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Der Anlagenverbund des Energy Lab 2.0

Ein wichtiger Teil des Energy Lab 2.0 ist der Anlagenverbund zwischen den beteiligten Forschungseinrichtungen. Darin sind folgende Anlagen verknüpft:

  • der Solarstromspeicherpark des KIT mit 1 MWel Spitzenleistung erweitert um ein neues Lithium-Ionen-Batteriespeichersystem mit einer Kapazität von 1 MWh
  • eine am Forschungszentrum Jülich (FZJ) neu zu errichtende Anlage zum dynamischen Testen großer Elektrolyseure
  • die bioliq®-Pilotanlage des KIT zur Erzeugung von Biokraftstoffen aus Reststoff-Biomasse
  • drei neue Mikro-Gasturbinen mit einer Leistung von 100 kWel zur flexiblen Erzeugung aus Synthesegas und Erdgas
  • je eine neue Anlage zur Umwandlung von Strom und Kohlenstoffdioxid in synthetisches Methan (Power-to-Gas) und in synthetische Kraftstoffe (Power-to-Fuel) mit einer Leistung von etwa 100 kWth
  • der Hochtemperatur-Feststoff-Wärmespeicher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) am Standort Stuttgart

Wasserstoff aus der Niedertemperatur-Elektrolyse

Insbesondere für die Speicherung von erneuerbaren Energien in chemischen Energieträgern spielt regenerativer Wasserstoff eine zentrale Rolle. Am Forschungszentrum Jülich werden Elektrolysetechnologien verschiedener Entwicklungsstadien untersucht. Dazu gehören Forschung und Entwicklung an der alkalischen Elektrolyse, der PEM-Wasserelektrolyse und der alkalische PEM-Elektrolyse. Im Mittelpunkt aller Aktivitäten stehen die Kostensenkung, die Steigerung der Effizienz und die Verbesserung der Langzeitstabilität. Im Rahmen des Energy Lab 2.0 soll in einem Wasserstoff-Technikum das Betriebsverhalten großflächiger Elektrolyseure bei Aufprägung dynamischer Lastprofile validiert werden.

Mikrogasturbine

Die hohe Fluktuation der Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen verlangen eine flexible Möglichkeit Strom ins Netz zu speisen. Dezentrale gasturbinenbasierte Kraftwerksanlagen können zur nachhaltigen und netzverträglichen Strom- und Wärmeerzeugung einen entscheidenden Beitrag leisten. Im Energy Lab 2.0 entwickelt das DLR deshalb ein Verbrennungssystem für Gasturbinen-Kraftwerke, das schnelle Lastwechsel ermöglicht und unterschiedliche erneuerbare Brennstoffe effizient nutzen kann. Zudem werden drei Mikrogasturbinen in den Anlagenverbund des Energy Lab 2.0 am KIT integriert um die Aspekte der last- und brennstoffflexiblen Rückverstromung im Reallabor zu untersuchen.

Katalytische Methanisierung (Power-to-Gas)

Das Teilprojekt Methanisierung verfolgt das Ziel, die bisher nur im Labormaßstab erprobte Dreiphasen-Methanisierung in einen technisch relevanten Pilotmaßstab zu überführen. Mit den erwarteten Versuchsergebnissen lassen sich wertvolle Daten zur Modellierung, zur Maßstabsvergrößerung und zum tieferen Verständnis der Vorgänge in einer Dreiphasen-Methanisierung gewinnen. Durch die einmalige Konstellation der direkten Verschaltung mit einer Elektrolyseanlage zur Wasserstoffbereitstellung und der bioliq®-Biomassevergasung als Synthesegasquelle können ansonsten nicht zugängliche Messdaten unter realen Einsatzbedingungen gewonnen werden.

Dezentrale Herstellung erneuerbarer, flüssiger Energieträger (Power-to-Fuel)

Mit dezentralen und hocheffizienten Anlagen lassen sich aus Kohlendioxid oder biomassestämmigem Synthesegas zusammen mit Elektrolysewasserstoff dezentral, direkt vor Ort flüssige synthetische Energieträger erzeugen. Im Energy Lab 2.0 wird für die Erzeugung von Kerosin eine containerbasierte Anlage als Baustein für ein intelligentes Energiesystem integriert um so die Sektorkopplung von Power-to-Fuel eingehend untersuchen zu können. Dabei steht hier mit der KIT-Ausgründung INERATEC GmbH ein kompetenter Partner bereit um mit einer innovativen chemischen Reaktortechnologie im dezentralen Maßstab flüssige Energieträger herzustellen.

Flexible Wärmeversorgung – Ein zentrales Element der zukünftigen Energieversorgung (Power-to-Heat)

Die sichere, bezahlbare und nachhaltige Energieversorgung der Zukunft wird wesentlich durch die effiziente Nutzung von Strom und Wärme sowie deren effiziente Speicherung bestimmt. Zentraler Bausteine in der Versorgungskette bilden dabei thermische Energiespeicher. Wesentliche Herausforderungen der Technologie sind die Ausarbeitung von effizienten, kostengünstigen und skalierbaren thermischen Energiespeichern, die zusätzlich eine direkte Integration elektrischer Energie und somit eine Sektorkopplung ermöglichen.