Für eine erfolgreiche Markteinführung komplexer Technologielinien ist eine Demonstration unter realen »Feldbedingungen« unverzichtbar. Einzelne Technologien, die sich im Labor bewährt haben sollen daher an den Standorten unserer Reallabore in einem systemischen Verbund angewandt werden. Hierdurch adressieren wir Fragestellungen der Übertragbarkeit und können einen Beitrag zum Transfer der Technologien aus der Forschung in den Markt leisten.
Unsere Reallabore Im Überblick:
Das Reallabor TRUDI in Bochum ist ein großmaßstäbiger Experimentierraum. Es zeigt, wie die Integration von Technologien der Energiewende in die reale Energieinfrastruktur einer Großstadt gelingen kann. Insbesondere bezieht TRUDI die Hinterlassenschaften des Bergbaus im Ruhrgebiet als energiewirtschaftliche Ressource mit ein. Es demonstriert beispielsweise die Transformation der fossil betriebenen Fernwärmenetze durch Integration von Großwärmepumpen, Speichertechnologien, Abwärmenutzung und Geothermie-Anlagen aller Klassen.
TRUDI liegt im 50 Quadratkilometer großen bergrechtlichen Feld »Zukunftsenergie« im Bochumer Süden. Es zeigt am Beispiel des Fernwärmenetzes Bochum-Süd (115 MWth) auf wie die dezentrale Speicherung und Einspeisung von Wärmeenergie in und aus geothermalem Wässern des Untergrundes technisch und wirtschaftliche gelingen kann. Außerdem verfügt das Reallabor über Testfelder zur Durchführung von bohrtechnischen Versuchen bis in Tiefen von über 5000 Metern.
Die Geologie am Standort ist geprägt von Karbonischen (Sandsteine, Tonsteine, Kohle) und ab etwa 4000 Metern Devonischen Formationen (Karbonate/Massenkalke). Dort lassen sich zum Beispiel Referenzbohrungen durchführen und Reservoirtechniken zur Erschließung dichter Gesteinsformationen anwenden.
Eine Hauptquelle der Entstehung von CO2 ist die Erzeugung von Strom und Wärme durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Ein großer Teil dieser Erzeugungskapazitäten entfällt auf die Braunkohleblöcke im Rheinischen Revier. Die Städte an Rhein und Ruhr haben dabei den größten Nutzwärmebedarf in Deutschland. Hier besteht das größte europäische Fernwärmeverbundsystem. Dessen Umstellung von Kohle auf Erneuerbare Energien kann nur mit Hilfe der Tiefengeothermie gelingen. Im Rheinischen Revier befindet sich jedoch auch das wohl größte hydrothermale Reservoir in Europa: die Massen- und Riffkalke des Devons und des Unterkarbons. Über Tiefbohrungen in Belgien und in den Niederlanden werden diese Gesteine bereits für energetische Zwecke genutzt. Fernwärmenetze, Gewächshäuser, Industriebetriebe und Thermalbäder profitieren dort von klimafreundlicher Energie aus thermalwasserführenden Schichten. Am Standort des RWE-Braunkohlekraftwerks Weisweiler wird deshalb ein Fraunhofer-Forschungskraftwerk Tiefengeothermie im Rheinland aufgebaut. Das im Bau befindliche Observatorium dient der Überwachung von Reservoirprozessen. Das Forschungskraftwerk soll anschließend an einem der ambitioniertesten Forschungsstandorte des Rheinischen Reviers technologische Innovationen mit neuen Wertschöpfungspotentialen im Energiesektor verknüpfen. Der Demonstrator soll hydrothermales Wasser aus den über 4000 Meter tiefen Schichten der devonischen Massenkalke unter dem Kraftwerk fördern und in das regionale Fernwärmenetz einspeisen. Die Anlage wird als Entwicklungsumgebung und Nukleus der Tiefengeothermie-Industrie mit der Zielsetzung einer Verbreitung tiefengeothermischer Projekte in Nordwest-Deutschland / Europa. Gleichzeitig soll die Einrichtung als Aus- und Weiterbildungszentrum für geothermale Technologie dienen.
Das Projekt »Referenzkraftwerk Lausitz« (RefLau) hatte sich beim bundesweiten Ideenwettbewerb »Reallabore der Energiewende« des Bundeswirtschaftsministeriums durchgesetzt. Strategisches Ziel ist es, die künftige Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energieträger und Wasserstoff einschließlich der Speicherung und Rückverstromung des Wasserstoffs am Industriestandort Schwarze Pumpe abzubilden. Neben der Weiterentwicklung der Technologie identifiziert zudem das Abnahmepotenziale für Wasserstoff in der Region und die Synergien bei der Etablierung einer regionalen Wasserstoffwirtschaft.
Fraunhofer IEG stellt die Sektorenkopplung in den Fokus seiner Energiesystemanalyse. In das Projekt »Referenzkraftwerk Lausitz« (RefLau) bringt es seine Erfahrung mit Transformationspfaden bestehender Infrastrukturen ein — vom fossilen hin zu einem auf erneuerbaren Energien basierenden Energiesystem. Es bewertet die Wechselwirkungen der Sektoren Strom- und Wärme sowie Industrie und Verkehr. Die Arbeit des Fraunhofer IEG reicht von systemanalytischen Abschätzungen über detaillierte Modelle der zukünftigen, intelligenten Energieübertragungs- und -verteilnetze bis hin zu systemdienlichen Betriebsstrategien für gekoppelte Anlagen.
Am Standort im Industriepark Schwarze Pumpe soll das neuartige Kraftwerkskonzept unter ausschließlicher Nutzung erneuerbarer Energien, wie Wind- und Sonnenkraft, die Möglichkeiten der Sektorenkopplung aufzeigen. Durch die Erzeugung von grünem Wasserstoff wird die Nutzung von erneuerbar erzeugter Energie in den Sektoren Strom, Industrie, Verkehr und (Ab-)Wärme ermöglicht und damit ein wichtiger Schritt zur Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Energieträgern gegangen. Damit kann das Reallabor neben Wasserstoff und Wärme auch alle Systemdienstleistungen eines Kohlekraftwerks bereitstellen. Es soll als Referenz für die Umstellung von konventionellen Kraftwerksstandorten auf erneuerbare Energieerzeugung dienen. Die Skalierung des Projekts am Standort in der Lausitz ist geplant, ebenso die Prüfung der Übertragbarkeit in weitere Regionen.
Partner in Forschung und Entwicklung für das Verbundvorhaben »Reallabor der Energiewende: Referenzkraftwerk Lausitz« sind unter Koordination des Fraunhofer IEG die BTU Cottbus-Senftenberg und die Technische Universität Dresden. Wirtschaftliche Partner sind Energiequelle, ENERTRAG und der Zweckverband Industriepark Schwarze Pumpe (ZV ISP).
Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG
