Partnerschaftsportrait

In und um Hamburg weht nicht selten eine steife Brise. Damit bringt die Elbmetropole beste Voraussetzungen mit, um hier das Thema Windenergie und den nachhaltigen Umbau des Energiesystems in Deutschland voranzutreiben. Die Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) Hamburg hat dafür zusammen mit Partnern aus der Wirtschaft die Forschungskooperation X-Energy ins Leben gerufen.

Das breit angelegte Forschungsprojekt verfolgt ein ambitioniertes Ziel: die Energiewende in Deutschland zügig auszubauen. Was das konkret heißt, erklärt Annette Preikschat, Innovationsmanagerin an der HAW Hamburg: „Phase eins der Energiewende konzentrierte sich auf den Auf- und Ausbau erneuerbarer Erzeugungsstrukturen. Jetzt stehen wir am Beginn von Phase zwei. Es geht nun um die Transformation des gesamten Energiesystems, insbesondere was die Verteilung und Speicherung sowie die Energieumwandlung von Strom in Wärme und Kraftstoff angeht. Dies erfolgt beispielsweise durch sogenannte PtL-Verfahren (Power to Liquid, Power to Gas). Hier wird Überschussstrom genutzt, um flüssige Kraftstoffe zu generieren und diese langfristig zu speichern. Möglich ist alternativ die Umwandlung in Biogas, um dieses ebenfalls langfristig zu speichern oder in das Erdgasnetz einzuspeisen. Die zentrale Herausforderung ist dabei, die erneuerbare Energieerzeugung und den Verbrauch zu synchronisieren. Dafür ist ein intelligentes Zusammenspiel der verschiedenen Energietechnologien und -sektoren notwendig.“ Vor diesem Hintergrund widmet sich X-Energy den drei Schwerpunktthemen Windenergie, Systemintegration und Energiespeicher. Übergreifend dazu sind die drei Handlungsfelder „Umwelt & Akzeptanz“, „Erneuerbare Energieerzeugung“ und „Sektorkopplung“ definiert worden.

Von Fledermäusen und Kohlenwasserstoff

Windenergie gehört zu den wichtigsten Quellen erneuerbarer Energien. Im Jahr 2017 wurde sie zur zweitstärksten Energiequelle Deutschlands nach der Braunkohle und lag mit 104 produzierten Terrawattstunden (TWh) Strom weit vor der Solarenergie mit 38,4 TWh und der Wasserkraft mit 20,9 TWh. Dennoch haben die heutigen Windkraftanlagen (WKA) noch Optimierungspotenzial, etwa im Hinblick auf ihre Effizienz. Zudem behindern gesellschaftliche Akzeptanzprobleme aufgrund von Licht- und Lärmemissionen sowie umweltschutzrechtliche Bedenken den weiteren Ausbau. X-Energy erforscht und entwickelt in verschiedenen Impulsprojekten innovative Lösungen für diese Herausforderungen. Ein anschauliches Beispiel ist das Projekt „FLEDERWIND“. Zum Schutz von Fledermäusen erforschen die Beteiligten die Ursachen, aus denen die Tiere mit Windkraftanlagen kollidieren. Daraus werden Maßnahmen abgeleitet, die das Kollisionsrisiko minimieren. Daten etwa über die Art, Zahl und das Flugverhalten der Fledermäuse werden mithilfe einer innovativen Kombination aus Radaranlage, Batcorder, das ist ein Gerät zur Erfassung von Fledermausrufen, und Wärmebildkamera gewonnen.
Die Systemintegration ist das zweite große Thema von X-Energy. Dabei geht es darum, den Stromsektor mit anderen großen Verbrauchssektoren wie Wärme und Mobilität zu koppeln. So soll eine konstante Netzstabilität erreicht werden: Überschüssige Windenergie überlastet dann nicht das Stromnetz, sondern wird in Wärme umgewandelt oder für die Elektromobilität genutzt. Ein Beispiel für den Bereich Systemintegration ist das Impulsprojekt „X-Smart Wind“. Hier geht es darum, die Standortplanung von Windkraftanlagen zu optimieren. Denn längst spielt dabei nicht nur die Verfügbarkeit von Wind eine Rolle. Ein geeigneter Standort sollte außer der Netzanbindung noch weitere Flexibilitätsoptionen bieten, zum Beispiel den direkten Stromverkauf an lokale industrielle Abnehmer. Auch die sinnvolle Speicherung von Überschussstrom und die eventuelle Produktion von Wasserstoff sollten frühzeitig geprüft werden. Mit einer flächendeckenden Wasserstoffproduktion durch Erneuerbare Energien ließen sich auch die Sektoren Wärme und Mobilität CO2 neutral gestalten.
Das Thema Energiespeicher widmet sich schließlich der Frage, wie sich die naturgemäß stark schwankende Verfügbarkeit von Windenergie ausgleichen lässt. Die Beteiligten arbeiten an Lösungen, mit denen sich überschüssige Energie speichern bzw. anderweitig verwenden lässt. So wandeln die beteiligten Partner im Impulsprojekt READi-PtL (Power to Liquid) aus Altfetten gewonnenes Bio-Öl mithilfe von Überschussstrom aus Windkraftanlagen in Kohlenwasserstoff um – ein hochreiner, flüssiger Kraftstoff für eine klima- und umweltschonende Mobilität.

Rückenwind für die Energiewende

„Der weltweite Klimaschutz sowie die Energiewende sind grundsätzlich wichtige Themen und müssen durch intensive Forschung vorangetrieben werden. Durch die direkte Kooperation mit den Unternehmen ist der Weg in den Markt für Innovationen nicht weit“, sagt Annette Preikschat. So leistet X-Energy nicht nur einen wichtigen Beitrag zum Klima- und Umweltschutz, sondern lässt alle Beteiligten profitieren: Die Unternehmen können auf die geballte Forschungskompetenz der HAW Hamburg zugreifen und so schnell und effizient innovative Produkte für ihre Märkte entwickeln und verkaufen. Die Metropolregion Hamburg ist dank X-Energy auf dem Weg zum Innovationsmotor der Energiewende ein gutes Stück vorangekommen. Und die HAW Hamburg baut ihre Position als führendes Innovationszentrum für die Erzeugung und intelligente Nutzung erneuerbarer Energien aus. Der Grundstein dafür wurde übrigens schon vor Jahren gelegt: 2015 eröffnete die HAW Hamburg das Technologiezentrum Energie-Campus zur praxisnahen Erforschung von Fragestellungen rund um Windenergieerzeugung, -anlagenbetrieb, Netzintegration und Speicherung. Mit dem 2018 eröffneten Windpark Curslack gibt es zudem ein Testgelände mit fünf WKA in unmittelbarer Nähe zum Testzentrum. So steht den Partnern von X-Energy eine hervorragende Infrastruktur zur Verfügung, um ihr gemeinsames Ziel zu erreichen: Einen Beitrag zur Umsetzung der Energiewende in Deutschland zu leisten.