Mit Blick auf den Klimaschutz geht es nicht nur um die Frage, wie Energie umweltschonend hergestellt, sondern auch darum, wie sie möglichst effizient genutzt werden kann. Fest steht: Nur wenn die vorhandenen Netze (Strom, Gas, Wärme und Verkehr) miteinander gekoppelt werden, ergeben sich Potenziale zur Energieoptimierung. Wie sich so ein Vorhaben in der Praxis umsetzen lässt und welche Möglichkeiten es bietet, haben Forscher aus NRW nun in einem Projekt untersucht.
In den kommenden Jahren wird sich viel ändern
Klimawandeln und Umweltschutz – beide Themen sind eng verknüpft mit der Art der Energiegewinnung und einer effizienten Energienutzung. Wenn heute über den Kohleausstieg verhandelt, über das Ende des Verbrennungsmotors diskutiert und neue Stromtrassen quer durch Deutschland gesprochen wird, dann ist klar: In den kommenden Jahren wird sich viel ändern (müssen) in Deutschland, um die wichtigsten und dringendsten Themen unserer Zeit anzugehen.
Dass das Thema Energie dabei im Fokus steht, ist nur folgerichtig – schließlich ist es in fast allen für den Klimaschutz relevanten Bereichen wie Verkehr, Heizung, Herstellung und Produktion zentral eingebunden und ein wesentlicher, wenn nicht sogar ausschlaggebender Faktor. Oder anders ausgedrückt: Ohne in den Bereichen der Energiegewinnung und Energieeffizienz zeitgemäße Lösungen zu finden, wird der Klimaschutz auf Dauer nicht gelingen.
Vorhandene Energien effizient koppeln
Klar ist, wie wichtig diese Themen sind – es bleibt die Frage, was zu tun ist. Ein Baustein ist sicher Strom und Kraftstoffe aus erneuerbaren Energien herzustellen und Wind, Wasser, Sonne und Pflanzen zu nutzen. Doch es gibt noch einen weiteren Baustein, der von der Öffentlichkeit bislang weitgehend unbeachtet geblieben ist: die effiziente Kopplung vorhandener Energien. Um genau dieses Gebiet zu erforschen, haben sich das Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI, die Rheinische NETZGesellschaft mbH, das werusys Institut für angewandte Systemanalytik und Industrieinformatik und die Technische Hochschule Köln zusammengetan. Gemeinsam wollen sie Methoden entwickeln, wie sich die üblicherweise getrennt betrachteten Sektoren Gas, Strom, Wärme und Verkehr in einer Simulation physikalisch koppeln und gemeinsam berechnen lassen.
In der Studie wurde eine Software entwickelt
Ziel des Projekts ist, den Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch deutlich kostengünstiger und effizienter zu gestalten. Dafür haben sich die Forscher unter anderem auf beispielhafte Teile von existierenden Netzen in Köln konzentriert. Konkret untersucht haben sie, wie etwa bisher ungenutzte Abwärme mit Wärmepumpen und Wärmespeichern oder der Überschussstrom zur Erzeugung von Methan physikalisch und mathematisch in ein und demselben Berechnungswerkzeug modelliert werden kann. Diese Modellierung bietet den Grundstein einer Simulation, wie dieses Methan wiederum in Gasnetze beziehungsweise Speicher eingespeist, in Kraftwärmekopplungs-Prozessen genutzt oder in Erdgas-betriebenen Fahrzeugen verwendet werden kann.
In ihrer Studie haben die Projektteilnehmer dafür eine Software entwickelt, die für solche Planungen eingesetzt werden und zukünftig alle vier Netze (Strom, Wärme, Gas und Verkehr) einfacher miteinander verbinden soll. Schnell wurde dabei klar: Werden Energieflüsse sektorübergreifend modelliert und geregelt, ist die Energieoptimierung umso flexibler, je mehr Kopplungswege es gibt. Wenn künftig also Wasserstoff aus überschüssigem Windkraftstrom erzeugt und auf diese Weise ein Fahrzeug angetrieben wird, dann ist das auch dem Einsatz der Forscher aus NRW zu verdanken.
2.146.599 Mio Euro Gesamtinvestition
davon:
1.044.804 Euro EFRE Fördermittel
603.105 Euro NRW Landesmittel
Fraunhofer Institut für Wissenschaftliches Rechnen und Algorithmen (SCAI)
TH Köln
Rheinische NETZGesellschaft
werusys Industrieinformatik
Verbesserung der Innovationsfähigkeit von Unternehmen
29.6.2016 - 31.12.2019