Innovation durch Forschung – Jahresbericht 2012 ... - BMU - Bund.de

1Innovation durch ForschungJahresbericht 2012 zur Forschungsförderungim Bereich der erneuerbaren Energien

2INNOVATION DURCH FORSCHUNGIMPRESSUMHerausgeber:Redaktion:Fachliche Beratung:Gestaltung:Druck:Abbildungen:Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)Referat Öffentlichkeitsarbeit • 11055 BerlinE-Mail: service@bmu.bund.de • Internet: www.bmu.deMeike Bierther (PtJ),BMU, Referat E II 6 – Forschung und Entwicklung im Bereich Klimaschutztechnologien und erneuerbare EnergienProjektträger Jülich (PtJ)BLOCK DESIGN Kommunikation & WerbungDruckhaus DresdenTitel: Rainer Weisflog, S. 4 (links): CDU/CSU-Bundestagsfraktion/Christian Doppelgatz,S. 4/5: DOTI/alpha ventus/Matthias Ibeler, S. 6: E.ON Hanse AG, S. 7: Herrenknecht AG, S. 8: Fraunhofer IWES,S. 9 (oben): SolarWorld AG/Detlev Müller, S. 9 (unten) : Baker Hughes INTEQ GmbH, S. 10: Stadtwerke Crailsheim GmbH,S. 11: DLR, S. 16: BMU/Holger Vonderlind, S. 17: Rainer Weisflog, S. 19: ZSW, S. 21: Fraunhofer IWES, S. 22: Meike Bierther/PtJ,S. 23: Rainer Weisflog, S. 24: Rainer Weisflog, S. 27: BMU/Holger Vonderlind, S. 28: Meike Bierther/PtJ, S. 29: EWE,S. 30 (links): DOTI/alpha ventus/Matthias Ibeler, S. 30 (rechts): Offshore-Stiftung/alpha ventus/Trond Hattrem,S. 32: BARD, S. 33: Rainer Weisflog, S. 35: BMU/Eisermann, S. 36 (oben): Manz AG, S. 36 (unten): Manz Coating GmbH,S. 37: Fraunhofer ISE, S. 38: Fraunhofer ISE, S. 40: ISFH, S. 41: geo x GmbH, S. 43: Geothermie Unterhaching GmbH & Co KG,S. 44: Geothermie Neubrandenburg GmbH, S. 45: Stadtwerke München GmbH, S. 47: Rainer Weisflog, S. 50: ZAE, S. 51: DLR,S. 53: Flabeg Holding GmbH, S. 54: RWE Innogy GmbH, S. 55: DLR, S. 56: ANDRITZ Hydro Hammerfest, S. 59 BMU,S. 61: Leif Arne Holme/NTE, S. 67: BMU/Holger VonderlindStand: März 20131. Auflage: 6.000 Exemplare

INNOVATION DURCH FORSCHUNG 3INHALTSVERZEICHNISVorwort ..................................................................... 4Highlights der ForschungsförderungSystEEm: Regenerative Energieversorgungssysteme und Integration erneuerbarer Energien ............... 6Windenergie .............................................................. 7Photovoltaik ............................................................... 8Geothermie ................................................................ 9Niedertemperatur-Solarthermie ............................. 10Solarthermische Kraftwerke ................................... 10Übergreifende Fragestellungen .............................. 11Solarthermische KraftwerkeSchwerpunkte der Forschungs förderung vor dem Hintergrund der Markt- und Technologie entwicklung ......................................... 51Auswahl geförderter Projekte ................................. 52Wasserkraft und MeeresenergieSchwerpunkte der Forschungs förderung vor dem Hintergrund der Markt- und Technologie entwicklung ......................................... 56Auswahl geförderter Projekte ................................. 56Forschung und Entwicklung für die Energiewende ................................................. 12SystEEm: Regenerative Energieversorgungssystemeund Integrationerneuerbarer EnergienSchwerpunkte der Forschungs förderung vor dem Hintergrund der Markt- und Technologie entwicklung ......................................... 17Auswahl geförderter Projekte ................................. 19WindenergieSchwerpunkte der Forschungs förderung vor dem Hintergrund der Markt- und Technologie entwicklung ......................................... 24Auswahl geförderter Projekte ................................. 26Übergreifende Fragen derEnergieforschungSchwerpunkte der Forschungs förderung vor dem Hintergrund der Markt- und Technologie entwicklung ......................................... 57Auswahl geförderter Projekte ................................. 58Internationale ZusammenarbeitSET-Plan ...................................................................... 60Internationale Energieagentur (IEA) ..................... 60IEA-Tasks/-Annexe/-Projekte mit BMU-Beteiligung zum Thema erneuerbare Energien im Jahr 2012 ............................................. 63FörderprogrammEnergetische Biomassenutzung ................... 66PhotovoltaikSchwerpunkte der Forschungs förderung vor dem Hintergrund der Markt- und Technologie entwicklung ......................................... 33Auswahl geförderter Projekte ................................. 35GeothermieSchwerpunkte der Forschungs förderung vor dem Hintergrund der Markt- und Technologie entwicklung ......................................... 41Auswahl geförderter Projekte ................................. 42Forschungsförderung anderer Ministerienmit Bezug zu erneuerbaren EnergienBundesministerium für Ernährung,Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) ... 67Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) ................................................. 68Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ............................................. 68Institutionelle Förderung ........................................ 69Wichtige Links ....................................................... 70Niedertemperatur-SolarthermieSchwerpunkte der Forschungs förderung vor dem Hintergrund der Markt- und Technologie entwicklung ......................................... 46Auswahl geförderter Projekte ................................. 47Statistischer Überblick .................................... 71

5hender Technologien die hohe Innovationskraft derdeutschen Wissenschaft und der Unternehmen.Besonders freut es uns, dass in diesem Jahr eine Vielzahlvon Projekten im Bereich Regenerative Energieversorgungssystemeund Integration erneuerbarerEnergien (SystEEm) starten konnten. In diesem Förderschwerpunktgeht es um die Neugestaltung desEnergiesystems, in dem die Versorgung durch erneuerbareEnergien und die Nachfrage nach Energiedurch intelligente Netze und ergänzende Stromspeicherso aufeinander abgestimmt wird, dass trotzschwankender Einspeisung von Wind- und Solarstromeine zuverlässige Versorgung gesichert werden kann.Im Rahmen der ressortübergreifenden Förderinitia ­tive Energiespeicher konnten wir 2012 wichtige Projekte,zum Beispiel zu Power-to-Gas und dezentralenKurzzeitspeichern, bewilligen. Alle Projektbeispielezeigen, dass es bei der Energiewende um viel geht –um technische Neuerungen, um Kostensenkung, umUmweltschutz, um Nachhaltigkeit, um Arbeitsplätzeund um Wettbewerbsfähigkeit zugleich. Die Umsetzungder Projekte bietet große Chancen für Wissenschaft,Forschung und Produktentwicklung gleichermaßen– und damit für unsere gesamte Gesellschaft.Ich wünsche Ihnen eine interessante Lektüre.Peter AltmaierBundesminister für Umwelt, Naturschutzund Reaktorsicherheit

6INNOVATION DURCH FORSCHUNGHIGHLIGHTS DER FORSCHUNGSFÖRDERUNGSystEEm: Regenerative Energieversorgungssystemeund Integrationerneuerbarer EnergienWeltweit einzigartiger Praxistest aufder Nordseeinsel PellwormDie Nordseeinsel Pellworm soll zu einer Modellregionfür die Nutzung erneuerbarer Energien und zur Speicherungdes so erzeugten Stroms ausgebaut werden.Das BMU unterstützt diese Initiative mit dem Forschungs-und Entwicklungsprojekt Smart Region Pellworm.Bei bestimmten Wetterbedingungen (viel Sonneund/oder viel Wind) kommt es in Deutsch landmittlerweile vor, dass mehr Strom erzeugt wird, alsdie Netze aufnehmen können. Durch den Einsatz vonSpeichern kann dieser Strom genutzt werden. Insgesamtwerden Energiespeicher perspektivisch immerwichtiger, um momentane Über- oder Unterproduk ­tion abzupuffern und erneuerbare Energien saisonalspeichern zu können.In dem Vorhaben Smart Region Pellworm wird einhybrides Speichersystem aus zentralen und dezentralenEinheiten entwickelt und mit rund 170 Haushaltenvernetzt. Das Speichersystem soll aus zwei sich ergänzendenGroßspeichern bestehen – einer Lithium-Ionen-Batterie (Leistung 560 Kilowatt, Speicherkapazität560 Kilowattstunden) und einer Redox-Flow-Batterie(Leistung 200 Kilowatt, Kapazität 1.600 Kilowattstunden).Weiterhin sollen steuerbare verteilte Stromverbraucherund -erzeuger aus den Haushalten einbezogenwerden. Mit einem Hybridkraftwerk, bestehendaus Photovoltaik- und Windenergieanlagen sowiedem Speichersystem, werden die Endverbraucherüber ein Direktvermarktungskonzept mit Strom versorgt.Zusätzlich soll das Speichersystem multifunktionalauch für Netzdienstleistungen eingesetzt werden,um dessen Wirtschaftlichkeit zu steigern. DasZiel ist die Entwicklung einer stabilen, kosteneffizientenund marktorientierten Energieversorgung mit einemhohen Anteil erneuerbarer Energien.Das Projekt unter Koordination der E.ON AG und derSchleswig-Holstein Netz AG, in Zusammenarbeit mitder Gustav Klein GmbH & Co. KG, der Saft BatterienGmbH, dem Fachbereich Technik der FachhochschuleWestküste, dem Fraunhofer-Anwendungszentrumfür Systemtechnik Ilmenau (IOSB) und der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH)wird im Rahmen der Förderinitiative Energiespeicherunterstützt. Dabei handelt es sich um eine gemeinsameInitiative von Wirtschafts-, Umwelt- und Forschungsministerium,für die insgesamt 200 Millionen Eurobereitgestellt werden (siehe auch Seite 20). Das BMUfördert das Projekt mit rund 4,1 Millionen Euro.Neue Verfahren für Regelenergie durchWindenergieanlagenWeltweit einzigartiger Praxistest: 1.000-Kilowatt-HybridkraftwerkPellwormBei der Realisierung der Energiewende kommt esnicht nur auf den quantitativen Ausbau der erneuerbarenEnergien an, sondern auch darauf, dass die erneuerbarenEnergien zunehmend auch die Systemdienstleistungenfür das Stromnetz übernehmen. Bishersind Windenergieanlagen aus verschiedenenGründen noch nicht in der Lage, Regelenergie bereitzustellen.Diese wird aber benötigt, um Ungleichgewichtezwischen Verbrauch und Erzeugung auszugleichenund so die Frequenz des Stromnetzes aufdem Sollwert zu halten. In dem Projekt Regelenergiedurch Windenergieanlagen wird ein entsprechendesVerfahren entwickelt. Projektpartner sind dasFraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik(IWES), der WindenergieanlagenherstellerENERCON GmbH, der Windparkbetreiber EnergiequelleGmbH und die zwei ÜbertragungsnetzbetreiberAmprion GmbH und TenneT TSO GmbH. EineHerausforderung ist unter anderem der Nachweis,der für die Bereitstellung von Regelenergie gefordertwird. Bei herkömmlichen Kraftwerken wird dieser

