Path:
Volume

Full text: Bundesbericht Energieforschung (Rights reserved) Issue2019 (Rights reserved)

Bundesbericht Energieforschung 2019 Forschungsförderung für die Energiewende Impressum Herausgeber Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) Öffentlichkeitsarbeit 11019 Berlin www.bmwi.de Stand April 2019 Druck Druck- und Verlagshaus Zarbock GmbH & Co. KG, 60386 Frankfurt am Main Gestaltung PRpetuum GmbH, 80801 München Bildnachweis Attiko Metro SA / S. 8 Ingo Bartussek / Adobe Stock / S. 40 BELECTRIC / S. 4 Bierther / PtJ / S. 28 Elring Klinger AG / S. 11 Oskar Eyb / Universität Hohenheim / S. 26 rechts FH Südwestfalen, FB Elektrische Energietechnik, Fachgebiet Energie­ versorgung / S. 33 rechts Franken Filtertechnik KG / S. 15 Fraunhofer HHI / S. 36 links Fraunhofer IEE / S. 32 links Fraunhofer ISE / S. 22 freebird / Adobe Stock / S. 38 unten Jens Gehrcken / Stadt Oldenburg / S. 12 links Ute Grabowsky / FONA, phototek / S. 44 rechts, S. 45 rechts INEOS Styrolution / S. 17 links Infineon Technologies AG / S. 21 rechts InnoLas Solutions GmbH / S. 20 rechts Sven Jachalke / S. 36 rechts Jacobs / Stadt Heide / S. 14 oben Harald Kreibich / Stadtwerke Henningsdorf / S. 14 unten Metamorworks / Adobe Stock / S. 12 rechts Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe GmbH / S. 30 NexWafe GmbH / S. 20 links Rolf Otzipka / S. 44 links Maria Parussel / BMWi / S. 49 Pattilabelle / Adobe Stock / S. 24 oben Dan Race / Adobe Stock / S. 33 links Hans-Joachim Rickel / BMBF / S. 41 Robert Bosch GmbH, Corporate Research / S. 38 oben Schott AG / S. 45 links Sutco Recycling Technik / S. 17 rechts teamtechnik Maschinen und Anlagen GmbH / S. 21 links Technische Hochschule Ingolstadt, Institut für neue EnergieSysteme / S. 26 links TenneT TSO GmbH / S. 32 rechts Universität Kassel / S. 13 Universität Stuttgart, IKTD / S. 18 Holger Vonderlind / BMWi / Titel, S. 24 unten, S. 51 www.alantum.com / S. 35 Diese und weitere Broschüren erhalten Sie bei: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie Referat Öffentlichkeitsarbeit E-Mail: publikationen@bundesregierung.de www.bmwi.de Zentraler Bestellservice: Telefon: 030 182722721 Bestellfax: 030 18102722721 Diese Publikation wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit herausgegeben. Die Publi­ kation wird kostenlos abgegeben und ist nicht zum Verkauf bestimmt. Sie darf weder von Parteien noch von Wahlwerbern oder Wahlhelfern während eines Wahlkampfes zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet werden. Dies gilt für Bundestags-, Landtags- und Kommunalwahlen sowie für Wahlen zum Europäischen Parlament. Bundesbericht Energieforschung 2019 Forschungsförderung für die Energiewende 2 Inhalt 1. Forschungsförderung für die Energiewende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1 Das Energieforschungsprogramm der Bundesregierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.1 Das 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.2 Rückblick auf das 6. Energieforschungsprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.3 Mittelentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.4 Evaluationen und Erfolgskontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2 Strukturen der Energieforschungspolitik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.1 Ressortaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.2 Koordination der Energieforschungsförderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.3 Nationale Vernetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.4 Transparenz und Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3 Europäische und internationale Vernetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3.1 Europäische Kooperationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3.2 Internationale Kooperation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2. Projektförderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1 Energiewende in den Verbrauchssektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1.1 Energie in Gebäuden und Quartieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1.2 Energieeffizienz in Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1.3 Schnittstellen zu Mobilität und Verkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2 Energieerzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2.1 Photovoltaik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2.2 Windenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2.3 Bioenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.2.4 Geothermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.2.5 Wasserkraft und Meeresenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.6 Thermische Kraftwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.3 Systemintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.3.1 Stromnetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.3.2 Stromspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.3 Sektorkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.4 Systemübergreifende Forschungsthemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.4.1 Energiesystemanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.4.2 Digitalisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4.3 Ressourceneffizienz im Kontext der Energiewende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4.4 Carbon2Chem und weitere CO2-Technologien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4.5 Energiewende und Gesellschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.4.6 Materialforschung für die Energiewende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.4.7 Kopernikus-Projekte für die Energiewende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.5 Nukleare Sicherheitsforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.5.1 Reaktorsicherheitsforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.5.2 Entsorgungs- und Endlagerforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.5.3 Strahlenforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 I N H A LT 3. Institutionelle Energieforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.1 Forschungsbereich Energie der Helmholtz-Gemeinschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.2 Fusionsforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4. Weitere energierelevante Förderaktivitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.1 Förderaktivitäten der Länder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.2 Forschungsrahmenprogramm der EU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.2.1 Ziel und Umfang der EU-Forschungsförderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.2.2 Erfolgreiche Beteiligung deutscher Antragsteller im Energiebereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.2.3 Schwerpunkte der Energieforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.3 Aktivitäten der Bundesregierung außerhalb des Energieforschungsprogramms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.3.1 EnEff.Gebäude.2050 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.3.2 Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.3.3 SINTEG „Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.3.4 Forschungscampus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 5. Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5.1 Fördermittel im 6. Energieforschungs­programm der Bundesregierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5.2 Fördermittel für Energieforschung der Länder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3 4 1. Forschungsförderung für die Energiewende 1.1 Das Energieforschungsprogramm der Bundesregierung 1.1.1 Das 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung Seit 1977 fördert die Bundesregierung kontinuierlich die Erforschung von nichtnuklearen Energietechnologien. Die programmatische Basis dafür sind sieben aufeinanderfolgende Energieforschungsprogramme. Im September 2018 hat das Bundeskabinett das 7. Energieforschungsprogramm „Innovationen für die Energiewende“ verabschiedet. Von 2019 bis 2022 sind in Summe rund fünf Milliarden Euro für die Forschungsförderung im Energiebereich vorgesehen. Das aktuelle Programm wurde im Rahmen eines breit angelegten Konsultationsprozesses unter Federführung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) erarbeitet. Beteiligt daran sind drei Ministerien: Während das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Fördermaßnahmen in allen Bereichen der anwendungsorientierten Grundlagenforschung umsetzt, fördert das BMWi anwendungsnahe Forschung und Reallabore entlang der gesamten Energiekette. Für die anwendungsnahe Biomasse­­ forschung ist das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) zuständig. Zudem fördert das BMWi Vorhaben im Bereich der energetischen Nutzung biogener Rest- und Abfallstoffe. Mit dem 7. Energieforschungsprogramm werden über die technologiespezifischen Förderschwerpunkte hinaus erstmals auch übergreifende Querschnittsthemen adressiert, die eine zentrale Rolle spielen für den tiefgreifenden Umbau des Energiesystems im Zeichen der Energiewende: Digita­ lisierung, Sektorkopplung sowie Energiewende und Gesellschaft. Und: Das neue Förderformat der Reallabore ermöglicht unter realen Bedingungen ganzheitlich angelegte Vorhaben, die den Technologie- und Innovationstransfer beschleunigen. Zudem sollen Start-ups noch schneller und besser in die Forschungsförderung gebracht werden und durch ihre hohe Dynamik und Innovationskraft die Energiewende mit vorantreiben. 1. FORSCHUNGSFÖRDERUNG FÜR DIE ENERGIEWENDE 5 1.1.2 Rückblick auf das 6. Energieforschungsprogramm 1.1.4 Evaluationen und Erfolgskontrolle Das 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung wurde am 3. August 2011 vom Bundeskabinett verabschiedet. Es orientierte sich am Energiekonzept der Bundesregie­rung vom 28. September 2010 und seiner Fortschreibung am 11. März 2011. Das 6. Energieforschungsprogramm bildete erstmals die gesamte Energiekette ab, von der Energiebereitstellung und -umwandlung über den Transport und die Verteilung einschließlich Speicherung bis hin zum Energieeinsatz in verschiedenen Sektoren. Eine enge Koope­ration der Akteure aus Wissenschaft und Wirtschaft galt als essenziell, um Versorgungssicherheit, Umweltverträglichkeit und Bezahlbarkeit der Energieversorgung zu gewährleisten. Wie effizient und wirksam sind die geförderten Maßnahmen? Orientiert sich die Förderpolitik wirklich am Bedarf? Um das zu überprüfen, nutzt die Bundesregierung wissenschaftlich-technische Evaluationen und flankierende Erfolgskontrollen. Damit tragen die am Energieforschungsprogramm beteiligten Bundesministerien dazu bei, die Energieforschung transparent zu gestalten. Darüber hinaus geben die Evaluationen und Erfolgskontrollen wichtige Hinweise zur weiteren Ausgestaltung der Förderung. Gefördert wurden vorwiegend Vorhaben der anwendungs­ orientierten industriellen Forschung und der vorwettbewerblichen Entwicklung sowie Vorhaben mit einem interdisziplinären Ansatz. Hierbei sollte die technologieübergreifende Kopplung von weitestgehend entwickelten Einzelkomponenten zu technischen Gesamtsystemen im Vordergrund stehen. Schwerpunkte waren außerdem die Weiterentwicklung und Integration von neuen Informations- und Kommunikationstechnologien, Fragen der Systemsicherheit und Systemzuverlässigkeit sowie der Akzeptanz. Eine Weiterentwicklung im 6. Energieforschungsprogramm stellten auch die ressortübergreifenden Förderinitiativen zu Energiespeichern, zukünftigen Stromnetzen und zum solaren Bauen dar. Hierdurch konnten diese Themenfelder sehr breit angelegt beforscht werden, indem Fragestellungen von den Grundlagen über die anwendungsorientierte Forschung bis zur Demonstration aufgegriffen wurden. 1.1.3 Mittelentwicklung 2018 hat die Bundesregierung im Rahmen des Energieforschungsprogramms rund 1,06 Milliarden Euro für die Forschung, Entwicklung und Demonstration moder­ner Energie- und Effizienztechnologien und -anwendungen für die Energiewende aufgewendet. Das Fördervolumen bleibt damit auf dem hohen Niveau des Vorjahres. Auf der Website www.enargus.de werden die Zahlen zur Projektförderung in diesem Bericht transparent und übersichtlich dargestellt. EnArgus ist das zentrale Informationssystem Energieforschung des BMWi mit Informationen zu laufenden und abgeschlossenen Projekten. Mit dem Übergang zum neuen Energieforschungsprogramm wird aktuell die Energieforschungsstatistik überarbeitet. Abbildung 1 zeigt, wie sich die Förderung auf die Themen des 7. Energieforschungsprogramms verteilt. Die Tabellen zu einzelnen Forschungsbereichen werden (bis auf die Tabellen 1 und 7) in diesem Jahr noch einmal fortgeschrieben, da das Berichtsjahr 2018 Forschungsförderung unter dem 6. Energieforschungsprogramm erfasst. 2018 hat der Projektträger Jülich (PtJ) im Auftrag des BMWi und BMBF den Zwischenbericht zur begleitenden Erfolgs­ kon­trolle der gemeinsamen Förderinitiative „Zukunftsfähige Stromnetze“ veröffentlicht. Im Rahmen der Initiative flossen rund 138 Millionen Euro in die verschiedenen Förderprojekte, darunter 70 Verbundprojekte und elf Einzelvorhaben. Gefördert wurden Maßnahmen zu technologischen Verbesserungen in der Betriebsführung und zur Entwicklung innovativer Komponenten und Betriebsmittel sowie Metho­ den zur effizienteren Netzplanung. Die Expertinnen und Experten untersuchten zum Beispiel, wie künftig auf kritische Situationen wie Netzausfälle, sogenannte Blackouts, in einem veränderten Energiesystem angemessen reagiert werden kann und wie eine vorausschauende Netzplanung strategisch aufgesetzt werden muss. Abbildung 1: Übersicht der Fördermittel im Energie­ forschungsprogramm des Bundes in % (Daten siehe Tabelle 1) 5 17 37 20 4 10 7 ■ Projektförderung: Energiewende in den Verbrauchssektoren ■ Projektförderung: Energieerzeugung ■ Projektförderung: Systemintegration: Netze, Speicher, Sektorkopplung ■ Projektförderung: Systemübergreifende Forschungsthemen der Energiewende ■ Projektförderung: Nukleare Sicherheitsforschung ■ Institutionelle Förderung (Helmholtz-Gemeinschaft) ■ Begleitende Maßnahmen (u. a. Projektträger, Internationales, Forschungsnetzwerke, Forschungskommunikation) 6 1. F O R S C H U N G S F Ö R D E R U N G F Ü R D I E E N E R G I E W E N D E Unter den beteiligten Projektpartnern waren 88 wissenschaftliche Einrichtungen und 112 Unternehmen, zum Beispiel Netzbetreiber, Energieversorger, Hersteller von elektrischen Ausrüstungen, Komponenten und Betriebsmitteln sowie Firmen der Informations- und Kommunikationstechnik-Branche. Dass die Förderinitiative insgesamt erfolgreich war, zeigt der Blick auf die erreichten Entwicklungsgrade der Technologien in den Projekten: Durchschnittlich wurden Sprünge von drei Technology Readiness Levels (TRL) erzielt. Dies entspricht beispielsweise der Änderung des Reifegrades einer Technologie von der generellen Nachweisbarkeit der Funktion im Labor hin zu einem Prototyp mit systemrelevanten Eigenschaften, der im Betriebsumfeld getestet wurde. Die wissenschaftlichen und technischen Ziele wurden in 95 Prozent der Projekte erreicht. 1.2 Strukturen der Energieforschungspolitik 1.2.1 Ressortaufgaben Da die Zuständigkeit für die programmatische Ausrichtung der Energieforschungspolitik der Bundesregierung beim BMWi liegt, war es federführend für die Erstellung des 7. Energieforschungsprogramms zuständig. Zudem verantwortet das BMWi die Projektförderung der anwendungs­ nahen Energieforschung ohne Biomasse. In der institutionellen Förderung ist das BMWi in Abstimmung mit dem BMBF sowie den Vertretern der Länder und Forschungszentren für die strategische Ausrichtung des Forschungsbereichs Energie der Helmholtz-Gemeinschaft (HGF) zuständig. Zudem verantwortet das BMWi die institutionelle Förderung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Darüber hinaus vertritt das BMWi Deutschland in internationalen und europäischen Gremien der For­schungs­ politik im Energiebereich und fördert projektbezogen multilaterale Forschungskooperationen. Das BMBF ist verantwortlich für die Projektförderung im Bereich der anwendungsorientierten Grundlagenforschung im gesamten Themenspektrum des Programms. Es ist für die gesamte institutionelle Förderung der HGF ohne das DLR zuständig und wirkt an der strategischen Weiterentwicklung des Forschungsbereichs Energie der HGF mit. Zudem fördert das BMBF auf Ebene der EU und mit internationalen Partnern den wissenschaftlichen Nachwuchs sowie den akademischen Austausch und wissenschaftliche Kooperationen. Für die Projektförderung der energetischen Biomassenutzung ist das BMEL zuständig. 1.2.2 Koordination der Energieforschungsförderung Die neue Programmstruktur ermöglicht die Nutzung von Synergien in themenorientierten Kooperationen. Eine wichtige Rolle spielt hierbei die Zusammenarbeit mit Bundesressorts wie dem Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI), das für stark energieabhängige Aufgabenbereiche im Verkehr federführend zuständig ist und eigene Programme zur Einführung zukunftsfähiger Lösungen in die Praxis fördert. Zudem stärkt die Bundes­ regierung weiterhin den nationalen Austausch mit den anderen am Energieforschungsprogramm beteiligten Ressorts BMBF und BMEL durch die etablierte „Koordinierungsplattform Energieforschungspolitik“. Die Koordinierungsplattform Energieforschungspolitik wird vom BMWi geleitet. Um die Forschungsaktivitäten zu koordinieren und einen hohen Praxisbezug sicherzustellen, setzt die Bundesregierung bei der Entwicklung und Umsetzung von Förderstrategien auf einen transparenten Dialog mit allen relevanten Akteuren in der Energieforschung. Ein wichtiges Forum für den Austausch zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Politik ist die Energiewendeplattform Forschung und Innovation, kurz FuI-Plattform. Die Mitglieder, Institutionen aus Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft, können sich hier zu übergreifenden Fragen der Förderpolitik strategisch beraten. Um die Zusammenarbeit mit den Ländern in ausgewählten Bereichen zu intensivieren, findet zudem einmal im Jahr das „Bund-Länder-Gespräch Energie­ forschung“ statt. 1.2.3 Nationale Vernetzung Die Energiewende-Plattform Forschung und Innovation (FuI-Plattform) führt hochrangige Akteure aus Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Zivilgesellschaft zusammen. Das sind Vertreter aus Verbänden und ausgewählten Unternehmen, Forschungsinstituten und den betreffenden Ressorts in Bund und Ländern. Das Plenum tagt in regelmäßigen Abständen, diskutiert und bewertet aktuelle Entwicklungen sowie Strategien der Energieforschung. Fachliche Grundlage der FuI-Plattform sind die Forschungs­ netzwerke Energie. In den offenen Experten-Netzwerken engagieren sich rund 3.900 Mitglieder, die mit ihrer breit gefächerten Expertise Impulse setzen und den Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis beschleunigen. Die Arbeit in den Forschungsnetzwerken erfolgt flexibel in selbstorganisierten Arbeitsgruppen beziehungsweise Forschungsfeldern. So entstehen und festigen sich wichtige Beziehungen zwischen den Akteuren, die teilweise in gemeinsame Forschungsvorhaben münden. Aktuell gibt es acht Forschungsnetzwerke zu den Themen Bioenergie, Energiewendebauen (Gebäude und Quartiere), erneuerbare Energien, flexible Energieumwandlung, Industrie und Gewerbe, Stromnetze, Start-ups und Systemanalyse. 1. FORSCHUNGSFÖRDERUNG FÜR DIE ENERGIEWENDE Das 2018 gegründete Forschungsnetzwerk Start-ups zeigt, dass die Forschungsnetzwerke wichtige Akteure mit Multiplikatorfunktion für die Energiewende vernetzen und in strategische Überlegungen integrieren. Mit dem 7. Energieforschungsprogramm gewinnen Querschnittsthemen wie Digitalisierung, Energiespeicherung und Sektorkopplung an Bedeutung und werden künftig in netzwerkübergreifender Zusammenarbeit stärker adressiert. 1.2.4 Transparenz und Kommunikation Die Forschungskommunikation sorgt für Transparenz bei der Verwendung öffentlicher Fördermittel und spielt eine zentrale Rolle für den Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis. Es werden zielgruppenspezifische Informationsangebote sowohl für die Öffentlichkeit als auch für die Fachcommunity bereitgestellt. Die Website www.energieforschung.de informiert rund um die durch das BMWi geförderten Vorhaben der angewandten Energieforschung im Energieforschungsprogramm der Bundesregierung. Darüber hinaus bieten Fachportale einen vertieften Zugang zu maßgeblichen Themen, Ergebnissen und Veranstaltungen. Dazu zählen die folgenden Websites zu einzelnen Förderschwerpunkten oder Forschungsinitiativen des BMWi und zu ressortübergreifenden Förderinitiativen der Bundesregierung: 77 77 77 77 77 77 www.energiewendebauen.de www.eneff-industrie.info www.strom-forschung.de www.forschung-energiespeicher.info www.forschung-stromnetze.info www.forschungsnetzwerke-energie.de Mit dem Informationssystem EnArgus (www.enargus.de) stellt das BMWi ein Internetportal bereit, das über laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben, über Energiethemen und Technologien informiert. Die Datenbank enthält über 25.000 Vorhaben seit 1977 und wird täglich aktualisiert. 7 1.3 Europäische und internationale Vernetzung Die klimarelevante Erzeugung und Verteilung erneuerbarer Energien braucht die transnationale Zusammenarbeit von Forschungsinstituten und Unternehmen, um die Energiewende im globalen Wettbewerb erfolgreich und effizient voranzutreiben. Aus diesem Grund schafft die internationale Forschungsförderung Anreize für gemeinschaftliche Förderprojekte auf europäischer und internationaler Ebene. Der Zusammenschluss internationaler Partner ermöglicht größtmöglichen fachlichen Austausch und die effiziente Nutzung technischer und materieller Ressourcen für die Erforschung klimafreundlicher Energietechnologien. Die Forschungsförderung wird mit dem neuen Energieforschungsprogramm auch an Technologien für die Weltmärkte, insbesondere in Entwicklungs- und Schwellenländern, ausgerichtet. 1.3.1 Europäische Kooperationen Die Europäische Kommission und Mitgliedstaaten treiben im europäischen Forschungsraum (EFR) die Integration und Kooperation der wissenschaftlichen und technologischen Kapazi­täten der Mitgliedstaaten immer weiter voran. Um die Ziele des EFR umzusetzen, führt die Kommission seit 1984 mehrjährige Rahmenprogramme durch. Das europäische Forschungs- und Innovationsrahmenprogramm Horizont 2020 hat ein Gesamtbudget von rund 80 Milliarden Euro. Ein Schwerpunkt ist die marktnahe Förderung, weshalb neben der klassischen EU-Verbundforschung auch KMU und öffentlich-private Partnerschaften berücksichtigt werden. Im Bereich der gesellschaftlichen Herausforderung „Sichere, saubere und effiziente Energie“ sind für die nichtnuklearen Energietechnologien insgesamt rund 5,9 Milliarden Euro eingeplant. Rund 1.000 Forschungsund Innovationsprojekte wurden mit Fördermitteln von über 3,2 Milli­­ar­den Euro ausgestattet. Dabei sind besonders Themen zur Nutzung erneuerbarer Energien (48 Prozent), zu Energieeffizienz (18 Prozent) sowie zu Energiesystemen (22 Prozent) berücksichtigt worden. Bis 2020 werden hier noch rund zwei Milliarden Euro als Fördermittel für exzellente Projektvorschläge vergeben. Dabei wurde 2018 das Querschnittsthema „Next-Generation Batteries“ mit einem Fördervolumen von 2,2 Millionen Euro ins Arbeitsprogramm mit aufgenommen. Eine besondere Stellung kommt dem Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen zu, dass in einer öffentlich-privaten Partnerschaft durch das Gemeinschaftsunternehmen „Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking – FCH 2 JU“ verwaltet wird. Im Juni 2019 werden die Ausschreibungen für das letzte Jahr 2020 von Horizont 2020 veröffentlicht. Diese bilden gleichzeitig den Brückenschlag zum neuen EU-Rahmenprogramm „Horizon Europe“. Neben einer verstärkten 8 1. F O R S C H U N G S F Ö R D E R U N G F Ü R D I E E N E R G I E W E N D E MetroHESS – Nutzung von Bremsenergie in U-Bahn-Stationen Das Beste aus zwei Speichern – Einsatz eines Hybridspeichersystems in U-Bahn-Stationen Die Nutzung von Überschussenergie verschiedener Prozesse steht im Fokus vieler Effizienzmaßnahmen. Soll diese Energie zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden, ist der Einsatz von Energiespeichern unumgänglich. Eine große Herausforderung stellt dabei die Auswahl von technologisch und ökonomisch geeigneten Speichertechnologien dar, denn jede Technologie besitzt verschiedene Vor- und Nachteile. Manche Technologien können viel Energie speichern, aber wenig Leistung bereitstellen. Andere können sehr schnell auf sich ändernde Leistungsanforderungen reagieren oder besitzen eine sehr geringe Selbstentladerate. Aus diesen Gründen liegt der Einsatz eines Hybridspeichersystems nahe, also eines Speichersystems bestehend aus zwei unterschiedlichen Speichertechnologien. Die Vorteile der jeweiligen Technologien können so kombiniert und die Nachteile kompensiert werden. Im deutsch-griechischen Kooperationsprojekt MetroHESS soll zur Erprobung ein Hybridspeichersystem Berücksichtigung von inhaltlichen Schnittstellen zu Klimaund Verkehrsaspekten spielen die Energiethemen auch weiterhin eine bedeutende Rolle in der europäischen Förderung. Begleitet werden die Fördermaßnahmen der EU durch den europäischen Strategieplan für Energietechnologie, kurz: SET-Plan. Darin werden in Abstimmung von Mitgliedstaaten, Stakeholder-Gruppen und der Europäischen Kommission die Energiesektoren in Europa beleuchtet und Potenziale für erweiterten Kooperations- und Forschungsbedarf aufgezeigt. Die aktuellsten Strategiepapiere sind sogenannte Implementation Plans (IP), die Kooperationsabsichten zwischen einzelnen Mitgliedstaaten beschreiben zu Themenbereichen wie erneuerbare Energietechnologien, Energieeffizienz in Gebäuden, Industrie und Quartieren, alternative Treibstoffe, Speichermöglichkeiten sowie flexible und intelligente Energiesysteme. In sogenannten „Implementation Working Groups“, bestehend aus Vertretern der EU-Mitgliedstaaten, wird seit 2018 für die Umsetzung der Energiestrategien der IPs gesorgt. Die Initiative Mission Innovation verbindet dabei EU-Förderung mit globalen Energiestrategien und ermöglicht weitere internationale Kooperationen. Die Nationale Kontaktstelle Energie (NKS) bietet deutschen Antragstellern kostenfrei und interessensneutral Informationen und Beratung im Rahmen der Antragstellung und -einreichung. Die NKS Energie arbeitet im Auftrag des BMWi, das die deutschen Interessen zum Thema Energie auf europäischer Ebene vertritt. Metro-Linie 3, Station Keramikos ausgelegt werden, das die Bremsenergie einer U-Bahn in kurzer Zeit aufnimmt, um sie dann langsam und kontinuierlich an die U-Bahn-Station abzugeben. Zuwendungsempfänger: Leibniz Universität Hannover und drei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03SF0560A-B Fördermittelansatz: rund 380.000 Euro Projektlaufzeit: 2018–2020 Gemeinsam mit dem französischen Forschungsministerium MESRI startete das BMBF im Oktober 2018 eine Förderinitiative zur nachhaltigen Energieversorgung Europas. Ziel ist es, die deutsch-französische Zusammenarbeit zu stärken und Innovationsprozesse in Deutschland und Frankreich anzuregen. Die bilateralen Projekte sollen Lösungen auf den Gebieten „Umwandlung und Speicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen“ sowie „Smart Grids auf Übertragungs- und Verteilnetzebene“ liefern. Neben einem sektorenübergreifenden Ansatz sind Praxisrelevanz sowie die Berück­­ sichtigung ökonomischer und gesellschaftlicher Aspekte gefragt. Die Auswahl erfolgte im Frühjahr 2019. Das thematisch breit aufgestellte bilaterale deutsch-griechische Forschungs- und Innovationsprogramm wurde 2013 erstmalig aufgelegt und im Dezember 2016 fortgesetzt. Das BMBF und das griechische Ministerium für Bildung, Forschung und religiöse Angelegenheiten stellen insgesamt 18 Millionen Euro bereit. Die ausgewählten Projekte starteten im März 2018 und leisten einen wichtigen Beitrag zur Stärkung der Kooperation zwischen Wissenschaft und Wirtschaft sowie zur Förderung von Nachwuchswissen­ schaft­lerinnen und Nachwuchswissenschaftlern in beiden Ländern. Unter den Themenfeldern Gesundheitsforschung, Bioökonomie, Geistes- und Sozialwissenschaften, Kultur und Tourismus, Materialforschung sowie Schlüsseltechnologien nimmt die Energieforschung mit acht von 24 laufenden Verbünden eine zentrale Rolle ein. Thematisch decken die Projekte die Energieerzeugung, wie etwa die Entwick- 1. FORSCHUNGSFÖRDERUNG FÜR DIE ENERGIEWENDE lung fortschrittlicher Kleinwindanlagen, über die Systeminte­gration, zum Beispiel die Erforschung nachhaltiger Brennstoffzellen-Anwendungen für Insel-EnergieSysteme, bis hin zu gesellschaftlichen Themen ab. 1.3.2 Internationale Kooperation Eine nachhaltige und zukunftsweisende Energieversorgung erfordert den fortlaufenden Austausch zwischen Regierungen, Forschungsinstituten, Universitäten und Industrieunternehmen – sowohl auf europäischer als auch auf globaler Ebene. Internationale Energie Agentur (IEA) Die Internationale Energie Agentur (IEA) hat eine beratende Funktion und unterstützt ihre 30 Mitgliedstaaten dabei, die Erforschung, Entwicklung und Anwendung von nachhaltigen Energietechnologien weltweit voranzutreiben. Lag früher der Fokus auf der Sicherung der Ölversorgung, sind die Schwerpunkte heutzutage eine gemeinsame Klimapolitik, Marktreformen, die Zusammenarbeit bei der Entwicklung neuer Energietechnologien sowie die Aufklärung und Einbindung aufstrebender Schwellenländer in energiepolitischen Fragen. Darüber hinaus bietet die IEA mit ihrem Energietechnologienetzwerk (ETN) eine Kooperationsplattform für die Forschung und Entwicklung von Energietechnologien. Das Lenkungsgremium des ETN ist der Ausschuss für Energieforschung und Technologie (Committee on Energy Research and Technology, CERT), der die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten auf politischer Ebene koordiniert. Die dem CERT und den Working Parties unterstellten Technologiekooperationsprogramme (TCP) bilden das gesamte energietechnologische Spektrum ab und legen Arbeitsthemen, Regeln und Ziele der multilateralen Zusammenarbeit vertraglich fest. Deutschland ist aktuell an 22 der insgesamt 38 laufenden TCP beteiligt. Mission Innovation „Mission Innovation“ ist eine globale Initiative von inzwischen 23 Staaten und der Europäischen Kommission. Ins Leben gerufen wurde Mission Innovation bei der „COP21“Klimakonferenz, um die Einhaltung des Paris Agreement durch die Beschleunigung von Innovationen für saubere Energietechnologien zu unterstützen. Mitgliedstaaten und Europäische Kommission haben sich dazu verpflichtet, in Mission Innovation das Budget für Forschungs- und Innovationsförderung im Energiebereich bis 2021 zu verdoppeln. Wichtiger Beitrag ist hierbei das Forschungsrahmenprogramm „Horizont 2020“ der Europäischen Kommission. Thematisch hat sich Mission Innovation bei der 22. UNKlimakonferenz in Marokko, kurz „COP22“, in sogenannten „Innovation Challenges“ aufgestellt, zu deren Lösung rund um den Globus internationale Projekte finanziert werden. 9 Deutschland legt bei Mission Innovation einen strategischen Fokus auf die Themen Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe und ist Co-Lead der Innovation Challenges zu Wasserstoff und zur Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energieträger. Ausgeschriebene Themen im Arbeitsprogramm 2018–2020 der „Gesellschaftlichen Herausforderung Energie“ unter Horizont 2020 nehmen explizit Bezug zu Mission Innovation. Bilaterale Initiativen/Europäische Kooperationen Die zweite deutsch-finnische Förderinitiative wurde 2017 initiiert und auf die im SET-Plan postulierten Ziele ausgerichtet. Aus der Vielzahl eingereichter Skizzen konnten 2018 schließlich zehn ausgewählte Projekte starten, die von deutscher Seite mit über sieben Millionen Euro gefördert werden. Weiterhin engagiert sich das BMBF im Rahmen der Zentren „WASCAL“ (West African Science Service Centre for Climate Change and Adaptive Land Management) und „SASSCAL“ (Southern African Science Service Centre for Climate Change and Adaptive Land Management) erfolgreich in mehr als 15 Ländern Afrikas. Auf Basis dieser Strukturen wird das Engagement im Bereich der erneuerbaren Energien weiterhin ausgebaut, denn einfacher Zugang zu Energie ist ein Schlüssel für die wirtschaftliche und soziale Entwicklung in Afrika. Dies wird zum Abbau des Entwick­lungsund Wohlstandsgefälles beitragen und ist daher von hohem wirtschafts-, sicherheits- und migrationspolitischem Interesse. Im Rahmen mehrerer Studien in westafrikanischen Ländern wurden belastbare Daten erhoben und die Bedarfe und Potenziale von erneuerbaren Energien ausgewertet und abgeschätzt. Anschließend werden technische Strategien und Szenarien identifiziert und entwickelt, die auf lokale klimatische, ökonomische und gesellschaftliche Bedingungen abgestimmt sind. Das BMBF hat die bestehende Energiepartnerschaft mit Australien im Rahmen einer wissenschaftlichen und technologischen Zusammenarbeit weiter ausgebaut. 10 1. F O R S C H U N G S F Ö R D E R U N G F Ü R D I E E N E R G I E W E N D E Internationale Kooperation (Australien) Vergleichende Analyse energiepolitischer Transformationsprozesse, Potenzialerhebung für Transfer Für eine effiziente Umsetzung der Energiewende in Deutsch­ land und ein koordiniertes Vorgehen bei der Umsetzung der Pariser Klimaziele ist die internationale Abstimmung mit wichtigen Partnern unerlässlich. Das BMBF fördert daher Forschungsprojekte, die die energiepolitischen Transformationsprozesse in unterschiedlichen Ländern analysierend vergleichen und einen intensiven Dialog über Herausforderungen und Lösun­gen pflegen. Das Kooperationsvorhaben „Grundlagen der Energieforschung in internationaler Per­­spektive“, an dem neben der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech) auch der Bundesverband der Deutschen Industrie (BDI) beteiligt ist, widmet sich insbesondere der Vernetzung auf der Praxisebene. Im Zentrum stehen sogenannte „Fact Finding Missions“, in denen Ministerien, führende Wissenschaftsinstitutionen, Unternehmen oder NGOs etc. bilateral miteinander in einen intensiven Austausch gebracht werden, unter anderem durch wechselseitige Delegationsbesuche. Ein intensiver fachlicher Austausch ist im sogenannten Energy Transition Hub organisiert, einer deutsch-australischen Innovationspartnerschaft des BMBF und des australischen Außenhan- delsministeriums. Hier arbeiten im Fokusprojekt START führende Forschungsinstitutionen beider Länder zusammen, um die jeweiligen energiepolitischen Herausforderungen gemeinsam zu adressieren. Projekt 1: Grundlagen der Energieforschung in internationaler Perspektive Zuwendungsempfänger: acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, Berlin Förderkennzeichen: GDEI2016 Fördermittelansatz: rund 994.520 Euro Projektlaufzeit: 2016–2020 Projekt 2: Strategic Scenario Analysis (START) – A first German-Australian focus project Zuwendungsempfänger: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e. V. und fünf weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03EK3046A-F Fördermittelansatz: rund 2,1 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2017–2019 11 2. Projektförderung 2.1 Energiewende in den Verbrauchssektoren 2.1.1 Energie in Gebäuden und Quartieren Die Bundesregierung will bis zum Jahr 2050 einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand realisieren. Zu erreichen ist das in erster Linie durch die Sanierung der Gebäudehülle, also von Wänden, Dach, Keller und Fenstern, sowie durch die Erneuerung der Anlagentechnik mit Umstellung auf erneuerbare Energien wie zum Beispiel Solaranlagen oder Wärmepumpen. Analysiert man die Zahlen aus dem aktuellsten Monitoring-Bericht zur Energiewende „Die Energie der Zukunft“, sind erhebliche weitere Anstrengungen erforderlich, um den Endenergieverbrauch wie geplant zu senken. So ist im Vergleich zum Vorjahr der Primärenergiebedarf im Gebäudebereich in 2016 zwar um 3,2 Prozent gesunken und hat sich gegenüber dem Basisjahr 2008 um 18,3 Prozent reduziert. Allerdings stieg gleichzeitig der Endenergieverbrauch in Gebäuden im Vergleich zum Jahr 2015 um 4,3 Prozent. Gegenüber dem Basisjahr 2008 liegt eine Minderung um 6,3 Prozent vor. Beim Wärmeverbrauch gibt es positive Tendenzen: Der Anteil erneuerbarer Energien am Wärmeverbrauch betrug im Jahr 2018 13,9 Prozent. Dies kommt dem 2020-Ziel von 14 Prozent bereits sehr nahe. Um den Endenergieverbrauch und die Treibhausgasemissionen im geplanten Umfang zu senken, sind energiesparende Gebäude, integrative Energiekonzepte sowie innovative und wirtschaftliche Versorgungsstrukturen für Quartiere erforderlich. Diese können wesent­lich zu einer erfolgreichen Energie- und Wärmewende in Deutschland beitragen. Mit der Energieeffizienzstrategie Gebäude hat die Bundesregierung die zukünftige Ausrichtung für den Gebäudebereich vorgelegt. Hierin integriert ist die Interaktion der Gebäude mit dem Stromsektor (Sektorkopplung). Damit soll ein klarer Handlungsrahmen für die Energiewende im Gebäudebereich geschaffen werden. 12 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G ENaQ – Energetisches Nachbarschaftsquartier Fliegerhorst Oldenburg In Oldenburg planen 21 Projektpartner unter Leitung von OFFIS e. V. auf dem ehemaligen Fliegerhorst ein Stadtquartier, das in seiner Infrastruktur die Sektoren Strom, Wärme, Kälte und Elektromobilität koppelt und den Energiehandel unter Nachbarn möglich macht. Auf knapp vier Hektar des ehemaligen Fliegerhorsts in Oldenburg entsteht bis 2022 ein vernetztes, emissionsarmes Stadtquartier mit etwa 110 Wohneinheiten, die ihren Energiebedarf zum größten Teil aus lokal erzeugter Energie abdecken sollen. Das energetische Nachbarschaftsquartier Fliegerhorst Oldenburg (ENaQ) ist so konzipiert, dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das geplante Smart-City-Konzept erproben und direkt im System optimieren können. Verschiedene Szenarien zur Energiebereitstellung sollen simuliert und hinsichtlich unterschiedlicher Bewertungskriterien miteinander verglichen werden, um dann geeignete Systemlösungen für eine dezentrale Energieversorgung zu entwickeln. Zuwendungsempfänger: OFFIS e. V. und 20 weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03SBE111A-L, N-V Fördermittelansatz: rund 8,5 Millionen Euro (BMWi), rund 9,8 Millionen Euro (BMBF) Projektlaufzeit: 2018–2022 Gebäude sind immer seltener abgeschlossene Systeme. Als Elemente in einem größeren Netzwerk haben sie energe­ tische Schnittstellen zu Nachbargebäuden, zum Quartier und zu Strom-, Gas- und Wärmenetzen. Sie spielen als Verbraucher, Erzeuger, Speicher sowie als Energieverteiler im Energiesystem eine zentrale Rolle. Dies setzt eine intelligente Verknüpfung der Strom-, Wärme- und Verkehrssektoren voraus. In diesem Zusammenhang ist die Digitalisierung von großer Bedeutung. Sie trägt dazu bei, dass Anlagen effizient gesteuert und der Einsatz erneuerbarer Energien besser geplant werden kann. Dazu muss die Kommunikationstechnik immer stärker mit der Energietechnik verknüpft werden. Unternehmen und private Bauherren können vermehrt digitale Optionen nutzen, wenn sie Gebäude N5GEH – National 5G Energy Hub Einführung zukunftsträchtiger Kommunika­ tionsstandards in der Energietechnik Wie der 5G-Mobilfunkstandard für Anwendungen in Gebäuden und Quartieren genutzt werden könnte Mit dem 5G-Standard bewegen sich riesige Datenmengen von A nach B. Das sogenannte „Internet der Dinge“ wird sich auch auf die Gebäudetechnik und die vorgelagerten elektrischen Verteilsysteme auswirken. Viele Dinge im Gebäude – wie etwa die Werte von Temperatursensoren, Drucksensoren oder Zustandserkennung – können hiermit erfasst, in einer einheitlichen Weise strukturiert, weitergeleitet und einer Datenverarbeitung zugeführt werden. Ziel des Forschungsvorhabens N5GEH unter Leitung der Universität Dresden ist es, den 5G-Standard für Anwendungen in der Energietechnik nutzbar zu machen. Hierzu entwickeln die Forschenden im ersten Schritt eine OpenSource-Plattform für Energiesysteme. Zuwendungsempfänger: Technische Universität Dresden und zwei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03ET1561A-C Fördermittelansatz: rund 3,1 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2018–2020 planen oder bewirtschaften. Dazu zählt etwa das weiterentwickelte, anbindungsfähige Building Information Modeling (BIM), das unter anderem bei der Berechnung der Energieeffizienz von Objekten eingesetzt werden kann. Auch der Mobilfunkstandard 5G könnte in der Gebäudetechnik und bei den vorgelagerten elektrischen Verteilsystemen zukünf­ tig eine größere Rolle spielen. Im Projekt N5GEH analysieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die entsprechenden Möglichkeiten. Um Innovationen schneller in den Markt zu bringen, soll der Transfer von wissenschaftlichen Ergebnissen in die Praxis beschleunigt werden. Eine wichtige Rolle spielen hierbei Demonstrationsvorhaben. Aus diesem Grund setzt die Bundesregierung unter anderem mit dem neuen Förderformat „Reallabore“ auf zeitlich und räumlich begrenzte Experimentierräume. Hier können Forscherteams, Hersteller und 2. PROJEKTFÖRDERUNG Nutzer innovative Technologien sowie integrale Energie­ konzepte unter realen Bedingungen marktnah und im systemischen Zusammenhang erproben. Auch sollen die Bedürf­ nisse der Nutzerinnen und Nutzer in der Energieforschung für Gebäude und Quartiere vermehrt berücksichtigt werden. So sollen die Forschenden bei der Entwicklung von Technologien und Konzepten nicht nur die technische Perspektive einnehmen, sondern auch die Wünsche der zukünftigen Anwenderinnen und Anwender miteinbeziehen. Themen wie Warmmietenneutralität, erschwingliche Baupreise, Behaglichkeit oder Nutzerdatenschutz rücken vermehrt in den Fokus. Zukünftig müssen Gebäude und Quartiere im Rahmen der Sektorkopplung stärker mit dem Strom- und dem Verkehrsnetz interagieren. Dazu wird eine enorme 13 Flexibilisierung in der netzgebundenen Energieversorgung nötig, da es immer mehr dezentrale Versorgungsstrukturen gibt und die Verknüpfung der Sektoren Strom, Verkehr und Wärme zunimmt. Die Bundesregierung bündelt die Förderung von Forschung, Entwicklung und Demonstration für energieeffiziente Gebäude und Quartiere in der Forschungsinitiative Energiewendebauen. Neben aktuellen Förderbekanntmachungen und Fachportalen umfasst diese auch das Forschungsnetzwerk Energiewendebauen. Es dient dazu, die Akteure rund um Energieeffizienz und erneuerbare Energien in Gebäuden und Quartieren zu vernetzen. SolarAutomotive – Solare Prozesswärme für die Automobil- und Zulieferindustrie Im deutsch-österreichischen Forschungsvorhaben Solar­ Automotive haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Einsatz solarer Prozesswärme in der Automobil- und Zulieferindustrie erforscht. Das deutsche Forscherteam der Universität Kassel und der Stiftung für Ressourceneffizienz und Klimaschutz hat an 19 Standorten deutscher Unternehmen untersucht, für welche Produktionsprozesse sich Solarwärme am besten eignet und wie sie sich effizient und wirtschaftlich in bestehende Wärmeversorgungsstrukturen integrieren lässt. Das Spektrum reichte von betrieblichen Wärmenetzen über beheizte Bäder und Warmwassererzeugung bis hin zu raumlufttechnischen Anlagen und Trocknungsprozessen. Die Forschenden entwickelten Werkzeuge, die Solarfirmen, Ingenieurbüros und Energieberater nutzen können, um Anlagen zur Nutzung solarer Prozesswärme vorzuplanen. Zuwendungsempfänger: Universität Kassel, Stiftung für Ressourceneffizienz und Klimaschutz Förderkennzeichen: 03ET1326A-B Fördermittelansatz: rund 800.000 Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 Abbildung 2: F  ördermittel für Energieeffizienz in Gebäuden, Quartieren und Städten und Niedertemperatur-Solarthermie in Mio. € (Daten siehe Tabelle 3) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 10 20 30 40 50 60 70 80 ■ EnOB – Energieoptimiertes Bauen ■ EnEff:Stadt – Versorgungskonzepte ■ EnEff:Stadt – Fernwärme ■ EnEff:Stadt – Kraft-Wärme-Kopplung ■ Niedertemperatur-Solarthermie ■ Solare Kälte ■ Grundlagenforschung ■ Sonstige 14 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G QUARREE100 – Resiliente, integrierte und systemdienliche Energieversorgungssysteme im städtischen Bestandsquartier unter vollständiger Integration erneuerbarer Energien Wie mit 100 Prozent regenerativer Energie im schleswigholsteinischen Heide ein innovatives Stadtquartier entsteht QUARREE100 untersucht, wie erneuerbare Energien in andere Energieformen umgewandelt, gespeichert und verteilt werden müssen, um in Stadtquartieren eine wettbewerbs­fähige, zuverlässige und nachhaltige Energieversorgung zu ermöglichen. Die Verbundpartner von QUARREE100 wollen dieses Kernelement der Energiewende im Heider Stadtquartier Rüsdorfer Kamp erforschen, modellieren und umsetzen. Ziel der Partner ist es, gemeinsam mit und für die Menschen ein ganzheitliches Energiesystem zu entwickeln, das sich ganzjährig mit Strom, Wärme und Mobilität aus 100 Prozent erneuerbaren Quellen versorgt. Weiter sollen Batterie- und Wärmespeicher und flexibel einsetzbare Energieformen, wie auf Wasserstoff basierende Technologien, zum Einsatz kommen. Zuwendungsempfänger: Entwicklungsagentur Region Heide und 21 weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03SBE113A-V Fördermittelansatz: rund 20,5 Millionen Euro (BMBF), rund 3,1 Millionen Euro (BMWi) Projektlaufzeit: 2017–2022 Wärmedrehscheibe II – Erneuerbare Fernwärme 2020 – das multifunktionale Fernwärmenetz als Wärmedrehscheibe Im Forschungsvorhaben Wärmedrehscheibe II soll der Anteil regenerativer Wärme im Fernwärmenetz von Hennigsdorf bei Berlin bis zum Jahr 2022 auf über 80 Prozent ausgebaut werden. Unter Leitung der Kraftwerks- und Projektentwicklungsgesellschaft Hennigsdorf analysierten die Forschenden in einer ersten Phase das Fernwärmenetz sowie die solarthermi­schen und die vorhandenen Abwärmepotenziale. In einer zweiten Phase sollen die Abwärme des örtlichen Stahlwerks, Solar­ wärme großer Solarkollektorfelder sowie Power-to-Heat aus regenerativem Überschussstrom in das Fernwärmenetz integriert werden. Gleichzeitig soll dezentral produzierte Wärme, zum Beispiel aus Solarthermieanlagen, im Wärmenetz aufgenommen werden. Ein multifunktionaler Großwärmespeicher schafft die dafür notwendige Flexibilität. Zuwendungsempfänger: Steinbeis Forschungs- und Innovationszentren GmbH und Kraftwerks- und Projektentwicklungsgesellschat Hennigsdorf mbH & Co. KG Förderkennzeichen: 03ETS002A-B Fördermittelansatz: rund 3,8 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2017–2022 2. PROJEKTFÖRDERUNG 15 2.1.2 Energieeffizienz in Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen In Deutschland entfallen etwa 30 Prozent des Endenergieverbrauchs auf die Industrie. Zwei Drittel davon werden in Form von Wärme benötigt. Hier müssen Unternehmen gemeinsam mit Forschung und Entwicklung die Energie­ effizienzpotenziale systematisch weiter ausschöpfen und Wege finden, die benötigte Wärmeenergie bei gleichbleibender Produktqualität zu senken. Bisher geht in vielen technischen Prozessen über die Hälfte der eingesetzten Energie als Abwärme verloren. Sie ist jedoch kein Abfall, ihre Nutzung kann sowohl dem Klimaschutz als auch der Wettbewerbsfähigkeit dienen. Um das Energieeffizienzpotenzial in der Industrie weiter zu heben, sind Produkte entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu analysieren und zu optimieren: vom Gewinnen der Rohstoffe über das Verarbeiten, Fertigen und den Energieverbrauch während der Nutzungsphase bis hin zum Entsorgen oder Aufarbeiten am Ende der Lebensdauer. Industrieprozesse müssen flexibler und CO2-ärmer werden, damit sie in das sich transformierende Energiesystem eingebunden werden können. Die Einsparpotenziale sind vielfältig und reichen vom Optimieren eines Motors, Antriebs oder einer Pumpe über neu gestaltete Verarbeitungsschritte bis zu völlig neu entwickelten Produktionsprozessen. Aufgabe von Forschung und Entwicklung ist es, die Handlungsperspektive von unabhängigen Einzelprozessen auf gesamte Prozessketten und technologieübergreifende Effizienzstrategien zu erweitern. In den Sektoren Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen (IGHD) gehört Strom nach Mineralöl, Kohle und Gas zu den wichtigsten Energieträgern. Sein Anteil steigt vermehrt mit der Zunahme digitalisierter und automatisierter Prozesse. Der Einsatz künstlicher Intelligenz in der Produktion ist eine Herausforderung für Forschung und Entwicklung und muss weiter intensiviert werden, damit Deutschland international weiterhin wettbewerbsfähig bleibt. Eine digitalisierte Produktion schafft Transparenz, steht jedoch auch in der Verantwortung, zuverlässige und sichere Prozesse zu gewährleisten. In Forschung und Entwicklung sind systemübergreifende Lösungen weiterzuentwickeln sowie der Transfer von Forschungsergebnissen in Produkte und Geschäftsmodelle der Wirtschaft zu beschleunigen. Projekt ERICAA – Energie- und Ressourceneinsparung durch innovative und CFD-basierte Auslegung von Flüssig/Flüssig-Schwerkraftabscheidern Flüssigkeiten energieeffizient in Schwerkraftabscheidern trennen Schwerkraftabscheider kommen in der Chemie-, Mineralöl-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie zum Einsatz. Sie trennen zweiphasige Gemische aus organischen und wässrigen Flüssigkeiten: Das sind zum Beispiel Kohlenwasserstoffe und Wasser, organische Lösungsmittel und Wasser oder Methylester und Glyzerin. Um einen verfahrenstechnisch sicheren Trennprozess der Flüssigkeiten zu gewährleisten, sind Schwerkraftabscheider in der Praxis bisher meist überdimensioniert und führen so zu einem unnötig hohen Energieverbrauch. Im Forschungsvorhaben ERICAA wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf Basis von Strömungssimulationen einen praxisgerechten Auslegungsstandard für Schwerkraftabscheider entwickeln. Zuwendungsempfänger: Franken Filtertechnik Kommanditgesellschaft und fünf weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03ET1391A-F Fördermittelansatz: rund 1,4 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 16 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G Die Digitalisierung gehört wie zum Beispiel die Prozesswärme und die mechanische Reibung (Tribologie) zu den industriellen Querschnittstechnologien, die in verschiedenen Branchen oder Prozessen anfallen und deren Energieeffizienzpotenziale mit Forschung und Entwicklung konsequent weiter auszuschöpfen sind. Die Forschungsförderung setzt sowohl auf die kontinuierliche Weiterentwicklung vorhandener als auch auf die Schaffung neuer, noch nicht Projekt µPAS II – Miniaturisierter photoakustischer Gassensor als Applikation zur Effizienzsteigerung von Verbrennungsprozessen und von Energietransportprozessen am Markt etablierter innovativer Technologien, Komponenten, Prozesse und Verfahren zur Effizienzsteigerung. Ein weiteres Ziel auf dem Weg zu einem CO2-armen Industriesektor ist die Etablierung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft. Die Wiederverwendbarkeit von Wertstoffen, Anlagen, Komponenten und Geräten sowie die Aufarbeitung von Abfallströmen stehen deshalb im Fokus der Förderung. Mit Photoakustik Gase messen und industrielle Prozesse optimieren gebungen. Seinem Einsatz in industriellen Prozessen wird ein großes Potenzial zugeschrieben, Energie einzusparen und Effizienz zu steigern. Der photoakustische Sensor kann durch die Entstehung eines Schallsignals nach Lichtabsorption hochsensitiv Gase – wie zum Beispiel Stickstoffdioxid oder kurzkettige Kohlenwasserstoffe – identifizieren und quantifizieren. Im Forschungsvorhaben μPAS I haben Forscherinnen und Forscher ein photoakustisches Messsystem für die Spurenanalytik von Prozessgasen entwickelt. In μPAS II baut das Wissenschaftlerteam nun einen miniaturisierten photoakustischen Sensor und testet diesen in Transformatoren und Verbrennungsanlagen mit unterschiedlichen Realgasum- Zuwendungsempfänger: Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg und vier weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03ET1317A-E Fördermittelansatz: rund 1,3 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2015–2019 Abbildung 3: F  ördermittel für Energieeffizienz in Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen in Mio. € (Daten siehe Tabelle 3) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ■ Maschinen-, Fahrzeugbau, Elektrotechnik, Feinmechanik, Optik, EBM-Waren ■ Eisen- und Stahlindustrie ■ Gewinnung & Verarbeitung von Steinen & Erden, Feinkeramik, Glasgewerbe ■ Wärmepumpen, Kältemittel ■ Industrieöfen ■ Mechanische und thermische Trennverfahren ■ Chemische Industrie, Herstellung von Kunststoff- und Gummiwaren ■ NE-Metallindustrie ■ Wärmetauscher ■ Solare Prozesswärme ■ Grundlagenforschung ■ Sonstige 50 2. PROJEKTFÖRDERUNG Mit dem SLS-Verfahren hat ein Wissenschaftlerteam im Forschungsvorhaben PolySLS Zugprüfstäbe aus einem neuartigen Kunststoff­ pulver hergestellt. Projekt PolySLS – Kunststoff-Blends für das selektive Lasersintern Innovatives Polymerpulver ermöglicht Recycling und spart Energie beim 3D-Druck. Beim selektiven Lasersintern werden Pulverpartikel mit einem Laser geschmolzen und Schicht für Schicht aufgebaut. Auf diese Art und Weise lassen sich komplizierte dreidimensionale Objekte aus Kunststoff in jeder denkbaren Form herstellen. Bisher ist das selektive Lasersintern noch sehr energieaufwendig. Im Forschungsvorhaben PolySLS entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein Polymerpulver auf Basis von Styrol, das einen geringeren Schmelzpunkt als das bisher im Prozess verwendete Polymerpulver auf Basis von Polyamid hat. Mit dem neuartigen Polymerpulver will das Forscherteam die Temperatur und die Zykluszeit des Bauprozesses im 3DDruck reduzieren sowie die Recyclingquote des Pulvers verbessern. Zuwendungsempfänger: INEOS Styrolution Group GmbH Förderkennzeichen: 03ET1505A Fördermittelansatz: rund 650.000 Euro Projektlaufzeit: 2017–2020 17 Künstliche Intelligenz regelt die Prozessparameter der Kanalballenpresse so, dass ein optimierter Ballen hergestellt wird. Projekt vKBP – Energieeffizienzerhöhung vollautomatischer Kanalballenpressen durch intelligente Stoffdatenerfassung Wie eine vollautomatische und mit künstlicher Intelligenz ausgestattete Kanalballenpresse die Abfallwirtschaft energieeffizienter macht Im Forschungsvorhaben vKBP entwickelt ein Wissenschaftlerteam eine vollautomatisierte Kanalballenpresse mit künstlicher Intelligenz. Die Maschine lernt durch die Analyse komplexer Daten selbständig, wie sie in einem Abfallbetrieb das Transportvolumen recyclingfähiger Stoffe möglichst energieeffizient verringert und einen optimal dichten Ballen presst. Bisher werden Papier, Karton oder Kunststoffe mit auf Erfahrung basierenden Maschinenparametern zu Ballen gepresst. Mit der vollautomatischen Kanalballenpresse und einer in das System integrierten künstlichen Intelligenz könnte künftig für solche Anlagen ein optimaler Betrieb mit Blick auf den Energieeinsatz und die Produktqualität erreicht werden. Weitere Energieeffizienzaspekte, die unter Einsatz künstlicher Intelligenz zu innovativen Lösungen führten, ergaben sich bereits aus dem Verbundvorhaben KIPro zusammen mit der Universität Bremen, Agrarfrost und Schulz Systemtechnik (03ET1265A, 03ET1422A, 03ET1036A-B). Zuwendungsempfänger: Sutco Recycling Technik GmbH Förderkennzeichen: 03ET1326A Fördermittelansatz: rund 1,5 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2015–2019 18 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G 2.1.3 Schnittstellen zu Mobilität und Verkehr Der Verkehrssektor wird immer bedeutender für eine effektive Umsetzung der Energiewende in Deutschland. Zwar haben sich die fahrzeugspezifischen Emissionswerte in den vergangenen Jahren verbessert. Aufgrund des weiter zunehmenden Verkehrsaufkommens steigen jedoch die verkehrsbedingten Treibhausgasemissionen weiter an. Für den Mobilitäts- und Verkehrssektor gehört deshalb das Weiterentwickeln innovativer Mobilitätskonzepte sowie alternativer und schadstoffarmer Antriebstechnologien zu den größten Herausforderungen. Batterien- und Brennstoffzellensysteme müssen für eine flächendeckende Markt­ durchdringung effizienter, kostengünstiger und langlebiger werden. Aufgabe von Forschung und Entwicklung im Schwerpunkt Brennstoffzellentechnologie ist, die jeweiligen Einzelkomponenten und deren Zusammenspiel im Gesamtsystem zu verbessern. Der Forschungsbereich Brenn­ stoffzellen ist eingebunden in das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP2). Auch alternative Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren sind eine vielversprechende Option: Vorhaben zur Herstellung und Nutzung gasförmiger und flüssiger Kraftstoffe auf Basis erneuerbaren Stroms können zur Defossilisierung der Mobilität beitragen und zudem die Kopplung der Sektoren Strom und Verkehr mit vorantreiben (siehe auch Kapitel 2.3.3). Eine nachhaltige batterieelektrische Mobilität verlangt, die Wertschöpfungskette von den Rohstoffen über die Produktion und Nutzung bis hin zur Nachnutzung und zum Recycling von Batterien zu betrachten. Reichweiten und Schnell­ ladefähigkeit sind dabei ebenso wichtig wie intelligente Batteriemanagementsysteme (BMS) oder Leistungselektronik. Entwicklungen im Bereich der Elektromobilität sind auch bei Technologien und Konzepten für die Verteilernetze sowie bei der energetischen Quartiersplanung zu beachten. Schließlich spielt auch die gesellschaftliche Akzeptanz eine entscheidende Rolle bei der Evolution des Mobilitäts- und Verkehrssektors. Aus einem Standardbatteriemodul können unterschiedliche Batteriegrößen zusammengestellt werden. Projekt BaSyMo – Batteriesystem für Modularität Ein System für alles: Wie ein Standardbatteriemodul universell einsetzbar ist und Kosten senkt. Für den Einsatz moderner Batterietechnologie sind kostengünstige, zuverlässige und einfach zu implementierende Batteriesysteme gefragt. Bisher sind die auf dem Markt verfügbaren Lösungen für die meisten potenziellen Anwendungen aufgrund zu kleiner Stückzahlen zu teuer. Im Forschungsvorhaben BaSyMo entwickeln, testen und optimieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein modulares Batteriesystem: Unterschiedliche Batteriegrößen können zum Beispiel für ein Kleinfahrzeug, eine Reinigungsmaschine oder einen stationären Speicher aus einem Standardbatteriemodul zusammengestellt werden und sind damit universell einsetzbar. Das führt zu hohen Stückzahlen für das Standardmodul und hat damit Potenzial, die Kosten zu senken. Zuwendungsempfänger: ElringKlinger und sechs weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03ET6087A, D, E, G, H, I, K Fördermittelansatz: rund 3,9 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 2. PROJEKTFÖRDERUNG 2.2 Energieerzeugung 2.2.1 Photovoltaik Photovoltaik gilt – gemeinsam mit der Windenergie – als tragende Säule der Energiewende. Strom aus PhotovoltaikGroßanlagen kostet aktuell unter sechs Cent pro Kilowattstunde. Im Vergleich zu 50 Cent pro Kilowattstunde, die dafür noch im Jahr 2000 bezahlt werden mussten, wird der Erfolg deutlich, den Forschung und Entwicklung hierbei ermöglicht haben. Prinzipiell lassen sich verschiedene Halbleitermaterialien nutzen, um mit Sonnenlicht Strom zu produzieren. Solarzellen auf Basis des kristallinen Siliziums stehen technologisch weiterhin im Vordergrund. Für die Zukunft werden Innovationen durch die Kombination der bereits hochentwickelten Silizium-Solarzellkonzepte mit anderen Halbleitern erwartet. Indem die unterschiedlichen Materialien auf unterschiedliche Bereiche des Sonnenlicht-Spektrums reagieren, können durch Kombinationen höhere Anteile des Sonnenlichts umgesetzt werden. 2018 ist es dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE gelungen, mit einer Dreifach-Solarzelle einen Rekordwirkungsgrad von 33,3 Prozent zu erreichen. Rund ein Drittel des Sonnenlichts wurde somit in Strom umgewandelt. Das BMWi fördert die Forschungsarbeiten innerhalb des Projekts PoTaSi. 19 Kontinuierliche Verbesserungen werden auch mit einem neuen Dünnschichtmaterial, den Perowskiten, erreicht. Das Material ist leicht verfügbar und einfach zu verarbeiten. Seit gut zehn Jahren werden Perowskite für die Photovoltaik erforscht. Der ursprüngliche Wirkungsgrad von 3,8 Prozent wurde bereits auf über 23 Prozent im Labor gesteigert – somit liegt er auf dem gleichen Niveau wie andere etablierte Dünnschichttechnologien. Die Projektpartner des Förderprojekts ProTandem planen nun, erstmals die industrielle Produktionstauglichkeit von PerowskitSilizium-Tandemsolarzellen zu zeigen. Neben höheren Wirkungsgraden bieten effiziente Produktionsprozesse eine weitere Option auf sinkende Stromkosten. Innovative Fertigungsverfahren bieten günstige Alternativen zu den etablierten Prozessen. Forschung und Entwicklung an Produktionsprozessen rücken innerhalb des 7. Energieforschungsprogramms verstärkt in den Vordergrund. Neben der klassischen Weiterentwicklung der Technologien – sinkende Kosten bei steigender Qualität – geht es zudem verstärkt um übergreifende systemische Ansätze. Lebensdauer und Qualitätssicherung auf Systemebene, der stabile Netzbetrieb durch Wechselrichter und Batteriespeicher, Pilotversuche mit vorindustriellen Demonstrationsanlagen sowie erweiterte Einsatzgebiete wie gebäude- oder transportmittelintegrierte Photovoltaik kommen hierbei zum Tragen. Abbildung 4: F  ördermittel für Photovoltaik in Mio. € (Daten siehe Tabelle 2) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 10 20 30 40 ■ Kristallines Silizium ■ Dünnschichttechnologien ■ Grundlagenforschung ■ Sonstige 50 60 70 80 90 20 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G Inline-Epitaxieanlage ProConCVD im NexWafe Technologiezentrum Mithilfe eines Lasers wird lokal auf der Solarzellen-Vorderseite ein selektiver Emitter erzeugt, um den Wirkungsgrad zu steigern. Epi-POESIE – Epitaktische Wafer für HighEnd-Zellkonzepte unter Zuhilfenahme von prozessbegleitender Charakterisierung an statistisch relevanten Stückzahlen GENESIS – Neuartige und weiterentwickelte Produktionsprozesse für die nächste Generation von Silizium-Solarzellen Die vergleichsweise günstigen epitaktisch gewachsenen Siliziumwafer (EpiWafer) sollen auf massenproduktionstauglichen Anlagen hergestellt werden – und das in hoher Qualität. Die Kosten für den Siliziumwafer machen circa 40 Prozent der Solarmodulkosten aus. Die Epitaxie ist eine Möglichkeit für ein kostengünstigeres und ressourcenschonendes Herstellungsverfahren. Dabei werden Siliziumatome auf einem Substrat abgeschieden, wo sie kristallisieren. Die sogenannten EpiWafer können im Vergleich zu herkömmlichen einkristallinen Siliziumwafern um bis zu 50 Prozent günstiger produziert werden. Potenziell können sie sogar höhere Qualitäten und somit höhere Wirkungsgrade erreichen, was in Laboranlagen bereits gelungen ist. Ziel des Projekts ist es nun, geeignete Prozesse auf Verfahren und Anlagen zu übertragen, die einen hohen industriellen Durchsatz ermöglichen. Im Erfolgsfall ist die Umsetzung in einer industriellen Produktion geplant. Zuwendungsempfänger: NexWafe GmbH und zwei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 0324290A-C Fördermittelansatz: rund 3,1 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2018–2020 Neue und optimierte Einzelprozesse sollen die Produktion von hocheffizienten kristallinen Silizium-Solarzellen (c-Si) mit Wirkungsgraden bis 23,5 Prozent ermöglichen. Das Vorhaben zielt auf industrierelevante Prozesse, die von den am Projekt beteiligten Maschinenbauern InnoLas, RENA Technologies und centrotherm umgesetzt und später vermarktet werden sollen. Als Entwicklungs- und Testplattform werden dafür die Technikumseinrichtungen „SolarTeC“ des Instituts für Solarenergieforschung ISFH sowie „PV-TEC“ des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE genutzt. Entwickelt werden Prozesse für zwei neue Generationen von Solarzellen: zum einen für einseitig als auch beidseitig kontaktierte PERC-Solarzellen. PERC steht für „Passivated Emitter and Rear Cell“, Vorderund Rückseite der Zelle sind hierbei besser vergütet als in der vorherigen Zellgeneration. Zum anderen ermöglichen ladungsträgerselektive Kontakte einen abermals höheren Ertrag – die Projektpartner planen, die entsprechenden Zellkonzepte des ISFH („POLO“) und des Fraunhofer ISE („TOPCon“) nun auf Fertigungsprozesse mit hohem Durchsatz zu übertragen. Zuwendungsempfänger: InnoLas Solutions GmbH und sechs weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 0324274A-G Fördermittelansatz: rund 9,8 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2018–2021 2. PROJEKTFÖRDERUNG Auf einem Stringer mit Klebeeinheit von teamtechnik haben die Projektpartner das leitfähige Kleben von Solarzellen nachgewiesen. Wechselrichter müssen zukünftig Systemdienstleistungen für einen stabilen Netzbetrieb erbringen. KleVer – Kostensparende klebstoffbasierte Verbindungstechnologie für Hocheffizienz­ solarzellen LUIZ – Leistungselektronik – Intelligent und Zuverlässig Die Projektpartner haben nachgewiesen, dass Klebetechnologie als zuverlässige alternative Verschaltungstechnologie genutzt werden kann. Bisher werden die Solarzellen in Solarmodulen in der Regel durch Löten von dünnen Bändchen miteinander verbunden. Klebt man sie stattdessen, reichen wesentlich nied­ri­gere Prozesstemperaturen von unter 180 Grad Celsius aus. Ins­­besondere temperaturempfindliche Heterojunction-Solarzellen, also hocheffiziente Solarzellkonzepte aus ver­schie­de­ nen Zellschichten, können durch das Klebeverfahren schonend und materialsparend verschaltet werden. Durch die eingesparten Material- und Prozesskosten sin­ken die Herstellungskosten der Module. Zum Beispiel wird der Silberverbrauch deutlich reduziert, da Zellen verschaltet werden können, die keine metallischen Sammel­schienen, sogenannte Busbars, benötigen. Darüber hinaus, und dies ist ein weiterer wesentlicher Vorteil, ist die Klebetechno­ logie bleifrei. Zuwendungsempfänger: teamtechnik Maschinen und Anlagen GmbH und Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Förderkennzeichen: 0325833A-B Fördermittelansatz: rund 2,6 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2015–2018 21 Die Qualität und die Zuverlässigkeit von PhotovoltaikWechselrichtern sollen gesteigert werden. Perspektivisch müssen Wechselrichter einen zuverlässigen Dauerbetrieb gewährleisten, um bei einem weiteren Ausbau erneuerbarer Energien nicht nur bedarfsgerecht Strom einzuspeisen, sondern auch die benötigten Systemdienstleistungen für einen stabilen Netzbetrieb zu erbringen. Die Projektpartner untersuchen geeignete Lösungen und entwickeln schaltungstechnische Verbesserungsmaßnahmen, die etwa in der Lage sein sollen, intelligente Aussagen über den Zustand einer Anlage zu machen. Hierdurch sollen kosteneffiziente, vorbeugende Wartungsmaßnahmen ermöglicht werden. Die benötigten Verbesserungen identifizieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler anhand von Untersuchungen zu potenziell auftretenden Fehlern. Die angestrebten Innovationen werden anhand eines modifizierten Demonstrators evaluiert. Zuwendungsempfänger: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und drei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 0324363A-D Fördermittelansatz: rund 2,4 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2019–2021 22 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G 2.2.2 Windenergie Electron Channeling Contrast Image (ECCI) einer GalliumphosphidNukleationsschicht auf Silicium MehrSi – Hocheffiziente III-V-Mehrfachsolarzellen auf Silizium Tandemsolarzellen aus III-V-Halbleitern und Silizium Siliziumsolarzellen dominieren heute den Photovoltaikmarkt, aber die Technologie nähert sich dem theoretisch maximalen Wirkungsgrad an, der mit Silizium als allei­ nigem Absorbermaterial erreicht werden kann. III-VMehrfachsolarzellen erreichen hingegen Umwandlungs­ effizienzen von Sonnenlicht in elektrischen Strom von bis zu 37,9 Prozent. Diese Solarzellen werden auf GalliumArsenid-Substraten abgeschieden. Der Einsatz in industriell hergestellten Solarmodulen schien bisher aufgrund hoher Substrat- und Herstellungskosten unrealistisch. Daher untersucht das Konsortium, wie beide Technologien vereint werden können, indem dünne III-V-Halbleiterschichten direkt auf einem Silizium-pn-Übergang aufgebracht werden. Dadurch lassen sich hohe Substratkosten der III-V-Kristalle vermeiden. Aufgrund des höheren Wirkungsgradpotenzials könnten sie die Basis zukünftiger Solarzellengenerationen sein. Zuwendungsempfänger: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und drei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03SF0525A-D Fördermittelansatz: rund 3,4 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2015–2019 Windenergieanlagen sind die tragende Säule der Energiewende in Deutschland: Rund 30.000 Windräder stehen mittlerweile an Land und auf See. Nach Informationen der Übertragungsnetzbetreiber wurde 2018 an Land insgesamt 89,5 Terawattstunden Strom erzeugt – das sind rund vier Prozent mehr als im Vorjahr. Dazu haben vor allem technische Innovationen beigetragen. So ist gegenüber 2017 die Nennleistung der zugebauten neueren Windenergieanlagen um neun Prozent auf einen Durchschnittswert von über drei Megawatt gestiegen. Dies wurde unter anderem durch größere Rotordurchmesser und höhere Türme erreicht: Mittlerweile liegt der Rotordurchmesser bei Onshore-Wind­ energieanlagen im Durchschnitt bei 118 Metern und die Nabenhöhe bei 132 Metern. Immer leistungsstärker, höher und größer: Diese Aussage trifft ebenfalls auf die Windenergieanlagen auf See zu. Die neuen, 2018 in Betrieb genommenen Anlagen weisen eine durchschnittliche Nennleistung von über sieben Megawatt auf. Diese Windräder erreichen auch Spitzenwerte, was den Rotordurchmesser und die Nabenhöhe anbelangt. Im Vergleich zum Durchschnitt der früheren Jahre hat der Rotordurchmesser von vormals 129 auf 158 Meter und die Nabenhöhe von 93 auf 106 Meter zugenommen. Ende 2018 waren 22 OffshoreWindparks in Betrieb. Nach vorläufigen Berechnungen des Fraunhofer ISE haben sie 18,8 Terawattstunden Strom ins Netz eingespeist, acht Prozent mehr als im Vorjahr. Höhere Leistungen werden in der Regel durch immer größere Windenergieanlagen erzielt. Damit steigen in der klassischen Anlagentechnik die Anforderungen an die einzelnen Bauteile. Forschungseinrichtungen entwickeln neue Materialien, die dazu beitragen, das Gewicht der Bauteile zu reduzieren, um die Türme, Rotoren oder Fundamente nicht zu sehr zu belasten. So arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES im Forschungsprojekt BladeFactory unter anderem daran, wie immer längere Rotorblätter möglichst effektiv ausgelegt und automatisiert produziert werden können. Für den weiteren Ausbau der Windenergie ist es notwendig, dass die Anlagen noch leistungsfähiger, zuverlässiger und kostengünstiger werden. Sämtliche Komponenten – vom Fundament bis zu den Rotorblattspitzen – müssen daher kontinuierlich weiterentwickelt werden. 