Energieforschung im DLR

Parabolrinnenanlage auf der Plataforma Solar de Almería des spanischen Forschungszentrum CIEMAT
Parabolrinnenanlage auf der Plataforma Solar de Almería des spanischen Forschungszentrum CIEMAT
Bild 1/3, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Parabolrinnenanlage auf der Plataforma Solar de Almería des spanischen Forschungszentrum CIEMAT

Auf der Plataforma Solar de Almería (PSA) in der südostspanischen Provinz Almeria, forschen die Wissenschaftler des Instituts für Solarforschung unter klimatisch optimalen Bedingungen. Auf diesem über 100 Hektar großen Gelände wird seit 1980 die geballte Kraft der andalusischen Sonne genutzt, um verschiedene Hochtemperatur-Solartechnologien unter praxisnahen Bedingungen zu testen und zu optimieren.

Bei Parabolrinnenkraftwerken erzeugt Sonnenstrahlung Wärmeenergie im Receiver-Rohr
Parabolrinnen im Einsatz
Bild 2/3, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Parabolrinnen im Einsatz

Bei Parabolrinnenkraftwerken wird die Sonnenstrahlung auf ein Receiver-Rohr im Fokus des Spiegels konzentriert. Die Wärmeenergie im Rohr wird weitergeleitet, mit ihrer Hilfe wird Wasserdampf erzeugt, der, wie in einem konventionellen Kraftwerk, eine Turbine antreibt.

Parabolrinnen-Kollektor auf der PSA in Spanien
Bild 3/3, Quelle: DLR/Ernsting.

Parabolrinnen-Kollektor auf der PSA in Spanien

Das Simulationsprogramm FreeGreenius berechnet die Wirtschaftlichkeit und die optimale Auslegung eines Kraftwerks. Das Bild zeigt Parabolrinnen-Kollektoren auf der Plataforma Solar de Almería (PSA) im Süden Spaniens.

Das Energiesystem der Zukunft muss nachhaltig sein. Es darf möglichst keine klimawirksamen Emissionen und keine Risiken großer Störfälle oder gefährlicher Umweltauswirkungen aufweisen; Energie soll kostengünstig und gesellschaftlich akzeptiert sein und zuverlässig in der Bereitstellung. Dafür sind hocheffiziente Techniken zur Energiegewinnung und -nutzung notwendig.

Effiziente Nutzung von Solar- und Windenergie

Die DLR-Energieforschung ist auf diese Ziele ausgerichtet. Um erneuerbare Energien kostengünstig zu erschließen, erforschen und entwickeln wir Materialien, Prozesse und Technologien für eine effiziente Nutzung von Solar- und Windenergie. Im Fokus der DLR-Solarenergieforschung steht die Entwicklung und Optimierung solarthermischer Kraftwerke, die konzentrierte Solarstrahlung in Strom und Wärme umwandeln. Dazu gehören die Entwicklung von bereits bestehenden und neuen Technologien sowie die Qualifizierung und Standardisierung von Solarkraftwerken und ihren Einzelkomponenten. Außerdem erforschen wir solarchemische Verfahren zur Gewinnung chemischer Energieträger, also solaren Brennstoffen. In der Windenergieforschung widmen wir uns insbesondere dem Smarten Rotor; im Vordergrund stehen Fragen zu Aerodynamik, Aeroakustik, Aeroelastik, zur Struktur und Produktion wie auch zur intelligenten Regelung und Steuerung. Dabei wird auch die Charakterisierung von Windfeldern erforscht.

Ein nachhaltiges Energiesystem, in dem Sonne und Wind die Energie wetterabhängig bereitstellen, ist auf effiziente und kostengünstige Energiespeicher angewiesen. Hierfür entwickeln und untersuchen Forscher des DLR neue Wärme- und Stromspeicher sowie chemische Speicher, die Energie in Form von Treibstoffen oder Brennstoffen speichern können. Wärmespeicher im Hochtemperaturbereich können in Kraftwerken oder Industrieprozessen große Einsparungen ermöglichen und ergänzen solarthermische Kraftwerke perfekt, um diese rund um die Uhr zu betreiben. Elektrochemische Stromspeicher ("Batterien") sind Schlüsselkomponenten sowohl für den Einsatz im stationären Stromsystem als auch für die Elektromobilität. Chemische Speicher (Brennstoffe wie zum Beispiel Wasserstoff) sind ideal für längere Speicherdauern und für mobile Einsatzzwecke.

