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Reallabore der Energiewende: Ergebnisse praktisch testen

Wenn etwas in großem Stil eingesetzt werden soll, muss man vorher auch in ähnlichem Umfang proben. Das bedeutet, dass neue Technologien schrittweise in größeren Formaten getestet werden müssen – in der angewandten Forschung nennt man das „hochskalieren“. Ziel dabei ist es, dass neue Technologien schließlich praktisch angewandt und in vielen verschiedenen Lebensbereichen eingesetzt werden.

Dieses Hochskalieren ist insbesondere dann eine Herausforderung, wenn es um ein komplexes System geht, in dem auf vielen verschiedenen Ebenen unterschiedliche Akteure zusammenarbeiten. Ein System, in dem neue Technologien im Zusammenspiel funktionieren müssen, in dem auch „der Faktor Mensch“ eine zentrale Rolle spielt und in dem riesige Mengen an Informationen und Daten zuverlässig gesammelt, analysiert und ausgetauscht werden müssen. So ein komplexes System ist das künftige Energieversorgungssystem.

Innovative Energietechnologien im Zusammenspiel erproben

Ein Reallabor ist im Verlauf des Hochskalierens sozusagen der letzte Schritt vor der Umsetzung. Der ultimative Praxistest für das, was rein technisch schon machbar ist: Hier werden innovative Technologien in einem realen Umfeld zusammengebracht und in industriellem Maßstab erprobt.

Es geht also nicht um Einzelprojekte, sondern darum, dass das Gesamtsystem funktioniert. Genau so geschieht es in den „Reallaboren der Energiewende“ – einem Förderformat des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), um Innovationen bei ihrem Sprung in die Anwendung zu unterstützen. Die in den Reallaboren der Energiewende gesammelten Erfahrungen liefern die Blaupausen für den tiefgreifenden Umbau des Energiesystems.

Und wie sieht ein Reallabor der Energiewende konkret aus?

Zunächst einmal ist es eine klar definierte Testumgebung. Diese kann einzelne oder mehrere Stadtquartiere umfassen, ganze Städte oder Regionen einbeziehen und gegebenenfalls mehrere Bundesländer beteiligen.

Ein Reallabor der Energiewende deckt ganze Wertschöpfungsketten ab – von der Erzeugung über die Speicherung bis hin zu Transport und Nutzung von Energie – oder es konzentriert sich auf eigenständige Teilbereiche. Die Reallabore greifen dabei ganz konkret zentrale Herausforderungen der Energiewende auf und decken insgesamt alle Sektoren ab, also die Bereiche Verkehr, Wärme/Kälte und Strom.

Im Rahmen der Reallabore der Energiewende beschäftigen sich Fachleute beispielsweise damit, wie man ganze Stadtquartiere energetisch optimiert, welche Rolle Wasserstoff für die Versorgungssicherheit spielen kann oder wie er sich für industrielle Prozesse nutzen lässt. All das passiert unter der Maßgabe der Energieeffizienz und CO2-Reduktion in einem verlässlichen und bezahlbaren Versorgungssystem.

Neue Chancen für Strukturwandel-Regionen

Braunkohlekraftwerk in Boxberg in der Oberlausitz.
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Braunkohlekraftwerk in Boxberg in der Oberlausitz.

Diese Herausforderungen zu meistern ist eine Gemeinschaftsaufgabe. Daher arbeiten in den Reallaboren der Energiewende auch viele unterschiedliche Beteiligte aus Forschung und Industrie, Verbänden, Kommunen und Ländern zusammen. Generell spielt der Faktor Mensch in diesen Reallaboren eine wichtige Rolle. Denn die Energiewende wird von allen getragen. Dabei geht es nicht nur um technische Expertise, sondern auch um Fragen der Akzeptanz.

Der Umbau des Energieversorgungssystems muss über die kommenden Jahrzehnte engagiert vorangetrieben werden, damit Deutschland die eigenen Klimaziele erreichen kann. Die Reallabore der Energiewende sind ein passendes Werkzeug dafür.

Das BMWi fördert die Reallabore der Energiewende außerhalb und innerhalb von Strukturwandelregionen. Denn neue Konzepte zur Energieversorgung sind insbesondere auch in Strukturwandelregionen entscheidend, damit etwa durch die Kohle- und Stahlindustrie geprägte Räume eine neue wirtschaftliche Perspektive erhalten.

