Competence Center für
Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz (CC4E) Competence Center für Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz (CC4E)

Die Energiewende war in den vergangenen Jahren in der öffentlichen Wahrnehmung nahezu ausschließlich vom Stromsektor geprägt. Doch nicht nur im Stromsektor, auch in den Bereichen Wärme, Kälte und Verkehr müssen fossile Energieträger sukzessiv durch erneuerbare Energien ersetzt werden. Gerade im Wärmebereich werden zunehmend erhebliche Potenziale für die Dekarbonisierung des Energiesystems deutlich. Aktuell wird in Deutschland etwa die Hälfte des Endenergiebedarfs für die Wärmeversorgung genutzt, daher ist die Gewährleistung einer klimafreundlichen, zuverlässigen und bezahlbaren Wärmeversorgung zentral für das Gelingen der Energiewende.

Die Versorgung mit Wärme ist grundlegend anders strukturiert als die Stromversorgung. Im Gegensatz zur elektrischen Energie lässt sich Wärme aufgrund der hohen Verluste nicht sinnvoll über längere Strecken transportieren. Die Wärmeerzeugung muss also deutlich dezentraler und vor allem näher am Verbrauchsort angesiedelt sein als die Stromproduktion. Hierzulande verfügen die meisten Gebäude über eine eigene Wärmeerzeugung. Wenige Ausnahmen bilden Gebäude, die ihre Wärme aus Wärmenetzen beziehen. Derartige Versorgungssysteme gilt es weiter auszubauen und zu optimieren, um die Wärmeversorgung auf erneuerbare Wärmequellen umzustellen, wie beispielsweise Geothermie, Solarthermie, Wärmepumpen, Abwärme aus Industrie und Gewerbe sowie Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) basierend auf nachwachsenden oder synthetischen Rohstoffen. Hier setzen mehrere Forschungsarbeiten am CC4E an.

Forschungsschwerpunkt des CC4E ist die Wärmenetztransformation. Dies beinhaltet vor allem die Entwicklung und Steuerung von intelligenten Wärmenetzen sowie die Erarbeitung von Transformationsstrategien in der Fernwärme hin zu einer vollständig erneuerbaren Versorgung. Die Kernkompetenz liegt in der Modellierung, der verteilten Simulation von thermischen Systemen und in der Entwicklung von Überwachungs-, Steuerungs- und Regelungsalgorithmen.

Vor diesem Hintergrund untersucht das CC4E wie z.B. flexible KWK-Anlagen genutzt werden können. Ziel ist es aktiv auf fluktuierende Stromnachfrage reagieren zu können. Gleichzeitig prüfen Forschende, wie Wärmespeicherpotenziale mit Hilfe von städtischen Infrastrukturen erhöht werden können. In diesem Rahmen wird auch untersucht, wie ein Aquifer-Wärmespeicher in ein intelligentes Wärmenetz eingebunden werden kann. Aquifere sind natürliche, abgeschlossene Gesteinsformationen, die tief unter der Erde Grundwasser führen. In diesem Grundwasser lässt sich thermische Energie langfristig speichern. Damit dienen Aquiferspeicher vorwiegend der Abdeckung saisonaler Bedarfsschwankungen. Ein weiterer relevanter Bereich für die Steuerung der Bedarfs- bzw. Verbraucherseite ist ein intelligentes Demand Side Management. Dies erhöht Einsparpotenziale und kann erheblich zur Effizienzsteigerung des Wärmenetzbetriebs beitragen. In den vielfältigen Forschungsansätzen wird mit komplexen Simulationen gearbeitet, deren Ergebnisse zusätzlich in Feldtests erprobt werden. Neben der technischen Seite wird auch die marktwirtschaftliche Seite betrachtet: So wird erforscht, wie neuartige Handels-, Vermarktungs- und Nachweismechanismen einen Beitrag zur Dekarbonisierung der Fernwärme leisten können.

Auch dieser Kompetenzbereich macht sich die Infrastruktur des Technologiezentrums Energie-Campus zunutze und arbeitet kontinuierlich an der Weiterentwicklung und dem Betrieb des dort etablierten Smart Grid-Labors.