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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“ - ein Förderformat des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), um Innovationen bei ihrem Sprung in die Anwendung zu unterstützen. Die in den Reallaboren gesammelten Erfahrungen liefern die Blaupausen für den tiefgreifenden Umbau des Energiesystems.

Und wie sieht ein Reallabor der Energiewende konkret aus?

Zunächst einmal ist es ein klar definierter Testraum. Dieser kann einzelne oder mehrere Stadtquartiere umfassen, ganze Städte oder Regionen einbeziehen und gegebenenfalls mehrere Bundesländer beteiligen.

Ein Reallabor 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 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

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 den 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.

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

Nicht zuletzt geht es auch um tragfähige neue Geschäftsmodelle und den kritischen Blick auf den sogenannten regulatorischen Rahmen. Das heißt, es wird darauf geschaut, wie bestehende gesetzliche Vorgaben für ein rasches Umsetzen optimal ausgestaltet werden können.

Dabei kann sich herausstellen, dass politische Entscheidungsträger hier und da Nachsteuern müssen. So werden neue Technologien im realen gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Umfeld umsetzbar, rentabel und bezahlbar.

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 Reallabore 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.

Smart Quart – erstes Reallabor geht an den Start

 Projektleiter Dr. Philipp Werdelmann spricht über die Ziele des Vorhabens.

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Reallabore der Energiewende zu Wasserstofftechnologien und Sektorkopplung

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

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert einerseits Reallabore der Energiewende zu Wasserstofftechnologien und Sektorkopplung und andererseits zu energieoptimierten Quartieren. Zu Wasserstofftechnologien und Sektorkopplung sind bereits mehrere Reallabore gestartet.

Im August 2020 ist der Startschuss für Westküste 100 gefallen. Dort entsteht in den nächsten fünf Jahren die "Musterregion Heide". Das Forschungsteam will im regionalen Maßstab erproben, wie sich Industrie- und Produktionsprozesse CO2-neutral gestalten lassen. Das wollen die Projektpartner mithilfe eines 30 Megawatt starken Elektrolyseurs erreichen, der durch Strom aus Windenergieanlagen grünen Wasserstoff herstellen soll. Über ein Gasnetzt soll der Wasserstoff anschließend den Weg zu den verschiedenen Verbrausstellen finden. Neben der Forschung zu technischen Aspekten, entwickelt das Konsortium Betriebs- und Geschäftsmodelle sowie Empfehlungen für die Weiterentwicklung des regulatorischen Rahmens.

Pünktlich zum neuen Jahr hat das Reallabor H2-Wyhlen seine Arbeit aufgenommen. Innerhalb von fünf Jahren wollen die beteiligten Fachleute eine bestehende Power-to-Hydrogen-Infrastruktur von einem auf fünf Megawatt ausbauen und im praktischen Betrieb testen. Außerdem wollen die Projektpartner Geschäftsmodelle entwickeln, für das bedarfsgerechte Erzeugen, lokale Verteilen und Nutzen von Wasserstoff den verschiedenen Verbrauchssektoren. Am Ende soll die Power-to-Hydrogen-Infrastruktur so weit fertig gestellt sein, dass sie wirtschaftlich betrieben werden kann.

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.

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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.

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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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Grafische Darstellung der Erde mit Lichtern, Globus
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