Strom aus chemischen Speichern

In Ergänzung zu Energiespeichern bieten hocheffiziente Energiewandler eine wichtige weitere Flexibilisierungsoption für das Energiesystem. Strom aus chemischen Speichern sollte nur in hocheffizienten Wandlern erzeugt werden. Dafür bearbeiten wir einerseits effiziente und flexible Gasturbinen - von Kilowatt bis Megawatt -, andererseits Brennstoffzellen und Elektrolyseure. Konkrete Ziele der Verbrennungsforschung in Gasturbinen betreffen Brennstoff- und Lastflexibilität, Emissionen und Effizienz, wobei der Einsatz alternativer Brennstoffe und Mikrogasturbinen-Kraftwerkskonzepte im Fokus stehen.
Bei Brennstoffzellenund Elektrolyseuren stehen die Themen Materialien, Lebensdauer, Systemkompatibilität und Kosten im Vordergrund.

Für ein möglichst reibungsloses und effizientes Zusammenspiel in einem zukünftigen Energiesystem mit hoher Flexibilität und Systemstabilität entwickeln und optimieren wir auch technische Komponenten und deren Integration in der Energiesystemtechnik. Dies umfasst Techniken für die Sektorenkopplung (Strom - Wärme - Verkehr) und systemrelevante Einzeltechnologien, die in den dezentralen vernetzten Strukturen von Gebäuden und Städten zum Einsatz kommen. Zur Synchronisation von fluktuierender Stromerzeugung und Verbrauch werden Flexibilisierungsmaßnahmen erforscht. Die Arbeiten auf der Nieder- und Mittelspannungsebene von Stromnetzen, aber auch neue Ansätze im Bereich der Netztechnologien und intelligente Energiemanagementlösungen sowie die Integration und Bewertung von Systemdienstleistungen ergänzen das Portfolio.

Für alle Energietechniken erforschen wir den Einsatz von neuartigen Materialien wie zum Beispiel funktionale und keramische Verbundwerkstoffe für Hochtemperaturanwendungen, Aerogele als Elektrodenmaterial in Batterien und Brennstoffzellen und thermoelektrische Materialien, die es erlauben Wärme in elektrische Energie umzuwandeln.

Optmierung von Steuerungssystemen

Das DLR betreibt auch vielfältige Forschung in der Energiesystemanalyse. Dies ist zum Verständnis und zur Ausgestaltung des zukünftigen Gesamtenergiesystems notwendig. Dabei hilft die Energiemeteorologie, die Potentiale von erneuerbaren Energiequellen zu ermitteln und auf Grundlage dieser Informationen Prognosewerkzeuge für eine verbesserte Steuerung von Stromversorgungsystemen zu entwickeln. Mittels Technikbewertungen werden die Potentiale (zukünftiger) Energietechnologien für das Energiesystem ermittelt, während auf Grundlage von Szenarioanalysen Konzepte einer nachhaltigen Energieversorgung und deren Implikationen für das Energiesystem analysiert werden. Ebenso wenden wir die Netz- und Systemmodellierung und die agenten-basierte Simulation zur Optimierung des Energiesystems an. Steuerungsinstrumente, Geschäftsmodelle, Fördermechanismen und Markteinführungsstrategien können auf Grundlage unserer Methoden und Kompetenzen entwickelt und geprüft werden. Unser Ziel ist es, das zukünftige nachhaltige Energiesystem nach vieldimensionalen Kriterien bestmöglich auszulegen und Entwicklungspfade sowie Steuerungsmechanismen aufzuzeigen.

Kontakt
  • Dipl.-Ing. Bernhard Milow
    Programmdirektor Energie
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Telefon: +49 2203 601-3655
    Linder Höhe
    51147 Köln
    Kontaktieren
  • Jaqueline Costantini
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

    Programmdirektion Energie
    Telefon: +49 2203 601-3619
    Linder Höhe
    51147 Köln
    Kontaktieren
Hinweis zur Verwendung von Cookies

OK

Hauptmenü