HIGHLIGHTS DER FORSCHUNGSFÖRDERUNG 7über den Vergleich von geplanter Leistung mit derspäter gemessenen realen Leistung erbracht. DiesesVerfahren ist für Windenergieanlagen problematisch,da die exakte Leistung wegen der Wetterabhängigkeitschwierig zu planen ist. Deshalb wird imProjekt ein angepasstes Nachweisverfahren entwickeltund demonstriert, bei dem der Nachweis überden Vergleich der möglichen Ist-Einspeisung mit derrealen Einspeisung erfolgt.Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten besteht darin,konkrete Angebote für Regelenergie von Windenergieanlagenbestimmen zu können – gefordert sindhier zurzeit Zuverlässigkeitswerte von 100 Prozent.Für die Angebotserstellung sollen probabilistischePrognosen genutzt werden, die die Wahrscheinlichkeitfür das Über- oder Unterschreiten einer bestimmtenLeistung angeben. Des Weiteren werden Regelungsalgorithmenentwickelt, mit denen die benötigteRegelleistung der Anlagen zum einen auf verschiedeneinvolvierte Parks und zum anderen auf einzelneAnlagen innerhalb der Parks aufgeteilt werden kann.Die technische Machbarkeit der Ergebnisse sollschließlich in einem Feldtest demonstriert werden.Das BMU fördert das Projekt mit 500.000 Euro.Vertikale Bohrungen bei der Errichtung von Offshore-Anlagen: Funktionsprinzipder Offshore-Foundation-Drilling-Maschine innerhalb einesMonopilesWindenergieLärm- und Kostenreduktion durch Bohrenstatt RammenDie Errichtung von Offshore-Windenergieanlagenmitten im Meer stellt nach wie vor eine hohe technischeHerausforderung dar. Ein zentrales Thema istdie Verankerung der Anlagen im Boden. Bei dem bishergängigen Verfahren, bei dem die Pfähle (Piles)zwischen 30 und 40 Meter tief in den Boden gerammtwerden, entstehen starke Schallemissionen,die die maritime Tierwelt teilweise erheblich schädigen.Deshalb ist es aus Naturschutzgründen unabdingbar,bei der Errichtung von Offshore-WindenergieanlagenSchalldämmungsmaßnahmen zu ergreifenoder aber das Gründungsverfahren so zu modifizieren,dass weniger Schall entsteht. Dafür haben dieHerrenknecht AG und die Hochtief Solutions AG eininnovatives Verfahren unter dem Namen OffshoreFoundation Drilling – OFD® entwickelt, bei dem dieGründungselemente senkrecht in den Boden gebohrtwerden. Dieser vertikale Vortrieb durch Bohren istdeutlich leiser als das Einrammen der Piles. Auchkönnen auf diese Weise Pfähle mit einem Durchmesservon über sechs Metern in den Boden eingebrachtwerden, was die Gründung von Anlagen mit kostengünstigherzustellenden Monopiles, also einem einzigengroßen Pfahl, möglich macht.Der Pfahl wird von einer Hubinsel oder einem Installationsschiffgestützt und zunächst bis auf den Meeresbodenabgesenkt. Kernelement der zum Bohreneingesetzten Offshore-Foundation-Drilling- Maschineist ein computergesteuerter Fräsarm, der an der Rohr ­innenwand des Pfahls verankert wird und den Bodendirekt unterhalb des Piles ausfräst. Das dabei entstehendeWasser-Boden-Gemisch wird über ei ne Förderleitungnach oben gepumpt. Der Pfahl wird währenddes Bohrvorgangs kontinuierlich in das entstehendeLoch nachgeführt, bis die erforderliche Tiefe erreichtist. Abschließend kann die Bohrmaschine nach obenaus dem Pfahl herausgehoben werden.Nach einer vom BMU geförderten Machbarkeitsstudieund einem Projekt zur Ausarbeitung der Maschinentechnikfolgen nun die Ausarbeitung im Detailsowie der Bau eines Prototyps. Nach mehreren Funktionstestsan Land ist ein Nearshore-Test unter an ­nähernden Offshore-Bedingungen geplant. Das BMUfördert die Arbeiten mit rund 6,3 Millionen Euro.Standortbewertung in komplexem GeländeAls derzeit die noch kostengünstigere Variante derWindenergienutzung bleibt die Onshore-Windenergieein wichtiges Standbein der Energiewende. InDeutschland wird sie einerseits durch Repowering,den Ersatz bestehender durch leistungsstärkere An ­lagen, andererseits durch die Erschließung bisher

8INNOVATION DURCH FORSCHUNGrealen Anlagenbelastungen mit den aus den Windmessungenerrechneten Daten verglichen werden sollen.Ein weiterer Projektpartner, die anemos Gesellschaftfür Umweltmeteorologie mbH, entwickelt angepassteWind- und Strömungsmodelle für einenOnshore-Windatlas, aus dem das weitere Potenzialder Windenergienutzung im Binnenland abgeleitetwerden kann. Das BMU fördert das Projekt mit rund2,1 Millionen Euro.PhotovoltaikHöhere Effizienz durch Reduktion vonDefekten in multikristallinem SiliziumAufzeichnung von Windeigenschaften in 40 bis 200 Metern Höhe:Höchster Windmessmast Deutschlands am Rödeser Berg (Hessen)ungenutzter Flächen, wie des bewaldeten Mittelgebirges,ausgebaut. Um das Design der Anlagen an solchekomplexen Standorte anzupassen, bedarf es jedochnoch besserer Informationen zu den dort herrschendenWindbedingungen. Generell sind die im flachenGelände angewandten Verfahren zur Standortbewertungnicht auf komplexe Gelände übertragbar.Im Rahmen des Projekts Windenergienutzung imBinnenland, das durch das Fraunhofer-Institut fürWindenergie und Energiesystemtechnik IWES koordiniertwird und sich mittlerweile in der zweiten Phasebefindet, wurde 2011 am Rödeser Berg nahe Wolfhagen(Hessen) der mit 200 Metern derzeit größte deutscheWindmessmast errichtet. Der Standort ist wegenseiner Geländestruktur und Umgebung gut dafür geeignet,die Windcharakteristika in komplexem Geländezu untersuchen. Mit dem lasergestützten, bodenbasiertenFernmessverfahren LIDAR (Light Detectionand Ranging) werden die Eigenschaften des Windesin Höhen zwischen 40 und 200 Meter aufgezeichnet.Ziel des Projekts ist, die LIDAR-Windmessungen an ­hand der Daten des Messmastes zu validieren unddie Geräte für den Einsatz in komplexem Geländeweiterzuentwickeln.Durch die Kooperation mit Windpark-Planern und-Betreibern im Projekt (juwi Wind GmbH, ABO WindAG, OSTWIND Gewerbe-Bau GmbH) werden weitereMessdaten zur Verfügung gestellt. Die ENERCONGmbH liefert Anlagen für einen am Standort desMessmastes geplanten Windpark, in welchem dieIn der Photovoltaik sind die wichtigsten Entwicklungszielederzeit die Senkung der Produktionskostenund die Erhöhung der Moduleffizienz, damit Photovoltaikstromnoch günstiger bereitgestellt werdenkann. In dem Projekt HENSi erarbeiten die SolarworldInnovations GmbH als Koordinator mit demInstitut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH), derAbteilung Photovoltaik an der Universität Konstanzund dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systemeund Bauelementetechnologie (IISB) Lösungen für Solarzellenaus kristallinem Silizium. Kernstück dieserTechnologie ist ein durchschnittlich 200 Mikrometerdünner Siliziumwafer. Dessen Herstellung durchKristallisation soll innerhalb des Projekts so optimiertwerden, dass ein um 0,3 bis 1 Prozent höherer Wirkungsgradentsteht, also ein entsprechend höhererAnteil der Sonne in Strom umgewandelt werdenkann. Prinzipiell besteht die Wahl zwischen monokristallinerund multikristalliner Waferstruktur. DieKristallstruktur bei monokristallinen Wafern ist einheitlichangeordnet, wodurch sich der Wirkungsgraderhöht. Allerdings ist die Kristallzüchtung im Vergleichzu multikristallinen Wafern teurer. MultikristallineWafer weisen unterschiedlich große Kristalleauf und enthalten Defekte. In HENSi soll die günstigereBlockkristallisation, die zur Herstellung vonmultikristallinem Silizium genutzt wird, derart opti ­miert werden, dass sogenanntes defektreduziertesSilizium entsteht und damit dem Wirkungsgrad vonmonokristallinen Siliziums nahekommen. Die Dotierungdieses defektreduzierten Siliziums ist Haupt ­gegenstand des Projekts. Für multikristalline n-typ-Siliziumblöcke ist noch nicht erforscht, wie einemöglichst homogene Dotierung erreicht werdenkann – hier sollen erstmals Konzepte dafür entwickeltwerden. Schließlich soll evaluiert werden, welcheWir kungsgrade mit diesem defektreduzierten n-Typ-Material maximal erreicht werden können, um anschließendindustrietaugliche, wirtschaftliche Her ­stellungsprozesse zu entwickeln. Das BMU fördertden Verbund mit rund 4,1 Millionen Euro.