2. PROJEKTFÖRDERUNG Doch nicht nur einzelne Bauteile sind forschungsrelevant: Eine höhere Zuverlässigkeit beziehungsweise längere Lebensdauer lässt sich auch erreichen, indem neue wissenschaft­ liche Erkenntnisse über Windströmungen und andere meteorologische Kräfte dazu beitragen, die auf die Wind­ ener­gie­anlage einwirkenden Lasten zu minimieren. Mit dem 7. Energieforschungsprogramm rückt daher der Fokus stärker auf das Gesamtsystem der Windenergieanlagen, indem Standortanalysen, meteorologische Erkenntnisse sowie die Komponentenentwicklung Hand in Hand gehen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt macht dies deutlich: BladeFactory – Fertigungstechnologien und prozessorientierte Materialevaluierung für eine Rotorblattproduktion mit hoher Parallelisierung Rotorblätter sollen effizienter produziert werden, um die Herstellungskosten zu senken. Die Produktion eines Rotorblatt-Rohlings dauert nach aktuellem Stand der Technik etwa 24 Stunden. Der Prozess ist langwierig, weil fast alle Fertigungsschritte seriell nacheinander in der Hauptform erfolgen. Darin werden aus den einzelnen Materialien die beiden von außen sichtbaren Halbschalen hergestellt und in der Regel mit Stegen zu einem Rotorblatt verklebt. Schließlich wird alles erwärmt, um den Materialverbund vollständig auszuhärten. Während dieser Reihe von Arbeitsschritten bleibt die Hauptform 23 In den nächsten Jahren werden viele Windenergieanlagen altersbedingt rückgebaut und ihre Wertstoffe soweit wie möglich recycelt. Kontinuierliche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sollen dazu beitragen, dass noch mehr als bisher bereits in der Design- und Planungsphase einer Anlage beziehungsweise eines Windparks die verschiedenen Aspekte der späteren Wiederverwertbarkeit einzelner Komponenten bis hin zur Auslegung gesamter Windenergieanlagen mit Blick auf deren Wiederverwendbarkeit mitgedacht werden. belegt. Um die Produktionszeit zu verkürzen, planen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des FraunhoferInstituts für Windenergiesysteme IWES zusammen mit ihren Forschungspartnern im Projekt BladeFactory, verschiedene Prozesse parallel durchzuführen. Dafür müssen Arbeitsschritte aus der Hauptform in andere Vorrichtungen verlagert werden. Ein weiterer Fokus des Forschungsprojekts liegt auf der Qualitätssteigerung der Rotorblätter, die unter anderem durch den Einsatz von umfassender Messtechnik erreicht werden soll. Zuwendungsempfänger: Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES und drei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 0324272A-D Fördermittelansatz: rund 7 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2018–2022 Abbildung 5: F  ördermittel für Windenergie in Mio. € (Daten siehe Tabelle 2) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 10 20 30 40 50 60 ■ Anlagenentwicklung ■ Onshore ■ Offshore ■ Windphysik und Meteorologie ■ Logistik, Anlageninstallation, Instandhaltung und Betriebsführung ■ Umweltaspekte der Windenergie und ökologische Begleitforschung ■ Sonstige 70 80 24 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G ModernWindABS – Moderne Methoden für neue Anwendungen bei Betrieb & Service von Windenergieanlagen im Informationsfluss der Industrie 4.0 Innovatives Datenmodell optimiert Wartungsintervalle Im Forschungsvorhaben ModernWindABS arbeiten unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE Windenergieanlagenbetreiber und Forschungsinstitute an einem intelligenten, sich selbst optimierenden „Anlagengedächtnis“. Dieses nutzt Daten aus dem Betrieb von Windenergieanlagen, um unter anderem mithilfe von Maschinenlernverfahren Wartungsintervalle vorhersagen oder Fehler frühzeitig erkennen zu können. Dadurch sollen Stillstände und Kosten vermieden werden. Im Forschungsprojekt werden ausgewählte Anwen­ dungen, etwa zur vorausschauenden Instandhaltung, entwickelt und getestet. Ziel ist es, anhand der verfügbaren Daten eine hohe Erkennungsrate bei möglichst wenigen Fehlalarmen zu erreichen und die Fehler möglichst detailliert zu klassifizieren. Daraus sollen neue Geschäftsmodelle entstehen. WEA-GLiTS – Thermisch gespritzte Gleit­lager­ beschichtungen für Hauptlager von Windenergieanlagen (WEA) Ein anwendungsgerechtes Werkstoffkonzept für Gleitlager in Windenergieanlagen Derzeit werden für die Hauptlagerungen von Windenergieanlagen (WEA) ausnahmslos Wälzlager eingesetzt, wobei diese aufgrund von Ermüdung und Verschleiß mitverantwortlich für Ausfallszeiten der WEA sind. Im Rahmen der Arbeit wird ein innovatives Gleitlagerkonzept unter Verwendung neuer thermisch gespritzter Gleitschichten entwickelt, dass langfristig die anfälligen Wälzlagerungen ersetzen soll. Um die aus anderen Bereichen der Großlagertechnik grundsätzlich bekannten Gleitlager auf den neuen Einsatzbereich in WEA zu übertragen, sind insbesondere Maßnahmen beim Lagerdesign und bei der Wahl einer geeigneten Gleitschicht Zuwendungsempfänger: Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE Förderkennzeichen: 0324128 Fördermittelansatz: rund 740.000 Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 notwendig: Die hohen und sehr dynamischen Lasten, kombiniert mit den großen Lagerdurchmessern in WEA, erfordern Maßnahmen zur Verbesserung des Tragverhaltens – hier nun erstmals gelöst durch eine neuartige federelastische Stützstruktur der Lagerpads. Die vielen Anfahrvorgänge resultieren zudem in hohen Anforderungen an die Gleitschicht, da hierbei die kleinen Drehzahlen zu Verschleiß führen können. Dazu werden auf Basis des thermischen Spritzens neue Werkstoffe entwickelt. Die Erprobung geschieht unter realistischen Betriebsbedingungen mithilfe eines WEASystemprüfstands. Zuwendungsempfänger: RWTH Aachen und zwei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03EK3036A-C Fördermittelansatz: rund 1,5 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 2. PROJEKTFÖRDERUNG 25 KOKON II – Zuverlässiger Korrosionsschutz für hochbelastete Flanschverbindungen in Offshore-Windenergieanlagen Offshore-Windenergieanlagen benötigen Korrosionsschutz. Salzwasser, Windböen und starker Wellengang: OffshoreWindenergieanlagen müssen einiges aushalten. Daher legen die Komponenten-Hersteller Wert auf qualitativ hochwertige Materialien, die den vielfältigen Witterungsverhältnissen genügen. Im Verbundprojekt KOKON II forschen Wissenschaftsteams der RWTH Aachen und der Unternehmen Linde und Krebs Korrosionsschutz unter der Projektleitung der Grillo-Werke daran, wie in Windenergieanlagen verbaute Flanschverbindungen zuverlässig und dauerhaft vor Rost geschützt werden können. Hierfür optimieren sie eine ZinkAluminium-Beschichtung, die in einem vorangegangenen Projekt bereits Forschungsgegenstand gewesen ist. Ziel ist es, ein Duplex-Korrosionsschutzsystem zu entwickeln, das die Stahlkonstruktionen wartungsfrei mindestens 25 Jahre schützt. Flansche werden sowohl im Turm, in den Rotorblättern und Gründungsstrukturen als auch in der Gondel verbaut. 2.2.3 Bioenergie Die hochwertige energetische Verwertung von Biomasse für die effiziente Erzeugung von Bioenergie spielt eine wich­tige Rolle beim Ausbau der erneuerbaren Energien: Mit guter Speicherbarkeit, hoher Flexibilität und in dezen­ traler Anwendung steht Bioenergie als Strom, Wärme oder Kraftstoff zur Verfügung. Im 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung sind jetzt auch die ehemals in einem eigenständigen Programm (Energetische Biomassenutzung) geförderten Aktivitäten des BMWi im Bereich der energetischen Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen verankert. Weitere Vorhaben in diesem Bereich werden über das Programm „Nachwachsende Rohstoffe“ (BMEL) unterstützt. Zuwendungsempfänger: Grillo-Werke und drei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 0325672D-G Fördermittelansatz: rund 670.000 Euro Projektlaufzeit: 2017–2020 Der Teil der Projektförderung, der der Energieforschung zuzurechnen ist, ist daher nur ein Element der Fördermaßnahmen aus dem Programm „Nachwachsende Rohstoffe“. Seit dem Jahr 2000 berücksichtigt es die energetische Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen und von Rest- und Koppelprodukten der land- und forstwirtschaftlichen Erzeu­gung. Die heute gültige Fassung des Förderprogramms wurde am 7. Mai 2015 durch das BMEL veröffentlicht. Im aktuellen Förderprogramm „Nachwachsende Rohstoffe“ (FPNR) des BMEL werden die verschiedenen Nutzungsrichtungen in derzeit zehn Förderschwerpunkten berücksichtigt: Ausschließlich mit der energetischen Nutzung von Biomassen befassen sich zwei Schwerpunkte: 77 Die FuE-Förderung des BMEL umfasst nicht nur Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsvorhaben zur energe­ tischen Nutzung nachwachsender Rohstoffe, sondern auch Maßnahmen zu Anbau und Züchtung, zur stofflichen Nutzung, zur internationalen Zusammenarbeit und zum gesellschaftlichen Dialog. 77 Entwicklung von Technologien und Systemen zur Bioenergiegewinnung und -nutzung mit dem Ziel der weiteren Reduzierung von Treibhausgasemissionen flexible und effiziente Bioenergieanlagen zur Erzeugung von erneuerbaren Energieträgern (Strom, Wärme und Mobilität) in Verbindung mit Systemintegration und Sektorkopplung 26 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G Optiflex – Verbundvorhaben zur Optimierung des Betriebs und Designs von Biogasanlagen für eine bedarfsgerechte, flexibilisierte und effiziente Biogasproduktion unter Berücksichtigung der Prozessstabilität als Post-EEG-Strategie Biogasanlagen fit machen für die flexible Stromerzeugung im Post-EEG-Zeitalter Der weitere Ausbau des regenerativ bedienten Stromsys­tems erfordert einen optimierten flexiblen Betrieb von Biogasanlagen. Im Rahmen des Verbundprojektes soll eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für die Post-EEG-Zeit für einen stabilen und nachhaltigen, flexiblen Biogasanlagenbetrieb entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Durch Kopplung einer modellbasierten prädiktiven Regelung zum Fütterungsmanagement mit einer angepassten Regelung der hydrodynamischen Prozessabläufe sollen vorliegende Optimierungsansätze zusammengeführt und weiterentwickelt werden. Folgende wissenschaftlich technischen Ziele werden im Verbundprojekt verfolgt: 77 Ableitung eines umfassenden Regelalgorithmus für alle zentralen und peripheren Anlagenkomponenten 77 ausrüstungsseitige Anpassung 77 Vorbereitung einer breitenwirksamen MSR-seitigen Nachrüstung bestehender Biogasanlagen als Voraussetzung für einen prozessstabilen, flexiblen Anlagenbetrieb Zuwendungsempfänger: Universität Hohenheim und vier weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 22402716, 22401617, 22401717, 22402017, 22402117 Fördermittelansatz: rund 1,5 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2017–2020 FlexFuture – Integration von Biogasanlagen in Netze mit hohem Anteil fluktuierender Stromerzeuger Betrieb von Blockheizkraftwerken: angepasst an maximale Einspeisung aus lokalen Photovoltaikanlagen Durch vorausschauendes Steuern von Biogasanlagen (BGA) lassen sich Netzausbaukosten reduzieren. Zudem kann das Netz durch optimierte Fahrpläne für BGA kostengünstiger stabilisiert werden als mit Stromspeichern. Das Vorhaben FlexFuture kann perspektivisch dazu beitragen, denn im Fokus stand das Integrieren und automatisierte Steuern solcher Anlagen als ein ausgleichendes Element in Verteilnetzen. Im Projekt konnten die mit dem Verteilnetz ausgetauschten Strommengen signifikant erhöht werden. Dabei ist mehr Strom durch das Netz geflossen, ohne es er­wei­tern zu müssen. Gleichzeitig wurde im Sinne der Gesamteffizienz der BGA die produzierte Wärme höchstmöglich über ein Nahwärmenetz genutzt. An der BGA Zellerfeld konnten die Partner ihre Erkenntnisse umsetzen und demonstrieren. Zuwendungsempfänger: TH Ingolstadt und drei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03KB102A-B, D-E Fördermittelansatz: rund 200.000 Euro Projektlaufzeit: 2014–2017 2. PROJEKTFÖRDERUNG Das BMWi fördert seit 2008 mit dem Programm „Energe­ tische Biomassenutzung“ Vorhaben zur kosten- und energieeffizienten Nutzung von Biomasse im Strom- und Wärme­ markt. Dabei geht es insbesondere um biogene Rest­­- und Abfallstoffe. Im Rahmen dieses Programms haben insgesamt über 600 Partner in mehr als 150 Projekten gearbeitet. 2018 wurde das bisher eigenständige BMWi-Programm „Energe­ tische Biomassenutzung“ in das 7. Energieforschungsprogramm und, mit dem Förderbereich 3.7, in die zentrale Förderbekanntmachung des BMWi integriert. Neben der 27 damit verbundenen Kontinuität der Bioenergieforschung ergeben sich insbesondere Vernetzungschancen mit den anderen Technologien und Sektoranwendungen beispielsweise im Gebäude-Wärme-Bereich (Biowärme) oder auch im Verkehr (Biokraftstoffe). Weiterhin wurde das Forschungs­ netzwerk Bioenergie im Rahmen der Forschungs­netz­werke des BMWi neu ausgerichtet und mit enger Unter­stützung der Begleitforschung durch das Deutsche Biomasseforschungszentrum in den Arbeitsgruppen und Trans­fer­maß­ nahmen begleitet. Abbildung 6: F  ördermittel für Bioenergie in Mio. € (Daten siehe Tabelle 2) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 5 10 15 20 25 30 ■ Erzeugung – Anbau ■ Erzeugung – Züchtung ■ Konversion – allgemein ■ Konversion – gasförmig ■ Konversion – flüssig ■ Konversion – fest ■ Querschnitt ■ Grundlagenforschung ■ Energetische Biomassenutzung 35 40 45 28 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G 2.2.4 Geothermie Erdwärme ist eine verlässliche Energiequelle. Strategisch soll sie zukünftig verstärkt für die Wärme- und Kälteversorgung eingesetzt werden. In Deutschland sind nach An­­ gaben des Bundesverbands Geothermie (BVG) aktuell 33 Heizwerke in Betrieb. Mehr als 30 Anlagen sind darüber hinaus in Planung oder Bau. Die Stadtwerke München planen, die Fernwärmenetze der Stadt bis zum Jahr 2040 überwiegend mit geothermisch gewonnener Wärme zu versorgen. Forschungsprojekte, die nach dem 7. Energie­for­ schungs­­programm gefördert werden, sollen nun in erster Linie dazu beitragen, die Geothermie schnell einsetzbar zu machen. Risiken sollen abgebaut, Kosten reduziert, Speichermöglichkeiten geschaffen sowie Bekanntheit und Akzeptanz dieser Form von erneuerbarer Energie gesteigert werden. Hierfür wird besonders auf Demonstrations- und Pilotvorhaben gesetzt, die als Vorbilder für die weitere Standortentwicklung herangezogen werden sollen. EBIMA – Entwicklung, Bau und Inbetriebnahme einer mobilen Anlage zum sicheren und effizienten Wechsel von Unterwasserpumpen der tiefen Geothermie Mit der hier entwickelten Workover-Anlage lassen sich Pumpenwechsel schnell und automatisch durchführen. Wenn bei einem Geothermiekraftwerk die Förderpumpe ausfällt, die einige hundert Meter tief in einem Bohrloch platziert ist, müssen sowohl die Pumpe selbst als auch die miteinander verschraubten Förderrohre an die Oberfläche befördert werden. Diese Arbeiten fielen in der Vergangenheit sehr aufwendig aus. Daher haben die Ingenieurinnen und Ingenieure der Firma Max Streicher eine Anlage für diesen sogenannten „Workover“ an Tiefpumpen entwickelt, die den gesamten Prozess in automatischen Schrittketten vollführt. Das ist eine Weltneuheit speziell für den Einsatz in der Geothermie. Die Anlage ist auf einem eigens dafür entwickelten Sattelauflieger aufgebaut, der für das Münchner Stadtgebiet zugelassen und somit nun für die verschiedenen Anlagen der Stadtwerke München flexibel einsetzbar ist. Der Hubschlitten wird innerhalb des Zahnstangenmasts per Fern­be­dienung auf und ab bewegt. Zuwendungsempfänger: SWM Services GmbH und MAX STREICHER GmbH & Co. KG aA Förderkennzeichen: 0324072A-B Fördermittelansatz: rund 1,5 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2018 Abbildung 7: F  ördermittel für tiefe Geothermie in Mio. € (Daten siehe Tabelle 2) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 5 10 ■ Prospektion und Exploration ■ Warmwasser- und Dampflagerstätten ■ Hot-Dry-Rock ■ Sonstige 15 20 25 2. PROJEKTFÖRDERUNG 2.2.5 Wasserkraft und Meeresenergie Wasserkraft hat gegenüber Wind- und Sonnenenergie einen entscheidenden Vorteil: Die Stromproduktion ist witterungsunabhängig und damit planbar. In Deutschland beträgt der Anteil des aus Wasserkraft erzeugten Stroms rund drei Prozent. Da die geografisch geeigneten Standorte nahezu ausgeschöpft sind, werden vor allem die bestehenden Anlagen modernisiert. Wissenschaftsteams forschen zudem an innovativen Laufwasserrädern, die neue Standorte erschließen könnten. Anlagen, die Strom aus Meeresenergie generieren, sind weltweit noch im Demonstrationsstadium. Das BMWi fördert die Entwicklung und Demonstration von Meeresströmungsturbinen und Wellen­ energiekonvertern. 2.2.6 Thermische Kraftwerke Konventionelle Kraftwerke sind als verlässliche Garanten einer sicheren Stromversorgung auch in Zeiten der Energiewende gefragt. Ihre Aufgabe hat sich indes gewandelt: Liefen sie früher im Dauerbetrieb, sind sie heute flexible Dienstleister, wenn die Sonne wenig oder gar nicht scheint oder der Wind nicht weht. Konkret heißt dies, dass Kraftwerke schneller und häufiger an- und abgefahren oder in Teillast betrieben werden müssen, was entsprechend neue Anforderungen an Betriebsprozesse und Bauteile stellt. Zudem soll der Wirkungsgrad der Kraftwerke auch im Teillastbetrieb gesteigert und somit die Kohlendioxid-Emissionen reduziert werden, um die Klimaziele zu erreichen. Das BMWi unterstützt diese Ziele mit seiner anwendungsorientierten Forschungsförderung. 29 Fertigungstechnologieentwicklungen für zukünftige und wettbewerbsfähige Gasturbinen – Siemens Manufacturing Center of Excellence (MCoE) Hohe Wirkungsgrade senken Kosten und Kohlendioxid­ ausstoß. Neue Digitalisierungs- und Fertigungstechnologien sollen die Effizienz von Gas-und-Dampf-Kraftwerken steigern. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Siemens arbeiten da­her im Projekt MCoE daran, Gasturbinen weiter­ zuentwickeln. Das Projekt soll dazu beitragen, den Wirkungsgrad eines Gas-und-Dampf-Kraftwerks (GuD) von derzeit 61,5 auf 65 Prozent zu steigern und die Produktionskosten durch neue und verbesserte Fertigungstechnologien zu senken. Dazu werden verschiedene Aspekte untersucht. Das Projektteam hat zum Beispiel eine Methode entwickelt, mit der verbesserte Kühlluftbohrungen der Turbinenschaufel erstellt werden können, um die Turbine während des Betriebs effektiver zu kühlen. Es geht weiterhin darum, Schichtsys­ teme von Turbinenschaufeln schneller und effizienter zu bearbeiten, um so neue Designs zu ermöglichen, und schließ­­lich um die Digitalisierung bei der Messtechnik sowie die Integration von CAX (Computer Aided Technologies) bei der Turbinenherstellung. Zuwendungsempfänger: Siemens Förderkennzeichen: 03ET7085 Fördermittelansatz: rund 2,5 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2021 Abbildung 8: F  ördermittel für Kraftwerkstechnologien in Mio. € (Daten siehe Tabelle 2) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 5 10 15 20 25 ■ Fortgeschrittene Kraftwerkssysteme ■ Komponentenentwicklung ■ Kohlevergasung ■ Grundlagenforschung ■ Sonstige 30 35 30 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G Kryolens – Kryogene Luftenergiespeicherung In einem flexiblen Energiesystem kommt Stromspeichern eine entscheidende Rolle zu. Mit der Energiewende wandelt sich das Energiesystem: Haben früher einige Großkraftwerke Strom erzeugt, speisen nun parallel viele dezentrale Stromproduzenten wie Windparks oder Photovoltaikanlagen in das Versorgungsnetz ein. Strom­speicher können Spitzen ausgleichen, indem sie den Strom zwischenspeichern. Im Projekt Kryolens arbeiten Wissen­schaft­lerinnen und Wissenschaftler an innovativen Flüssigluftenergiespeichern. Das Projektteam untersucht, welche Lösung – je nach Einsatzszenario – die effizienteste Variante ist. Außerdem werden im Projekt die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten und die Ökobilanz der Technologie bewertet. Anhand dieser Analysen soll eine Entscheidungsgrundlage entstehen, auf deren Basis beurteilt werden kann, ob und inwiefern das Energiespeichern mittels flüssiger Luft Mit dem 7. Energieforschungsprogramm werden die Kraftwerke verstärkt im Gesamtenergiesystem betrachtet. Zum einen geht es darum, wie die bestehenden Großkraftwerke durch neue technologische Lösungen fit für die Energiewende gemacht werden können. Dazu gehören Umrüst(sogenannte Retrofit-)maßnahmen, sodass die Kraftwerke neben veränderten Betriebsbedingungen künftig verstärkt mit alternativen Brennstoffen und Brennstoffgemischen wie Biomasse oder Abfällen betrieben werden können. Zum anderen sollen die Forschungsaktivitäten zum Thema Energiespeicher verstärkt werden. Überschüssiger Strom ließe sich beispielsweise mithilfe von Power-to-X-Technologien in Wasserstoff oder Wärme umwandeln und zwischen­ speichern, um daraus nach Bedarf anschließend wiederum Strom zu erzeugen (Power-to-X-to-Power). den zukünftigen Bedarf an großtechnischen Stromspeichern decken kann. Im Anschluss an das Projekt soll eine großtechnische Demonstration erfolgen. Zuwendungsempfänger: Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe und Ruhr-Universität Bochum Förderkennzeichen: 03ET7068B-F Fördermittelansatz: rund 1,1 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 Tatsache ist: Die Kraftwerksprozesse werden komplexer. Daher gewinnt die Simulation von Anlagen und Komponenten durch einen „Digital Twin“ an Bedeutung, um mithilfe von Modellen, Simulationen und Algorithmen Kraftwerksprozesse virtuell zu optimieren und die gewonnenen Ergebnisse anschließend in reale Betriebsabläufe umzusetzen. Neben den konventionellen Kraftwerken wird auch an solarthermischen Kraftwerken geforscht, mit Fokus auf dem Export. Ein weiteres Forschungsgebiet betrifft den Kraftwerksteil einer Geothermieanlage. Für beide Technologien gilt: Know-how und Produkte „Made in Germany“ sind weltweit gefragt. Abbildung 9: F  ördermittel für solarthermische Kraftwerke in Mio. € (Daten siehe Tabelle 2) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 1 2 3 ■ Parabol ■ Turm ■ Fresnel ■ Speicher ■ Sonstige 4 5 6 7 8 9 10 11 2. PROJEKTFÖRDERUNG 2.3 Systemintegration 2.3.1 Stromnetze Damit die Umstellung der Energieversorgung auf Erneuerbare im Rahmen der Energiewende gelingt, muss das Energie­system an die veränderten Erzeugungs- und Verbrauchsbedingungen angepasst werden. Das umfasst insbesondere den Aus- und Umbau der Stromnetze als essen­ ziellen Bestandteil und Rückgrat des Energiesystems. Zentrales politisches Ziel ist deswegen einerseits der Netzausbau auf Übertragungs- und Verteilernetzebene, um beispielsweise den in windreichen Regionen Nord- und Ostdeutschlands erzeugten Strom zu den Verbraucherinnen und Verbrauchern in die bevölkerungs- und industrie­ reichen Länder im Westen und Süden über weite Strecken zu transportieren. Andererseits stehen eine bessere Auslastung der vorhandenen Stromnetze und ihre Modernisierung im Fokus der Energieforschungspolitik. Dies trägt der aktuellen Entwicklung hin zu lokalen, dezentralen Versorgungsstrukturen Rechnung. Die Verknüpfung des Energiesystems mit der Wärmeversorgung und dem Verkehrs- und Industriezweig im ganzheitlichen Rahmen der Sektorkopplung erfordert einen aufeinander abgestim­mten Betrieb von Erzeugungsanlagen, Stromnetzbetreibern und Verbrauchern. Grundvoraussetzung der Weiterentwicklung ist stets, die Qualität und Sicherheit der Strombereitstellung aufrechtzuerhalten, auf der die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie und Wirtschaft am Standort Deutschland basiert. Gleichermaßen tragen der Netzaus- und -umbau dazu bei, die Energieversorgung hierzulande effizienter und umweltfreund­ 31 licher zu gestalten. Dies geschieht unter Einbezug der Digitalisierung als Chance und Herausforderung, die Netze zu Smart Grids transformiert und Vorhaben im Bereich von Forschung und Entwicklung übergreifend verbindet. Die Forschungsthemen decken im Bereich Stromnetze aufgrund der Komplexität der Energiesystemintegration ein breites Spektrum ab. Die Basis bildet dabei die Forschung zur Verbesserung von Betriebsmitteln und Komponenten sowie die Entwicklung innovativer Technologien, die die Aufnahme- und Transportkapazität der Netze erhöhen. Schwerpunkte liegen dabei zum Beispiel auf Stromrichtern, neuen Materialien, etwa bei Kabeln, Leitungen und Schaltanlagen sowie AC/DC-Netzen. Im Bereich von Netzbetrieb und -planung fokussieren sich die Expertinnen und Experten auf die Leit- und Schutztechnik, darunter optimierte Betriebsführungskonzepte, automatisierte Erfassung der Energiesystemstruktur und des Netzzustands über alle Spannungsebenen hinweg, Maßnahmen zum Notfallbetrieb und Systemwiederaufbau, Resilienzerhöhung und Cybersicherheit unter Einbezug neuer Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) bei der Datenverarbeitung und -analyse sowie Entwicklung neuer Geschäftsmodelle und Aufbau von Diensteplattformen. Um eine systemstabilisierende Wirkung der naturgemäß schwankenden erneuerbaren Energien zu erzielen, arbeiten Fachleute daran, Flexibilitätsoptionen besser zu erschließen. Die Forschung adressiert in diesem Bereich Maßnahmen zum Lastmanagement, neue Modellierungs- und Planungsmethoden sowie Entwicklung einheitlicher Normen und Standards. Abbildung 10: F  ördermittel für Netze in Mio. € (Daten siehe Tabelle 4) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 10 20 30 40 50 ■ Komponenten ■ Netzplanung ■ Betriebsführung ■ Systemstudien ■ Grundlagenforschung ■ Sonstige 60 70 80 32 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G Aufgrund der entscheidenden zentralen Funktion der Strom­ netze innerhalb des Energiesystems