Energiesystem-Technologien
Im Energiesystem spielen dezentrale sowie informations- und kommunikationstechnische Elemente eine deutlich wachsende Rolle. Daher sind die Interaktion verschiedener räumlicher Ebenen und von Einzeltechnologien, die Anpassung von Erzeugung und Nachfrage sowie die zunehmende Digitalisierung zentrale Forschungsthemen des DLR.
Das gilt sowohl für elektrotechnische Fragestellungen mit Bezug zum Stromnetz und zur Betriebsführung als auch für 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. Durch die Kopplung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität für Wohnen, Gewerbe und Nahverkehr entstehen besonders große Synergiepotenziale, die auf Komponentenebene zum Teil bereits umgesetzt werden.
Die Arbeiten erfolgen im DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme unter Beteiligung des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik, des DLR-Instituts für Solarforschung und des DLR-Instituts für Verbrennungstechnik.
Sektorenkopplung, Gebäude-, Stadt- und Quartierslösungen
Im zukünftigen Energiesystem kommt der Sektorenkopplung als Flexibilisierungsoption und Integration von strombasierten erneuerbaren Energien eine wichtige Rolle zu. Strom-Wärme-Technologien wie Kraft-Wärme-Kopplung oder Wärmepumpen werden als Komponenten in Gebäude- und Quartierskonzepten untersucht und optimiert.
Die Sektorenkopplung bezieht sich auch auf Strom-Kraftstoff-Technologien (Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe) und die Elektromobilität, die eine Dekarbonisierung des Verkehrssektors erlauben. Zudem werden Energieversorgungslösungen und ein intelligentes Management entwickelt. Neben der Nutzung von Sonnenenergie in solarthermischen Kraftwerken werden im Bereich Energiesystemtechnologie neue Konzepte der Energiekonversion zur lokalen Energieversorgung urbaner Räume erstellt.
Netztechnologien
Stromnetze werden auch in dem zukünftigen Energiesystem eine wichtige Rolle spielen. Das DLR untersucht und entwickelt in diesem Forschungsgebiet elektrotechnische Komponenten im Netzsystem – sowohl in Gleichstrom- wie auch in Wechselstromnetzen und deren Verbindung.
Gerade durch die Nutzung erneuerbarer Energien kommt Gleichstromlösungen eine hohe Bedeutung zu. Auch Netzschutz, Betriebsführung und Regelkonzepte stehen im Fokus, da zum Beispiel bisherige Mechanismen der Netzführung und -stabilisierung verstärkt von leistungselektronischen Komponenten übernommen werden.
Flexibilisierung, Systemdienstleistungen und Energiemanagement
Intelligentes Energiemanagement wird immer wichtiger: Dies betrifft sowohl die verschiedenen Netzebenen als auch dezentralisierte Strukturen und die Wechselwirkungen dieser Ebenen mit den Sektoren Strom, Wärme, E-Mobilität auf Gebäude-, Quartiers- und Stadtebene. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie Energiebereitstellung, Lastflüsse und Energiebedarfe optimiert werden können.
Stichworte in diesem Zusammenhang sind Smart Home, Smart City und Smart Grid. Zur Synchronisation von Schwankungen bei Erzeugung und Verbrauch werden Flexibilisierungen mit Hilfe komplexer Netzsimulationen erforscht. Der Umbau des Erzeugungsportfolios für ein zunehmend strombasiertes Energiesystem erfordert zudem den Einsatz neuer Dienstleistungen zur Stabilisierung des Systems.