HIGHLIGHTS DER FORSCHUNGSFÖRDERUNG 9Im Verbundprojekt INKOTEK wird ein innovativerund kostengünstiger Fertigungsprozess für Solarzellenund Solarzellen-Baugruppen für Konzentrator-Moduleentwickelt, mit dem Ziel, bis 2015 die Herstellungskostenpro Watt auf Modulebene um 40 Prozentzu senken. Ausgehend von der Fertigung bei demeinzigen europäischen Hersteller AZUR SPACE SolarPower GmbH soll die Optimierung der gesamtenWertschöpfungskette vom Substrat über die Epitaxieund Zellfertigung bis zur Baugruppe aus Montageplatine,Zelle und Optik vorangetrieben werden. Dabeispielen neben Verbesserungen einzelner Schrittedie Entwicklung von innovativen Fertigungsverfahrenund die Modifizierung der Solarzellenstruktur fürhöhere Wirkungsgrade eine besondere Rolle. Bereitsim ersten Projektjahr ist es den Wissenschaftlern gelungen,eine Rekordzelle mit einem Wirkungsgradvon 43,3 Prozent unter 500-fach konzentriertemSonnenlicht zu demonstrieren. Zusammen mit AZURSPACE sind sechs weitere Projektpartner und vierUnterauftragnehmer an INKOTEK beteiligt, darunterverschiedene Photovoltaik-Unternehmen, AnlagenundProzessentwickler, Materialhersteller sowie Forschungseinrichtungen.Das Projekt wird innerhalbder Innovationsallianz Photovoltaik mit rund 3,2 MillionenEuro gefördert (zur Innovationsallianz sieheKapitel Photovoltaik, Seite 35).GeothermieKristallisierter Siliziumblock bei der Solarworld Innovations GmbHNeue Fertigungsprozesse fürkosten güns tigere KonzentratorzellenIm Gegensatz zu konventioneller Photovoltaik nutztdie konzentrierende Photovoltaik höchsteffizienteund ursprünglich für die Raumfahrt entwickelteMehrfach- oder Stapelsolarzellen in Kombination miteiner konzentrierenden Optik. Dabei werden mehrereEinzelsolarzellen übereinander geschichtet, umein besonders breites Spektrum des Sonnenlichts fürdie Stromerzeugung zu nutzen. Mit Hilfe der Optikgenerieren sie Strom unter bis zu 1.000-facher Sonnenkonzentrationund erreichen aktuell einen Wirkungsgradvon rund 40 Prozent. Die höheren Kostenfür das Zellenmaterial werden durch signifikant kleinereZellengrößen, die günstige Optik und den hohenWirkungsgrad ausgeglichen. An geeignetenStandorten mit hoher direkter Sonneneinstrahlungkönnen die mit Konzentrator-Photovoltaik erreich ­baren Strompreise so unter denen von konventionellenSilizium-Flachmodulen liegen.Hochtemperatur-Teststand für optimierteFörderpumpen eingeweihtFür den wirtschaftlichen Betrieb eines Geothermiekraftwerkssind zuverlässige und effiziente Tauchpumpenvon großer Bedeutung. Durch hohe Temperaturenund Volumenströme sowie aggressive Bestandteilein Tiefenwässern sind sie anderen Bedingungenausgesetzt als etwa Untertagepumpen, diezur Förderung von Erdöl eingesetzt werden. Vor die-Optimierte Förderpumpen für die Geothermie: Hochtemperatur-Teststand am Standort der Baker Hughes INTEQ GmbH

10INNOVATION DURCH FORSCHUNGsem Hintergrund entwickelt die Baker Hughes INTEQGmbH in dem Projekt Optimierte Förderpumpenfür die Geothermie angepasste Untertagepumpenfür den Einsatz in Geothermiebohrungen. Im Sommer2012 wurde am Standort von Baker Hughes inCelle für diese Zwecke ein Hochtemperatur-Pumpenteststandin Betrieb genommen, durch den neue Erkenntnisseüber die optimale Auslegung der Pumpenerwartet werden.Der Teststand wurde im September 2012 durch dendamaligen niedersächsischen MinisterpräsidentenDavid McAllister eingeweiht. In ihm werden Hochtemperatur-Testsdurchgeführt, in denen gezielt dieIsolation der Motorwicklungen sowie das Kompen ­sationssystem der Pumpen durch Hitze weit über200 Grad Celsius belastet werden. Zudem werden indem Projekt sämtliche Pumpenausfälle in geothermalenAnwendungen analysiert. Als Ergebnis wurdenbereits Än derungen an den Motoren vorgenommen.Das BMU fördert das Projekt mit rund 3,9 MillionenEuro.Niedertemperatur-SolarthermieGrößte Solarthermieanlage Deutschlandsversorgt Stadtquartier zu 50 Prozent mitWärme260 Wohneinheiten, eine Schule und eine Sporthallewerden im baden-württembergischen Crailsheim zurund 50 Prozent mit Wärme aus Sonnenenergie versorgt:Im Jahr 2012 wurde dort die größte SolarthermieanlageDeutschlands, Hirtenwiesen II, in dergleichnamigen Neubausiedlung eingeweiht. DieAnlage ist ein hervorragendes Praxisbeispiel für diesolare Energieversorgung eines ganzen Stadtquartiers.Bisher wurden in Deutschland insgesamt elfgroße Pilotanlagen zur solaren Langzeitwärmespeicherunggebaut. Mit Hirtenwiesen II ist das bisherkostengünstigste Konzept gelungen.In das Nahwärmenetz der Siedlung wird Wärme ausSolarkollektoren, installiert auf sieben Dachflächenund auf einem Schallschutzwall der Siedlung, miteiner Fläche von rund 7.600 Quadratmetern eingespeist.Zur Solarthermieanlage gehören zwei Pufferspeichermit 480 und 100 Kubikmeter Fassungsvermögen,um die Nächte und kurze Schlechtwetter ­perioden zu überbrücken. Zusammen mit einem39.000 Kubikmeter großen saisonalen Erdsonden-Wärmespeicher wird die Solarwärme somit das ganzeJahr hindurch nutzbar. Die Erdsonden reichen55 Meter in den Boden, der die im Sommer gesammelteüberschüssige Sonnenwärme aufnehmen undspeichern kann. Im Winter wird diese Wärme ausGrößte Solarthermieanlage Deutschlands: Solarkollektoren auf demSchallschutzwall in Hirtenwiesen IIdem Erdboden entnommen, durch eine Wärmepumpeim Temperaturniveau angehoben und wieder andas Versorgungsnetz abgegeben. Ohne Wärmepumpe,mit vorrangiger Direkteinspeisung der Solarenergiein das Wärmenetz, konnte bereits ein durchschnittlichersolarer Deckungsanteil von 35 Prozenterreicht werden – an Sommertagen bis 100 Prozent.Dank des Ganzjahresspeicherkonzepts erreichte dersolare Deckungsanteil 2012 (1. März 2012 bis 28. Februar2013) im Ergebnis des projektbegleitenden Mess ­programms bereits 51 Prozent.Hirtenwiesen II, ein Projekt der Stadtwerke Crailsheim,wurde vom BMU, vom baden-württembergischenMinisterium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaftund von der Stadt Crailsheim gefördert.Das BMU hat das Projekt mit einer Summe von2,5 Millionen Euro unterstützt.Solarthermische KraftwerkeStandardisierte Verfahren für Transparenzund QualitätDer internationale Markt für solarthermische Kraftwerkewächst langsam, aber stetig. Dennoch gibt esbisher für die Bewertung der Leistungsfähigkeit einzelnerKomponenten und ganzer Solarfelder dieserKraftwerke keine einheitlichen Messmethoden undKriterien. Standardisierte Verfahren sind aber not­

