Komplexe Fragen, wie sie rund um unser Energiesystem gestellt werden, benötigen eine innovative Herangehensweise, um Lösungen zu finden. Lösungen, die zukunftstauglich sind, und zwar für alle Beteiligten. ENavi ist ein Kopernikus-Projekt, das die Forschungsarbeit aus insgesamt vier Teilgebieten zusammenführt und deren Wissensbestände miteinander verknüpft. Ziel: Den Weg zu einem nachhaltigen Energiesystem aufzeigen.

Wissenschaftliche Analysen allein genügen nicht, man müsse ebenso politische und gesellschaftliche Anforderungen berücksichtigen, um die Integration des Energiesystems weiter zu entwickeln. „Bereitschaft zur Energiewende kann man nicht verordnen, darüber muss man nachdenken, die Akzeptanz muss man erforschen“, so Bundesforschungsministerin Johanna Wanka am 13. Oktober 2016 in Jülich.

Die Kopernikus-Projekte

„Und sie dreht sich doch!“ Kopernikus, Mathematiker und Astronom des 16. Jahrhunderts, hatte den Mut zu einem Wandel des Denkens. Alte Paradigmen ablösen und durch Innovationen die Wissenschaft und Gesellschaft voran bringen – dafür steht sein Vermächtnis und aus diesem Grund wurde er auch zur Leitfigur der Kopernikus-Projekte. In Zusammenarbeit mit dem Bundesministerium für Wirtschaft und der Forschung für Nachhaltige Entwicklung (FONA) entstand diese Initiative mit dem Vorsatz Durchbrüche im Hinblick auf Verständnis, Auslegung und Weiterentwicklung unseres Energiesystems zu finden.

Damit dies gelingt müssen energiepolitische Entscheidungen umfangreich bewertet und ihre Folgen entsprechend abgeschätzt werden. Ein Mammut-Vorhaben? Definitiv. Beworben hatten sich bereits 2016 rund 1000 Institutionen, viele davon Partner aus der Industrie. Doch was genau steckt den nun eigentlich dahinter…

1) ENavi (Systemintegration)

Die grundlegende Frage lautet „Wie müssen Strom, Gas und Wärme zusammenspielen, damit Haushalte und Industrie immer versorgt sind?“ Allein dadurch wird der Begriff „Stromnetz“ fast unüberschaubar ausgeweitet. Gegenseitig abhängig vernetzt sind hier nämlich ganz unterschiedliche Faktoren. Politische, technologische, organisatorische und soziale Strukturen spielen eine Rolle sowie das Verhalten und die Entscheidungen von Unternehmen, Konsumenten und Bürgern. Wechselwirkungen und Schnittstellen sind hierbei auch noch dynamisch zu betrachten. Damit man dabei den Durchblick behält, wurden jüngst die Module Roadsmap und Navigation vorgestellt.

• Navigation: Ähnlich einem Werkzeugkasten sollen die Erkenntnisse der anderen Forschungsgebiete integriert werden und in Richtung Energiewende weisen/ navigieren. Die Navigation soll damit auf Grundlage analytischer Wissensbestände als Orientierungs- und Entscheidungshilfe dienen.
• Roadsmap: Hier sollen unter Berücksichtigung der aktuell wissenschaftlichen Befunde unterschiedliche Entwicklungspfade aufgezeigt werden. Bis zur Zielerreichung (dem nachhaltigen Energiesystem) sollen diese Ansätze fortwährend identifiziert und fortgeschrieben werden.

2) Power-to-X (Energiespeicherung)

Gehen wir ein Stück tiefer in die Materie werden die Fragen konkreter: „Wie können wir erneuerbaren Strom speichern?“ Nun haben wir all die tollen Solaranlagen, Windkrafträder und Staudämme, und über all scheint, bläst und fließt nur so die Energie. Mal mehr, mal weniger. Genau hier ist das Problem, denn die Schwankungen sind zwar natürlich – aber eben unerwünscht. Eine stabile Stromversorgung ist das Ziel. Also muss die zwischenzeitlich überschüssige Energie gespeichert werden und bei Bedarf unmittelbar zugänglich sein. Hier setzt das Projekt an und sucht nach Lösungen. Möglichkeiten gibt es viele, nur welche davon ist zugleich effektiv, nachhaltig und perspektivisch optimal?

• Power-to-Gas: bedeutet, die Energie als gasförmige Substanzen zu speichern, beispielsweise in Form von Wasserstoff oder Methan
• Power-to-Liquid: dies wären flüssige Substanzen wie Kraftstoffe z.B. zum Tanken
• Power-to-Chemicals: Basischemikalien als Speichermedium für die Industrie

Erneuerbare Energie sind im Stromsektor längst angekommen, doch dieser macht nur 20% des Energieverbrauchs aus. Die Sektoren Wärme, Verkehr bzw. Mobilität und Industrie müssen dringen stärker eingebunden werden.

3) ENSURE (Neue Netzstrukturen)

Beim Stichwort Schwankungen kommt unweigerlich die Frage auf: „Wie kann man das Stromnetz an unregelmäßige Versorgung anpassen?“ Im Moment erzeugen zentrale Kraftwerke den Strom und stellen ihn den Verbrauchern zur Verfügung, auch bei schwankendem Bedarf, z.B. Sommer/ Winter. Unsere gesamte Netzstruktur ist darauf ausgelegt, aber schon jetzt an der Belastungsgrenze. Einspeise-Raten, Transportkapazitäten und Wetterbedingungen müssen einkalkuliert werden, um Überlastungen oder gar Ausfälle zu vermeiden. Die Forschungsansätze sind vielschichtig:

• Speicherausbau und Verknüpfung der Energienetze (Strom, Wärme, Gas)
• „Smart Grid / Demand Side Management“, sprich den Energieverbrauch dem Angebot anpassen
• Bessere Verteilnetze und ein europäisch organisiertes Hochspannungsgleichstromnetz
• Innovative Betriebsmittel und Technologien
• Inselnetze und autarke Regionen

4) SynErgie (Industrieprozesse)

Die vierte Frage lautet: „Welche Technologien sind wichtig, um Industrieprozesse an eine neue Energieversorgung anzupassen?“. Dabei werden wieder Schnittstellen zum Versorgungsnetz und zum Speichern der Energien geknüpft. Aber auch der Verbrauch muss technologische Fortschritte erleben, insbesondere industrielle Schlüsselprozesse. Wenn zukünftige Industrieanlagen an die fluktuierende Stromerzeugung angepasst werden sollen, müssen sie nach neuen Grundsätzen konzipiert werden. Die Forschung drängt in Richtung:

• Entwicklung neuer bzw. Anpassung bestehender Verfahren. Ziel: erneuerbare Energie mit höherer Effizienz einsetzen
• Informations- und Kommunikationstechnologien zur intelligenten Steuerung von Prozessen in Abhängigkeit vom Stromangebot

Wenn diese vier Projekte tatsächlich eine einheitliche Lösung finden, oder doch wenigstens praktikable Ansätze, könnte das unser Energiesystem von Grund auf revolutionieren. Es wäre zumindest mehr als notwendig.

Bilder: © TransnetBW