2024

Wie genau sind Windmessungen von Dual-Doppler-Scanning-Lidar-Systemen? Und welches Potenzial haben sie für die Offshore-Windenergie? Diesen Fragen geht das Fraunhofer IWES gemeinsam mit Oldbaum Services Ltd und TotalEnergies in zwei parallel laufenden Messkampagnen in Großbritannien und Japan nach. Bei der Dual-Doppler-Scanning-Lidar-Technologie werden zwei Messgeräte an verschiedenen Standorten an Land synchron betrieben. Sie sind so ausgerichtet, dass sich die Laserstrahlen an einem Punkt in bis zu 10 Kilometern Entfernung vor der Küste – auf Höhe der Rotornabe einer typischen Windenergieanlage – kreuzen, um so potenziell hochpräzise Informationen über die Windverhältnisse zu liefern. Dazu wurden zwei Messkampagnen gestartet, die diese Daten mit Messungen an Offshore-Messmasten vergleichen, um die Leistung der Technologie zu bewerten. Neben der präzisen Messung der Windgeschwindigkeit könnte der Vergleich auch das Potenzial im Bereich der Turbulenzmessung zeigen.

Im Projekt »HYPAT – H2 POTENZIALATLAS« haben neun Forschungseinrichtungen unter Leitung des Fraunhofer ISI die künftige Rolle von grünem Wasserstoff bei der Transformation der Industrie, des Verkehrssektors und der Energiewirtschaft hin zu mehr Nachhaltigkeit und Klimaneutralität untersucht. Im Projekt wurden mögliche Partnerländer Deutschlands für eine sichere und nachhaltige Versorgung identifiziert, globale Angebots- und Nachfragepotenziale für Wasserstoff und seine Syntheseprodukte ermittelt sowie Impulse für mögliche Import-, Förder- und Kooperationsstrategien gegeben. Der Endbericht wurde jetzt veröffentlicht.

Unabhängig vom Klimaziel der Bundesregierung, im Jahr 2045 klimaneutral zu sein, streben über die Hälfte der für den EEI befragten Unternehmen an, dies bereits im Jahr 2035 zu erreichen. Etwas über 3 % gaben dagegen an, die tatsächliche Klimaneutralität ohne Kompensationsmaßnahmen bis 2045 gar nicht zu schaffen. Der Energieeffizienz-Index der deutschen Industrie ist insgesamt leicht gestiegen, wobei die Teilindizes Bedeutung und Energieproduktivität höher, die geplanten Investitionen jedoch niedriger sind als im letzten Halbjahr.

Bei der Laserträgheitsfusion werden hochpräzise und hochenergetische Laserstrahlen zur Kompression und Erhitzung von Brennstoffkapseln verwendet. In den Kapseln steigen Temperatur und Druck dabei so stark an, dass Atomkerne fusionieren, was eine große Menge an Energie freisetzt. »Wenn die gewonnene Energiemenge größer ist als die aufgewandte, kann Laserträgheitsfusion eine wertvolle Quelle für eine saubere Energieversorgung der Zukunft sein. Damit dies gelingen kann, müssen aber unter anderem die eingesetzten Lasertechnologien für die extremen Herausforderungen weiterentwickelt werden«, sagt Dr.-Ing. Christian Rieck von der Glatt Ingenieurtechnik GmbH in Weimar. Er koordiniert das bis 2027 angesetzte Verbundprojekt, das im Förderprogramm »Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk« vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit sechs Millionen Euro gefördert wird.

Durch den Zubau von Erneuerbaren Energien wie Wind- und Photovoltaik-Anlagen wird die Stromerzeugung zunehmend wetterabhängig. Gleichzeitig steigt die Anzahl flexibler Verbraucher wie z.B. Wärmepumpen, Wallboxen und Speicher. Um dieses Potenzial für den Netzbetrieb und die Energievermarktung nutzen zu können, bedarf es verlässlicher Prognosen. Herkömmliche Vorhersage-Modelle kommen hier jedoch an ihre Grenzen, da sie zu statisch sind. Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE entwickelt daher nun mit der Universität Kassel und dem Windenergieanlagenhersteller ENERCON neuartige, selbstlernende Prognosemethoden. Die adaptiven Verfahren berücksichtigen kontinuierlich und automatisiert Veränderungen im Energiesystem, etwa den Photovoltaik-Zubau. Die Projektpartner werden die Methoden in Feldtests erproben.

Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekt „CoolDown“ steht die Sammlung und Validierung von geeigneten Maßnahmen für die zügige und praxistaugliche Transformation von Wärmenetzen mit dem Fokus auf der Sekundärseite und (Bestands)-Gebäuden. Hierzu werden detailliert die technischen, regulatorischen und ökonomischen Anforderungen identifiziert und bewertet. Das Projekt startete im Oktober 2024 und läuft bis September 2028. Jetzt hat das erste Arbeitstreffen des Verbundes am Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE in Kassel stattgefunden.

Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE hat einen Unterwasser-Energiespeicher entwickelt, der das Prinzip der Pumpspeicher-Kraftwerke auf den Meeresgrund überträgt. Nach erfolgreichem Feldtest mit einem kleineren Modell im Bodensee bereiten die Forschenden nun mit Partnern einen Testlauf vor der kalifornischen Küste vor: Sie werden dort im Projekt „StEnSea“ in 500 bis 600 Metern Tiefe eine hohle, 400 Tonnen schwere Betonkugel mit neun Metern Durchmesser verankern. Durch Leerpumpen wird der Speicher geladen. Strömt Wasser hinein, wird Strom erzeugt – er wird entladen. Die Leistung dieses Prototypen beträgt 0,5 Megawatt, die Kapazität 0,4 Megawattstunden.

Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE in Kassel hat eine neue Leitung: Ab dem 1. November 2024 wird Prof. Dr. Martin Braun die Führung des Forschungsinstituts übernehmen. Er ist zugleich Professor für Nachhaltige elektrische Energiesysteme an der Universität Kassel.

Das „Barometer der Energiewende für Nordhessen“ untersucht den aktuellen Stand des Ausbaus Erneuerbarer Energien in der Region. Es beleuchtet die Entwicklung seit dem Jahr 2000 und prognostiziert den notwendigen regionalen Zubau bis 2045. Neben der Stromerzeugung wird auch der Stromverbrauch auf Kreisebene analysiert. Eine begleitende Web-App, erreichbar unter www.energiewende-nordhessen.de, ermöglicht es den Nutzerinnen und Nutzern, die Ergebnisse individuell für einzelne Landkreise zu betrachten und zu vergleichen.

Wechselrichter spielen eine Schlüsselrolle für moderne Energiesysteme. Trotz des hohen Qualitätsniveaus, das für diese komplexen Bauteile in den vergangenen Jahren erreicht wurde, kann es auch hier zu Geräteausfällen kommen. Ursachen für Defekte sowie Abläufe von Versagensprozessen sind dabei noch nicht ausreichend gut verstanden. Im Projekt »Reliability Design« hat das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS die Entwicklung präziserer Methoden für Lebensdauervorhersagen unterstützt. Das kann auch die Kosten der Stromproduktion senken.

Grüner Wasserstoff, gewonnen mittels Wasserelektrolyse unter Einsatz von erneuerbaren Energien, gilt als Schlüsselelement für eine erfolgreiche Energiewende. Die Potenziale des bei der Elektrolyse ebenfalls entstehenden Sauerstoffs, insbesondere für die Wirtschaftlichkeit von dezentralen Energiesystemen, nimmt Dr. Franziska Hönig in ihrer Doktorarbeit in den Blick. Ihre Promotion beruht auf Ergebnissen des Projekts »LocalHy«, das am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP durchgeführt wurde, und ist unter Betreuung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des ITEL – Deutsches Lithiuminstitut GmbH entstanden. Die Dissertation wurde heute mit dem Innovationspreis des Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellenverbands (DWV) ausgezeichnet.

Das Anfang des Jahres in Kraft getretene Gesetz für die Wärmeplanung und zur Dekarbonisierung der Wärmenetze verpflichtet Wärmeversorger, ihre Wärmenetze bis 2045 zu dekarbonisieren. Versorger wie die Stadtwerke Bielefeld GmbH müssen dafür geeignete Transformationspläne für ihre Versorgungsgebiete erstellen. Gemeinsam mit Energieexperten des Fraunhofer IOSB-AST wurde nun die These untersucht, dass eine CO2-neutrale Fernwärmeversorgung nur dann wirtschaftlich umgesetzt werden kann, wenn Wärme- und Stromerzeugung sektorenübergreifend betrachtet werden.

Der Ausbau der erneuerbaren Energien und die zunehmende Zahl von Wallboxen und Wärmepumpen haben zur Folge, dass die Verteilnetze mehr und mehr Strom transportieren müssen. Neben dem Netzausbau gilt es daher vielerorts, das vorhandene Verteilnetz höher auszulasten. Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE entwickelt deshalb jetzt zusammen mit Partnern im Forschungsprojekt kurSyV neue Ansätze für die kurative Systemführung im 110-kV-Netz. Damit soll es möglich werden, die bestehende Netzinfrastruktur besser auszunutzen, um dort mehr Erneuerbare-Anlagen, Wallboxen und Wärmepumpen anschließen zu können, ohne die Systemsicherheit zu gefährden.