HIGHLIGHTS DER FORSCHUNGSFÖRDERUNG 11wendig, damit Kunden die Qualität von Bauteilenvergleichen und deren Kosten im Verhältnis zur Lebensdauerund Leistungsfähigkeit des Kraftwerks bewertenund finanzieren können. Die Erfahrung zeigt,dass insbesondere die deutsche Industrie von internationalanerkannten Qualitätsstandards profitiert,da qualitativ hochwertige Produkte besser vermarktetwerden können.Vor diesem Hintergrund entwickelt das DeutscheZentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeitmit dem Fraunhofer-Institut für SolareEnergiesysteme (ISE) in dem Vorhaben StaMeP standardisierteMessmethoden und Prüfstände für Komponentenund Felder von Parabolrinnenkraftwerken.In StaMeP werden diese Methoden weiterentwickelt,validiert und harmonisiert. Die Ergebnisse der Arbeitenwerden in die zuständigen Gremien eingebracht,etwa unter dem Dach von SolarPACES, dem ImplementingAgreement der Internationalen Energieagentur(IEA), und in geplante Kraftwerksprojekteintegriert. Das BMU fördert StaMeP mit rund 2 Mil ­lionen Euro.Übergreifende FragestellungenZukünftiger Bedarf an EnergiespeichernUm dem fluktuierenden Angebot von erneuerbarenEnergien zu begegnen, wird neben intelligentemLastmanagement vor allem das Speichern von Stromund somit der Bau von Speicherkapazitäten notwendig,damit die sichere Stromversorgung bei einemweiteren Ausbau erneuerbarer Energien gewährleistetwerden kann. Die Fragen, wie viel Speicherkapazitätwo benötigt wird und welche Speichertechnologiefür welche Standorte infrage kommt, sind jedochnoch nicht geklärt. Um einen gezielten und volkswirtschaftlichoptimierten Ausbau von Speichern fürganz Deutschland zu ermöglichen, erstellt das Fraunhofer-Institutfür Windenergie und Energiesystemtechnik(IWES) in Kassel als Koordinator zusammenmit dem Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft(IAEW) der RWTH Aachen und der StiftungUmweltenergie recht aus Würzburg nun eineRoadmap Speicher.In dem Vorhaben werden die Stromversorgungssystemfür die Jahre 2020, 2030 und 2050 simuliert unddarin die notwendige Verbreitung sowie die Kostenund Nutzen verschiedener Speichertechnologien untersucht.Als Grundlage für die Zukunftsszenariendienen die in der Leitstudie des BMU „Langfrist ­szenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbarenEnergien in Deutschland bei Berücksichtigungder Entwicklung in Europa und global“Teststand zur Bestimmung der thermischen Verluste von Parabolrinnenreceivernim QUARZ-Zentrum des DLR(www.bmu.de/N48591/) angegebenen Ausbausze na ­rien sowie der im Sommer 2012 von den Übertra ­gungsnetzbetreibern vorgelegte Netzentwicklungsplan.Wie die Zukunft aussehen wird, hängt von vielenFaktoren ab, so dass in den Simulationen die möglicheBandbreite zukünftiger Entwicklungen durchverschiedene Szenarien abgedeckt wird. In einemSzenario mit verlangsamtem Netzausbau werden lediglichdie wichtigsten Netzausbauprojekte berücksichtigt,wohingegen in einem anderen Szenario mitbeschleunigtem Netzausbau alle Bauprojekte erfolgreichund somit auch höhere Handelsflüsse mit denNachbarländern möglich sind. Um den Speicherbedarfin Deutschland nicht zu überschätzen, wirdganz Europa in die Simulation mit einbezogen, dadort zum Teil bereits große Speicherkapazitäten existieren.Neben der technisch-ökonomischen Unter ­suchung wird auch eine rechtliche Analyse durch ­geführt, angefangen von den Planungs- und Genehmigungsverfahrenfür Speicher über energiewirtschaftsrechtlicheKosten und Abgaben, Konsequenzender Trennung von Stromerzeugung und Stromtransportbis hin zu beihilfe- und finanzverfassungsrechtlichenAnforderungen an eine Speicherförderung.Als Ergebnis sind Empfehlungen für volkswirtschaftlichsinnvolle Betriebskonzepte und geeigneteFörderprogramme vorgesehen, damit die Roadmapumgesetzt werden kann. Das BMU fördert das Projektmit rund 800.000 Euro. ■

12INNOVATION DURCH FORSCHUNGFORSCHUNG UND ENTWICKLUNGFÜR DIE ENERGIEWENDEFörderung innovativer Technologien für eine regenerativeEnergieversorgung durch das Bundesumwelt ministeriumDeutschland stellt seine Energieversorgung um aufein System, das auf erneuerbaren Energien beruhtund dabei umweltschonend, zuverlässig und bezahlbarist. Der erste Monitoringbericht zur Energiewendeim Dezember 2012 hat gezeigt: Die GenerationenaufgabeEnergiewende ist bereits nach zwei Jahrenein gutes Stück vorangekommen. In den meisten Bereichensind positive Entwicklungen zu verzeichnen,bei fast allen Zielen liegt die Energiewende auf demneu eingeschlagenen Kurs. Erneuerbare Energien tragenimmer stärker zur Energieversorgung bei. Einezuverlässige Stromversorgung ist trotz Abschaltungvon acht Kernkraftwerken gewährleistet und dieGrundlagen für einen beschleunigten Aus- und Umbauder Stromnetze sind gelegt. Auch die Steigerungder Energieeffizienz geht voran, muss jedoch nochbeschleunigt werden.Dennoch bleiben Herausforderungen bestehen, diees in den kommenden Jahren zu meistern gilt. Nebender großen Aufgabe der weiteren Verbesserung derEnergieeffizienz geht es vor allem darum, die Energiewendezu möglichst niedrigen gesamtgesellschaftlichenKosten zu erreichen und die Energieversorgungssystemeintelligent neu zu organisieren.Zur Bewältigung dieser Herausforderungen leistet dieForschungsförderung des Bundesumweltministeriumseinen wichtigen Beitrag. Die Energieforschungspolitikunterstützt Technologieentwicklungen, die es erlauben,die Ziele der Energiewende zuverlässiger, umweltschonenderund kostengünstiger zu erreichen.Das Bundesumweltministerium baut seine Projektförderungfür erneuerbare Energien zur Unterstützungder Energiewende aus und fokussiert sie weiterhinauf anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung.Das Spektrum reicht dabei von den Erzeugungstechnologien(Wind, Solar, Geothermie) bis zu Technologien,die für den Umbau hin zu einem Energieversorgungssystemauf Basis erneuerbarer Energienvon zentraler Bedeutung sind, also insbesondere Netzeund Speicher. Gefördert werden qualitativ herausragendeProjekte, die dazu beitragen, das Energieversorgungssystemimmer mehr auf erneuerbare Energienumzustellen, die Kosten der erneuerbaren Energienweiter zu senken, die Wettbewerbsfähigkeitdeutscher Unternehmen in diesen globalen Zukunftsmärktenzu steigern und die Umwelt- und Naturverträglichkeitder Technologien zu verbessern. Dabeikooperiert das BMU anlassbezogen mit anderen Bundesministerien,um Forschungsmittel bei übergreifendenThemen zu bündeln.Im Jahr 2012 hat das BMU Forschungs- und Entwicklungsprojekteim Bereich der erneuerbaren Energienmit insgesamt rund 154,5 Millionen Euro aus demBundeshaushalt und dem Energie- und Klimafondsunterstützt. Dies entspricht einer Steigerung um34 Millionen Euro gegenüber 2010 und einer Verdreifachunggegenüber 2004.Quelle: BMUAusgaben in Mio. Euro2001501005050,285,8 81,2 81,398,5109,6 120,2129,4154,502004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Originäre HaushaltsmittelEKF (Energie- und Klimafonds)Fördermittel des BMU für Forschung im Bereich erneuerbarer Energien

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG FÜR DIE ENERGIEWENDE 13Quelle: BMUSonstige 2,7 %Projekte vonForschungseinrichtungen 41,7 %Projekte mitUnternehmensbeteiligung55,6 %Wirtschaft 28,0 %Forschungseinrichtungen inindustriellen Verbundvorhaben27,6 %Verwendung der Fördermittel nach Empfängergruppen (2012)Im Jahr 2012 konnten die Anzahl und das Volumenneu bewilligter Projekte, vor allem aufgrund des imEnergie- und Klimafonds vorgesehenen Aufwuchses,erheblich ausgeweitet werden: 370 neue Projekte miteinem Gesamtvolumen von knapp 290 MillionenEuro wurden bewilligt. Damit wurde gegenüber 2010das Gesamtvolumen neu bewilligter Projekte mehrals verdoppelt, gegenüber dem Jahr 2004 fast ver ­vierfacht. Der Mittelaufwuchs kommt allen Förderthemenzugute (statistischer Überblick siehe Seite 71).Angesichts der energiepolitischen Bedeutung vontechnologischen Lösungen für den Netzaus- und -umbau,für das intelligente Zusammenspiel von Energieangebotund -verbrauch und für die mittel- und langfristigwichtige Energiespeicherung hat das BMU insbesondereden Förderschwerpunkt SystEEm (RegenerativeEnergieversorgungssysteme und Integration erneuerbarerEnergien) ausgebaut. Im Jahr 2012 flossenbereits 15 Millionen Euro in Projekte in diesenBereich gegenüber knapp 13 Millionen im Jahr 2010.Für die kommenden Jahre wurden 2012 80 Projekteneu bewilligt, die mit insgesamt knapp 66 MillionenEuro gefördert werden sollen. Damit kommt dieserFörderschwerpunkt zunehmend auf Augenhöhe mitden Förderthemen Windenergie und Photovoltaik,die ebenfalls deutlich aufgestockt wurden.In der Windenergie sinken absehbar Preise undMargen. Umso wichtiger ist es, den Technologievorsprungetwa bei Netzeigenschaften, Rotorblätternoder Antriebstechnik zu halten. Das BMU unterstütztdaher eine Reihe großer Testeinrichtungen, unteranderem für Rotorblätter, Gondeln und Tragstrukturen.Diese können als originalgroße Bauteilkomponentensomit auch unter Laborbedingungen getestetwerden, wodurch deren Entwicklung beschleunigtund auf Dauer hohe Kosten eingespart werden.Quelle: BMUMittelabfluss (1.000 Euro)2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 *2011 *2012Photovoltaik 24.417 41.961 37.609 32.108 39.939 32.889 39.087 38.827 51.667Wind 7.354 16.885 9.765 15.741 29.908 27.894 36.774 44.013 38.451Geothermie 5.883 10.667 13.985 14.443 7.415 13.837 9.889 11.599 20.816Niedertemperatur-Solarthermie 3.532 4.920 6.612 5.676 5.736 6.313 8.371 6.451 7.965Solarthermische Kraftwerke 5.552 5.154 5.906 5.935 7.078 7.068 5.841 6.058 7.574SystEEmt – – – – 822 10.874 11.332 12.819 15.061Sonstiges 3.504 6.229 7.322 7.421 7.610 10.677 8.908 9.631 12.940Summe 50.242 85.816 81.199 81.324 98.508 109.552 120.202 129.398 154.474* inklusive EKF

