Energie

Im Fokusbereich Energie bündelt der Fachbereich seine Expertise zu Energieerzeugung und Energieversorgung, um an der Verwirklichung einer umweltschonenden und technologisch intelligenten Umsetzung der Energiewende mitzuwirken.

Aktuelle Forschungsfragen

  • Wie muss das Energienetz der Zukunft aussehen?
  • Wie kann Strom aus regenerativen Energiequellen umwelt- und landschaftsschonend über weite Strecken dahin transportiert werden, wo er gebraucht wird?

Gasisolierte Gleichstrom-Übertragungsleitungen

Deutschland neigt sich nun schon einige Zeit einer Zukunft zu, die ohne klimafeindliche Energiegewinnung möglich sein soll. Das heißt konkret, dass wir sämtliche Kohlekraftwerke vom Netz nehmen müssen, um diesem Ziel auch wirklich näherzukommen. Die Politik zankt sich zwar noch mit Klimaschützer:innen, konnte aber dennoch eine Deadline für die Stilllegung aller Stein- und Braunkohlekraftwerke festlegen – 2038.

Nun hört sich das ziemlich fern in der Zukunft an, jedoch müssen vorher noch eine Reihe an Fragen geklärt werden, um das Programm vollständig auszuführen – etwa die entstehenden neuen Herausforderungen:

Kraftwerke konnten bisher die umliegenden Gebiete unmittelbar versorgen. Das heißt, in der Vergangenheit brauchte man sich keine großen Gedanken darüber machen, auf welche Weise Energie effizient und verlustarm transportiert werden kann. Auf solche Fragen stößt man jedoch, wenn man auf erneuerbare Energien baut. So muss in einem neuen umweltfreundlichen Netz Windstrom aus dem Norden Deutschlands in den Süden transportiert werden.

Viele Anwohner:innen stellen sich jedoch quer, wenn es um den Bau von Hochspannungsleitungen geht. Diese sind vielen ein Dorn im Auge. Neben diesem gesellschaftlichen Problem bestehen auch technische Probleme, da die gängigen Wechselstrom-Erdkabel nicht für den Transport über lange Strecken gemacht sind.

Gasisolierte Gleichstrom-Übertragungsleitungen als die Lösung?

Eine mögliche Lösung für all diese Probleme könnten die neuartigen gasisolierten Gleichstrom-Übertragungsleitungen sein:

Durch gasisolierte Gleichstrom-Übertragungsleitungen können auf einer Trassenbreite von sechs Metern fünf Gigawatt Leistung übertragen werden. Das entspricht etwa einer Leistung von fünf bis sechs großen Offshore-Windparks. Zum Vergleich: Eine Freileitung mit deutlich geringerer Leistung benötigt etwa eine Breite von 60 Metern.

Um hier wirkliche Lösungen zu finden, reicht es nicht aus, die Ideen im Labor zu testen, sondern es sind Untersuchungen unter realen Bedingungen erforderlich. Daher wurde ein ca. 1 ha großes Testfeld in Griesheim errichtet: In einer 670 Quadratmeter großen Versuchshalle befindet sich die Technik zur Spannungs- und Stromerzeugung. Hier haben die Forscher:innen unter anderem neuartige und innovative Prüfgeneratoren aufgebaut und können damit neue Prüftechniken für die Übertragungsleitung entwickeln. So wurden im Außenbereich auch ca. 250 m der neuartigen gasisolierten Gleichstrom-Übertragungsleitung installiert.

Zentrale Fragen für die Wissenschaftler:innen sind, wie man solche Übertragungsleitungen in Betrieb setzt, wie es mit der Zuverlässigkeit während des Betriebes aussieht und allgemein, ob der verringerte Landschaftsverbrauch und die hohe Übertragungsleistung auch wirklich möglich sind.

Auch Auswirkungen auf die Umwelt werden in betracht gezogen

Dabei lässt die Forschung natürlich nicht die Umwelt aus den Augen. Hier werden bestimmte Szenarien mit in die Prognose einbezogen, zum Beispiel eine mögliche Gefahr für die Umwelt, wenn die Rohre sich erhitzen und dabei Pflanzen oder die Landwirtschaft bedrohen. Zudem wird untersucht, ob das Eingraben der Rohre sicher ist oder diese sich durch die thermische Ausdehnung vielleicht sogar aus dem Boden heben könnten. Schließlich steht auch die Frage im Raum, ob wir uns langfristig auf diese Technik stützen sollten.

Alles in allem ist das Projekt eine ziemlich schwierige und komplexe Angelegenheit, insbesondere weil es sich um eine bisher gering erforschte Technologie handelt.