Reallabore der Energiewende zu Wasserstofftechnologien und Sektorkopplung

Reallabor der Energiewende Westküste 100: Luftaufnahme der Raffinerie Heide in Hemmingstedt in Schleswig-Holstein.
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Reallabor der Energiewende Westküste 100: Luftaufnahme der Raffinerie Heide in Hemmingstedt in Schleswig-Holstein.

Im August 2020 fiel der Startschuss für das Reallabor Westküste 100. Im Rahmen dessen entsteht in Schleswig-Holstein die sogenannte Musterregion Heide. Das Forschungsteam will dort Industrie- und Produktionsprozesse CO2-neutral gestalten. Dafür setzt das Team auf einen 30 Megawatt starken Elektrolyseur, der durch Strom aus Windenergie-Anlagen grünen Wasserstoff herstellt. Über ein Gasnetz soll der Wasserstoff den Weg zu verschiedenen Verbrauchsstellen finden. Darüber hinaus entwickelt das Konsortium Betriebs- und Geschäftsmodelle sowie Empfehlungen, wie der regulatorische Rahmen weiterentwickelt werden könnte.

Zu Beginn des Jahres 2021 haben Fachleute im Rahmen des Reallabors H2-Wyhlen in der Nähe von Basel ihre Arbeit aufgenommen. Sie wollen eine bestehende Power-to-Hydrogen-Infrastruktur von einem auf fünf Megawatt ausbauen und im Betrieb testen. Außerdem wollen die Projektpartner Geschäftsmodelle entwickeln für das bedarfsgerechte Erzeugen, lokale Verteilen und Nutzen von Wasserstoff in den verschiedenen Verbrauchssektoren. Am Ende soll die Power-to-Hydrogen-Infrastruktur so weit fertig gestellt sein, dass sie wirtschaftlich betrieben werden kann.

Im April 2021 ging das Norddeutsche Reallabor los. Die Projektpartner aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik wollen in den beteiligten Bundesländern Hamburg, Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern Wasserstofftechnologien voranbringen und für die Sektorkopplung nutzen. Ihre Ideen möchten die Fachleute großflächig, technologieoffen sowie markt- und realitätsnah in einem gesamtsystematischen Ansatz untersuchen. Das Ziel der Akteure: Vorreiter bei der Energiewende werden.

Förderung

Nachdem 2019 ein erster Ideenwettbewerb den Fokus auf die Themen energieoptimierte Quartiere sowie auf Sektorkopplung und Wasserstofftechnologien gelegt hatte, sind die Reallabore der Energiewende seit der Veröffentlichung eines neuen BMWi-Förderkonzepts vom Juli 2021 themenoffen gestaltet. Das heißt, dass sich Forschungsteams zu allen Förderbereichen des BMWi im 7. Energieforschungsprogramm mit ihren Vorschlägen für Reallabore bewerben können.

zum aktuellen Förderkonzept
Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier bei der Pressekonferenz zur Gewinnerbekanntgabe des ersten Ideenwettbewerbs
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Das sind die Gewinner des Ideenwettbewerbs

Am ersten Ideenwettbewerb „Reallabore der Energiewende“ haben sich 90 Konsortien mit über 500 Partnern aus Industrie und Forschung beteiligt. Diese 20 Forschungsverbunde haben die erste Ausschreibungsrunde  gewonnen.

zur Projektübersicht
Das Energiedienst-Gelände in Wyhlen mit Wasserkraftwerk (hinten) und PtG-Anlage (rechteckiges Gebäude in der Mitte)
Energiedienst

Was passiert in einem Reallabor der Energiewende?

Funktioniert das wirklich? Was passiert auf der Systemebene? Rechnet sich das? Wie und vom wem innovative  Technologien der Energieforschung praktisch erprobt werden, lesen Sie im BMWi-Sondernewsletter.

zum Artikel
Rohre zur Ableitung von Fernwärme
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Wärme statt Kohle:
Reallabor Trans.Urban.NRW

Mit TransUrban.NRW ist das zweite Reallabor der Energiewende gestartet. Das Reallabor soll zeigen, wie klassische Fernwärmeversorgungsgebiete in den Kohlerevieren in CO2-arme Versorgungssysteme verwandelt werden können.

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