hat die Forschung im Bereich Stromnetze und Netzintegration erneuerbarer Energien zahlreiche Schnittstellen zu anderen Forschungsthemen. Die Einbettung in einen größeren, ganzheitlichen Kontext kennzeichnet auch die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft, Politik, Wirtschaft und Gesellschaft sowie die Kooperation auf regionaler und überregionaler Ebene und über Landesgrenzen hinweg auf europäischer und internationaler Ebene. Ein abgestimmtes Vorgehen trägt dabei dazu bei, die gemeinsamen Ziele der europäischen Klimapolitik schneller zu erreichen. Schichtingenieure führen das Höchstspannungsnetz in der TenneTRegelzone. InnoSys2030 – Innovationen in der System­ führung Das Forscherteam entwickelt Lösungen für eine gleichmäßigere und höhere Netzauslastung. Ein Projektmitarbeiter prüft mithilfe eines Laptops das Wärmepumpensystem zur Erprobung der Lastverschiebungsstrategien. LAGE-EE – Lastverschiebungspotenziale von Gebäuden für Strom aus erneuerbaren Energien Fachleute untersuchen, wie Energie-Überschussangebote optimal thermisch gespeichert werden können. Das Flexibilitätspotenzial von Heizungswärmepumpen für die Lastverschiebung nutzen: Wenn viel Strom im Netz ist, nehmen die Geräte lokal überschüssige elektrische Energie auf und wandeln sie in Wärme um. Dieses Power-to-HeatVerfahren trägt dazu bei, Stromerzeugung und -verbrauch besser aufeinander abzustimmen. In dem Projekt entwickeln Expertinnen und Experten zu dem Zweck ein ganzheitliches System zur Gebäudeheizung, Kühlung und Warmwasserbereitung. Dazu gehört etwa die technische Steuerung der Haustechnik, sodass die Wärmepumpen automatisch auf Netzbetreibersignale reagieren. Ziel des Forscherteams ist es, das Komfortgefühl der Bewohner nicht zu beeinträchtigen. Im abschließenden Feldversuch ermitteln sie die Praxistauglichkeit der Ergebnisse. Zuwendungsempfänger: Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE und fünf weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 0325794A-F Fördermittelansatz: rund 1,3 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2015–2019 Ziel des Projekts ist es, die Systemführung zu optimieren. Um das zu erreichen, arbeiten die Fachleute daran, zusätzliche Netzkomponenten einzusetzen, den Automatisierungsgrad von Betriebsprozessen zu erhöhen, Informations- und Kommunikationstechnologien auszubauen und Rechenleistungen zu steigern. Dafür analysieren und bewerten die Expertinnen und Experten innovative Ansätze unter elektrotechnischen, ökonomischen und sicherheitsrelevanten Aspekten hinsichtlich ihrer Praxistauglichkeit. Ausgesuchte Maßnahmen simulieren sie anschließend und erproben diese in Laborumgebungen. Mittels in Leitwarten installierten und mit Echtzeitdaten versorgten Rechnersystemen prüfen die Fachleute bei Feldtests mögliche Auswirkungen auf Betriebsmittelauslastung und Spannungsniveau. Zuwendungsempfänger: TenneT TSO, Bayreuth und 14 weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 0350036A-O Fördermittelansatz: rund 9,4 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2018–2021 2. PROJEKTFÖRDERUNG 33 LADEINFRASTRUKTUR 2.0 – Optimierung des koordinierten Ausbaus und Betriebs der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge und der Verteilungsnetze Neue Lösungen sorgen für eine höhere Akzeptanz der Elektromobilität. Davon profitiert die Umwelt. In dem Projekt analysieren Fachleute mithilfe eines ganzheitlichen Ansatzes die Wechselwirkungen rund um den Ladeprozess von Elektrofahrzeugen. Das ermöglicht den beteiligten Akteuren, etwa bei der Planung, Betriebsführung und Regulation besser aufeinander abgestimmte Lösungen zu entwickeln und anzubieten. Intelligente Ladestrategien und -technik sowie innovative Anreizsys­teme sollen dazu beitragen, den Netzausbau zu reduzieren. Von der Optimierung profitieren Fahrzeug- und Ladeinfrastrukturhersteller sowie Netzbetreiber und Energieversorger, zum Beispiel durch neue Möglichkeiten zur Netzintegration, einen branchenübergreifenden Informationsaustausch sowie konkrete Empfehlungen an Wirtschaft und Politik, auf welche Weise die Elektromobilität bestmöglich vorangetrieben werden kann. Zuwendungsempfänger: Fraunhofer-Institut für Energie­ wirtschaft und Energiesystemtechnik IEE und sechs weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 0350048A-G Fördermittelansatz: rund 8,8 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2018–2022 Verbundprojekt iNET-FA² – Intelligente Verteilnetze mit fraktaler AutomatisierungsArchitektur Intelligente Verteilnetze für mehr Flexibilität: eine durchgängige Plattform für Systemdienstleistungen vom Prosumer bis zum Übertragungsnetzbetreiber Das Verbundvorhaben iNET-FA² spiegelt auf elegante Weise die selbstähnliche Struktur des Verteilnetzes in einer fraktalen Automatisierungs-Architektur wider. Zu diesem Zweck wurde eine Lösung aus Soft- und Hardware für ein intelligentes Verteilnetz erarbeitet, validiert und verifiziert. Smart Grid Cluster Controllers (SGCCs) messen an ausgewählten Netzknoten und Anschlusspunkten Leistungsflüsse, Spannungsqualität und Belastungen der Betriebsmittel und tauschen untereinander Daten aus. Somit sind die SGCCs befähigt, den Zustand des so beobachteten Netzbereichs zu erfassen und Netzbetreibern und -kunden netzdienliche Handlungen vorzuschlagen. Auf den SGCCs laufen in einer speziell hierfür geschaffenen Softwareumgebung funktionale Apps, über die Netzkunden ihre Flexi­bilitäten anbieten und automatisch steuern lassen können. Dieser Ansatz erlaubt eine aktive Regelung in allen Netzebenen mit durchgängiger Abbildung des Marktes, sodass auch Prosumer zu Primär- und Sekundärregelung beitragen können. Dieses funktioniert bereits im Labor. Zuwendungsempfänger: Fachhochschule Südwestfalen und vier weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03EK3541A-D, -F Fördermittelansatz: rund 1,1 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2014–2018 34 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G 2.3.2 Stromspeicher Bis 2050 sollen mindestens 80 Prozent des erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energien erzeugt werden. Im Gegensatz zu konventionellen Kraftwerken können Windund Solarparks jedoch nicht kontinuierlich und gleich­ mäßig den benötigten Strom erzeugen. Die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen ist eng an die jeweilige Wetterlage gekoppelt und unterliegt auch im Tagesverlauf starken Schwankungen. Stromspeicher können diese Schwankungen abfangen, indem sie bei kräftigem Wind oder starker Sonneneinstrahlung Strom zwischenspeichern, der nicht direkt verbraucht werden kann. Bei ungünstiger Wetterlage wie einer Flaute oder nachts können sie dann den gespeicherten Strom wieder an das Netz und damit auch an die Verbraucher abgeben. Auch für die Stabilisierung des Stromnetzes sind Stromspeicher essenziell. Kleinste Schwankungen in der Netzfrequenz können die Stromversorgung ganzer Stadtteile oder Industriegebiete gefährden. Strategisch an bestimmten Netzpunkten platziert können Stromspeicher zur Erhaltung der Netzfrequenz beitragen und durch intelligentes Lastmanagement den weiteren Zubau von erneuerbaren Energieanlagen begünstigen. Kleinere Stromspeicher sind schon heute essenzielle Bestandteile der Elektromobilität. Zählte das Kraftfahrtbundesamt 2016 noch 11.410 Neuzulassungen von Elektrofahrzeugen, hat sich diese Zahl bis 2017 auf über 25.000 mehr als verdoppelt. 2018 waren es schließlich sogar über 36.000 Neuzulassungen (Wachstum etwa 44 Prozent), wodurch die Zahl der Elektrofahrzeuge in Deutschland im gesamten Jahr 2018 auf rund 83.000 anwuchs. Auch im Heim- und Gewerbesektor wächst die Nachfrage nach Stromspeichern kontinuierlich. So wurde im August 2018 in Berlin der 100.000ste Solarstromspeicher in Betrieb genommen. In den nächsten zwei Jahren soll sich diese Zahl noch verdoppeln. Gleichzeitig haben sich die Anschaffungs­ kosten für Lithium-Ionen-Batterien, die bevorzugt als Heim- und Gewerbespeicher eingesetzt werden, seit 2013 von 400 Euro pro Kilowattstunde auf weniger als 200 Euro mehr als halbiert. Die Nachfrage nach leistungsfähigen, effizienten und günstigen Stromspeichern für verschiedenste Anwendungsfelder steigt also – und damit auch der internationale Wettbewerb um die besten Technologien. Damit Deutschland weiterhin einer der Vorreiter der Energie­ wende bleibt und sich auf dem internationalen Speichermarkt fest etablieren kann, fördert die Bundesregierung auch im 7. Energieforschungsprogramm die Grund­lagen(BMBF) wie auch die anwendungsnahe (BMWi) Forschung und Entwicklung entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Um den Einsatz neuer Speichertechnologien unter annähernd realen Bedingungen zu erproben, werden im 7. Energieforschungsprogramm zudem Demonstrationsprojekte, Pilotanlagen, Feldtests und Reallabore förderpolitisch unterstützt. Die zu erforschenden Speichertechnologien und -konzepte sind so vielfältig wie die Einsatzgebiete. Ein besonderer Schwerpunkt in der Stromspeicherforschung liegt auf den unterschiedlichen Technologietypen der Batterie als zen­ traler technischer Komponente an wichtigen Stellen des Energiesystems. Zielgrößen sind Kosten, Gesamteffizienz, Leistungsdichte, Energiedichte, Speicherkapazität, Reaktionszeit, Langlebigkeit, Zyklenfestigkeit und die Geschwin- Abbildung 11: F  ördermittel für Speicher in Mio. € (Daten siehe Tabelle 4) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 10 20 30 40 50 60 ■ Elektrochemische Speicher ■ Hochtemperaturspeicher ■ Mechanische Speicher ■ Elektrische Speicher ■ Niedertemperaturspeicher ■ Stoffliche Speicher ■ Grundlagenforschung ■ Sonstige 70 2. PROJEKTFÖRDERUNG digkeit des Be- und Entladens. Zudem müssen die Speicher bei hohen wie bei niedrigen Temperaturen stabil und zuverlässig funktionieren. Die Erforschung alternativer Rohstoffquellen und optimierter Elektrodenmaterialien für Batteriezellen soll die Umweltbilanz von Hochleistungsspeichern verbessern und gleichzeitig die Importabhängigkeit reduzieren. Mit Blick auf die wachsende Nachfrage nach Batteriespeichern sollen zudem Redox-Flow-Batterien weiterentwickelt und zur Marktreife gebracht werden. 35 Bei elektrochemischen Speichern ist zudem die Entwicklung grundlegend neuer Zellchemien ein sehr wichtiges Forschungsfeld. Auch Post-Lithium-Batterien, vor allem Metall-Luft- und Festkörperbatterien spielen eine wichtige Rolle. Neben der Forschung im Labor sind die Weiterentwicklung von Fertigungsprozessen, die Standardisierung verschiedener Speichertechnologien und Sicherheitsaspekte wichtige Förderschwerpunkte. Batt3D – Hochleistungs- und Feststoffbatterien auf Basis dreidimensionaler Stromableiter Lithium-Ionen-Speicher mit Schaumporen für höhere Leistungsdichte Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund ihrer schnellen Lade- und Entladezeiten ideal für die Verwendung in Elek­­ trofahrzeugen und stationären Energiespeichern. Im Zuge der Energiewende steigt der Bedarf an solchen Hochleistungsspeichern, gleichzeitig wachsen die Anforderungen an Leistungs- und Energiedichte, Umweltverträglichkeit und Kosten. Im Projekt Batt3D entwickeln Forscher deshalb ein neuartiges Batteriekonzept: Anstatt Anode und Kathode klar räumlich zu trennen, wie es bei Lithium-Ionen-Batterien üblich ist, arbeiten die Forscher mit einem offenporigen Metallschaum. Die Schaumporen werden mit elektrochemisch aktiven Elektrodenmaterialien beschichtet, sodass eine Art dreidimensionale Elektrode mit sehr großer Kontaktfläche entsteht. Durch diesen Elektrodenaufbau lässt sich die Leistungs- und Energiedichte der Batterie steigern, ohne das UnABESA – Universelle Anbindung von Batteriespeichern aus Elektrofahrzeugen für stationäre Anwendungen Intelligent koppeln statt zerlegen Das Verbundvorhaben UnABESA entwickelt stationäre Energiespeicher auf Basis von Batterien für E-Fahrzeuge. Das Besondere an diesem Projekt ist, dass der Hochvoltspeicher dabei nicht zerlegt wird, um die Zertifizierung nicht zu verlieren. Stattdessen wird die Schnittstelle zwischen automobilem Energiespeicher und stationärem Wechselrichter über ein intelligentes bidirektionales Koppelelement optimal konzeptioniert und umgesetzt. Dabei bleiben alle Funktionen der Batterie – also Effizienz, Sicherheit und Wirtschaft- Illustrative Darstellung des Legierungsschaums, der für die Elektrodenherstellung als Stromableiter verwendet wird.­­­ Volumen zu erhöhen. Zudem ermöglichen diese dreidimensionalen Elektrodenstrukturen neuartige geometrische Bauweisen, die vielseitig eingesetzt werden können. Zuwendungsempfänger: Alantum Europe und sieben weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03ET6111A-J Fördermittelansatz: rund 2,3 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2017–2020 lichkeit – bestehen. Zusammen mit dem Koppelelement bildet die Batterie schließlich einen stationären Energiespeicher mit einheitlicher elektrischer und logischer Schnittstelle. Der DC-DC-Wandler des Koppelelements wandelt die Spannung der Automotive-Batterie hocheffizient auf das für den Netzumrichter notwendige Niveau. Dadurch können die batterieseitigen Sicherheitsspezifikationen eingehalten und gleichzeitig ein kostenintensiver Netztrafo eingespart werden. Zuwendungsempfänger: BMW AG und drei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03ET6126 A-D Fördermittelansatz: rund 1,7 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2017–2020 36 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G GreenH2 – Preiswerte, lastflexible und nachhaltige Erzeugung von grünem Wasserstoff Optimierte Elektrodenstrukturen für effiziente und günstige Herstellung von Elektrolyseuren Je größer die Oberfläche des Elektrodenmaterials in einem Elektrolyseur, desto geringer ist die benötigte Überspannung und desto effizienter ist die Elektrolyse. Daher bestehen die Elektroden in gebräuchlichen alkalischen Elektrolyseuren aus porösen Raney-Nickel-Strukturen, denn diese verfügen über eine große Oberfläche. Für den Einsatz in Verbindung mit Erneuerbare-Energien-Anlagen sind sie allerdings nicht gut geeignet, denn sie verlieren bei starken Lastschwankungen mit der Zeit an Wirkungsgrad. Um dieses Problem zu lösen, hat das Forscherteam von GreenH2 ein Fertigungsverfahren auf Basis von Ultrakurzpulslaser-Technologie entwickelt. Hierbei wird die Oberfläche der Elektroden so strukturiert, dass sie gegenüber Lastschwankungen robuster werden. Im Vergleich zu anderen Verfahren, die Oberflächen funktionalisieren, ist diese Methode effizienter und in größerem Maßstab auch günstiger. Heute eingesetzte Elektrolyseure lassen sich damit kostengünstig und schnell optimieren, was den Markt für Power-to-Gas-Anlagen in Verbindung mit EE-Anlagen in Deutschland vorantreiben kann. Zuwendungsempfänger: Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik HHI und fünf weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03ET6058A-F Fördermittelansatz: rund 4,1 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2015–2019 R2RBattery – Maßgeschneiderte Material­ systeme und Technologien für die Rolle-zuRolle-Fertigung elektrochemischer Energiespeicher auf flexiblen Trägern Hochvalente Ionen für die Energiewende – neuartige PostLithium-Energiespeicher decken den zukünftigen Bedarf an Energiespeichern und werden den stetig steigenden Anforderungen gerecht. Im Bereich der elektrochemischen Stromspeicher für die Elektromobilität und für stationäre Anwendungen ist die Umsetzung der Energiewende allein mit der LithiumIonen-Technologie nicht möglich. Es werden deshalb zusätzliche alternative Materialsysteme für eine Technologie-Diversifizierung benötigt. Das Projekt R2RBattery entwickelt ein Post-Lithium-Energiespeichersystem auf Basis hochvalenter Ionen in Kooperation mit Industrie- und Forschungspartnern weiter und erarbeitet maßgeschneiderte Lösungen für deren großtechnische Produktion. Diese Aluminium-Ionen-Festkörperbatterie-Materialsysteme leisten einen wichtigen Beitrag zur Energiewende, indem sie doppelt bis viermal so hohe volumetrische Energiedichten wie State-of-the-art-Lithium-Ionen-Batterien, eine hohe Lebensdauer mit mehreren Tausend Lade-/Entladezyklen und einen sicheren Betrieb ermöglichen. Mit Aluminium als Anodenmaterial, welches in großem Maße verfügbar ist und für welches großskalige Produktionsprozesse sowie eine Recycling-Infrastruktur vorliegen, ist eine kostengünstige Substitution der knappen Ressource Lithium und ein energieeffizienter Zellproduktionsprozess aussichtsreich. Damit wird eine kostengünstige, ressourcenschonende Herstellung für insbesondere stationäre Anwendungen zur Unterstützung des Ausbaus erneuerbarer Energien ermöglicht. Zuwendungsempfänger: TU Bergakademie Freiberg und drei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03SF0542A-B, D-E Fördermittelansatz: rund 3,6 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 2. PROJEKTFÖRDERUNG 2.3.3 Sektorkopplung Die Sektorkopplung ist als neues technologieübergreifendes Querschnittsthema im 7. Energieforschungsprogramm verankert. Während sich die bisherigen Programme vor allem auf einzelne Technologien und Systemfragen konzentriert haben, tritt jetzt die Forschung zur Transformation des Energiesystems als Ganzes in den Vordergrund. Viele Einzeltechnologien müssen erfolgreich integriert werden, im Gesamtsystem vernetzt agieren und Informationen schnell und zuverlässig austauschen. Eine zentrale Herausforderung ist dabei die effiziente Kopplung der Sektoren Strom, Wärme/Kälte und Verkehr. Erneuerbare Energien sind derzeit am besten in den Stromsektor integriert. Durch die Sektorkopplung sollen nun auch die Bereiche Verkehr und Wärme/Kälte davon profitieren. Erneuerbarer Strom kann entweder direkt genutzt werden oder über effizientes Vernetzen der Energieinfrastrukturen für Strom, Gas, Wärme und Kraftstoff. Ein wichtiger Baustein ist hier Wasserstoff, der beispielsweise über Elektrolyse auf Basis erneuerbaren Stroms erzeugt werden kann: Wasserstoff kann lokal überschüssigen Strom etwa aus Windkraftanla- 37 gen aufnehmen und dauerhaft speichern. Der Wasserstoff selbst könnte in das vorhandene Gasnetz eingespeist werden. Er kann für chemische Prozesse genutzt werden und dient als Grundlage für synthetische Gase sowie für alternative Kraft- und Brennstoffe. Konkret soll zum Beispiel die vom BMWi mit rund 87 Millionen Euro geförderte Initiative „Energiewende im Verkehr“ die Sektorkopplung in Deutschland vorantreiben. Seit Sommer 2018 starten nach und nach 16 Großverbünde mit circa 150 Einzelprojekten von Partnern aus Forschung und Industrie zu Herstellung und Nutzung alternativer strombasierter Kraftstoffe (Power-to-Fuel). Basierend auf den Forschungsergebnissen soll durch die wissenschaftliche Begleitforschung bis 2022 eine Roadmap entstehen, die Handlungsempfehlungen für die Entwicklung, Produktion und Markteinführung von nachhaltigen Kraftstoffen als Voraussetzung für eine klimafreundlichere Mobilität gibt. Neben dem Energieforschungsprogramm der Bundesregierung setzt die Initiative auf dem Maritimen Forschungsprogramm und dem Programm „Neue Fahrzeug- und Systemtechnologien“ des BMWi auf. Abbildung 12: F  ördermittel für Brennstoffzellen und Wasserstoff in Mio. € (Daten siehe Tabelle 2) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 5 10 15 20 25 ■ NT-PEMFC ■ HT-PEMFC ■ MCFC ■ SOFC ■ DMFC ■ Wasserstoffspeicher ■ Wasserstofferzeugung ■ Grundlagenforschung ■ Sonstige 30 38 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G DESS2020+ – District energy storage and supply system 2020+ Dezentrale Energieversorgung mit Brennstoffzellen zur Stromspeicherung Für die weitere Erhöhung des Anteils Erneuerbarer im Energieversorgungssystem sind Speichermöglichkeiten für fluktuierend erzeugten Strom aus Sonne und Wind gefragt. Die Ingenieure und Forscher von Bosch und dem Fraunhofer ISE haben dafür ein weitgehend geschlossenes System für Wohnquartiere untersucht, in dem Strom regenerativ erzeugt, vor Ort gespeichert und dort auch verbraucht wird, sodass der „grüne“ Strom nicht über weite Strecken trans- portiert werden muss. Im Fokus stand dabei Wasserstoff als kostengünstiges und wirtschaftliches Speichermedium. Das System funktioniert nicht nur in angeschlossenen Haushalten, sondern perspektivisch auch bei wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen. Die Kernkomponenten: ein PEM-Elektrolyseur, eine Festoxidbrennstoffzelle und mehrere WasserstoffSpeichertanks. Zuwendungsempfänger: Robert Bosch GmbH und Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE Förderkennzeichen: 03ET6075A-B Fördermittelansatz: rund 2,3 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2015–2018 KEROSyN100 – Entwicklung und Demonstra­ tion einer dynamischen, effizienten und skalierbaren Prozesskette für strombasiertes Kerosin – Phase 1 Defossilisierung des Flugverkehrs durch strombasiertes Kerosin Auf Basis von Strom aus erneuerbaren Energiequellen her­gestelltes Kerosin ist ein aussichtsreicher Weg zu mehr Nach­haltigkeit im Flugverkehr. Auf diese Weise könnte hier die Nutzung fossiler Energieträger reduziert werden. Die Produktion von solchem „grünen“ synthetischen Kerosin ist das Ziel von KEROSyN100. Systemanalytische Untersuchungen und die Entwicklung einer innovativen Technologie zur Synthese von Kerosin aus Methanol münden in ein Prozesslayout für die erste Power-to-Fuel-Anlage mit Fokus auf Kerosin. Dabei stehen eine systemdienliche Integration in das Energiesystem und eine vollständige Nutzung von Strom aus Erneuerbaren im Mittelpunkt. In einer zweiten Phase sollen die Erkenntnisse in einer kommerziell ausgerichteten Demonstrationsumgebung umgesetzt werden. Die CO2-Reduktion im Flugverkehr ist eine große Herausforderung der Energiewende. Zuwendungsempfänger: Universität Bremen und sechs weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03EIV051A-G Fördermittelansatz: rund 4,1 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2018–2021 2. PROJEKTFÖRDERUNG 2.4 Systemübergreifende Forschungsthemen 2.4.1 Energiesystemanalyse Mit Fortschreiten der Energiewende werden die Erzeugungs- und Verteilungsstrukturen zunehmend komplexer. Diese ebenen- und sektorenübergreifende Vernetzung hat einen großen Einfluss auf das Zusammenspiel zwischen Akteuren, Märkten und den eingesetzten Technologien. Systemanalytische Modelle können die Wechselwirkungen und Einflussfaktoren zwischen diesen Ebenen sichtbar machen und ermöglichen es, die Auswirkungen von Veränderungen im System zu simulieren. Insbesondere für die Politik, aber auch für wirtschaftliche und gesellschaftliche Akteure sind Energiesystemmodelle daher ein wertvolles Tool, um die Auswirkungen neuer Technologien oder Marktstrukturen im Energiesektor rechtzeitig und umfassend beurteilen zu können. Damit Systemmodelle allerdings als belastbare Grundlage für Entscheidungsprozesse genutzt werden können, müssen die Ergebnisse der Analysen verständlich, transparent und überprüfbar sein. Um dies zu gewährleisten, fördert die Bundesregierung im 7. Energieforschungsprogramm die Entwicklung von Validierungsmethoden wie etwa Modellvergleiche oder Vergleiche mit historischen Datenreihen. Ein weiteres Ziel der wissenschaftlichen Energiesystemanalyse ist es, die Komplexität von etablierten Modellen zu reduzieren, das heißt, sie zu vereinfachen, ohne dass wichtige Details verloren gehen. Zudem werden Open-SourceLösungen gefördert, da sie zum einen die Weiterentwicklung und Verbesserung bestehender Modelle beschleunigen können und zum anderen die Entwicklung von Schnittstellen zu anderen Modellen begünstigen. 