14INNOVATION DURCH FORSCHUNGQuelle: BMUPhotovoltaik 33,4 % Photovoltaik 23,6 %Sonstiges 8,4 %Sonstiges 3,6 %SystEEm 9,7 %SystEEm 22,6 %Solarthermische Kraftwerke 4,9 %Niedertemperatur-Solarthermie 5,2 %GESAMTBETRAG154,47 Mio. EuroSolarthermische Kraftwerke 7,2 %GESAMTBETRAG289,71 Mio. EuroGeothermie 13,5 %Niedertemperatur-Solarthermie 3,4 %Wind 24,9 %Geothermie 7,4 %Wind 32,2 %Mittelabfluss für laufende Projekte und Mittelvolumen für neu bewilligte Projekte (beide inklusive Energie- und Klimafonds)Im Bereich der Offshore-Windenergie machte eineinternationale Konferenz der vom BMU gefördertenForschungsinitiative RAVE (Research at alpha ventus)im Mai 2012 den Erkenntnisgewinn im Hinblick aufKostensenkung, Zuverlässigkeit und ökologische Auswirkungendeutlich. Um Offshore-Forschung und Entwicklungweiter voranzubringen, werden das Fraunhofer-Institutfür Windenergie und Energiesystemtechnik(IWES) und die Offshore-Stiftung im Dialogmit der Offshore-Industrie ein Konzept für ein „verteiltesTestfeld“ am Rand kommerzieller Windparksentwickeln. Insgesamt ging der Mittelabfluss für Projekteim Bereich Windenergie 2012 mit 38,5 MillionenEuro gegenüber 2011 (rund 44 Millionen Euro)etwas zurück. Das lässt sich vor allem auf Verzögerungenbei Großvorhaben aufgrund der schwierigenMarktsituation zurückführen. Das Neubewilligungsvolumenlag jedoch mit 93,2 Millionen Euro nochmalsrund 16,1 Mil lionen Euro über dem des Vor ­jahres.Im Rahmen der Initiative NER300 (NER: New EntranceReserve – Versteigerung von CO 2 -Zertifikatenfür Demonstrationsprojekte in den Bereichen CarbonCapture and Storage [CCS] und erneuerbare Energien)der Europäischen Kommission wurde drei deutschenDemonstrationsprojekten im Bereich der erneuer ­baren Energien der Zuschlag für eine Förderung erteilt.Neben einem Biogaskraftwerk sind jeweils einOffshore-Windpark der Firmen RWE Innogy GmbHund BARD Holding GmbH vorgesehen. Der Offshore-Windpark von RWE Innogy soll ein Testfeld fürOffshore-Gründungen enthalten und ergänzt damitideal die Ausrichtung der Förderung des BMU.Deutsch land hat damit schon in der ersten Auswahlrundedie im Rahmen von NER300 maximale Anzahlan Projekten erreicht.Die Photovoltaik befindet sich aktuell in einemschwierigen Konsolidierungsprozess. Die „BMU WissenschaftstagePhotovoltaik“ im November 2012 habengezeigt, dass in dieser Phase der Konsolidierungder Photovoltaikindustrie die Fokussierung der BMU-Förderung auf sehr anwendungsnahe, praxisorientierteVerbünde mit industrieller Beteiligung sinnvollist. Daneben sind aber auch Vorläuferprojekte an Institutenmit einem Umsetzungshorizont von überfünf Jahren wichtige Elemente der Forschungsförderung.Insbesondere zur Innovationsallianz Photovoltaikhaben die beteiligten Unternehmen eine sehrpositive Zwischenbilanz gezogen und eine zweitePhase vorgeschlagen, die zurzeit von den beteiligtenMinisterien BMU und BMBF vorbereitet wird. DerMittelabfluss für Projekte im Bereich Photovoltaik hatim Jahr 2012 mit rund 51,7 Millionen Euro einensehr hohen Stand erreicht. Dies ist insbesondere aufdie Innovationsallianz Photovoltaik sowie das insgesamtsteigende Budget zurückzuführen. Das Neubewilligungsvolumenlag mit 68,3 Millionen Euro aufgrundder im Energie- und Klimafonds vorgesehenenMittelzuwächse erneut deutlich über dem Stand dervorhergehenden Jahre.Auch die Themen Geothermie, solarthermische Kraftwerkeund Niedertemperatur-Solarthermie wurdenausgebaut. Der Mittelabfluss für Projekte der Geothermiestieg von 11,6 Millionen Euro im Jahr 2011auf 20,8 Millionen Euro im Jahr 2012 und liegt damitdeutlich über dem bisherigen Rekordwert von 14,1 Mil ­lionen Euro aus dem Jahr 2007. Neue Projekte konntenmit einem Gesamtvolumen von 21,4 MillionenEuro bewilligt werden. Für die Forschung und Entwicklungan solarthermischen Kraftwerken flossen2012 7,6 Millionen Euro in laufende Projekte, eben ­falls ein neuer Rekord wert, der nach zwei Jahren mit

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG FÜR DIE ENERGIEWENDE 15Quelle: BMUMio. Euro3002502001501005002004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 * 2012 *Haushaltsansatz (inklusive FuE-Verstärkung aus Marktanreizprogramm 2004/2005) Mittelabfluss (Ausgaben) NeubewilligungenEntwicklung der BMU-Projektfördermittel seit 2004 (* inklusive Energie- und Klimafonds)weniger Mittelabfluss noch über den Jahren 2008und 2009 mit je 7,1 Millionen Euro liegt. Zu diesemForschungsbereich wurde seit 2007 ein beständigerAufwuchs des Neubewilligungsvolumens angesetzt,der mit 20,7 Millionen Eu ro für 2012 den mit Abstand(2011: 11,2 Millionen Eu ro) höchsten Wert erreichthat. In der Niedertemperatur-Solarthermieknüpfte der Mittelabfluss im Jahr 2012 für laufendeProjekte mit 8 Millionen Euro wieder an den bisherigenRekord von 8,4 Millionen Euro aus dem Jahr2010 an. Auch hier ist das Neubewilligungsvolumenmit 9,4 Millionen Euro im Jahr 2011 und rund 10 MillionenEuro im Jahr 2012 vergleichsweise hoch aus ­gefallen. Auch die Untersuchungen sozialer, ökologischerund ökonomischer Rahmenbedingungen imRahmen der Förderung übergreifender Fragestellungenkonnten 2012 mit einem Mittelabfluss von rund3,8 Millionen Euro den Wert des Vorjahres (3 MillionenEuro) übersteigen. Für diesen Forschungsbereichwurde mit neu bewilligten Projekten in Höhe von4,8 Millionen Euro wieder das Niveau des vergangenenJahres (4,9 Millionen Euro) erreicht. Ergänzt werdendiese Forschungsschwerpunkte durch das Programmzur Förderung von Forschung und Entwicklungzur klima effizienten Optimierung der energetischenBiomassenutzung.Der vorliegende Bericht gibt einen Überblick überalle Bereiche der Forschungsförderung des Bundesumweltministeriums.Nach einem Blick auf die jeweiligeMarkt- und Technologieentwicklung werden beispielhaftwichtige Projekte, die mit UnterstützungQuelle: BMUPhotovoltaikWindGeothermieNiedertemperatur-SolarthermieSolarthermischeKraftwerkeSystEEmSonstigesMittel in Mio. Euro 0 10 20 30 40 50 602011 2012Vergleich des Mittelabflusses für die Jahre 2011 und 2012

16 FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG FÜR DIE ENERGIEWENDEdes BMU realisiert werden, vorgestellt. Ergänzendwerden Förderaktivitäten anderer Bundesministerienmit Bezug zu erneuerbaren Energien kurz dokumentiert.Eine Gesamtschau der forschungspolitischenFörderaktivitäten der Bundesregierung wird im„Bundesbericht Energieforschung“ gegeben, dessenVeröffentlichung im Frühjahr 2013 vorgesehen ist.Insgesamt ist festzuhalten, dass die Mittel für Forschungund Entwicklung im Bereich der erneuerbarenEnergien und Energieeffizienz, also den beidenzentralen Säulen der Energiewende, in den vergangenenJahren deutlich gestiegen sind und sich seit 2006nahezu verdoppelt haben.Die im Jahr 2012 angepasste Planung des 6. Energieforschungsprogrammssieht bisher für die Jahre 2013und 2014 einen erheblichen weiteren Anstieg derMittel für diese Kernbereiche vor. Die Realisierungist abhängig von der Entwickung des Energie- undKlimafonds. ■Von der Wetterlage abhängige Stromproduktion: Photovoltaikmodule und Windenergieanlagen als bedeutende Komponenten einer erfolgreichenEnergiewende

