In einem vernetzten Energiesystem, in dem die Sektoren Strom, Wärme und Verkehr gekoppelt sind, müssen verschiedene Energiewandler eingesetzt werden. Mit Gasturbinen kann aus gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen hocheffizient Strom gewonnen werden. Heute kommt in Gasturbinenkraftwerken fast durchweg Erdgas zum Einsatz, zukünftig werden sie mit Brennstoffen aus erneuerbaren Quellen zunehmend klimaneutral betrieben. Aufgrund ihrer Leistungs- und Brennstoffflexibilität können Gasturbinen eine ausgleichende und ergänzende Rolle in einem Energiesystem übernehmen, das zunehmend auf fluktuierenden erneuerbaren Quellen basiert. Durch Brennstoffzellen kann Wasserstoff bedarfsgerecht und mit hohem Wirkungsgrad zur Strom- und Wärmegewinnung eingesetzt werden. Zur Gewinnung von Wasserstoff werden sowohl die Elektrolyse weiterentwickelt als auch verschiedene solare Hochtemperaturverfahren untersucht.
Die hohen Anteile fluktuierender Energiequellen in einem zukünftigen, stark auf erneuerbaren Energien basierenden Energiesystem erfordern den umfassenden Einsatz effizienter Techniken zur Speicherung von Energie. Wir erforschen und entwickeln sowohl elektrochemische Speicher für Strom ("Batterien") als auch thermische und thermochemische Speicher für Wärme.
In umweltfreundlichen und klimaverträglichen Energiesystemen spielt die Umwandlung von Sonnenstrahlung in Nutzenergie eine große Rolle. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Weiterentwicklung von Komponenten und Systemen für solarthermische Kraftwerke. Dabei werden die Arbeiten an Bauteilen für Parabolrinnen- und Turmkraftwerke mit DLR-eigenen Testanlagen, neuen Vermessungstechnologien und Simulationswerkzeugen durchgeführt, wobei eng mit Partnern aus Forschung und Industrie kooperiert wird. Ziel ist dabei insbesondere die Kostenreduktion dieser Technologien. Das Forschungsthema umfasst auch die Erschließung neuer Anwendungsfelder für solarthermische Technologien, zum Beispiel für industrielle Prozesse. Eine wachsende Bedeutung kommt der solarchemischen Verfahrenstechnik zu, insbesondere der Erzeugung von Brennstoffen mittels Solarstrahlung.
Entscheidungen in der Energiewirtschaft und Energiepolitik haben stets weitreichende und lang wirkende Folgen. Durch vorausschauende Analyse können Chancen neuer Technologien frühzeitig erkannt und mögliche negative Auswirkungen unseres heutigen Handelns auf Umwelt und Gesellschaft minimiert werden. Weiterhin können Technologien auf ihren Beitrag in einem zukünftigen flexiblen Energiesystem untersucht und in diesem Zusammenspiel gezielt bei der Technologieentwicklung optimiert werden. Andere Arbeiten wie die Kurzfristprognose zu Wind und Solarstrahlung unterstützen den gesteuerten Betrieb des Energiesystems. Voraussetzung für ein aktiv gesteuertes System ist systemanalytisches Wissen. Um dieses Wissen zu generieren, entwickeln und nutzen wir Methoden und Werkzeuge der Systemanalyse und Technikbewertung, die auf die spezifischen Fragestellungen im Bereich der Energieversorgung zugeschnitten sind.
"Vom Wind zum Drehmoment mit dem Smart Rotor" beschreibt unseren Fokus in der Windenergieforschung. DLR-Forscher setzen dabei ihr Know-how, welches auch aus umfangreichen Forschungsarbeiten für die Luftfahrt kommt, für leistungsstärkere, leisere und leichtere Windkraftwerke ein.
Im Energiesystem spielen dezentrale als auch informations- und kommunikationstechnische Elemente eine deutlich wachsende Rolle. Daher sind die Interaktion verschiedener räumlicher Ebenen, das Zusammenspiel von Einzeltechnologien, die Anpassung von Erzeugung und Nachfrage sowie die zunehmende Digitalisierung zentrale Forschungsthemen. Zum einen bezieht sich das auf elektrotechnische Fragestellungen in Bezug auf das Stromnetz und die Betriebsführung bzw. Wechselwirkung technologischer Komponenten, zum anderen betrifft dies aber auch Fragestellungen zur grundlegenden Architektur eines zukünftigen Energiesystems. Durch die zunehmende Dezentralisierung mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien rücken die Verteilnetze stärker in den Fokus. Aber auch Maßnahmen zur Flexibilisierung der Energienetze werden wichtiger, zum Beispiel die Sektorenkopplung. Dies trifft insbesondere auf städtische Infrastrukturen zu, da durch die Kopplung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität für Wohnungen, Gewerbe und Nahverkehr besonders große Potentiale bestehen, die auf Komponentenebene zum Teil bereits umgesetzt werden.