39 open_MODEX – Modellexperiment zum Vergleich und der Ermittlung von Synergie­ potenzialen von Open-Source-Frameworks in der Energiesystemanalyse Energiesystemmodelle unter der Lupe Um zukunftsweisende Entscheidungen hinsichtlich des künftigen Energiesystems zu treffen, braucht es Analysen und das Verständnis von Systemzusammenhängen. Open Science ist hierbei eine wichtige Voraussetzung dafür, die Qualität von Aussagen, die Politik und Gesellschaft informieren sollen, nachvollziehbar zu machen. Um die Energie­systemanalysen transparent zu gestalten, stehen quell­offene – Open Source (OS) – Frameworks zur Ver­­­fügung. Damit lassen sich verschiedenste Szenarien am Computer modellieren. Die Veröffentlichung der Quellcodes als OS ermöglicht es, Rückschlüsse auf die Qualität der Modelle zu ziehen und Gleichungen, Logiken und Organisationsformen in die Analyse miteinzubeziehen. In open_MODEX werden bekannte offene Frameworks einem theoretischen Vergleich unterzogen und bezüglich ihrer Berechnungsergebnisse verglichen. Das Vorhaben ist Teil des vom BMWi mit 5,25 Millionen Euro geförderten thematischen Verbunds MODEX mit insgesamt sechs Modellexperimenten aus unterschiedlichen Themenbereichen, welche zur Qualitätssicherung und Transparenz systemanalytischer Modellierung beitragen sollen. Zuwendungsempfänger: Reiner Lemoine Institut gGmbH und vier weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03ET4076A-E Fördermittelansatz: rund 970.000 Euro Projektlaufzeit: 2019–2021 Abbildung 13: F  ördermittel für Systemanalyse und Querschnittsthemen in Mio. € (Daten siehe Tabelle 4) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 5 ■ Systemanalyse ■ Informationsverbreitung ■ Querschnittsthemen ■ Sonstige 10 15 20 40 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G 2.4.2 Digitalisierung 2.4.3 Ressourceneffizienz im Kontext der Energiewende Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) entwickeln sich rasant weiter. Daher kommt IKT eine zentrale Rolle dabei zu, die Herausforderungen der Energiewende, wie die zunehmende Dezentralisierung und Flexibi­lisierung, zu meistern. Forschung und Entwicklung konzentrieren sich auf Internet of Things, Big Data Analytics, künstliche Intelligenz, IKT-Sicherheit und Resilienz, Datenhandling und -schutz, Simulationsmethoden, Mensch-Maschine-Interaktion, Robotik, Open-Science sowie digitale Geschäftsmodelle. Ebenso werden Energietechnologien an neue IKT angepasst, etwa 5G, Cloud-Computing, Quantencomputer oder Blockchain. Bei der Digitalisierung handelt es sich um ein Querschnittsthema, das sich über alle Teilbereiche der Energieforschung erstreckt. Das Thema Ressourceneffizienz im Kontext der Energiewende wurde im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms in den Fokus gerückt. Forschungsprojekte in diesem Themenspektrum sollen helfen, strategisch wichtige und begrenzt verfügbare Rohstoffe zu schützen und deren Verwendung nachhaltiger zu gestalten. Zudem sollen Prinzipien des zirkulären Wirtschaftens (Circular Economy) in Zukunft bei allen Förderprojekten mitgedacht werden. Darüber hinaus sollen auch Projekte gefördert werden, die Ressourcen­effizienz aus einer übergeordneten Sicht beleuchten. Bereits im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms haben einzelne Projekte das Thema adressiert. Zum Beispiel untersucht das Projekt KoReMo, wie bei der Herstellung von Solarzellen der Einsatz seltener Erden (etwa Indium) reduziert werden könnte. 2.4.4 Carbon2Chem und weitere CO2-Technologien DECENT – Dezentrales, sektorübergreifendes Energiemanagement Dynamische und stabile Energieverteilungsnetze für intelligente Nachbarschaften Strom und Wärme aus Erneuerbare-Energien-Anlagen werden oft dezentral, etwa in Wohn- und Industriegebieten, erzeugt und gespeichert. Daher verfügt insbesondere der Gebäudebereich über großes Potenzial, die Energieversorgung und das Energiemanagement effizienter und ressourcenschonender zu gestalten. Allerdings fehlt an vielen Stellen die notwendige Infrastruktur, um Wärme, Strom und Speicher gemeinsam zu nutzen und zu verwalten. Ziel des Projekts DECENT ist es daher, eine IKT-Lösung zu schaffen, die den lokalen, aber dezentralen Energiehandel mittels Blockchain-Technologie ermöglicht und dabei die Inter­essen aller Akteure berücksichtigt. Darauf aufbauend sollen dann neue Geschäftsmodelle entwickelt und bewertet werden. Dazu gehört auch die Evaluierung des der­zeiti­gen Rechtsrahmens. Anschließend wird das For­schungs­team den poli­ti­ schen Entscheidungsträgern Opti­mie­rungs­­empfeh­lungen zur Verfügung stellen. Das Vorhaben wird im Rahmen einer deutsch-finnischen Förderinitiative in Kooperation mit finnischen Industrie- und Forschungspartnern durchgeführt. Zuwendungsempfänger: TU München und drei weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 0350024A–C, E Fördermittelansatz: rund 740.000 Euro Projektlaufzeit: 2018–2020 Auch CO2-Technologien sind ein neuer systemübergreifender Forschungsbereich im 7. Energieforschungsprogramm. Ein wichtiger Fokus liegt auf der Fragestellung, wie indus­ trielle Prozesse, die sich nur sehr schwer dekarbonisieren lassen, dennoch klimafreundlich werden können. Dies ist beispielsweise durch die Nutzung von in solchen Prozessen entstehendem CO2 („Carbon Capture and Utilization“ – CCU) für die Herstellung von langlebigen Produkten mög­lich. Aber auch weitere Themen wie die direkte Abscheidung von CO2 aus der Luft und übergreifende Frage­­stellun­gen zur Entwicklung einer CO2-Kreislaufwirtschaft werden adressiert. Insbesondere das Thema CCU wurde auch schon im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms adressiert. Hier ist insbesondere die Forschungsinitiative Carbon2Chem hervorzuheben. 2. PROJEKTFÖRDERUNG Carbon2Chem – CO2-Reduzierung durch crossindustrielle Kooperation der Stahl-, Chemieund Energiebranche CO2-Reduktion durch Nutzung von Hüttengasen aus Stahlwerken zur Produktion von chemischen Grundstoffen Unter der Leitung von thyssenkrupp, dem FraunhoferInstitut UMSICHT und dem Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (MPI-CEC) erforschen im BMBF-Vorhaben Carbon2Chem 17 Partner aus Wissenschaft und Industrie, wie sich die CO2-Emissionen von Stahlwerken klimarelevant senken lassen. Statt die Abgase aus der Stahlherstellung in die Atmosphäre zu emittieren, sollen die wertvollen in den Hüttengasen enthaltenen Rohstoffe aufbereitet und zur Herstellung von chemischen Grundstoffen wie Ammoniak, Methanol oder Polymeren genutzt werden. Stahlwerk, chemische Produktionsanlagen und Energieerzeugungsanlagen werden dazu in einem optimierten cross-industriellen Verbund zusammengeschlossen. Bis zu 20 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr sollen auf diese Weise eingespart werden. Neben den Umsetzungsprozessen für die geplanten chemischen Produkte erforscht das Projekt die Bereitstellung großer Mengen Wasserstoffs aus regenerativen Quellen, die erforderliche Reinigung der Hüttengase sowie die technische Umsetzung im Stahlwerk. Im bisherigen Projektverlauf konnte die komplexe Prozessund Anlagensimulation des cross-industriellen Verbunds als verteilte Co-Simulation bereits weitgehend realisiert werden. Zudem verfügt das Projekt im Technikum am Standort des Duisburger Stahlwerks inzwischen über eine Carbon2ChemPilotanlage, die einen 2-MW-Elektrolyseur zur Produktion von Wasserstoff, eine Gasreinigung für die Hüttengase sowie Labore und Testanlagen für verschiedene chemische Produktrouten beinhaltet. Pünktlich zur Eröffnung des Technikums im September 2018 konnte dort die weltweit erste Produktionsanlage für Methanol aus Hüttengasen in Betrieb genommen werden. Im November 2018 fand in Berlin die „2. Konferenz zur nachhaltigen chemischen Konversion in der Industrie“ statt, auf der die Projektergebnisse der Öffentlichkeit präsentiert und mit den Konferenzteilnehmern diskutiert wurden. Im Rahmen des im selben Themenfeld geförderten BMBFProjekts MACOR, das als Alternative zu Carbon2Chem die großtechnische Integration von Direktreduktionsanlagen in einen bestehenden Hüttenprozess technisch und wirtschaftlich in einer Machbarkeitsstudie bewertet, erfolgten nach Abschluss der Modellierungsarbeiten für das bestehende Hüttenwerk erste Untersuchungen zu den Auswirkungen des Direktreduktionsverfahrens auf die CO2-Emissionen und den spezifischen Energieaufwand. Diese umfassten sowohl Materialanalysen von direkt reduziertem Eisen (DRI) als auch die Entwicklung eines Modells zur Wirtschaftlichkeitsberechnung. Clusterkoordinatoren: thyssenkrupp AG, Fraunhofer-Institut UMSICHT, Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion MPI-CEC Cluster aus 7 Verbundprojekten (L0–L6) L0 – Systemintegration: thyssenkrupp AG, Max-PlanckInstitut für Chemische Energiekonversion (MPI-CEC), Fraunhofer-Institut für Umwelt, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, Siemens AG L1 – Wasserelektrolyse im nicht stationären Betrieb: thyssenkrupp AG, Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) L2 – Nachhaltige Methanolproduktion: Nouryon Akzo Nobel Chemicals GmbH, Ruhr-Universität Bochum (RUB), FhG-UMSICHT, MPI-CEC, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), Clariant Produkte (Deutschland) GmbH, thyssenkrupp AG L3 – Gasreinigung: Linde AG, RUB, Clariant Produkte (Deutschland) GmbH, FhG-UMSICHT, MPI-CEC, thyssenkrupp AG L4 – Höhere Alkohole: EVONIK Resource Efficiency GmbH, RUB, FhG-UMSICHT, RWTH Aachen – Institut für Technische und Makromolekulare Chemie, thyssenkrupp AG L5 – Polymere: Covestro Deutschland AG, MPI-CEC, RWTH Aachen Catalytic Center, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, RWTH Aachen – Lehrstühle für Fluidverfahrenstechnik, Technische Thermodynamik und Technische und Makromolekulare Chemie L6 – Oxymethylether: BASF SE, Volkswagen AG, Linde AG, FhG-UMSICHT, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – Institut für Katalyseforschung und -technologie, thyssenkrupp AG Förderkennzeichen: 03EK3037-03EK3043 Fördermittelansatz: rund 63,3 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2020 41 42 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G MONIKA – Methanol aus Strom und CO2 einer Abfallverbrennungsanlage Müllverbrennungsanlagen könnten als Stromspeicher genutzt werden. Müllverbrennungsanlagen (MVA) setzen durch den Verbrennungsprozess Kohlendioxid (CO2) frei. Im Forschungsprojekt MONIKA untersuchen Experten, inwiefern es wirtschaftlich und technisch möglich ist, bestehende Anlagen so nachzurüsten, dass Methanol aus Strom und CO2 hergestellt werden kann. Konkret würde der in der MVA produzierte 2.4.5 Energiewende und Gesellschaft Die Entwicklung von zukunftsfähigen Energietechnologien und innovativen Konzepten verändert nicht nur das Energiesystem, sondern auch das alltägliche Leben. Wie kann Energieforschung dazu beitragen, dass sich diese Veränderungen möglichst positiv auswirken und die Wünsche und Vorstellungen der Bürgerinnen und Bürger berücksichtigen? Dieser Frage widmet sich im 7. Energieforschungsprogramm das Querschnittsthema Energiewende und Gesellschaft. Fokus dieses Förderschwerpunkts sind For­schungs­ vorhaben mit system- und technologieübergreifendem Charakter. Diese können etwa sektorübergreifende Analysen gesellschaftlicher Rahmenbedingungen oder die sozioökonomische Untersuchung von Maßnahmen zum Strukturwandel in traditionellen Energieregionen sein. Bereits im 6. Energieforschungsprogramm haben einzelne Projekte solche Fragen adressiert: So untersucht die Begleitforschung der Förderinitiative „Energiewende im Verkehr“, unter welchen Umständen strombasierte Kraftstoffe akzeptiert werden oder auf Ablehnung stoßen. Strom (teilweise) genutzt, um mittels Elektrolyse Wasserstoff herzustellen. Dieser reagiert mit dem zuvor aus dem Rauchgas abgetrennten CO2 zu Methanol. Das Verfahren böte Anlagenbetreibern die Möglichkeit, den Strom zwischenzuspeichern, wenn die Netze überlastet sind. Ein weiterer Vorteil: Methanol kann als Betriebsstoff sowohl in der Industrie als auch im Verkehrssektor eingesetzt werden. Zuwendungsempfänger: TU Darmstadt Förderkennzeichen: 03ET7089 Fördermittelansatz: rund 370.000 Euro Projektlaufzeit: 2017–2019 mit einem bewusst breiten Ansatz adressiert. In drei Förder­ phasen wurden insgesamt 149 Vorhaben in 38 Verbünden, einem Einzelvorhaben und sieben Nachwuchsgruppen mit etwa 96 Millionen Euro gefördert. Die vielfältigen Herausforderungen umfassen energieeffiziente Baustoffe genauso wie thermisch beanspruchte Bauteile in Kraftwerken, Speicher für Strom und Wärme oder Hochleistungsmaterialien für Windkraft- und Solaranlagen. Diese Vorhaben erarbeiteten vielfältige wesentliche wissenschaftliche Fortschritte: Es wurden Wirkungsgradweltrekorde für perowskitbasierte Solarzellen („MeSa-Zuma“) sowie bei der solaren Wasserspaltung mit Metalloxiden („MeOx4H2“) erreicht. Besonders für Perowskit-Solarzellen konnten durch eine Kooperation zwischen Forschern und der Industrie wesentliche Schritte in Richtung Marktreife eingeleitet werden; ein gemeinsames Patent wurde bereits angemeldet („MeSa-Zuma“). Bei der stationären und mobilen Wasserstoffspeicherung erlangte „HySCORE“ einen Durchbruch bei der Materialstabilität. „NEMEZU“ entwickelte ein edelmetallfreies Katalysatorsystem, welches über den Einsatz in Brennstoffzellen hinaus von Bedeutung für Batteriesysteme und Elektrolyseure werden könnte. 2.4.6 Materialforschung für die Energiewende Mit dieser Fördermaßnahme verfolgt das BMBF das Ziel, Grundlagenforschung zu Materialien auf aktuelle Herausforderungen der Energiewende auszurichten. Hierbei werden die Ansprüche an Materialien aufgrund einer überwiegend auf erneuerbaren Quellen basierenden Energieversorgung Dem weiterhin hohen Forschungsbedarf zu Materialien und ihrem Einsatz in Technologien mit Relevanz für die Energiewende wird konsequent im 7. Energieforschungsprogramm Rechnung getragen (siehe Kapitel 4.4.6 im 7. Energieforschungsprogramm). 2. PROJEKTFÖRDERUNG Nachwuchsgruppe Mechanocarb – Mechanochemie als nachhaltiges Prinzip zur Synthese und Funktionalisierung nanostrukturierter Kohlenstoffmaterialien in der elektrochemischen Energiespeicherung Die Nachwuchsgruppe Mechanocarb will ein ressourcen-, energie- und zeiteffizientes Prinzip zur Herstellung poröser kohlenstoffbasierter Energiespeichermaterialien etablieren. Als Elektrodenmaterial in Superkondensatoren, LithiumSchwefel-(Li-S-)Batterien oder Brennstoffzellen haben poröse, nanostrukturierte Kohlenstoffe eine besondere Bedeutung. Ihre Syntheseverfahren sind jedoch oft mehrstufig und produzieren große Mengen Abfall. Daher sind sie bisher nicht marktfähig (Spitzenreitermaterialien kosten bis zu 10.000 Euro/Kilogramm). Es entsteht bei der Synthese fünf- bis 50-fach mehr (toxischer) Abfall als vom gewünschten Endprodukt. Das neue Verfahren soll die ökonomischen und ökologischen Anforderungen der Energiewende erfüllen. Daher ist nicht nur die Entwicklung besserer Hochleistungsmaterialien notwendig, sondern auch die Erforschung nachhaltiger, kosten-, ressourcenund energieeffizienter Synthesewege. Die Nachwuchsgruppe Mechanocarb will die Mechanochemie als einen solchen Syntheseweg zur Funktionalisierung poröser kohlenstoffbasierter Elektrodenmaterialien etablieren. Die Forscherinnen und Forscher erwarten, dass mit dieser Methode zur Synthese von zukünftigen Energiespeichermaterialien die Kosten von Hochleistungsmaterialien auf unter 100 Euro/Kilogramm gesenkt werden könnten, was einen möglichen Markteintritt unterstützen würde. Zuwendungsempfänger: TU Dresden Förderkennzeichen: 03SF0498 Fördermittelansatz: rund 2,2 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2015–2020 43 2.4.7 Kopernikus-Projekte für die Energiewende Die auf zehn Jahre angelegten missionsorientierten Kopernikus-Projekte bearbeiten die Schlüsselthemen Netzstrukturen, Speicherung, Industrieprozesse und Systemintegration. In ihnen werden mittel- und langfristige Perspektiven für die Energiewende auf diesen Feldern entwickelt. So soll der Brückenschlag von der Grundlage zur Anwendung gelingen. Aktuell arbeiten mehr als 250 Forschungseinrichtungen, Unternehmen und Verbände in den vier Kopernikus-Projekten. Im Jahr 2018 sind die Kopernikus-Projekte in die zweite Hälfte der ersten Förderphase eingetreten und haben erste Erfolgsgeschichten gemeldet. Im Kopernikus-Projekt ENSURE entstanden Storylines für mögliche Energieszenarien, bei denen die Aspekte Klimaschutz, Dezentralität, Elektrifizierung und europaweite Kooperation in unterschiedlicher Ausprägung berücksichtigt wurden. Darüber hinaus entstanden technische Innovationen, wie das Digital System Protection Design (DSPD), das unterschiedliche Schutzkonzeptvarianten automatisiert erstellt und dadurch die Stromnetze sicherer macht. Die Arbeiten in P2X haben das große Potenzial von Oxymethylenethern (OME) für den Einsatz als sauberen synthetischen Kraftstoff in Dieselmotoren gezeigt. Daher werden die Aktivitäten aus P2X in der neuen Forschungsinitiative NAMOSYN (Projektstart Frühjahr 2019) weiterentwickelt. Aus dem Kopernikus-Projekt P2X ging zudem das Satelliten­ projekt „Rheticus“ hervor, in dem Kohlendioxid mithilfe von Bakterien und Strom aus erneuerbaren Quellen in Spezialchemikalien umgewandelt wird. Die vielversprechenden Ergebnisse der Verbundpartner machten eine schnelle Umsetzung der P2X-Technologie zur Marktreife möglich. Um bereits in einer frühen Projektphase erste Erfahrungen bei der Umsetzung von Flexibilitätsmaßnahmen zu sammeln, wurden im Kopernikus-Projekt SynErgie zwei sogenannte „Fast Tracks“ integriert. Am Beispiel der Aluminiumherstellung und der Luftzerlegung werden von verschiedenen Unternehmen Demonstratoren aufgebaut. Die Partner konnten bereits zeigen, dass die Leistung eines Elektrolyseofens zur Aluminiumherstellung im laufenden Betrieb kurzfristig um rund 18 Megawatt reduziert bzw. erhöht werden kann. Darüber hinaus hat SynErgie das zukünftige Potenzial zur Flexibilisierung von Industrieprozessen abgeschätzt. Es zeigt sich, dass in einem Zeitraum von 15 Minuten die elektrische Last um bis zu 2,5 Gigawatt reduziert und um 1,1 Gigawatt erhöht werden könnte. Dies würde das Stromnetz in gleicher Weise stabilisieren wie das größte deutsche Pumpspeicherkraftwerk oder zwei Gaskraftwerke. 44 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G Die Energiewende wird nach wie vor von fast 90 Prozent der deutschen Bevölkerung befürwortet. Das hat die Untersuchung zur sozialen Nachhaltigkeit der Energiewende unter Mitwirkung des Kopernikus-Projekts ENavi ergeben. Allerdings hält mehr als die Hälfte der Befragten ihre Umsetzung für teuer und ungerecht. Vorschläge und Strategien zur Umsetzung der Energiewende werden im Austausch mit Vertretern der Gesellschaft kontinuierlich geprüft. Dies ist ein wichtiger Bestandteil des ENavi-Konzepts. P2X – Erforschung, Validierung und Implementierung von Power-to-X-Konzepten Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid für die Power-toX-Prozesskette ENSURE – Neue EnergieNetzStruktUREn für die Energiewende Neue Netzstrukturen für ein ganzheitliches Energieversorgungssystem mit optimaler Verteilung von zentralen und dezentralen Versorgungselementen Im Kopernikus-Projekt ENSURE versuchen Wissenschaftler, Industrieunternehmen und zivilgesellschaftliche Organisationen die zukünftige elektrische Energieversorgung an die mit der Energiewende einhergehenden Ver­­änderungen anzupassen. Ziel ist es, eine sinnvolle Struktur aus zentraler und dezentraler Versorgung zu identifizieren. Innerhalb des Vorhabens liegt der technische Fokus auf der Untersuchung neuer Systemstrukturen und Betriebsführungskonzepte sowie auf der Integration neuer Technologien in das Versorgungssystem. In einer späteren Förderphase sollen die Ergebnisse des Vorhabens im großtechnischen Maßstab realisiert und die Möglichkeiten für ein künftiges ganzheitliches Energieversorgungssystem demonstriert und erprobt werden. Alle Arbeiten werden durch eine umfassende Analyse der sozioökonomischen Einflüsse begleitet. Zuwendungsempfänger: Karlsruher Institut für Techno­ logie und 22 weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03SFK1A-X0 Fördermittelansatz: rund 29,7 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 Im Kopernikus-Projekt Power-to-X werden in sechs Forschungsclustern Lösungen erforscht, mit denen sich mittels erneuerbarer Energien stoffliche Energieträger sowie chemische Produkte für die Sektoren Energie, Mobilität und Chemie herstellen lassen. Hier erforschen drei der Forschungscluster die Herstellung der Ausgangsstoffe Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid für die Power-toX-Prozesskette unter Anwendung verschiedener Elektrolysetechnologien. Ein Forschungscluster untersucht die Speicherung sowie den Transport von Wasserstoff mittels flüssiger organischer Wasserstoffträger. Die verbleibenden zwei Forschungscluster beschäftigen sich mit der Umsetzung der Ausgangsstoffe zu den entsprechenden Zielprodukten. Ein Roadmapping-Prozess begleitet und validiert die Arbeiten der Cluster. Das Kopernikus-Projekt Power-to-X liefert somit einen wichtigen Fortschritt zur Energiewende in Deutschland. Zuwendungsempfänger: RWTH Aachen und 41 weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03SF2KA-X0 Fördermittelansatz: rund 32,4 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 2. PROJEKTFÖRDERUNG 45 SynErgie – Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung ENavi – Energiewende-Navigationssystem Flexible Produktionsprozesse für die Industrie Ziel des Kopernikus-Projekts SynErgie ist es, die energieintensiven Produktionsprozesse der Industrie, zum Beispiel aus der Aluminium-, Papier- und Zementherstellung, und deren Energiebedarf mit dem schwankenden Angebot erneuerbarer Energien zu synchronisieren. Gelingt dies, können die Energieversorgungskosten der Industrie gesenkt, und der Anteil erneuerbarer Energien deutlich gesteigert werden. Um die Energienachfrage verschiedener Branchen zu flexibilisieren, bietet das sogenannte Demand-Side-Management (DSM) eine Chance, den Umbau des Energiesystems kosteneffizient und gesellschaftlich akzeptiert zu gestalten. Damit die Nachfrage flexibel auf das Angebot reagieren kann, spielen moderne Ansätze der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) eine entscheidende Rolle. Mithilfe von IKT wird die Energieverteilung zwischen den Industrieprozessen geregelt und dabei das schwankende Energieangebot berücksichtigt. Neben technischen und wirtschaftlichen Aspekten integriert SynErgie auch rechtliche und sozialgesellschaftliche Perspektiven in seine Lösungen. Im Projekt ENavi arbeiten über 60 Partner unter Leitung des Potsdamer Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS) an der Umsetzung eines Forschungsprogramms, das die optimalen Pfade für die Umsetzung der Energiewende identifizieren will. Dabei werden neue Strategien für Bürger, Unternehmen, Verbände, Kommunen und staatliche Organisationen entwickelt. Diese sollen in einer Kartierung zusammenfließen, die die Handlungsspielräume darstellt und Chancen und Risiken aufzeigt. Die breit angelegte Untersuchung erfolgt dabei über die Grenzen aller relevanten wissenschaftlichen Disziplinen hinweg und in engem Austausch mit Akteuren aus der Praxis. Dabei sind u. a. Nichtregierungsorganisationen, Wirtschaftsunternehmen, Stadtwerke und Gebietskörperschaften in die Projektarbeit einbezogen. Wichtige Hinweise auf die Praxistauglichkeit und die gesellschaftliche Anerkennung der Lösungen werden zudem in Reallaboren und ausgewählten Modellregionen gewonnen. In der Förderphase bis 2019 werden schwerpunktmäßig Strategien zur Transformation des Stromsystems, zur intelligenten Steuerung der Wärmeversorgung und zur Dekarbonisierung des Verkehrs erarbeitet. Zuwendungsempfänger: TU Darmstadt und 57 weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03SFK3A-Z1 Fördermittelansatz: rund 34,1 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 Zuwendungsempfänger: Potsdamer Institute for Advanced Sustainability Studies IASS und 46 weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 03SFK4A-Z1 Fördermittelansatz: rund 30,5 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 Energiewende-Navigationssystem zur Erfassung, Analyse und Simulation der systemischen Vernetzungen 46 2.5 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G Nukleare Sicherheitsforschung 2.5.1 Reaktorsicherheitsforschung Die Sicherheit von Kernkraftwerken steht im Fokus der öffentlich geförderten Reaktorsicherheitsforschung. Es sollen abgesicherte Methoden und Werkzeuge entwickelt werden, die eine unabhängige Beurteilung der Sicherheit nuklearer Anlagen im In- und Ausland nach aktuellem Stand der Wissenschaft und Technik ermöglichen und zur Weiterentwicklung der Sicherheitsstandards beitragen. Angesichts des möglichen grenzüberschreitenden Charakters von Betriebsrisiken werden auch Reaktorkonzepte betrachtet, die sich von den in Deutschland noch bis 2022 betriebenen Anlagen unterscheiden oder sich international in Entwicklung befinden. Erhalt und Weiterentwicklung der dazu benötigten wissenschaftlich-technischen Kompetenz sind gerade vor dem Hintergrund der Beendigung der kerntechnischen Stromerzeugung in Deutschland eine zentrale Motivation der Fördermaßnahme. Die Projektförderung im Bereich Reaktorsicherheitsforschung erfolgt federführend durch das BMWi und wird durch ein Programm zur Nachwuchsförderung des BMBF ergänzt. Im Jahr 2018 hat das BMWi 136 laufende Vorhaben mit Fördermitteln von rund 20,75 Millionen Euro unterstützt sowie 26 Forschungsprojekte mit einem Fördermittelansatz von rund 16,93 Millionen Euro neu bewilligt (vgl. Abb. 14). Förderschwerpunkte lagen auf der Entwicklung und experimentellen Absicherung von Rechenprogrammen zur Beschreibung der Abläufe im Reaktorkern, in den Kühlkreisläufen und im Sicherheitsbehälter, auf werkstoffwissenschaftlichen Untersuchungen sowie der Entwicklung von Methoden zur Integritätsbewertung von Gebäuden 7 MeKom – Experimentelle und numerische Untersuchungen zu Mehrfachrissen in Komponenten der druckführenden Umschließung Entwicklung und Validierung einer Methode zur Quantifizierung des Sicherheitsabstandes gegen Versagen von Komponenten mit Rissfeldern In großen Schmiedekomponenten können herstellungsbedingte Rissfelder durch Wasserstoffeinfluss entstehen. Untersuchungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass auch in Komponenten kerntechnischer Anlagen derartige Rissfelder enthalten sein können, wie die Befunde in den Reaktordruckbehältern der belgischen Anlagen Doel 3 und Tihange 2 zeigen. Im Verbundvorhaben MeKom soll eine Methodik zur Quantifizierung des Sicherheitsabstandes gegen Inte- gritätsverlust von sicherheitsrelevanten Komponenten mit Rissfeldern entwickelt werden. Aus dem Versuchsprogramm des Vorhabens konnten belastbare Aussagen zur Interaktion von Einzelrissen in einem Rissfeld gewonnen werden. Die im Vorhaben erweiterten schädigungsmechanischen Modelle sind in der Lage, die Interaktion der Risse in Rissfeldern zu beschreiben. In einem Anschlussvorhaben sollen vertiefte Untersuchungen zur Bewertung von rissfeldbehafteten Bauteilen erfolgen. Zuwendungsempfänger: Universität Stuttgart und RWTH Aachen Förderkennzeichen: 1501513A-B Fördermittelansatz: rund 1,2 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2015–2019 Abbildung 14: F  ördermittel für Reaktorsicherheitsforschung in Mio. € (Daten siehe Tabelle 6) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 5 10 15 20 25 30 ■ Sicherheit von Komponenten kerntechnischer Anlagen ■ Anlagenverhalten und Unfallabläufe ■ Querschnittsaufgaben und Sonstige ■ Nachwuchsförderung (BMBF-Maßnahmen) 2. PROJEKTFÖRDERUNG und Komponenten, auf probabilistischen Methoden, Sicherheitsfragen digitaler Leittechnik sowie der Untersuchung der Einflüsse menschlichen Handelns und der Organisation auf die Sicherheit von Kernkraftwerken. 