Leitprojekte
SmartEnergy Ostdeutschland – Innovationen aus der Top-Region der regenerativen Stromerzeugung

Intelligentes Ortsnetz

Um erneuerbare und dezentrale elektrische Energieerzeuger zu integrieren und die Energiebereitstellung an den Energiebedarf anzupassen, soll die Vision eines intelligenten Netzes („Smart Grid“) realisiert werden. Über ein Gateway, das die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) beinhaltet, wird sowohl die Verbindung der Anlagen im Ortsnetz hergestellt als auch die Kommunikation nach außen mit dem übergeordneten Netz organisiert. Auf diese Weise werden klimatische Informationen den Nutzerprofilen überlagert und entsprechende Maßnahmen im System (vorausschauende Wärme- und Kältespeicherung, Lastprofilmodifikationen: "Demand-Side Management") ausgelöst. Zu diesem Thema hat die Solar Valley GmbH das Kooperationsnetzwerk VESUW initiiert.

Blockspeicher Kraftwerk

Mit den Komponenten Hochdruckelektrolyseur und Wasserstoffspeicher kann über-schüssiger Strom aus Solar- oder Windkraftanlagen für die Erzeugung des Energieträ-gers Wasserstoff genutzt werden. Der Waserstoff kann an Wasserstofftankstellen für Brennstoffzellenautos oder mit einem Gasmotor für Wasserstoffbetrieb an einem Gene-ratorset für die Rückverstromung verwendet werden. Ein Grundmodul im Leistungsbe-reich 50 kW kann durch Kaskadierung bis in den multi-MW Bereich aufskaliert werden. Unter Kostenaspekten werden beim Systemdesign insbesondere Komponenten aus der Massenfertigung berücksichtigt. Die Technik wird für Netzkopplung und Inselnetze im off-Grid-Betrieb geeignet sein.

Bio Methan plus

Mit einer neuen Technik können Biogasanlagen zum Lastausgleich im elektrischen Netz eingesetzt werden. Zentrales Element ist eine Methanisierungseinheit, die das im Biogas enthaltene CO2 mit Hilfe von Wasserstoff in Methan umwandelt, das direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden kann. Der Wasserstoff wird unter Einsatz von Überschussenergie des Stromnetzes durch Elektrolyse erzeugt. Alternativ kann bei Energiebedarf im Stromnetz das Biomethan für den Betrieb eines Stromgenerators eingesetzt werden. Aufgrund des ausgezeichneten Gesamtwirkungsgrades und der erweiterten Systemfunktion von herkömmlichen Biogasanlagen als Stromspeicher wird dieses Konzept insbesondere im ländlichen Raum Bedeutung erlangen. Zur Verfahrensentwicklung soll eine 250 kW Anlage als Demonstrator erstellt werden.

Smart PV

Neue Forschungsansätze für die nächste Generation der PV sollen zu einer weiteren Absenkung der Stromgestehungskosten sorgen. Hierzu zählen neuartige Zelldesigns mit neuen Materialsystemen wie epitaktische Heterosysteme auf Si-Wafern für Multijunctions oder für Quanten Wells, Quanten Dots. Die theoretische Grenze des Wirkungsgrades für die übliche Si-basierte PV (Shockley/Queisser-Limit) soll übertroffen werden. Auf Systemebene werden Methoden entwickelt, um optimale Verhältnisse zwischen Modulenergieerträgen, Erzeugungsprofilen, Lastprofilen, Speichergrößen und Versorgungssicherheit zu bestimmen und somit die Wirtschaftlichkeit der Systeme zu steigern. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Integration von multifunktionalen Solarmodulen in die Gebäudehülle, für der Versorgung von Wohn- oder Kühlcontainern als auch sowohl bei Neubauten oder bei Gebäuden im Bestand (BIPV). In diesem Bereich soll sich der Handlungsrahmen auf die Standardisierung von PV-Bauelementen fokussieren.

Speichersysteme

Speichersysteme werden als Komponente bei der zukünftigen Energie- und Wärmeversorgung eine zentrale Rolle einnehmen. Dabei wird der Markt neben den bekannten Blei- Säure Akkumulatoren und elektrochemischen Speichern auf der Grundlage von seltenen Erden auch anderen Speichertechnologien die Anwendung geben. Sie dienen vor allem als Puffer für die regenerativen Energieerzeuger und der Gewährleistung einer bedarfsgerechten Versorgung. Dabei gilt es, eine Vielzahl von Speichertypen mit den Herstellungstechnologien, den verwendeten Materialien, der Performance und in ihrer Wirtschaftlichkeit zu fördern.

E-Mobilität

E- Mobilität beginnt mit E- Bikes und führt über die PKWs bis zu den Nutzfahrzeugen und Fahrzeuge im öffentlichen Verkehr bei denen die unterschiedlichsten Batteriekonzepte eingesetzt werden. Die Integration der mobilen Speichertechnik in ein virtuelles Kraftwerk, eine Vereinheitlichung der Ladekonzepte, eine Normierung der Kommunikationsplattformen an Ladestellen und Fahrzeugen, sowie ein nutzungs- und wetterabhängiger Handel mit zurückgespeister Energie aus Fahrzeugbatterien sind mögliche und z.T. auch notwendige Strategien, um eine breite Akzeptanz der E-Mobilität zu gewinnen.

Energieverbund 20+

Für den weiteren Ausbau erneuerbarer Energieträger ist es obligatorisch, dass mit dem Rückzug der konventionellen Kraftwerke die zunehmend fehlenden Systemdienstleistungskapazitäten anderweitig bereitgestellt werden müssen. Unter den Gesichtspunkten Systemstabilität und Wirtschaftlichkeit muss eine Optimierung des Gesamtsystems „Energieinfrastruktur“ erfolgen: Die konventionellen Kraftwerke müssen entsprechend flexibilisiert werden (Flexibilisierung der Regelleistung, lokale Energiespeicher), die EE-Kraftwerke müssen mit Zusatzfunktionen ausgestattet werden (Blindleistungsbereitstellung, Energiespeicher zur Wirkleistungsrege-lung). Es werden Strategien entwickelt, um den Abbau konventioneller und Zubau regenerativer Energiequellen in Abhängigkeit lokaler und regionaler Speicherkapazitäten zu optimieren. Außerdem wird die Kopplung der Strom-, Gas- und Wärmenetze ("Sektorenkopplung") eine zunehmend wichtige Rolle spielen, um die Energiewende vollständig zu bewältigen.

Grafik: Systemischer Lösungsansatz
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