Doch eins ist sicher: Solange wir für einen besseren Schutz unserer Umwelt arbeiten, wird jedes Hindernis zu einer Aufgabe, die wir sehr gerne angehen.

IWBE-ERFRE fördert Forschungsprogramm über sechs Jahre

Das Fachgebiet Hochspannungstechnik am Fachbereich etit koordiniert in diesem Bereich in Zusammenarbeit mit der Firma Siemens, weiteren Hochschulen und anderen Industriepartnern das Forschungsprojekt.

Im Rahmen des Projektes widmen sich die Wissenschaftler:innen der Fragestellung, ob mit der neuartigen Technik erneuerbare Energien unterirdisch über längere Strecken verlustarm und über mehrere Jahrzehnte sicher transportiert werden können.

Damit diese Frage beantwortet werden kann, fördert das IWB-EFRE-Programm Hessen, welches von der Europäischen Union genehmigt wurde, die Forschung mit einer Summe von 1.765.547 Euro über den Zeitraum von 2016 bis Ende Juni 2022.

Wir Menschen lernten über einen langen Zeitraum, die Natur zu beherrschen und damit einen Lebensstil zu erreichen, der insbesondere vom Fortschritt gekennzeichnet ist.

Doch ebenso stellten wir fest, dass jegliche Innovationen auch ihre Kehrseiten haben: Die Technik, die wir durch gebündelte Kräfte auf die Beine gestellt hatten, führte zum Klimawandel.

So stellen wir uns heutzutage der neuen Herausforderung, dazu beizutragen, dass die Welt sich weiterhin entwickelt, dabei aber gleichzeitig das Klima und die Umwelt geschützt werden.

Diese Herausforderung will auch das Forschungsprojekt EnEff:Campus meistern: Hier arbeiten mehr als 300 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus zehn Fachbereichen, wie zum Beispiel aus der Elektro- und Informationstechnik, dem Maschinenbau und der Architektur zusammen.

Energieforschung in der TU Darmstadt

Es ist nichts Neues, dass sich Deutschland schon seit einigen Jahren auf den Weg in Richtung erneuerbarer Energien gemacht hat. Gerade die Nuklearkatastrophe 2011 in Japan hat dazu beigetragen, dass die Gefahren unserer alten Kraftwerke sehr deutlich wurden. Daher entschied man sich, über einen bestimmten Zeitraum jegliche Atom- und Kohlkraftwerke abzuschalten und für andere Energiequellen zu sorgen.

Die Forscherinnen und Forscher widmen sich der Frage, wie erneuerbare Energien effizient und wirtschaftlich lokal zur Verfügung gestellt und verbraucht werden können. Dafür vereint das Projekt die Energieforschung mit der technischen Umsetzung und dem baulichen Betrieb der TU Darmstadt.

In anderen Worten: Die Universität nutzt ihren Campus, um die Forschung nicht nur theoretisch, sondern auch praktisch auszupfeilen. Hier werden unter anderem die Auswirkungen des Einbaus neuer energieeffizienter Technologien auf das elektrische Verteilnetz des Campus untersucht. Außerdem soll eine Software entwickelt werden, die automatisch und live Vorschläge zur optimalen Steuerung des Energiesystems erstellt. Zusätzlich wird eine mathematisch optimierte Energieversorgungstrategie für die Jahre ab 2030 vorgeschlagen.

Fachbereich etit erstellt einen „digitalen Zwilling“

Um ihren Zielen näher zu kommen, erstellt der Fachbereich etit einen “digitalen Zwilling” des Energiesystems der Lichtwiese: Ein digitales Live-Abbild vom Verbrauch und der Produktion von Energie ermöglicht es, den Energieverbrauch der nächsten Stunden und Tage zu prognostizieren.

Da die Forschung auf eine Kopplung der verschiedenen Sektoren von Strom, Wärme und Mobilität setzt, können solche Vorhersagen genutzt werden, um die Steuerung aller Komponenten zu verbessern.

Zum Beispiel könnte das Heizsystem eines Gebäudes so manipuliert werden, dass es als Energiespeicher fungiert. Steht dann etwa ein Überschuss an Windstrom zur Verfügung, könnte das Gebäude so geheizt werden, dass später weniger Energie notwendig wäre.

Auf diese Weise verhindern wir, dass weitere Emissionen in die Atmosphäre steigen und kommen unseren Klimazielen ein Stück näher!

BMWI fördert Projekt für vier Jahre

Ihr Forschungsziel ist es, eine effiziente Energienutzung und die dafür nötige Infrastruktur wissenschaftlich und vor allem interdisziplinär zu entwickeln. Um das zu ermöglichen, hat das BMWI dieses Projekt für einen Zeitraum von vier Jahren gefördert.