47 BASEL Bewertung der Abhängigkeiten zwischen dem sicheren Bau und Betrieb eines Endlagers für wärmeentwickelnde Abfälle und der Langzeitsicherheit 2.5.2 Entsorgungs- und Endlagerforschung Die in den vergangenen Jahrzehnten durchgeführten Fördermaßnahmen haben dazu beigetragen, die wissenschaftlich-technischen Grundlagen für zukünftige Endlagerkonzepte und Sicherheitsnachweise zu schaffen. In den vergangenen Jahrzehnten wurden Forschungsaktivitäten zur Endlagerung hochradioaktiver, Wärme entwickelnder Abfälle in allen Wirtsgesteinen durchgeführt. Wirtsgesteinsübergreifende Aspekte eines Endlagers wurden ebenfalls behandelt. Die Projektförderung des BMWi im Bereich der Entsorgungsforschung wird flankiert von der Forschungsförderung des BMBF, welches gezielt den Kompetenzerhalt im Zuge der Grundlagenforschung und Nachwuchsförderung unterstützt. Im Jahr 2018 wurden zehn Vorhaben neu bewilligt, die das strategische Ziel der Erarbeitung wissenschaftlich-technischer Grundlagen für die Realisierung eines Endlagers sowie der Untersuchung der Auswirkungen verlängerter Zwischenlagerung im Fokus haben. Die wissenschaftlichen Fortschritte lassen sich wie folgt zusammenfassen: 77 77 77 77 77 77 77 Schaffung von Grundlagen und Bereitstellung von Modellierungswerkzeugen für geomechanische Standortmodelle Verifizierung und Validierung der prädiktiven Analyse zur Standsicherheit und Integrität von Endlagern Berechnung realistischer Verteilungskoeffizienten als Funktion wichtiger geochemischer Parameter (SmartKd-Konzept) und Prüfung der Übertragbarkeit auf andere geologische Formationen bzw. Transportcodes Weiterentwicklung der Analyse von thermo-hydromechanisch-chemischen (THMC-)Prozessen im Hinblick auf die Prüfung der Integrität der technischen Barriere Weiterentwicklung des Sicherheitsnachweises für ein Endlager im Steinsalz Zusammenstellung der Anforderungen an stützende Ausbauten für ein Endlager im Wirtsgestein Ton Erweiterung der Wissensbasis zu den Auswirkungen verlängerter Zwischenlagerzeiten auf Abfälle und Behälter Weiterhin wurden in laufenden Vorhaben Untersuchungen zu den Themen Safety Case, Systemverhalten, Monitoring, soziotechnische Fragestellungen, Governance und Safe­ guards fortgesetzt. Die Führung eines Sicherheitsnachweises für ein Endlager für wärmeentwickelnde radioaktive Abfälle und ausgediente Brennelemente unterscheidet zwischen der Betriebs- und der Nachbetriebsphase. Im Sicherheitskonzept ist darzulegen, mit welchen technischen und organisatorischen Maßnahmen die Sicherheit während des Betriebes gewährleistet werden soll. Die Diskussion zur Vorgehensweise bei der Entwicklung eines Safety Case hat sich in der Vergangenheit sehr stark an der Langzeitsicherheit orientiert. Hierbei wurde vernachlässigt, dass der Ablauf der Betriebsphase den Ausgangszustand der Lang­zeit­ sicher­heitsanalyse bestimmt. Gleichzeitig haben viele Anforderungen für den Nachweis der Langzeitsicherheit Auswirkungen auf das Konzept eines Endlagers. Im Rahmen des Vorhabens BASEL wird eine Vorgehensweise entwickelt, die eine nachvollziehbare Abwägung zwischen den Anforderungen an die Sicherheit während der Betriebs­ phase und der Langzeitsicherheit erlauben soll. Zuwendungsempfänger: Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS)/Braunschweig und BGE TECHNOLOGY GmbH/Peine Förderkennzeichen: 02E11486A-B Fördermittelansatz: rund 645.000 Euro Projektlaufzeit: 2016–2019 48 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G 2.5.3 Strahlenforschung Der Schwerpunkt der Förderung des BMBF zur Nuklearen Sicherheits- und Strahlenforschung liegt auf der Strahlenforschung. Auf dem Gebiet der Strahlenforschung wurden 2018 zu strahlenbiologischen, strahlenmedizinischen und radioökologischen Fragestellungen 16 Verbünde mit 53 Einzelprojekten gefördert. Die Struktur der Verbundprojekte hat die interdisziplinäre Zusammenarbeit forciert und die Bearbeitung selbst sehr komplexer Fragestellungen ermöglicht. Insgesamt unterstützte das BMBF 2018 damit circa 150 Nachwuchswissenschaftler und -wissenschaftlerinnen in ihrer Ausbildung und hat somit substanziell zum Kompetenzerhalt beigetragen. Verbundprojekt DNA-Reparaturfoci – DNA-Reparaturfoci als Marker der individuellen Strahlenempfindlichkeit Etablierung von Reparaturfoci als Marker der individuellen Strahlenempfindlichkeit Der biologische Effekt einer Strahlenexposition kann selbst bei gleicher physikalischer Dosis erheblich variieren, da es große Unterschiede in der individuellen Strahlenempfindlichkeit gibt. Mit diesem Forschungsverbund sollen spezifische DNA-Reparaturfoci (RF), wie sie bei der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) gebildet werden, als biologische Marker der individuellen Strahlenempfindlichkeit etabliert und validiert werden. Hierfür wurden von An verschiedenen Universitäten und Forschungsinstitutionen konnten zudem neue und attraktive Lehrprogramme etabliert werden. Aus den projektgeförderten Forschungsvorhaben erschienen zahlreiche Publikationen in hochrangigen Fachzeitschriften und Journalen. In den Forschungsverbünden wurden gesellschaftlich sehr relevante sowie wissenschaftlich hochaktuelle Themen bearbeitet. Dabei konnte eine Vielzahl an herausragenden Ergebnissen erzielt werden. Mit diesen Ergebnissen tragen die Verbünde dazu bei, dass in Deutschland für die Bevölkerung weiterhin ein effizienter Strahlenschutz sowie eine optimale und erfolgreiche Anwendung von Strahlung in der Medizin gewährleistet ist. Im Jahr 2018 wurden auf dem Gebiet der Strahlenforschung Forschungsvorhaben mit Fördermitteln in Höhe von etwa 7,9 Millionen Euro unterstützt (vgl. Abb. 15). 50 Tumorpatienten insgesamt über 100 Proben mittels einer Biopsie entnommen, im Labor bestrahlt und analysiert. Anhand einer speziellen Färbung kann jetzt erstmalig bestimmt werden, bei welchen Prostatakarzinomen die Strahlentherapie besonders anspricht. Vor allem wissen die Forschenden jetzt, womit die Strahlentherapie kombiniert werden muss, damit ihre Wirkung allein im Tumor und nicht im anliegenden Normalgewebe verstärkt wird. Zuwendungsempfänger: Universität des Saarlandes (UKS) und vier weitere Verbundpartner Förderkennzeichen: 02NUK035A-E Fördermittelansatz: rund 4,1 Millionen Euro Projektlaufzeit: 2014–2020 Abbildung 15: F  ördermittel für Endlager-, Entsorgungsforschung und Strahlenforschung in Mio. € (Daten siehe Tabelle 6) 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 0 5 10 15 20 25 30 ■ Endlagerforschung ■ Querschnittsaufgaben und Sonstige ■ Kernmaterialüberwachung ■ Nachwuchsförderung (BMBF-Maßnahmen) ■ Strahlenforschung (BMBF-Maßnahmen) 3. INSTITUTIONELLE ENERGIEFORSCHUNG 49 3. Institutionelle Energieforschung 3.1 Forschungsbereich Energie der Helmholtz-Gemeinschaft Der Forschungsbereich Energie zeichnet sich durch zwei Alleinstellungsmerkmale aus: Viele der in Deutschland institutionell geförderten Forschungseinrichtungen beschäftigen sich mit der Energiewende und neuen Energietechnologien. Aufgrund der engen Abstimmung zwischen Forschungszentren und Zuwendungsgebern im Rahmen der programmorientierten Förderung ist der Forschungsbereich Energie der HelmholtzGemeinschaft Teil des Energieforschungsprogramms. Fachleute im Forschungsbereich Energie sollen dazu beitragen, die großen Herausforderungen von Klimaschutz und Energiesystemtransformation zu bewältigen. Im Rahmen seiner Forschungsprogramme entwickelt der Forschungsbereich Energie tragfähige Lösungen für die Energiewende in Deutschland und für den nachhaltigen Umbau der Energieversorgung weltweit. Sowohl grundlagen- als auch anwendungsorientierte Forschung wird hier institutionell gefördert, wobei auch die grundlegenden Arbeiten einen deutlichen Bezug zu konkreten Energieanwendungen aufweisen sollen. 1. Die energieforschenden Helmholtz-Zentren verfügen erstens über langfristig finanzierte, teils weltweit einmalige große Forschungsinfrastrukturen, die nachhaltig für eigene Aktivitäten genutzt sowie Externen, auch aus der Wirtschaft, zur Verfügung gestellt werden. Mit diesen attraktiven Infrastrukturen sind die HelmholtzZentren gefragte Partner für Forschungs­­einrichtungen aus aller Welt, Universitäten im regionalen, nationalen und internationalen Umfeld sowie Unternehmen. 2. Zweitens besitzen die Fachleute des Forschungsbereichs durch die Strukturen der Helmholtz-Gemeinschaft die Möglichkeit, die komplexen Fragestellungen der Ener­gieversorgung ganzheitlich, das heißt im System­ zu­sam­menhang sowie entlang von Prozess- und Wertschöpfungsketten, zu bearbeiten. In den Forschungsprogrammen führen sie ihre breit gefächerten Exper­tisen 50 3. I N S T I T U T I O N E L L E E N E R G I E F O R S C H U N G zusammen. Von Januar bis April 2018 wurde der Forschungsbereich Energie einer umfassenden und detaillierten wissenschaftlichen Evaluation unterzogen. Hier­zu haben Gutachter, international renommierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die Zentren zunächst aufgrund der schriftlichen Unterlagen begut­ achtet und dann mehrere Tage lang vor Ort untersucht. Insgesamt haben 107 Personen die wissenschaftliche Qualität der Forschungsarbeiten bewertet. Zudem wurden die Fortschritte in Bezug auf die Erreichung der Ziele der dritten Periode der programmorientierten Förderung geprüft. Insgesamt zeigten sich die Gutachter sehr beeindruckt vom Stand der Wissenschaft und insbesondere von den Forschungsinfrastrukturen der ener­gieforschenden Zentren. Die umfangreichen Ergebnisse der Begutachtung wurden in sechs Zentrumsberichten sowie sieben Programmberichten zusammengefasst. Die differenzierte Bewertung und die detaillier­ten Anregungen der Gutachten erweisen sich als sehr wertvoll für die Weiterentwicklung der Energieforschung in den Helmholtz-Zentren. Ähnliche Begutachtungen wurden in allen Forschungsbereichen der HGF durchgeführt. Die Ergebnisse wurden in den Gremien der Helmholtz-Gemeinschaft und mit den Zuwendungsgebern ausführlich diskutiert. Für den Forschungsbereich Energie bildeten sie zusammen mit dem 7. Energieforschungsprogramm die Grundlage für die Ende 2018 vereinbarten forschungspolitischen Ziele der kommenden vierten Periode der programmorientierten Förderung. In den forschungspolitischen Zielen wurde unter anderem vereinbart, dass der Forschungsbereich Energie bei den Themen Materialforschung und Digitalisierung mit anderen Forschungsbereichen zusammenarbeiten wird. Zudem soll der Transfer von Innovationen und wissenschaftlichen Erkenntnissen in Wirtschaft und Gesellschaft verstärkt werden. Außerdem wurde die Themenstruktur von zukünftig nur noch vier Programmen festgelegt. Auf Basis der vereinbarten Ziele werden die Zentren bis Herbst 2019 Programmanträge entwickeln. Im Oktober 2019 erfolgt die strategische Begutachtung dieser Anträge durch ein hochrangig besetztes internationales Expertengremium. Die Ergebnisse der strategischen Bewertung sowie die Passgenauigkeit zu den forschungspolitischen Zielen der vierten Programmperiode bilden dann die Grundlage für die Finanzierungsempfehlungen an die Zuwendungsgeber in Bezug auf die vierte Periode der programmorientierten Förderung, die 2021 beginnen soll. Der Mitteleinsatz im Forschungsbereich Energie ist in Tabelle 7 dargestellt. 3.2 Fusionsforschung Im Rahmen der programmorientierten Förderung der HGF wird im Bereich der anwendungsorientierten Grundlagenforschung auch Fusionsforschung betrieben. Die Erforschung der Fusionsenergiegewinnung hat das Ziel, langfristig eine nicht auf fossile Brennstoffe angewiesene, ver­lässliche und wirtschaftliche Energiequelle zu erschließen. Aufgrund der weltweit steigenden Energienachfrage ist es aus Sicht der Bundesregierung erforderlich, eine breite Palette von Optionen für die künftige Energieversorgung zu erforschen. Mit seinem herausragenden wissenschaftlichen Know-how in der Fusionsforschung hat Deutschland auch eine globale Verantwortung dafür, das Verständnis von Hochtemperatur-Plasmen und Fusionsprozessen voranzutreiben und dieses Know-how der Welt zur Verfügung zu stellen. Gelingt der Schritt in die Anwendung, wird Fusionsenergie voraussichtlich erst nach 2050 verfügbar sein. Die Spitzenstellung der deutschen Fusionsforschung belegen die Weltrekorde, die 2018 im bisherigen Experimentier­ betrieb der weltweit einmaligen Fusionsanlage Wendelstein 7-X in Greifswald erzielt wurden, etwa mit bis zu 100 Sekun­­­ den lang aufrechterhaltenen Plasmen. Abbildung 16: Themen der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren, Fördermittel in Mio. € (Daten siehe Tabelle 7) 2018 2017 2016 2015 2014 0 50 100 150 200 250 300 350 ■ Energieeffizienz, Materialien und Ressourcen ■ Erneuerbare Energien ■ Kernfusion (inkl. Wendelstein W 7-X) ■ Nukleare Entsorgung, Sicherheit und Strahlenforschung ■ Technologie, Innovation und Gesellschaft ■ Speicher und vernetzte Infrastrukturen ■ Future Information Technology 400 51 4. Weitere energierelevante Förderaktivitäten 4.1 Förderaktivitäten der Länder Im Auftrag des BMWi führt der PtJ seit 2008 eine jährliche Erhebung zu den finanziellen Aufwendungen der Länder für die nichtnukleare Energieforschung durch (vgl. Abb. 17). Der vorliegenden Umfrage für das Jahr 2017 zufolge belaufen sich die Aufwendungen der Länder für die Energieforschungsförderung insgesamt auf knapp 282 Millionen Euro. Maßnahmen zur Förderung der Energieeffizienz bilden im Jahre 2017 mit Gesamtaufwendungen in Höhe von 152,7 Millionen Euro den übergreifenden Förderschwerpunkt der Länder. Die detaillierte Betrachtung der Schlüsseltechnologien zeigt (vgl. Abb. 18), dass die Förderung der Elektromobilität mit 21,4 Millionen Euro im Vergleich zu 2016 noch leicht ausgebaut werden konnte. Die finanzielle Unterstützung für das Forschungsfeld Stromnetze bewegt sich mit 4,8 Mil- lionen Euro deutlich über dem Vorjahresniveau, während die Förderung der Energiespeicher (18,3 Millionen Euro) leicht rückläufig ist. Die Forschungsförderung im Bereich Regenerative Energien summiert sich insgesamt auf 129 Millionen Euro und ist damit im Vergleich zum Vorjahr leicht angestiegen. Die technologische Förderung der Photovoltaik nimmt dabei mit 13,2 Millionen Euro den höchsten Stellenwert ein und wird in Niedersachsen (3,8 Millionen Euro) und Bayern (3,4 Millionen Euro) am stärksten gefördert. Die Biomasseforschung (13 Millionen Euro) erfährt allen voran in Bayern mit 7,5 Millionen Euro eine intensive finanzielle Unterstützung. Die Forschungsförderung im Bereich Windenergie konnte leicht ausgebaut werden und liegt 2017 bei 4,9 Millionen Euro. Forschungsaktivitäten zur Geothermie werden auf Länderebene mit 3,5 Millionen Euro finanziert und beschränken sich im Wesentlichen auf die Länder Bayern (1,6 Millionen Euro) und Baden-Württemberg (1,1 Millionen Euro). 52 4. W E I T E R E E N E R G I E R E L E VA N T E F Ö R D E R A K T I V I TÄT E N Abbildung 17: Aufwendungen für die nichtnukleare Energieforschung nach Ländern 2008–2017 in Mio. € (Daten siehe Tabelle 8) 120 100 80 60 40 20 n ge in ür Th st -H ol ig w es hl Sc Sa ch se Sa nAn ch ha ein lt n se nd la ar Sa He ss en M Vo eckl e rp n om bu m rger n Ni ed er sa ch No se rd n rh ein -W es tfa le n Rh ein la nd -P fa lz rg bu m Ha Br em nb Ba de Br nW ür an de en g ur n rli Be n Ba ye r tte m be rg 0 ■ 2008 ■ 2009 ■ 2010 ■ 2011 ■ 2012 ■ 2013 ■ 2014 ■ 2015 ■ 2016 ■ 2017 Abbildung 18: Aufwendungen der Länder für die nichtnukleare Energieforschung nach Themen 2008–2017 in Mio. € (Daten siehe Tabelle 9) 350 300 250 200 150 100 50 0 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 ■ Biomasse ■ Brennstoffzellen/Wasserstoff ■ CO2-Speicherung ■ Energieeinsparung ■ Energieforschung allgemein ■ Energiesysteme, Modellierung ■ Erneuerbare allgemein ■ Geothermie ■ Kraftwerkstechnik/CCS ■ Photovoltaik ■ Windenergie ■ E-Mobilität/Energiespeicher/Netze ■ E-Mobilität ■ Energiespeicher ■ Netze 2017 4 . W E I T E R E E N E R G I E R E L E VA N T E F Ö R D E R A K T I V I TÄT E N Konventionelle Kraftwerkstechnologien werden mit insgesamt 2,7 Millionen Euro in nur wenigen Ländern beforscht, nennenswerte Beiträge zur Technologieförderung liefern Nordrhein-Westfalen (1,2 Millionen Euro) und Bayern (1 Million Euro). 53 Der ausführliche Bericht „Förderung der nichtnuklearen Energieforschung durch die Länder im Jahre 2017“ kann neben den anderen veröffentlichten Länderberichten im Internet unter der Adresse https://www.ptj.de/ueber-uns/ unsere-geschaeftsfelder/energie/arbeitsgruppeenergiestrategie/laenderbericht-energieforschung abgerufen werden. Das Thema Energiesystemanalyse und -modellierung widmet sich vor allem der möglichen Ausgestaltung des zukünftigen Energiesystems anhand valider Energieszenarien und wird insgesamt mit einem finanziellen Umfang von 3,3 Millionen Euro durch die Länder gefördert. 4.2 Forschungsrahmenprogramm der EU 4.2.1 Ziel und Umfang der EU-Forschungsförderung Die Forschungsförderung im Bereich der Brennstoffzellenund Wasserstoff-Technologien ist mit 13,7 Millionen Euro im Vergleich zu den Vorjahren weiterhin angestiegen und stellt in Bayern (5,3 Millionen Euro) und Baden-Württemberg (3,8 Millionen Euro) einen Förderschwerpunkt dar. Forschung und Entwicklung und die daraus resultierenden Innovationen führen zu einer kontinuierlichen wirtschaftlichen, technologischen und sozialen Weiterentwicklung und sichern somit den gesellschaftlichen Fortschritt. In Europa wird durch das Forschungsrahmenprogramm für Forschung und Innovation „Horizont 2020“ der Grundstein für die Verwirklichung des europäischen Forschungsraums und den Ausbau der europäischen Wettbewerbsfähigkeit gelegt. Ein wichtiges Element in diesem Programm ist die „Gesellschaftliche Herausforderung: Sichere, saubere und effiziente Energie “. Die Gesamtaufwendungen der Energieforschungsförderung in Nordrhein-Westfalen heben sich mit insgesamt 79,1 Millionen Euro deutlich von den anderen Ländern ab, gefolgt von Bayern (54,1 Millionen Euro), Baden-Württemberg (44,1 Millionen Euro) und Sachsen (26 Millionen Euro). Mit einem Fördervolumen von insgesamt über 281 Millionen Euro im Bereich der nichtnuklearen Energieforschung bilden die Länder eine tragende Säule im nationalen Energiewendeprozess und liefern einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der von der Bundesregierung postulierten energiepolitischen Zielvorgaben. Mit dem Ziel, ein klimafreundliches, modernes und harmonisiertes europäisches Energiesystem zu schaffen, soll auch eine nachhaltige, wettbewerbsfähige und gleichzeitig kosten­ günstige und sichere Energieversorgung in Europa gewährleistet werden. Neben der Steigerung der Energieeffizienz, Abbildung 19: S  taatenverteilung der Zuwendungsempfänger und Fördermittel im Kernbereich der Energieforschung in „Horizont 2020“ im Jahr 2017 in Mio. Euro Anzahl 100 250 90 80 200 70 60 150 50 40 100 30 20 50 10 0 6 e2 rig rb ien üb ien än Se ein Ru m ke i Tü r Sl ow en nd al Po le n Irl a tu g m ne Dä Po r ar k en d w eg nl an No r he iec Gr h hw eiz Sc st er re ic la nd Ö nn Fi nd e hw ed en la Sc n lie h ien er ed Be lg Ni te ig Ita h re ic sK ön ig re ic ien nk an Sp Fr a Ve re in De ut s ch la n d 0 ■ Förderungssumme ■ Zuwendungsempfänger 54 4. W E I T E R E E N E R G I E R E L E VA N T E F Ö R D E R A K T I V I TÄT E N Abbildung 20: Verteilung von Fördermitteln in „Horizont 2020“ im Kernbereich der Energieforschung an Zuwendungs­ empfänger aus Deutschland nach Themengebieten (2017) Light-houseDemonstrationsvorhaben 5,1 % Sozioökonomische Forschung | 1,3 % 3,8 % | Konsumenten (und öffentliche Hand) 3,2 % | Heizen und Kühlen 3,1 % | Industrie, Services und Produkte Europäischer Forschungsraum | 1,7 % 0,7 % | Gebäude 0,5 % | Finanzinstrumente Dekarbonisierung beim Einsatz fossiler Brennstoffe | 9,6 % 5,1 % Intelligente Städte und Gemeinden 11,3 % Energieeffizienz Energiesysteme (Netze und Speicher) 16,6 % 83,6 % Kohlenstoffarme Energie Erneuerbare Energien 54,4 % der verstärkten Nutzung von erneuerbaren Energien und der intelligenten Verknüpfung von Energienetzen auf regio­ naler und internationaler Ebene stehen auch die Bedarfe der Bürger sowie optimierte Energiesysteme in Ballungszentren im Fokus der Förderausschreibungen. Besondere Bedeu­tung kommt zudem der Energieoptimierung des Gebäudesektors und Forschungsthemen im Bereich der Batterietechnologien zu. gen. Besonders hoch ist der Anteil von Antragstellern aus Deutschland bei geförderten Projekten im Themenfeld „Kohlenstoffarme Energie“ (69 Prozent). Die übrigen Zuwendungsempfänger verteilen sich auf die Förderthemen im Bereich „Energieeffizienz“ mit 25 Prozent und „Intelligente Städte und Gemeinden“ mit 6 Prozent. 4.2.3 Schwerpunkte der Energieforschung 4.2.2 Erfolgreiche Beteiligung deutscher Antragsteller im Energiebereich Im Jahr 2017 wurden in den Kernbereichen der Energieförderung – „Energieeffizienz“, „Kohlenstoffarme Energie“ und „Intelligente Städte und Gemeinden“ – knapp 623 Millionen Euro Fördermittel für insgesamt 125 Verbundprojekte bewilligt. Deutschland ist dabei in 77 Projekten mit insgesamt 188 Projektteilnehmern vertreten, die zusammen eine Fördersumme von rund 96 Millionen Euro eingeworben haben. Dies entspricht etwa 15,4 Prozent der bewilligten Fördermittel (vgl. Abb. 19). Bei 17 der 125 bewilligten Projekte kommt der Projektkoordinator aus Deutschland. Etwa 40 Prozent der deutschen Zuwendungsempfänger stammen aus Forschungsinstituten und Hochschulen. 