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KIT erprobt Sektorenkopplung im Reallabor

Der klimafreundliche Umbau des Energiesystems ist eine der großen technologischen Herausforderungen unserer Zeit: Das schwankende Energieangebot aus dezentralen Wind- oder Solaranlagen muss genauso beherrscht werden, wie plötzliche Verbrauchspitzen, die beispielsweise beim gleichzeitigen Beladen von Millionen von Elektrofahrzeugen zu erwarten sind. Helfen könnte hier das intelligente Verschränken von unterschiedlichen Sektoren wie Elektrizität, Wärme, Mobilität oder stofflichen Energieträgern. So könnte überschüssige Wärme aus Industrieprozessen in Strom für die Elektromobilität gewandelt oder ein Überschuss an Windenergie zur Produktion von Synthetic Natural Gas (SNG) genutzt werden, das dann für einen späteren Verbrauch ins Erdgasnetz eingespeist wird. Nach Aussage von Joachim Knebel, der am KIT Karlsruher Institut für Technologie als Koordinator das neue Forschungsprojekt Sektorenkopplung (SEKO), leitet ist es das Ziel von Sektorenkopplung, Energie je nach Bedarf und Angebot möglichst effizient zwischen den unterschiedlichen Sektoren zu verschieben und dabei Treibhausemissionen und Kosten zu vermeiden. In den letzten Jahren wurden am KIT eine ganze Reihe von Technologien zur Energiespeicherung und Energiekonversion sowie Strategien zur Steuerung solcher Prozesse entwickelt. Im Forschungsprojekt SEKO sollen diese jetzt praxisnah in einem großskaligen Reallabor erprobt werden.

An SEKO beteiligen sich insgesamt sieben Institute des KIT, die innerhalb des Projektes in unterschiedlichen Konstellationen transdisziplinär zusammenarbeiten. Das BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn, fördert die Forschung für vier Jahre mit über 6,5 Mio. Euro. Die Infrastruktur für das SEKO-Reallabor am KIT muss nach Mitteilung der Projektmanagerin Dr. Isabelle Südmeyer nicht gänzlich neu errichtet werden. Mit den beiden Forschungsinfrastrukturen Energy Lab 2.0 und dem Living Lab Energy Campus wird am Campus Nord des KIT im Rahmen der Helmholtz-Gemeinschaft bereits eine geeignete Technologieplattform errichtet, die Sektorenkopplung sowohl physisch als auch mithilfe der Informations- und Kommunikationstechnologie ermöglicht. Bis Ende 2019 soll der Aufbau der wesentlichen Komponenten abgeschlossen sein. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, die Systemintegration unterschiedlichster Technologien zu untersuchen und Methoden für die dynamische Kopplung der einzelnen Sektoren zu entwickeln und zu validieren.

Das Forschungsprojekt SEKO besteht aus vier Teilprojekten. Im Teilprojekt Strom, unter Leitung von Mathias Noe, ITEP Institut für Technische Physik, steht die Kopplung von Wärmepumpen und Elektrofahrzeugen mit Photovoltaikanlagen unter Einbindung von Stromspeichern im Fokus. Das Teilprojekt Gas, unter Leitung von Thomas Kolb, ITC Institut für Technische Chemie, erforscht das Zusammenspiel zwischen Gas- und Wärmenetz – dabei sollen auch ein energieintensiver Industrieprozess sowie die Dynamik von Power to Gas-Prozessen berücksichtigt werden. Im Teilprojekt Wärme/Kälte, unter Leitung von Veit Hagenmeyer, IAI Institut für Automation und angewandte Informatik, werden Methoden zur automatischen Erzeugung von Wärmelastkurven für Gebäude entwickelt sowie die effiziente Umwandlung von Strom in Wärme (Power to Heat) für die häusliche Anwendung experimentell erforscht. In einem übergreifenden Teilprojekt zur Sektorenkopplung schließlich, ebenfalls von V. Hagenmeyer geleitet, wird die übergreifende Vernetzung der unterschiedlichen Anlagen auf der Ebene der Informations- und Kommunikationstechnik zur flexiblen Betriebsführung untersucht. Ein besonderes Augenmerk gilt dabei auch der IT-Sicherheit, um Störungen, Angriffe und Manipulationen zu vermeiden.

Im Forschungsprojekt SEKO erproben die Wissenschaftler das Konzept der Sektorenkopplung sowie das Zusammenspiel unterschiedlicher Energietechnologien im Megawatt-Maßstab. Für Projektkoordinator J. Knebel stärkt das nicht nur den Forschungsstandort Deutschland. Vor dem Hintergrund der Debatte um die Klimaziele hat dies auch einen globalen Signalcharakter. Es wird Handlungsfähigkeit demonstriert. Indem Forschungsergebnisse zeitnah in einem Reallabor zur Anwendung gebracht werden, können diese auch schneller in der Praxis umgesetzt werden.