Digital, vernetzt, intelligent: das Energiesystem der Zukunft

Das DLR auf der Hannover Messe 2019

Die Digitalisierung ist ein wesentlicher Erfolgsfaktor für das Gelingen der Energiewende. Wie das digital vernetzte und intelligente Energiesystem der Zukunft aussieht, zeigt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) vom 01. bis 05. 04.2019 auf der Hannover Messe (Halle 27, Stand H70), wie das DLR mitteilt.

“Für den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien ist es nicht nur wichtig, neue Anlagen zu entwickeln und zu realisieren, sondern auch deren Einsatz und das Zusammenwirken im Gesamtsystem zu optimieren”, beschreibt Prof. Karsten Lemmer, DLR-Vorstand Energie und Verkehr. “Diese Herausforderungen gehen wir in der DLR-Energieforschung anwendungsorientiert und gemeinsam mit der Industrie an.”

Das Energiesystem von morgen bestehe aus einer Vielzahl unterschiedlicher Teilsysteme: von privaten Photovoltaik-Anlagen, über große Offshore-Windparks, Kraftwerke und Speicher bis hin zu den Verbrauchern. Es gelte, diese vielen Akteure optimal miteinander zu vernetzen und zu steuern, damit Strom und Wärme zuverlässig und genau dann zur Verfügung stehen, wenn sie benötigt würden.

Diese Aufgabe übernehmen digitale Modelle: Sie führen die einzelnen Bestandteile des Energiesystems virtuell zusammen und ermöglichen komplexe Analysen und Vorhersagen. “Dazu muss eine große Datenmenge gesammelt, verarbeitet und ausgewertet werden. Für diese Arbeit mit “Big Data” im Energiebereich entwickelt das DLR entsprechende Technologien”, so Lemmer.

Energiemanagement für die Stadt von morgen – Wie das digitale Management der Energieversorung konkret funktioniert, erklärt ein Demonstrationsmodell am Beispiel einer Stadt von morgen. – Grafik 1 © DLR (CC-BY 3.0)

Energiemanagement für die Stadt von morgen

Am Beispiel einer Stadt stellt das Modell Energiebedarf, Energieerzeugung und Energieströme optisch dar und verbindet die Sektoren Strom, Wärme und Mobilität. Gleichzeitig gibt das Exponat einen Einblick. Das DLR erforscht Lösungswege, um unsere Energieversorgung in Zukunft nachhaltiger zu gestalten.

Wärmespeicherkraftwerke: Schlüsseltechnologie und sauberer Weg aus der Kohle

Eine zentrale Herausforderung bei der Nutzung erneuerbarer Energien sind wetterbedingte und tageszeitliche Schwankungen. Auf der Hannover Messe stellen die DLR-Energieforscher ein Konzept vor, wie bestehende Kohle- zu Wärmespeicherkraftwerke umgebaut werden können. Statt aus der Verbrennung fossiler Rohstoffe beziehen diese Kraftwerke ihre Energie aus erneuerbaren Quellen wie Sonnen- und Windkraft. Durch die Speicherung der Energie in Form von Wärme ermöglichen sie gleichzeitig, Schwankungen im Netz entgegenzuwirken und Strom nach Bedarf zu liefern.

Visualisierung Wärmespeicherkraftwerk – Wärmespeicherkraftwerke sind umgebaute Kohlekraftwerke, die statt fossiler Rohstoffe erneuerbare Energien nutzen. – Grafik © DLR (CC-BY 3.0)

Digital forschen – schneller entwickeln

Die digitale Dimension der Energieforschung hat viele Facetten: Um Modelle unseres Energiesystems erstellen zu können, benötigen die Experten genaue Kenntnisse über das Verhalten der einzelnen Systembestandteile.

Um die Batterie der nächsten Generation zu entwickeln, gehen DLR-Wissenschaftler den Vorgängen im Inneren einer Batteriezelle genaustens auf die Spur. In umfangreichen Simulationsarbeiten untersuchen sie das komplexe Zusammenspiel elektrochemischer Prozesse. In Kombination mit experimentellen Arbeiten sorgt dieses Wissen dafür, die Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Sicherheit von Batterien für unterschiedliche Anwendungen zu steigern.

Blick ins Innere einer Mikrogasturbine – Für Mikrogasturbinen entwickeln DLR-Forscher mittels Verbrennungssimulation spezielle Brennkammersysteme. Die kleinen Gasturbinen können in Blockheizkraftwerken zur dezentralen Energieversorgung zum Einsatz kommen. – Foto © DLR (CC-BY 3.0).jpg

Im virtuellen Raum lassen sich Komponenten schneller und einfacher entwerfen, qualifizieren und weiterentwickeln. Für Mikrogasturbinen entwickeln DLR-Forscher zum Beispiel mittels Verbrennungssimulationen spezielle Brennkammersysteme. Die kleinen Gasturbinen können in Blockheizkraftwerken zur dezentralen Energieversorgung zum Einsatz kommen und zeichnen sich durch einen hohen Gesamtwirkungsgrad und geringe Schadstoffemissionen aus.

Innovationsidee für erfolgreiches Technologiemarketing

Das DLR-Technologiemarketing fördert den Technologietransfer von der Spitzenforschung in die Anwendung und stellt innovative Ideen sowie aktuelle Ausgründungs- und Transferprojekte aus dem Bereich der Energieforschung vor.

Solarthermische Kraftwerke nutzen konzentrierte Sonnenenergie, um mittels Wärme Strom zu erzeugen. Die dafür notwendigen Anlagen erstrecken sich oft über eine sehr große Fläche in zumeist unwirtlichen Wüstengegenden, was die Überwachung und Instandhaltung schwierig macht. Mit der ferngesteuerten Drohne “QFly” leisten DLR-Forscher Abhilfe: Das Monitoring-System überfliegt nach einer vorgegebenen Route das Solarfeld, erstellt Aufnahmen, misst Verschmutzung und erfasst Lecks sowie mechanische Schäden. Herzstück ist die automatisierte Analyse-Software. Sie liefert Betreibern und Dienstleistern wichtige Informationen, um Wirkungsgrad und Lebensdauer der Anlage zu optimieren.

Kalksteinspeicher bieten die Möglichkeit, Energie aus erneuerbaren Quellen kostengünstig, verlustarm und über lange Zeiträume zu speichern. Wissenschaftler des DLR arbeiten aktuell daran, dieses Speicherkonzept auch für kleinere Leistungsklassen zu erschließen. Ziel ist ein saisonaler Energiespeicher, der Ein- und Mehrfamilienhäuser mit emissionsfreier erzeugter Wärmer zu versorgen.

Zusätzlich zum DLR-Stand “Digitalisierung: Forschung für die Energiewende” (Halle 27, Stand H70) finden Besucher weitere Exponate der DLR-Energieforschung am Gemeinschaftsstand Hydrogen + Fuel Cells Europe (Halle 27, Stand D62).

->Quelle:  DLR.de/dlr/das DLR auf der Hannover Messe 2019: Digitalisierung – Erfolgsfaktor der Energiewende