INNOVATION DURCH FORSCHUNG 17SystEEm:REGENERATIVE ENERGIEVERSORGUNGSSYSTEMEUND INTEGRATION ERNEUERBARER ENERGIENErneuerbare Energien werden in Deutschland zukünftigden Hauptanteil der Energieversorgungübernehmen. Bis 2050 soll ihr Anteil an der Stromversorgungmindestens 80 Prozent betragen. Aufdiesem Weg werden die konventionellen Energieträgerin einem dynamischen Energiemix kontinuierlichdurch erneuerbare Energien ersetzt. Dieserfordert einen grundlegenden Umbau der Energieversorgungssysteme.Dabei kommt es auch aufein abgestimmtes Vorgehen zwischen dem Ausbauder erneuerbaren Energien und dem Aus- beziehungsweiseUmbau der Stromnetze an. Im FörderschwerpunktRegenerative Energieversorgungs ­systeme und Integration erneuerbarer Energien(SystEEm) werden daher Technologie entwicklungund Praxistests für die Energiewelt von morgengefördert.Schwerpunkte der Forschungsförderungvor dem Hintergrund derMarkt- und TechnologieentwicklungFür den erfolgreichen Übergang in das Zeitalter dererneuerbaren Energien müssen beide Seiten, die verbleibendenkonventionellen Kraftwerke wie die erneuerbarenEnergien, ihren Beitrag leisten. Das künftigeEnergieversorgungssystem wird auf einen hohenAnteil fluktuierender erneuerbarer Energien ausgelegtsein. Deshalb müssen die konventionellen Kraftwerkezukünftig flexibel sein. Die erneuerbaren Energienmüssen parallel Systemverantwortung übernehmenund Systemdienstleistungen erbringen. Für denUmbau werden intelligente Netzstrukturen, innova ­tives Lastmanagement und perspektivisch auch dieSpeicherung erneuerbarer Energien benötigt. Fürdiese Herausforderungen sind neue und besseretechnische Lösungen erforderlich.Vor diesem Hintergrund baut das BMU den FörderschwerpunktSystEEm kontinuierlich aus und kooperiertmit dem Bundeswirtschafts- (BMWi) und demBundesforschungsministerium (BMBF) im Rahmen derressortübergreifenden Förderinitiativen zu Energiespeichernund zukunftsfähigen Stromnetzen. Die Forschungsförderungdes BMU unterstützt gezielt denUmbau der Energieversorgungssysteme für das regenerativeEnergiezeitalter. Bereits 2008 hat das BMUdafür den Förderschwerpunkt SystEEm eingerichtet.Aus- und Umbau der Stromnetze in Abstimmung mit dem Ausbau dererneuerbaren EnergienDer schnelle Fortschritt in den einzelnen Technologienzur Nutzung erneuerbarer Energien und dieEnergiewende selbst haben den Umbau der Energieversorgungssystemeimmer stärker in den Vordergrundgerückt. Ziel ist die Optimierung des Gesamtsystems.Von der Stromerzeugung über Transport,Speicherung und Verteilung der Elektrizität bis zumVerbrauch sind alle Bereiche zu beachten. Hierfürmüssen Lösungen entwickelt werden, die einen Beitragzu einer klimaverträglichen, sicheren und wettbewerbsfähigenEnergieversorgung leisten. Das BMUunterstützt in diesem Förderbereich Forschungs- undEntwicklungsprojekte zu folgenden Themen:— Energiespeicherfür den Ausgleich kurzfristiger Fluktuationen biszur Langzeitspeicherung erneuerbarer Energienbei saisonalen Schwankungen und zur Netzstützung— NetzeAnpassung und Weiterentwicklung von Netzinfrastrukturund Netzbetrieb für hohe Anteileerneuer barer Energien; intelligente Netze für dasZusammenspiel von Erzeugung, Verbrauch undNetz; Anbindung der Offshore-Windenergie— SystemdienstleistungenÜbernahme der Systemverantwortung durcherneuerbare Energien

18INNOVATION DURCH FORSCHUNGQuelle: BMUAusgaben in Mio. Euro16 15,114 12,812 10,911,3108642 0,802008 2009 2010 2011 2012Energiespeicher Netztechnik Smart Grids Systemdienstleistungen Kombikraftwerke Prognosen MobilitätSystEEm: Jährliche Projektfördermittel zwischen 2008 und 2012— regenerative Kombikraftwerke /virtuelle KraftwerkeVerknüpfung von Erzeugungsanlagen, Speicherund Verbrauch zur gezielten Einspeisung, Direktvermarktung— Prognosen für Erzeugung und Verbrauchfür einen effizienten Netzbetrieb und EnergiehandelIm Bereich Energiespeicher begleitet das BMU gemeinsammit BMWi und BMBF die ressortübergreifendeFörderinitiative Energiespeicher (siehe Seite20). Hier werden insbesondere Projekte zu denThemen-Leuchttürmen „Batterien in Verteilnetzen“(Kopplung von Batteriespeichern mit dezentralen Erneuerbaren-Energien-Anlagen,insbesondere Photovoltaik)und „Wind-Wasserstoff-Kopplung“ (Erzeugungvon Wasserstoff oder Methan mittels Windüberschussstrom;Stichwort Power-to-Gas, siehe auchSeite 19) gefördert. Des Weiteren haben BMU, BMWiund BMBF Anfang 2013 gemeinsam die ressortübergreifendeFörderinitiative Zukunftsfähige Stromnetzegestartet, in deren Fokus intelligente Verteilnetze,Übertragungsnetze, die Anbindung der Offshore-Windenergie und relevante Schnittstellen zwischendiesen Bereichen stehen.Zur Ausrichtung und Weiterentwicklung der Forschungsförderungführt das BMU regelmäßig Strategiegesprächemit Vertretern aus Wirtschaft und Forschungdurch. Im September 2012 fand das Strategiegesprächzur Forschungsförderung im Bereich SystEEmstatt. Die Ergebnisse flossen auch in die Anfang2013 veröffentlichte Förderinitiative ZukunftsfähigeStromnetze ein. Das Treffen betonte die Bedeutungdes Förderschwerpunkts SystEEm und hat dessengrundsätzliche inhaltliche Ausrichtung bestätigt. ImBereich Energiespeicher identifizierten die Expertendie Senkung der Investitionskosten sowie die Erhö-Quelle: BMUMio. Euro70 65,66050403028,226,32011,5 12,21002008 2009 2010 2011 2012SystEEm: Entwicklung des Neubewilligungsvolumens seit 2008

SystEEm: REGENERATIVE ENERGIEVERSORGUNGSSYSTEME 19hung des Wirkungsgrads und der Lebensdauer alsvordringlichste Entwicklungsaufgaben. Die kurz- undmittelfristige Speicherung wurde dabei als wichtigerbewertet als die Langzeitspeicherung. Bei Netzenwurde der Forschungs- und Entwicklungsbedarf fürdie Anpassung der Betriebsführung der Verteilnetzebetont. Lastmanagement im industriellen und privatenBereich, der Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnik(IKT) zur Vernetzung von Erzeugung,Verbrauch und Netzbetriebsmitteln sowie dieKonvergenz verschiedener Netze (Strom, Gas, Wärme,Mobilität) wurden als bedeutende Themen benannt.Die Entwicklung von Konzepten für Systemdienstleistungendurch erneuerbare Energien wurdezudem als prioritär eingestuft.Diese Fragen sind von zentraler Bedeutung für dasEnergieversorgungssystem. In den gesamten Förderschwerpunktflossen im Jahr 2012 insgesamt rund15,1 Millionen Euro (2010: 11,3 Millionen Euro) inlaufende Vorhaben. Die für neu bewilligte Projektevorgesehenen Mittel haben sich im Vergleich zumVorjahr mehr als verdoppelt und stellen einen neuenRekordwert dar. 2012 wurden für diesen Themen ­bereich 80 Projekte mit einem Fördervolumen voninsgesamt 65,6 Millionen Euro neu bewilligt. Bereits2011 hatte sich das Fördervolumen für Neubewilligungenmit 26,3 Millionen Euro für 26 Projekte gegenüber2010 mit 12,2 Millionen Euro für 22 Projekteverdoppelt.Auswahl geförderter ProjekteAn dieser Stelle werden einige vom BMU geförderteProjekte im Bereich Regenerative Energieversorgungssystemeund Integration erneuerbarer Energien vorgestellt.Leuchtturmprojekte aus diesem Technologiebereichsind außerdem im Kapitel „Highlights“ zufinden (siehe Seiten 6/7).SpeichertechnologienPower-to-Gas: 6,3-Megawatt-Praxistest zurUmwandlung von Strom in MethanEine interessante Speichertechnologie für die Langzeitspeicherungerneuerbarer Energien besteht inder Umwandlung des Stroms in Wasserstoff oder Methan– auch Power-to-Gas genannt. Der Speicherortdafür ist bereits vorhanden: Als Hauptbestandteil vonErdgas kann Methan unbegrenzt in das Erdgasnetzeingespeist werden. Das Konzept des dafür notwendigenVerfahrens zur Methanherstellung durch regenerativenStrom stammt vom Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg(ZSW), der SolarFuel GmbH und dem Fraunhofer-Institutfür Windenergie und Energiesystemtechnik250-Kilowatt-Demonstrationsanlage für Power-to-Gas am ZSW(IWES). Die Entwicklung wurde vom BMU unter anderemdurch den Bau einer 250-Kilowatt-Demonstrationsanlagegefördert, die Ende Oktober 2012 amZSW eingeweiht wurde.Bei Power-to-Gas wird mittels Elektrolyse aus WasserWasserstoff erzeugt, der in einem zweiten Schritt mitKohlendioxid zu Methan umgewandelt wird. Unterder Koordination der Audi AG entwickeln die Partnerdes Projekts WOMBAT am Anlagenstandort Werlteeine Demonstrationsanlage, um das Verfahren fürden industriellen Einsatz weiterzuentwickeln. Dabeisoll erstmals eine Power-to-Gas-Anlage zur Methanherstellungmit einer Leistung von 6,3 Me gawatt gebautwerden, die unter realen Bedingungen betriebenund optimiert werden soll. Sie wird an eine Biogasanlageals regenerative Kohlendioxidquelle angebunden.Der Strom stammt aus erneuerbaren Energien.Das erzeugte Methan wird in das Erdgasnetzeingespeist. Für den Standort Werlte soll darüberhinaus getestet werden, wie die Power-to-Gas-Anlagefür das Angebot von Regelenergie zur Stabilisierungdes Stromnetzes genutzt werden kann.Das BMU fördert die wissenschaftliche Begleitungvon Planung, Bau und Betrieb der Anlage aus Mittelnder Förderinitiative Energiespeicher mit rund 5,9 MillionenEuro.Photovoltaikstrom effizient und intelligent speichernSpeziell bei der Stromerzeugung durch Photovoltaikanlagengeht es um die Frage, wie die Aufteilungzwischen Eigennutzung und Einspeisung in das öffentlicheVerteilnetz sinnvoll geregelt werden kann.Speicher spielen hierbei eine große Rolle. Um zu erreichen,dass durch den Einsatz lokaler Speicher einerseitsder Anteil des selbst genutzten Stroms optimiertwird und anderseits die Netze entlastet wer­

