basis für ein stabiles und resilientes Energiesystem. Wind- und Sonnenenergie sind wetterabhängig und nicht 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. Daher ist die Ausgestaltung der Energiewende ebenfalls ein Forschungsgegenstand der DLR-Energieforschung.
