Warum die Digitalisierung Erfolgsfaktor der Energiewende ist

"Für den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien ist es nicht nur wichtig, neue Anlagen zu entwickeln und zu realisieren, sondern auch deren Einsatz und das Zusammenwirken im Gesamtsystem zu optimieren", beschreibt Prof. Karsten Lemmer, DLR-Vorstand Energie und Verkehr. "Diese Herausforderungen gehen wir in der DLR-Energieforschung anwendungsorientiert und gemeinsam mit der Industrie an."

Das Energiesystem von morgen besteht aus einer Vielzahl unterschiedlicher Teilsysteme: von privaten Fotovoltaik-Anlagen, über große Offshore-Windparks, Kraftwerke und Speicher bis hin zu den Verbrauchern. Es gilt, diese vielen Akteure optimal miteinander zu vernetzen und zu steuern, damit Strom und Wärme zuverlässig und genau dann zur Verfügung stehen, wenn sie benötigt werden.

Diese Aufgabe übernehmen digitale Modelle: Sie führen die einzelnen Bestandteile des Energiesystems virtuell zusammen und ermöglichen komplexe Analysen und Vorhersagen. Dazu muss eine große Datenmenge gesammelt, verarbeitet und ausgewertet werden. Für diese Arbeit mit "Big Data" im Energiebereich entwickelt das DLR entsprechende Technologien.

Wie das digitale Management der Energieversorgung konkret funktioniert, erklärt ein Demonstrationsmodell im Zentrum des DLR-Stands auf der Hannover Messe. Am Beispiel einer Stadt stellt das Modell Energiebedarf, Energieerzeugung und Energieströme optisch dar und verbindet die Sektoren Strom, Wärme und Mobilität. Gleichzeitig gibt das Exponat einen Einblick, welche Lösungswege das DLR erforscht, um unsere Energieversorgung in Zukunft nachhaltiger zu gestalten.

Die digitale Dimension der Energieforschung hat viele Facetten: um Modelle unseres Energiesystems erstellen zu können, benötigen die Experten genaue Kenntnisse über das Verhalten der einzelnen Systembestandteile. 

Um die Batterie der nächsten Generation zu entwickeln, gehen DLR-Wissenschaftler den Vorgängen im Inneren einer Batteriezelle genaustens auf die Spur. In umfangreichen Simulationsarbeiten untersuchen sie das komplexe Zusammenspiel elektrochemischer Prozesse. In Kombination mit experimentellen Arbeiten sorgt dieses Wissen dafür, die Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Sicherheit von Batterien für unterschiedliche Anwendungen zu steigern.

Im virtuellen Raum lassen sich Komponenten schneller und einfacher entwerfen, qualifizieren und weiterentwickeln. Für Mikrogasturbinen entwickeln DLR-Forscher zum Beispiel mittels Verbrennungssimulationen spezielle Brennkammersysteme. Die kleinen Gasturbinen können in Blockheizkraftwerken zur dezentralen Energieversorgung zum Einsatz kommen und zeichnen sich durch einen hohen Gesamtwirkungsgrad und geringe Schadstoffemissionen aus.

Das DLR-Technologiemarketing fördert den Technologietransfer von der Spitzenforschung in die Anwendung und stellt innovative Ideen sowie aktuelle Ausgründungs- und Transferprojekte aus dem Bereich der Energieforschung vor.

Solarthermische Kraftwerke nutzen konzentrierte Sonnenenergie, um mittels Wärme Strom zu erzeugen. Die dafür notwendigen Anlagen erstrecken sich oft über eine sehr große Fläche in zumeist unwirtlichen Wüstengegenden, was die Überwachung und Instandhaltung schwierig macht.

Mit der ferngesteuerten Drohe "QFly" leisten DLR-Forscher Abhilfe: Das Monitoring-System überfliegt nach einer vorgegebenen Route das Solarfeld, erstellt Aufnahmen, misst Verschmutzung und erfasst Lecks sowie mechanische Schäden. Herzstück ist die automatisierte Analyse Software. Sie liefert Betreibern und Dienstleistern wichtige Informationen, um Wirkungsgrad und Lebensdauer der Anlage zu optimieren.