47 Prozent kommen aus privaten Unternehmen, die übrigen 13 Prozent verteilen sich auf öffentliche und sonstige Einrichtun- In Abbildung 20 ist die Verteilung von Fördermitteln an Zuwendungsempfänger aus Deutschland im Jahr 2017 nach den unterschiedlichen Energiethemen dargestellt. Die Zahlen zeigen einen deutlichen Fokus (83,6 Prozent) auf Themen aus dem Bereich der kohlenstoffarmen Energie, insbesondere auf Forschungs- und Demonstrationsvorhaben im Bereich der erneuerbare Energien – hier fließen rund 54,4 Prozent der Fördermittel ein. Die Themen Wasserstoff und Brennstoffzellen sind in Abbildung 20 nicht aufgeführt, da sie innerhalb der „Gemeinsamen Technologieinitiative für Brennstoffzellen und Wasserstoff“ – einer öffentlich-privaten Partnerschaft (ÖPP) – gefördert werden. Darüber hinaus gibt es weitere energierelevante Themen, die in anderen Bereichen von „Horizont 2020“ gefördert wurden. Das betrifft beispielsweise die Materialforschung oder Produktionstechnologien. 4 . W E I T E R E E N E R G I E R E L E VA N T E F Ö R D E R A K T I V I TÄT E N 55 4.3 Aktivitäten der Bundesregierung außerhalb des Energieforschungsprogramms 4.3.3 SINTEG „Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“ 4.3.1 EnEff.Gebäude.2050 Im Rahmen des Förderprogramms „Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“, kurz SINTEG, entwickeln und demonstrieren Expertinnen und Experten Musterlösungen für die intelligente Energieversorgung der Zukunft. In fünf Modellregionen entwerfen mehr als 300 Partner aus Energiewirtschaft, Industrie und Forschung sowie Kommunen, Landkreise und Länder in ganz Deutschland eine Blaupause für eine sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung bei hohen Anteilen fluktuierender Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen. Die Fachleute erarbeiten innovative digitale Technologien und neue Geschäftsmodelle, um Stromnetze und Märkte flexibel und intelligent zu machen. Zudem sollen die in der Praxis erprobten Erfah­­rungen der Schaufenster dazu beitragen, den Rechtsrahmen auf Grundlage der gewonnenen Ergebnisse weiterzuent­wickeln. SINTEG ist damit ein Reallabor für die intelli­­gente Energieversorgung der Zukunft. Die Bundesregierung hat sich zum Ziel gesetzt, den Gebäudebestand in Deutschland bis 2050 nahezu klimaneutral zu gestalten. Die Förderinitiative „EnEff.Gebäude.2050 – Innovative Vorhaben für den nahezu klimaneutralen Gebäudebestand 2050“ soll Forschung und Breitenanwendung stärker verknüpfen und die Markteinführung bereits verfügbarer Technologien und Verfahren unterstützen. Der Forschungsschwerpunkt liegt auf Demonstrationsvorhaben zur Effizienzsteigerung und zur Integration erneuerbarer Energien in Gebäuden. Die Initiative lief zunächst im Kontext des 6. Energieforschungsprogramms und ist nun auch in das 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung integriert. 2017 und 2018 hat das BMWi unter dieser anwendungsnahen Förderinitiative 59 Vorhaben mit einem Fördervolumen von rund 21 Millionen Euro gefördert. Für die nächsten Jahre stehen Mittel in ähnlicher Größenordnung bereit. In einem Wettbewerb unter der Förderinitiative EnEff. Gebäude.2050 hatte das BMWi 2017 innovative Ideen für einen Gebäude-Energiewettbewerb in Deutschland gesucht. Das Konzept „Solar Decathlon goes Urban“, eingereicht von der Bergischen Universität Wuppertal, Stadt Wuppertal, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie, Stadtwerke, der Neuen Effizienz und der Initiative Utopiastadt, ist im Wettbewerb als Sieger ausgezeichnet worden. Das war die Grundlage für die deutsche Bewerbung um den Austragungsort des „Solar Decathlon Europe“ im Jahr 2021, den die Energy Endeavour Foundation im Januar 2019 nach Wuppertal vergeben hat. 4.3.2 Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) Das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) hat zum Ziel, Technologien im Rahmen geltender Richtlinien für Forschung, Entwicklung und Innovation für den Markt vorzubereiten und eine international wettbewerbsfähige Industriebranche in Deutschland zu schaffen. Für diese erste Phase des Programms hat das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Zeitraum von 2007 bis 2016 500 Millionen Euro bereitgestellt. In der zweiten Phase des Programms (NIP 2) soll nun die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie bis 2026 wettbewerbsfähig im Verkehrssektor und im Energiemarkt etabliert werden sowie Forschung für zukünftige Technologiegenerationen erfolgen. Die Modellregionen wurden im Rahmen eines Förderwettbewerbs ausgewählt. Das BMWi fördert SINTEG für eine Laufzeit von vier Jahren seit Anfang 2017 mit mehr als 200 Millionen Euro. Zusammen mit den Investitionen der beteiligten Projektpartner werden mehr als eine halbe Milliarde Euro in die Digitalisierung des Energiesektors hineingesteckt. 4.3.4 Forschungscampus Mit der Förderinitiative „Forschungscampus – öffentlichprivate Partnerschaft für Innovationen“ fördert das BMBF die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft in einer langfristigen, verbindlichen Partnerschaft auf einem gemeinsamen Campus. Es werden Forschungsfelder von starker Komplexität und hohen Potenzialen für Sprunginnovationen adressiert. Die Förderung erfolgt in mehreren aufeinanderfolgenden Phasen (insgesamt maximal 15 Jahre) mit bis zu zwei Millionen Euro jährlich. Im Energiebereich fördert das BMBF zwei Forschungscampi: „Flexible elektrische Netze“ (FEN) in Aachen und „Mobility2Grid“ (M2G) in Berlin. So entsteht mit FEN auf dem Campus der RWTH Aachen ein Mittelspannungs-Gleichstrom-Forschungsnetz, das in dieser Form eine absolute Neuheit darstellt. M2G erforscht in einem Reallabor auf dem EUREF-Campus in Berlin-Schöneberg das innovative Zusammenspiel von Elektromobilität und intelligenten Energienetzen. 56 5. Tabellen 5.1 Fördermittel im 6. Energieforschungs­ programm der Bundesregierung Die folgenden Tabellen stellen für die Bundesförderung die in den jeweiligen Haushaltsjahren abgeflossenen Mittel dar. Eine Gesamtübersicht über die geförderten Themen bietet Tabelle 1. Die für die einzelnen Förderbereiche abgeflossenen Mittel sind in den Tabellen 2 bis 6 dargestellt. Die Daten wurden im Januar 2019 erhoben und orientieren sich noch am 6. Energieforschungsprogramm, da dieses der Forschungs­ förderung im Berichtsjahr 2018 zugrunde lag und so die Nachvollziehbarkeit der Zahlenreihen gewährleistet bleibt. Die Forschungsstatistik wird aktuell überarbeitet und soll sich im nächsten Jahr in allen Förderbereichen an der Struktur des 7. Energieforschungsprogramms orientieren. Zusätzlich wird für das Berichtsjahr 2018 die Anzahl der laufenden (inkl. der noch nicht abgeschlossenen) Projekte und der neu bewilligten Projekte dargestellt sowie der dadurch festgelegte Fördermittelansatz, der sich während der typischerweise mehrjährigen Projektlaufzeit auf die Folgejahre verteilt. Die abgeflossenen Mittel in der institutionellen Förderung werden in Tabelle 7 dargestellt. Die abgeflossenen Mittel der Länder werden in Tabelle 8 nach Ländern aufgeteilt und in Tabelle 9 nach Themen aufgeteilt dargestellt. Tabelle 1 | Übersicht der Themen im Energieforschungsprogramm des Bundes1 Förderthema Projektförderung Mittelabfluss in Mio. € 2018 615,77 Energiewende in den Verbrauchssektoren 176,24 Energieerzeugung 212,36 Systemintegration: Netze, Speicher, Sektorkopplung 110,90 Systemübergreifende Forschungsthemen der Energiewende 68,78 Nukleare Sicherheitsforschung 47,48 Institutionelle Förderung (Helmholtz-Gemeinschaft) Begleitende Maßnahmen (u. a. Projektträger, Internationales, Forschungsnetzwerke, Forschungskommunikation) Summe 393,75 48,18 1.057,69 1 Im Gegensatz zu früheren Ausgaben des Bundesberichts Energieforschung sind die Kategorien dieser Gesamtübersicht an der Struktur des 7. Energieforschungsprogramms orientiert, da diese der Vielfalt der bereits im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms geförderten Themen besser entspricht. Aufgrund der laufenden Überarbeitung der Forschungsstatistik sind die Angaben in Tabelle 1 als vorläufig zu betrachten. 5 . TA B E L L E N 57 Tabelle 2 | Mittelabfluss der Projektförderung im Bereich Energieumwandlung Förderthema Mittelabfluss in Mio. € 2012 Photovoltaik 2013 2014 2015 2016 Anzahl Projekte 2017 Fördersumme in Mio. € 2018 laufend in 2018 neu bewilligt in 2018 neu bewilligt in 2018 460 96 83,21 67,08 63,59 58,34 71,26 63,99 84,46 78,25 (85,69) (81,16) (64,92) (73,60) (65,66) (84,56) (78,25) Kristallines Silizium 30,40 30,51 26,72 36,74 36,99 52,92 50,39 246 52 45,29 Dünnschichttechnologien 15,33 12,69 11,31 10,45 8,78 10,69 12,36 103 24 10,61 Grundlagenforschung 15,62 14,87 15,00 11,59 6,17 3,51 1,33 13 – – (34,23) (32,44) (21,59) (13,93) (7,84) (3,61) (1,33) Sonstige 5,73 5,53 5,31 12,47 12,05 17,33 14,17 98 20 27,31 Windenergie 38,42 52,57 53,06 53,04 49,69 75,11 59,73 420 121 90,59 Anlagenentwicklung 2,62 15,07 21,93 25,26 18,40 39,80 26,03 165 50 56,05 Onshore 0,62 0,51 0,50 1,29 4,10 3,23 3,10 12 – – Offshore 3,34 12,23 12,72 7,98 9,18 11,09 12,00 78 18 13,48 0,12 1,73 2,33 3,62 3,03 3,06 2,33 31 11 4,15 23,00 12,88 8,39 6,39 8,10 11,18 8,37 81 22 10,07 1,43 2,33 2,64 2,46 2,23 2,48 2,42 26 16 5,51 7,29 7,82 4,54 6,04 4,65 4,27 5,49 27 4 1,34 528 128 33,58 (inkl. andere Programme) (inkl. andere Programme) Windphysik und Meteorologie Logistik, Anlagenin­stallation, Instandhaltung und Betriebsführung Umweltaspekte der Windenergie und ökologische Begleitforschung Sonstige Bioenergie 40,86 42,61 42,97 42,10 37,88 33,04 28,54 (48,59) (48,68) (44,11) (43,92) (37,88) (33,04) (28,54) Erzeugung – Anbau 6,91 6,31 5,98 4,43 4,69 5,70 6,52 107 41 13,78 Erzeugung – Züchtung 4,43 5,25 4,77 4,92 4,49 4,58 4,20 63 9 2,20 Konversion – allgemein – – – 0,53 5,22 2,73 4,46 67 21 5,10 Konversion – gasförmig 4,61 4,87 5,27 6,84 4,92 6,79 5,04 93 4 1,60 Konversion – flüssig 4,11 6,12 6,19 5,92 3,97 3,21 1,98 33 3 0,78 Konversion – fest 2,78 0,94 0,73 1,92 2,23 1,77 1,34 25 3 1,01 Querschnitt 1,86 3,22 2,85 2,97 2,53 0,94 0,59 9 – – 8,81 9,99 12,16 9,89 6,17 3,13 0,22 3 – – (16,53) (16,06) (13,30) (11,72) (6,17) (3,13) (0,22) 7,36 5,91 5,03 4,69 3,66 4,18 4,20 128 47 9,10 Tiefe Geothermie 20,82 17,10 15,55 13,38 12,54 16,49 12,92 81 21 10,48 Prospektion und Exploration 8,39 7,28 9,13 9,12 6,67 8,06 4,52 25 – – Warmwasser- und Dampf­lagerstätten 4,36 4,97 3,03 2,59 4,61 5,34 3,64 22 4 3,49 Hot-Dry-Rock 3,69 0,91 0,33 0,45 1,02 3,04 4,76 34 17 6,99 Sonstige 4,37 3,94 3,05 1,22 0,23 0,05 – – – – (inkl. andere Programme) Grundlagenforschung (inkl. andere Programme) Energetische Biomassenutzung 58 5. TA B E L L E N Förderthema Mittelabfluss in Mio. € Anzahl Projekte Fördersumme in Mio. € 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 laufend in 2018 neu bewilligt in 2018 neu bewilligt in 2018 27,54 31,62 29,60 28,20 28,52 32,82 29,57 297 66 23,61 (28,58) (35,09) (30,96) (28,20) (28,52) (32,90) (29,85) 10,76 7,45 6,36 2,41 4,84 5,54 6,39 46 1 0,29 Komponentenentwicklung 9,18 16,52 18,19 19,19 17,53 21,59 17,79 228 60 20,78 Kohlevergasung 2,39 1,54 1,46 2,80 3,52 4,14 4,12 8 – – – – – Kraftwerkstechnik und CCS-Technologien (inkl. andere Programme) Fortgeschrittene Kraftwerkssysteme Grundlagenforschung 4,54 3,79 2,86 1,97 1,36 – – (5,58) (7,27) (4,22) (1,97) (1,36) (0,08) (0,29) 0,68 2,32 0,74 1,82 1,27 1,55 1,26 15 5 2,53 19,47 24,88 27,16 22,32 19,69 26,50 24,41 151 25 15,96 NT-PEMFC 6,15 6,68 9,92 6,43 4,42 6,24 6,51 53 18 10,07 HT-PEMFC 1,30 1,75 1,21 1,01 0,77 0,99 0,98 9 – – MCFC 0,55 0,14 0,30 1,64 0,82 1,72 0,35 – – – SOFC 7,40 11,10 7,84 6,53 4,27 6,73 5,60 30 5 5,50 DMFC 0,56 0,34 0,06 – – 0,14 0,25 4 – – Wasserstoffspeicher 1,98 3,16 2,25 2,36 0,99 1,12 2,27 14 – – Wasserstofferzeugung 0,83 0,63 0,30 0,59 2,14 2,86 2,17 14 – – Grundlagenforschung 0,71 1,08 3,04 2,10 4,28 4,58 4,30 20 – – – – 2,23 1,67 2,01 2,12 1,98 7 2 0,40 7,45 8,41 9,25 10,09 8,58 7,73 7,15 81 29 13,21 Parabol 3,67 2,25 1,84 0,74 2,04 2,90 3,35 26 – – Turm 2,01 2,50 3,59 4,23 2,86 2,63 2,62 46 25 12,04 Fresnel 0,68 0,63 0,82 – – 0,00 – – – – Speicher 0,30 1,79 1,41 1,85 1,37 1,52 1,02 1 – – Sonstige 0,78 1,24 1,59 3,28 2,32 0,68 0,15 8 4 1,16 0,98 1,25 1,21 1,68 2,01 2,15 1,40 16 – – 222,62 242,02 237,14 242,06 222,90 278,30 241,97 2.034 486 270,63 (inkl. andere Programme) Sonstige Brennstoffzellen und Wasserstoff Sonstige Solarthermische Kraftwerke Wasserkraft und Meeresenergie Gesamt (inkl. andere Programme) (249,99) (269,15) (246,23) (246,22) (224,57) (278,47) (242,26) 5 . TA B E L L E N 59 Tabelle 3 | Mittelabfluss der Projektförderung im Bereich Energienutzung Förderthema Mittelabfluss in Mio. € Anzahl Projekte Fördersumme in Mio. € 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 laufend in 2018 neu bewilligt in 2018 neu bewilligt in 2018 45,81 56,76 60,55 54,86 53,60 61,76 75,01 800 257 131,94 (47,74) (58,94) (63,53) (54,86) (53,80) (62,46) (76,13) 19,65 25,50 30,95 30,86 26,33 28,44 32,95 396 134 54,41 7,85 9,69 9,28 9,06 11,62 16,10 21,04 218 76 48,45 2,50 3,53 3,75 2,87 3,16 3,35 3,29 40 7 1,61 EnEff:Stadt – Kraft-Wärme-Kopplung 2,93 4,61 2,65 1,39 0,89 1,39 1,27 14 4 2,89 NiedertemperaturSolarthermie 4,90 6,47 6,36 5,54 6,43 7,71 7,30 67 13 5,57 1,73 1,21 1,02 0,48 0,13 – – – – – 59 23 19,01 Energieeffizienz in Gebäuden u. Städten (inkl. andere Programme) EnOB – Energieoptimiertes Bauen EnEff:Stadt – Versorgungs­konzepte EnEff:Stadt – Fernwärme Solare Kälte Grundlagenforschung 3,63 4,49 5,36 4,65 3,88 2,92 7,77 (3,63) (4,49) (5,36) (4,65) (4,00) (2,96) (7,77) (1,93) (2,18) (2,98) (–) (0,08) (0,66) (1,12) 2,62 1,25 1,19 – 1,17 1,85 1,39 6 – – Energieeffizienz in Industrie, Gewerbe, Handel und bei Dienstleistungen 30,01 36,38 34,70 34,85 33,70 44,59 47,92 504 123 62,71 Maschinen-, Fahrzeugbau, Elektrotechnik, Feinmechanik, Optik, EBM-Waren 10,90 14,97 16,07 14,30 9,57 13,54 16,63 154 55 30,61 Eisen- und Stahlindustrie 2,42 1,54 0,69 0,67 0,55 0,69 1,19 24 6 3,11 Gewinnung und Verarbeitung von Steinen und Erden, Fein­ keramik, Glas­gewerbe 2,05 2,41 1,45 0,54 1,20 2,76 2,55 15 – – Wärmepumpen, Kältemittel 1,28 2,99 2,58 3,02 3,83 4,45 4,30 31 7 4,41 Industrieöfen 1,19 0,83 0,67 0,99 1,41 3,36 4,00 43 2 1,25 Mechanische und thermische Trennverfahren 0,39 1,57 1,79 2,23 2,05 2,82 2,77 35 – – Chemische Industrie, Herstellung von Kunststoffund Gummiwaren 1,52 2,79 4,05 4,81 5,46 6,25 6,12 58 6 2,12 NE-Metallindustrie 0,44 0,56 0,72 0,79 1,09 1,40 1,05 24 14 4,36 Wärmetauscher 2,11 1,82 1,13 1,61 1,46 1,26 1,01 6 – – Solare Prozesswärme 0,35 0,25 0,10 0,10 0,09 0,08 0,01 2 1 0,13 Grundlagenforschung – – 1,76 0,79 0,32 0,00 – – – – 7,35 6,64 3,68 5,01 6,68 7,98 8,29 112 32 16,71 75,81 93,14 95,25 89,70 87,30 106,35 122,93 1.304 380 194,66 (77,74) (95,32) (98,23) (89,70) (inkl. andere Programme) Forschungsinitiative Zukunft Bau des BMI – Modellvorhaben Effizienzhaus Plus (anderes Programm) Sonstige Sonstige Gesamt (inkl. andere Programme) (87,51) (107,04) (124,05) 60 5. TA B E L L E N Tabelle 4 | Mittelabfluss der Projektförderung im Bereich Energieverteilung und systemorientierte Projektförderung einschließlich Querschnittsthemen Förderthema Mittelabfluss in Mio. € Anzahl Projekte Fördersumme in Mio. € 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 laufend in 2018 neu bewilligt in 2018 neu bewilligt in 2018 8,60 11,70 10,82 11,46 13,67 16,79 18,43 179 79 28,05 Systemanalyse 1,57 2,38 3,03 3,75 7,42 13,54 15,97 171 79 28,05 Informationsverbreitung 2,49 3,27 3,33 4,09 3,74 2,10 1,60 1 – – Querschnittsthemen 4,10 5,38 4,13 3,35 2,42 1,15 0,86 7 – – Sonstige 0,44 0,66 0,33 0,27 0,09 – – – – – 31,02 59,30 56,99 61,59 53,34 49,70 46,34 453 165 83,46 (38,90) (61,46) (57,26) (61,76) (53,34) (49,70) (46,34) 14,48 23,87 19,86 18,41 21,24 23,71 25,45 197 52 23,16 Hochtemperaturspeicher 0,47 0,47 1,52 3,51 2,16 0,92 0,62 22 12 3,54 Mechanische Speicher 1,19 3,26 1,53 1,97 2,48 3,01 2,16 23 6 1,88 Elektrische Speicher 0,74 0,28 0,05 2,48 4,54 4,11 2,67 33 – – Niedertemperaturspeicher 1,53 3,37 5,13 5,14 3,19 1,86 2,49 22 5 3,46 – – – – 0,34 1,15 2,02 66 60 39,44 23 21 7,87 Querschnittsthemen und Systemanalyse Energiespeicher (inkl. andere Programme) Elektrochemische Speicher Stoffliche Speicher Grundlagenforschung 10,20 19,37 17,21 15,61 10,79 3,60 1,17 (18,08) (21,53) (17,48) (15,77) (10,79) (3,60) (1,17) 2,41 8,67 11,70 14,48 8,61 11,34 9,77 67 9 4,11 16,74 30,95 34,88 52,85 70,93 75,23 60,76 627 147 73,77 Komponenten 1,93 10,15 12,12 13,60 17,87 22,44 21,10 159 – – Netzplanung 0,78 2,51 3,24 4,00 4,26 4,62 2,50 45 21 6,58 Betriebsführung 9,74 12,62 10,40 18,72 27,98 27,38 24,57 225 5 2,41 Systemstudien 0,06 1,68 3,60 2,94 1,90 0,99 – – – – Grundlagenforschung 3,06 0,49 1,26 9,46 14,02 13,77 7,50 77 12 6,52 Sonstige 1,17 3,50 4,26 4,12 4,90 6,03 5,09 121 109 58,26 – – – – 0,05 2,52 4,22 31 11 5,12 56,35 101,95 102,69 125,90 137,99 144,23 129,75 1.290 402 190,40 (inkl. andere Programme) Sonstige Netze Programmkooperation Industrielle Gemeinschafts­ forschung Gesamt (inkl. andere Programme) (64,23) (104,10) (102,96) (126,06) (137,99) (144,23) (129,75) 5 . TA B E L L E N 61 Tabelle 5 | Mittelabfluss in der weiteren Projektförderung des BMBF Förderthema Mittelabfluss in Mio. € 2012 2013 2014 2015 2016 Anzahl Projekte 2017 2018 Sozialökologische Forschung – 1,18 3,25 3,95 2,64 0,36 – (inkl. andere Programme) – (3,08) (8,58) (11,11) (4,42) (2,07) (0,85) Energiematerialien – – 0,72 10,41 27,87 26,68 Kopernikus-Projekte – – – – 0,40 Carbon2Chem – – – – Dekarbonisierung – – – Projektbezogene Fusionsforschung 2,58 6,29 Sonstige Projektförderung des BMBF 7,11 (inkl. andere Programme) Gesamt (inkl. andere Programme) laufend in 2018 Fördersumme in Mio. € neu bewilligt in 2018 neu bewilligt in 2018 – – – 18,21 132 1 0,20 40,16 44,83 172 2 2,75 8,64 11,84 16,90 29 – – – – – 0,23 4 4 4,02 5,55 7,70 3,12 2,23 – – – – 2,35 3,93 3,23 4,19 5,27 10,35 36 25 17,58 (7,11) (3,23) (3,93) (3,23) (4,19) (5,27) (10,35) 9,69 9,82 13,45 25,29 46,86 86,53 90,29 369 28 20,53 (9,69) (12,61) (18,79) (32,46) (48,63) (88,24) (91,37) Tabelle 6 | Mittelabfluss der Projektförderung im Bereich Nukleare Sicherheitsforschung Förderthema Mittelabfluss in Mio. € Anzahl Projekte Fördersumme in Mio. € 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 laufend in 2018 neu bewilligt in 2018 neu bewilligt in 2018 12,30 13,23 13,58 12,95 13,09 16,33 17,61 121 24 14,38 9,84 10,39 10,25 10,06 9,94 11,43 12,02 87 17 9,36 Querschnittsaufgaben und Sonstige 0,54 0,53 0,53 0,54 1,06 1,90 2,69 18 2 1,33 Kernmaterialüberwachung 0,18 0,15 0,19 0,24 0,26 0,21 0,09 1 – – 1,74 2,17 2,61 2,11 1,83 2,78 2,81 15 5 3,69 Reaktorsicherheitsforschung 24,38 23,43 25,10 25,22 24,06 22,76 21,98 149 26 16,93 Sicherheit von Komponenten kern­technischer Anlagen 5,28 4,01 4,38 4,55 4,38 4,20 5,19 48 10 6,02 11,25 12,09 12,51 13,22 13,37 13,46 12,52 72 14 10,17 Querschnittsaufgaben und Sonstige 5,08 5,72 4,81 4,05 3,63 3,37 3,04 16 2 0,74 Nachwuchsförderung (BMBF-Maßnahmen) 2,77 1,62 3,39 3,39 2,68 1,73 1,23 13 – ­– Strahlenforschung (BMBF) 4,91 4,95 4,61 7,58 8,58 8,05 7,89 57 – – 41,59 41,61 43,29 45,74 45,73 47,13 47,48 327 50 31,31 Endlager- und Entsorgungs­ forschung Endlagerforschung Nachwuchsförderung (BMBF-Maßnahmen) Anlagenverhalten und Unfallabläufe Gesamt 62 5. TA B E L L E N Tabelle 7 | Mittelabfluss in der Institutionellen Energieforschung (Forschungsbereich Energie der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren)2 Förderthema Mittelabfluss in Mio. Euro 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Erneuerbare Energien 34,42 36,95 Rationelle Energieumwandlung und -nutzung 40,73 46,09 105,04 101,57 21,76 22,13 6,87 6,95 47,96 49,04 Energieeffizienz, Materialien und Ressourcen 60,49 64,12 68,43 69,45 73,00 Erneuerbare Energien 47,84 51,91 54,37 56,73 59,09 123,51 123,51 123,51 123,51 123,51 34,62 35,76 37,27 38,84 40,47 7,11 7,65 7,95 8,25 8,54 49,93 57,12 60,47 69,61 72,86 8,11 8,62 10,81 13,24 16,28 331,60 348,69 362,81 379,63 393,75 POF II Kernfusion (inkl. Wendelstein W 7-X) Nukleare Sicherheitsforschung Technologie, Innovation und Gesellschaft Programmungebundene Forschung POF III Kernfusion (inkl. Wendelstein W 7-X) Nukleare Entsorgung, Sicherheit und Strahlenforschung Technologie, Innovation und Gesellschaft Speicher und vernetzte Infrastrukturen Future Information Technology Summe 256,78 262,73 2 Gegenüber früheren Ausgaben des Bundesberichtes Energieforschung wird mit dem vorliegenden Bericht die Darstellung an die Programmorientierte Förderung (POF) der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren im Forschungsbereich Energie (Zuwendungsbasis) angeglichen. 5 . TA B E L L E N 5.2 Fördermittel für Energieforschung der Länder 63 Länder berücksichtigt. Mecklenburg-Vorpommern hat im Jahre 2017 EFRE-Zuschüsse, jedoch keine landeseigenen Mittel für die nichtnukleare Energieforschung aufgewendet. Die Angaben beruhen auf der Meldung der Länder aus einer regelmäßig im Auftrag des BMWi durchgeführten Abfrage. Bei Mitteln aus dem Europäischen Fonds für Regio­ nale Entwicklung (EFRE) wird nur der Eigenanteil der Zahlen für 2018 liegen noch nicht vor. Tabelle 8 | Aufwendungen der Länder für nichtnukleare Energieforschung Land Mittelabfluss in Mio. € 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Baden-Württemberg 11,54 26,83 15,10 23,12 24,77 35,55 44,37 52,22 48,77 44,10 Bayern 16,67 14,14 22,64 32,28 88,13 114,82 85,61 89,98 96,34 54,15 Berlin 3,87 15,53 4,73 2,10 3,03 0,88 4,70 3,63 2,94 3,89 11,34 4,65 4,37 5,81 4,03 7,86 4,40 3,54 4,05 2,20 Bremen 2,71 2,42 2,78 3,61 2,71 3,46 1,99 2,08 2,10 1,35 Hamburg 1,15 1,56 0,61 1,27 2,01 15,76 14,91 16,12 15,64 17,29 Hessen 7,02 5,77 9,10 8,12 12,57 9,63 3,48 5,17 9,11 9,95 MecklenburgVorpommern - 1,64 5,68 3,99 8,76 3,22 13,02 1,50 - - Niedersachsen 15,74 24,60 26,36 30,53 32,82 33,00 38,57 19,78 18,21 17,15 NordrheinWestfalen 31,52 22,68 31,80 26,55 37,27 28,52 28,99 40,14 17,24 79,08 Rheinland-Pfalz 2,43 2,76 2,40 2,79 2,10 2,43 2,37 2,51 1,95 4,00 Saarland 0,95 1,17 0,51 1,12 0,87 0,75 1,56 0,98 1,42 2,77 Sachsen 14,18 29,26 17,42 23,60 24,88 44,06 1,01 20,89 21,78 26,04 Sachsen-Anhalt 2,51 3,83 7,81 6,04 3,43 4,11 4,62 1,53 0,89 9,45 Schleswig-Holstein 4,12 3,54 3,10 2,08 1,83 4,28 5,15 5,97 4,76 6,76 Thüringen 3,10 0,78 2,68 1,36 3,55 3,40 1,81 0,95 3,42 3,50 128,87 161,14 157,11 174,39 252,78 311,74 256,56 266,99 248,63 281,68 Brandenburg Gesamt 64 5. TA B E L L E N Tabelle 9 | Aufwendungen der Länder für nichtnukleare Energieforschung nach Themen Thema Mittelabfluss in Mio. € 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 21,48 7,79 15,90 18,73 18,71 22,44 20,56 21,53 11,78 13,05 Brennstoffzellen/ Wasserstoff 9,47 10,86 15,14 8,11 5,40 12,29 9,82 11,46 12,83 13,73 CO2-Speicherung - 0,11 0,24 0,07 0,21 - 0,02 2,77 0,02 0,20 Energieeinsparung 24,86 32,19 23,74 31,66 51,35 45,58 34,73 46,10 49,27 42,00 Energieforschung allgemein 22,21 40,20 12,97 14,96 21,01 72,81 61,73 73,03 69,02 118,87 Energiesysteme, Modellierung 4,48 12,02 7,87 2,46 5,37 4,53 4,33 3,13 3,33 3,35 Erneuerbare allg. 14,45 13,38 18,09 28,28 35,83 13,50 15,34 15,96 11,94 21,61 Geothermie 1,27 8,41 8,86 11,27 12,52 8,43 8,09 2,09 4,70 3,53 Kraftwerkstechnik/ CCS 5,09 3,87 4,84 6,09 11,35 7,12 4,25 5,52 3,78 2,68 Photovoltaik 18,12 22,17 19,62 20,84 26,95 21,85 21,31 24,81 27,34 13,19 Windenergie 5,89 6,12 8,26 11,61 14,48 18,60 27,29 12,25 3,97 4,93 E-Mobilität/ Energiespeicher/ Netze 1,55 4,02 21,58 20,31 49,61 E-Mobilität 54,19 22,54 15,88 20,73 21,43 Energiespeicher 25,84 24,16 28,12 26,34 18,32 4,58 2,40 4,33 3,60 4,81 311,74 256,56 266,99 248,63 281,68 Biomasse Netze Gesamt 128,87 161,14 157,11 174,39 252,78 www.bmwi.de
Top of page
Waiting...

Note to user

Dear user,

In response to current developments in the web technology used by the Goobi viewer, the software no longer supports your browser.

Please use one of the following browsers to display this page correctly.

Thank you.