20INNOVATION DURCH FORSCHUNGSpeicher im Fokus: Förderinitiative EnergiespeicherDie Speicherung von Energie ist ein zentralesThema der Energiewende. Mit Windenergie, Photovoltaikund Solarthermie kommen Technologienzum Einsatz, deren Energie wetterabhängig zurVerfügung steht. Dies muss durch einen flexiblenVerbrauch und Speicherung von Strom und Wärmesowie ein intelligentes Netz ausgeglichen werden.Bisher stehen einem wirtschaftlichen und massenfähigenEinsatz von Energiespeichern noch teilweisegrundlegende technologische Hürden im Weg. Mitder ressortübergreifenden Förderinitiative Energiespeicherbeabsichtigt die Bundesregierung, die Entwicklungvon Energiespeichertechnologien inDeutschland zu beschleunigen. Für die Förderinitiativestellen Bundeswirtschafts-, Bundesumwelt- undBundesforschungsministerium gemeinsam Mittel inHöhe von bis zu 200 Millionen Euro bereit. Im Jahr2012 haben die ersten Arbeiten begonnen, insgesamtwurden bis Ende 2012 163 Projekte mit einem breitenThemenspektrum bewilligt. Im Fokus stehen stationäreSpeichertechnologien mit unterschiedlichenAnforderungen – vom Ausgleich kurzfristiger Fluktuationenbis hin zur Langzeitspeicherung erneuerbarerEnergien. Gegenstand der Forschungsförderungsind unter anderem die Weiterentwicklung vonBatterien und Anpassung an fluktuierende Einspeisung,zum Beispiel zur Netzstützung und Erhöhungdes Photovoltaikeigenverbrauchs, die Umwandlungund Speicherung von fluktuierender Einspeisung inWasserstoff und Methan sowie Lösungsansätze für daseffiziente Speichern von Wärme und für intelligentesLastmanagement. Aufgrund ihrer zentralen Bedeutungwurden Projekte zu den Themen Wind-Wasserstoff-Kopplungund Batterien in Verteilnetzen inLeuchttürmen gebündelt. Dadurch soll eine bessereVernetzung dieser Projekte erreicht und der Austauschund die Zusammenarbeit zwischen den Akteuren verstärktwerden. Die beteiligten Ministerien haben denProjektträger Jülich mit dem Projektmanagement derFörderinitiative beauftragt. Erste Projekte mit Unterstützungdes BMU sind unter anderem das ProjektSmart Region Pellworm (siehe Kapitel „Highlights“,Seite 6) sowie die Projekte WOMBAT und Hei-PhoSS –Hocheffizienter und intelligenter Photovoltaik­Strom-Speicher (siehe Seiten 19/20). Nähere Informationenzur Förderinitiative und den Projekten findensich auch im Internetportal der Förderinitia tive unterwww.forschung-energiespeicher.de ■den, ist eine intelligente Regelung und Kommuni ­kation mit dem Netz, idealerweise einem SmartGrid, notwendig. Hierfür haben sich in dem ProjektHei-PhoSS mit der Sunways AG als Koordinator,der Akasol Engineering GmbH und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) Know-how-Träger im Bereich Photovoltaik, Batterieladung und-überwachung sowie intelligente Steuerung dezentralerAnlagen im Stromnetz zusammengeschlossen. Esist das Ziel, ein hocheffizientes Hochvolt-Photovoltaik-Batteriesystem zu entwickeln, das mit einer intelligentenKommunikations- und Regelungstechnikverbunden wird. Die Batterie, die im Rahmen desProjekts entwickelt wird, weist eine Spannung von350 Volt auf. Bisher sind im Handel nur Systeme mitmaximal 48 Volt erhältlich, die mit mehr Wandlerstufenarbeiten und bei denen der von der Photovoltaikanlageerzeugte Gleichstrom zunächst für denGebrauch in Wechselstrom gewandelt werden muss,um bei Überproduktion für die Batterie wieder inGleichstrom umgewandelt zu werden. Die Hochvolt-Batterie dagegen kann direkt von der Photovoltaikanlagegeladen werden. Dadurch können Bauteile, Umwandlungsschritte,Wirkungsgradverluste und damitdie Systemkosten verringert werden. Das bei demProjekt entwickelte Energiemanagement soll den Ei ­gen verbrauch, die Einspeisung und Ladezyklen unddamit die Lebensdauer der Batterie optimieren. DasBMU fördert das Projekt im Rahmen der FörderinitiativeEnergiespeicher mit rund 1,8 Millionen Euro.NetztechnologienIntelligent vernetzt in E-Energy-ModellregionenDie Weiterentwicklung dezentraler Energiesystemehin zu intelligenten Netzen ist zu einem Hauptthemavon Forschung und Entwicklung im Bereich erneuerbarerEnergien geworden. Bereits 2008 fiel der Startschussfür sechs große Modellregionen-Projekte, diesich mit diesem Thema innerhalb der gemeinsamenFörderinitiative E-Energy von Bundeswirtschafts- undBundesumweltministerium befasst haben. Anfang2013 konnten die vom BMU geförderten ProjekteRegModHarz – Regenerative Modellregion Harzund moma – Modellstadt Mannheim erfolgreichabgeschlossen werden.Kernstück des Projekts RegModHarz ist ein virtuellesKraftwerk, an das mittels moderner InformationsundKommunikationstechnologien (IKT) verschiedeneErneuerbare-Energien-Anlagen, Speicher und Verbraucheraus dem Landkreis Harz angeschlossen wurden.Das virtuelle Kraftwerk ermöglicht die fahrplan­

SystEEm: REGENERATIVE ENERGIEVERSORGUNGSSYSTEME 21In dem Projekt moma mit acht Projektpartnern unterKoordination des Mannheimer EnergieunternehmensMVV Energie AG ging es um die Umsetzungeines dezentralen und zellularen Energiesystems miteinem virtuellen Energiemarkt im urbanen Raum.In Feldtests mit über 1.000 Teilnehmern wurde einSystem erprobt, in dem der Energieausgleich zwischenHaushalten und Stromerzeugern über intelligenteKommunikationstechnik und variable Strompreisegeregelt wurde. In den Haushalten wurde fürdas Energiemanagement der sogenannte „Energiebutler“als Steuergerät eingesetzt. Das Projekt konntein den Feldtests empirisch nachweisen, dass Verbraucherbereit sind, den Betrieb ihrer Geräte in Zeitenmit kostengünstigem Strompreis zu verschieben. ImProjekt wurde das Betriebssystem OGEMA der OpenGateway Energy Management Alliance als offenePlattform für Anwendungen im Smart Home undSmart Grid erstmalig umfassend erprobt. RegMod-Harz wurde vom BMU mit rund 10,4 und moma mitrund 10,2 Millionen Euro gefördert.Messestand des Projekts RegModHarz: So funktioniert ein virtuellesKraftwerk.basierte Marktintegration der Erzeugungsanlagenund damit deren bedarfsorientiertes Verhalten. ImProjekt wurde hierfür ein Standard entwickelt, dereine einfache Anbindung von neuen Anlagen an dasvirtuelle Kraftwerk ermöglicht. Über die Leitwartedes virtuellen Kraftwerks konnte die Leistung der angeschlossenenKomponenten beobachtet, prognostiziertund deren Vermarktung unter anderem an einerStrombörse simuliert werden. Bei Feldtests konntenVerbraucher mit Hilfe eines im Projekt weiterentwickeltenEnergiemanagementgerätes den Verbrauchihrer elektrischen Geräte an einen variablenStromtarif – auf Basis der regionalen Stromerzeugungaus erneuerbaren Energien – anpassen. Dabeihat sich gezeigt, dass auch private Verbraucher aufPreissignale reagieren, solange diese nicht zu kompliziertsind. Mit Hilfe hochpräziser, während des Projektsinstallierter Messgeräte kann der Netzzustandbesser beobachtet werden, um das Netz zukünftigauch bei zunehmendem Ausbau sicherer und wirtschaftlicherbetreiben zu können. Unter Koordinationdes Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik(IWES) hatten sich in dem Projekt21 Partner, darunter sämtliche Verteilnetzbetreiberdes Landkreises Harz, zusammengeschlossen.Dynamische Netzstützung durch PhotovoltaikanlagenSolarparks, die in die Mittelspannungsebene derStromnetze einspeisen, müssen dafür bestimmteRichtlinien einhalten. Dazu zählt in Deutschlandneben einer statischen Netzstützung auch die dynamischeNetzstützung, also das Verhalten der Erzeugungsanlagenwährend Netzfehlern und Netzspannungseinbrüchen.Die Netzspannung kann währendsolcher Netzfehler mit speziellen Stromregelalgorithmengestützt werden. Zum Nachweis, dass eine solchedynamische Netzstützung möglich ist, müssendie Erzeugungsanlagen den LVRT-Test (Low VoltageRide Through) bestehen. Nur dann ist ein zuverlässigerBetrieb auch bei niedriger Spannung beziehungsweiseplötzlichem Spannungseinbruch gewährleistet.Nach den aktuellen Richtlinien ist es für den Test ausreichend,einzelne Geräte zu testen. Bei Photovoltaik-Kraftwerken (Verbund mehrerer Wechselrichter) werdenin der Regel Typprüfungen der einzelnen Wechselrichtermit Simulationsrechnungen der LVRT-Fähig keit für das komplette Photovoltaik-Kraftwerkkom biniert. Die Erfahrung zeigt allerdings, dassausgehend von Einzelgeräten noch keine sichereAussage über das Verhalten eines Wechselrichter ­verbunds gemacht werden kann. Innerhalb des VorhabensMULTI-PV-LRT des Fraunhofer-Instituts fürSolare Energiesysteme (ISE) soll deshalb sowohl inLabor- als auch in Feldvermessungen die LVRT-Fähigkeitmehrerer Wechselrichterverbünde untersuchtwerden. Mit den dabei entwickelten Simulationsmodellenwäre es möglich, das Verhalten von Solarparksbei Netzfehlern besser zu bewerten und geeigneteAbhilfemaßnahmen zu untersuchen. Das BMU fördertdas Projekt mit rund 1,5 Millionen Euro.