Die niederländische Behörde RVO beauftragt das Fraunhofer IWES gemeinsam mit Tetra Tech RPS Energy Limited und Geowynd Limited für die Weiterentwicklung der 565 km² großen Offshore-Windparkzone Doordewind (DDWWFZ). In den nächsten zwei Jahren planen die Partner anstehende geotechnische Standortuntersuchungen in der DDWWFZ, entwickeln ein integriertes Baugrundmodell (IGM) für die zu untersuchende Fläche und erstellen einen umfassenden geotechnischen Interpretationsbericht (GIR). Ziel ist es, die marinen Erkundungsdaten aufzubereiten, weiterzuentwickeln und auszuwerten. Das ermöglicht potenziellen Investoren die Beurteilung der Kabel-, Layout- und Fundamentbedingungen innerhalb der DDWWFZ und unterstützt sie bei der Vorbereitung und Einreichung von Angeboten für das Windparkgebiet.

Im Rahmen einer Delegationsreise der AHK Uruguay und der GIZ treffen sich politische Vertreter der Botschaften sowie der beteiligten Ministerien, Forschende und Vertreter der grünen Wasserstoffindustrie aus Chile, Argentinien und Uruguay am Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, um die Entwicklung des PtX-Marktes in Deutschland und Uruguay, mit Schwerpunkt auf E-Methanol, zu diskutieren. Ziel des Workshops ist es, einen Austausch zwischen den politischen Entscheidungsträgern, Projektentwicklern und Forschungseinrichtungen über Uruguays Potenzial als Vorreiter im Bereich grüner Wasserstoff und seiner Derivate sowie Deutschlands Rolle als potenzieller Importeur dieser Produkte zu erörtern.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) hat die beauftragte Studie „Analyse der Ansteuerbarkeit von elektrischen Erzeugern und Verbrauchern“ des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE veröffentlicht. Ziel der Studie war es aufzuzeigen, welche Mengen vor allem an kleinen dezentralen Erzeugern, Speichern und Lasten zukünftig neben großen erneuerbaren Erzeugungsanlagen in die Marktprozesse und den Netzbetrieb integriert werden müssen.

Das Recycling von Komponenten von End of Life-Solarmodulen ist ein wichtiger Ansatz zur nachhaltigen Nutzung von Ressourcen. Dadurch können bestimmte Bestandteile von Solarmodulen wiederverwendet oder in neue Produkte umgewandelt werden. Hier setzt das kürzlich gestartete Verbundprojekt »RETRIEVE« an: Beim Recycling von Solarmodul-Komponenten soll die Materialqualität so verbessert werden, dass sie den aktuellen Anforderungen an die Wiedereingliederung in die Photovoltaik-Wertschöpfungskette entspricht. Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP bringt in das bis März 2027 laufende Projekt seine Kenntnisse im Bereich Materialanalytik sowie Prozessoptimierung ein.

Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekt „CombiPower“ steht die Entwicklung einer kombinierten Einheit für den Antrieb und die Netzanbindung von Elektrofahrzeugen im Fokus. Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE entwickelt mit Projektpartnern eine innovative, multifunktionale Lade- und Antriebseinheit für Elektrofahrzeuge. Das Projekt startete Ende 2023 und läuft bis September 2026.

In einer neuen Studie haben Forschende des Fraunhofer ISI und der RWTH Aachen untersucht, wie die Energieverwendung und Produktion im Industriesektor flexibler werden kann – gerade angesichts eines künftig stark auf erneuerbare Stromerzeugung ausgerichteten Energiesystems. Im Fokus standen dabei besonders die technischen, wirtschaftlichen und regulatorischen Möglichkeiten und Hürden. Die Ergebnisse sowie die Empfehlungen der Studie, die im Auftrag des Kompetenzzentrums Klimaschutz in energieintensiven Industrien (KEI) angefertigt wurde, sind im Kontext der aktuellen Reform der Netzentgelte und häufiger negativer Strompreise sowie der langfristigen Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie von besonderer Relevanz.

Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz in der Photovoltaikbranche werden die Zukunft der erneuerbaren Energien maßgeblich beeinflussen. Aktuell werden bei Solarmodulen noch Rohstoffe und Materialien eingesetzt, die dem Wertstoffkreislauf gar nicht oder nur teilweise wieder zugeführt werden können und Schwächen bei der Umweltverträglichkeit aufweisen. Hier setzt das kürzlich abgeschlossene Projekt »E2 – E-Quadrat. Erneuerbare Energien aus Erneuerbaren Rohstoffen« an. Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) hat zusammen mit Partnern ein Solarmodul entwickelt, bei dem die Komponenten, die nicht direkt zur Licht-Strom-Umwandlung benötigt werden, aus biologisch abbaubaren Materialien, recyclebaren Materialien oder nachwachsenden Rohstoffen bestehen.