22INNOVATION DURCH FORSCHUNGKonstant trotz Fluktuation –Systemdienstleistungen durch erneuerbare EnergienMit einem 11.000 Kilometer langen Höchstspannungsnetzin Deutschland ist die Amprion GmbHein bedeutender Übertragungsnetzbetreiber inEuropa. Für den stabilen Betrieb dieses Stromnetzessind verschiedene Systemdienstleistungen notwendig.Die größte Herausforderung besteht darin,dezentral erzeugte Energie so in das Stromnetzeinzuspeisen, dass durchgängig die erforderlicheRegelenergie für die Frequenzhaltung verfügbarist, betont Dr. Markus Stobrawe, Abteilungsleiterbei der Amprion GmbH.Welches ist Ihrer Ansicht nachdie wichtigste Systemdienstleistung?Die wichtigste Systemdienstleistungüberhaupt ist die Haltungder Netzfrequenz als Indikatordes Leistungsgleichgewichts. InDeutschland und europaweitsind 50 Hertz als Soll-Frequenzvorgeschrieben. Ungleichgewichtein der Leistungsbilanz entstehenzum Beispiel durch Kraftwerksausfälle,aber auch durchPrognosefehler, etwa hinsichtlichder Windenergie oder des Verbrauchs.Frequenzhaltung unsererseits bedeutet, dasswir in solchen Fällen die Möglichkeit haben, möglichstschnell Erzeugungsreserven zu aktivieren, umdie Frequenz zu stabilisieren.Eine stabile Frequenz wäre demnach automatischgegeben, wenn der Strom überall gleichmäßig erzeugtund verbraucht wird.Für die richtige Frequenz müssen Erzeugung undVerbrauch jederzeit, eigentlich in jeder Sekunde, imEinklang sein. Sie sind es aber nicht immer, weil wirden Strom nach Bedarf verbrauchen. Auch die Erzeugunggeschieht nicht mehr so planmäßig wie früher.Durch die Erneuerbaren fluktuiert sie stärker. Mankann das stark vereinfacht so verstehen: Wenn Sieauf dem Fahrrad sitzen und gleichmäßig treten, fahrenSie mit konstanter Geschwindigkeit. Wenn esjetzt aber plötzlich den Berg hochgeht, werden Sie,wenn Sie nicht stärker treten, automatisch langsamer– bergab ist es umgekehrt. Wir wollen die gleicheFrequenz, die gleiche Geschwindigkeit halten undmüssen immer wieder nachlegen oder etwas rausnehmen.Wie gehen Sie dabei vor?Für die Frequenzhaltung brauchen wir das, was wirRegelenergie nennen, diese Leistung schreiben wiraus. Dafür können alle Erzeuger und Verbraucher genutztwerden, die in der Lage sind, sich sehr schnellregeln zu lassen. Auch Speicher nehmen heute schondaran teil, weil sie sehr flexibel sind. Bisher ist die Regelenergieim überwiegenden Teil durch herkömmlicheKraftwerke erzeugt worden. Aber wir haben zumBeispiel auch schon viele Biogasanlagen, die Regelenergieerbringen. Schwieriger ist es, wenn Kraftwerke,die Regelenergie erbringen sollen, selbst schonfluktuierend sind. Aber man überlegt sich jetzt Techniken,um auch die Windenergie- und Photovoltaikanlagendazu zu befähigen, Regelenergie erbringenzu können.Welche Herausforderungen ergeben sich daraus?Die modernen Anlagen sind heutzutage technischgut und schnell regelbar. Die größte Herausforderungist nach wie vor, im Voraus zu wissen, wie vieldie Photovoltaik- oder Windenergieanlagen einspeisen– und zwar verlässlich. Eine fehlerhafte WindoderSolarprognose wirkt genauso wie ein Kraftwerksausfall:Es fehlt Leistung, die Sie den Verbrauchernzugesagt haben. Hinsichtlich des Regelenergiemarktesmüssen wir es zukünftig außerdem schaffen,dass die Anlagen planmäßig einspeisen und allesdafür tun, diese planmäßige Einspeisung zu halten,statt so viel wie möglich einspeisen zu wollen.Werden durch den weiteren Ausbau der erneuerbarenEnergien weitere Systemdienstleistungennötig?Ich glaube nicht, dass wir neue Systemdienstleistungenbrauchen. Zusätzlich zur Frequenzhaltung be ­nötigen wir heute die Spannungshaltung und eineweitere Leistung, die wir als Redispatch bezeichnen.Dabei geht es darum, die Einspeiseleistung von einigenKraftwerken auf andere zu verlagern, wenn Engpässeim Netz auftreten. Wenn der Transport vonNord nach Süd an seine Grenzen stößt, partiell, aneinzelnen Leitungen, müssen wir meist im Süden einKraftwerk aktivieren und im Norden etwas herunterfahren,um gegenzusteuern. Die Spannungshaltungist ebenfalls eine lokale Größe. Wenn Kraftwerke abgeschaltetwerden, müssen wir Spannungshaltungaus anderen Kraftwerken bekommen. Zum Beispielvon großen Windparks, die direkt an das Übertragungsnetzangeschlossen sind. Darüber hinaus kannich mir keine besondere Systemdienstleistung vorstellen.■Dr. Markus Stobrawe ist Abteilungsleiter für Systemdienstleistungenund -bilanzierung bei der Amprion GmbH

SystEEm: REGENERATIVE ENERGIEVERSORGUNGSSYSTEME 23Präzise, lokal aufgeschlüsselte Einspeiseprognosen als wichtiges Element eines stabilen und sicheren Netzbetriebs – Netzsteuerungsstellevon Vattenfall Europe in BerlinPrognosen für Erzeugung und VerbrauchSicherer Netzbetrieb auch bei lokalen Wetter ­phänomenenUm die Netze vorausschauend und sicher betreibenzu können, spielen präzise, lokal aufgeschlüsselteEinspeiseprognosen eine wichtige Rolle. Für eineOptimierung der Möglichkeiten arbeitet dieenergy & meteo systems GmbH als Koordinator indem Projekt ORKA mit dem Deutschen Wetterdienstund den Netzbetreibern 50 Hertz Transmission (Übertragungsnetz)sowie E.ON Avacon (Verteilnetz) zusammen.In dem Projekt sollen regional hochaufgelösteEinspeiseprognosen für erneuerbare Energien imHinblick auf die Netzbetriebsführung verbessert werden.Bisher wurden Wettervorhersagen hauptsächlichfür größere Gebiete wie etwa ganze Regelzonenerstellt, mit denen Übertragungsnetzbetreiber Bilanzenüber den Anteil erneuerbarer Energien ziehenkonnten. Vorhersagefehler, die durch lokale Effektewie Wolken über einer Photovoltaikanlage entstehen,haben sich dabei zum großen Teil aufgrund dergroßen Anlagenanzahl im Vorhersagegebiet ausge ­glichen.Das System COSMO-DE-EPS des Deutschen Wetterdienstesarbeitet mit hochauflösenden Ensemble-Vorhersagen(verschiedene Szenarien eines vorhergesagtenVerlaufs) und soll innerhalb des Projekts für dieNetzsicherung nutzbar gemacht werden. Zum einensollen die Kürzestfristvorhersagen für eine Zeitspannevon bis zu acht Stunden verbessert werden. Zumanderen sollen die Ensemble-Vorhersagen dazu genutztwerden, die Risiken für schlimmste zu erwartendeSzenarien abzuschätzen. Insbesondere beischwierig vorherzusagenden Wetterlagen, in deneneine große Bandbreite von Einspeiseverläufen möglichist, spielt das eine wichtige Rolle. Das BMU fördertORKA mit rund 770.000 Euro.Entwicklung verbesserter Erzeugungsprognosenfür Wind- und PhotovoltaikEinen Projektansatz zur Weiterentwicklung von Prognosesystemenfür die Stromerzeugung aus Wind undPhotovoltaik verfolgt das Projekt EWeLiNE, in demdas Fraunhofer IWES, der Deutsche Wetterdienst unddie Übertragungsnetzbetreiber Amprion GmbH, TenneTTSO GmbH und 50 Hertz Transmis sion GmbH kooperieren.In dem Projekt sollen Wettermodelle fürdie Verwendung in der Energiewirtschaft optimiertwerden. Dabei sollen die Transformation meteorologischerDaten in Wind- und Photovoltaikleistung sowieaktuelle Messungen an repräsentativen WindundPhotovoltaikanlagen direkt in die Modellkette integriertwerden. Durch einen projektbegleitenden Industrie-und Lenkungskreis wird sichergestellt, dassdie Änderungen der Wettermodelle an die Bedürfnissevon Anbietern und Anwendern der Prognosen angepasstwerden. Als Basis für die Optimierung wirdeine Software-Referenzarchitektur entwickelt, die bestehendeKomponenten und Standards enthält undauch anderen Institutionen zur Weiterentwicklungdienen soll. Das BMU fördert das Verbundprojekt mitrund 7 Millionen Euro. ■

24INNOVATION DURCH FORSCHUNGWINDENERGIEInstallation einer neuen Windenergieanlage: In Deutschland waren es über 1.000 Anlagen im Jahr 2012.Die Windenergie bleibt bezogen auf die erzeugteStrommenge weiterhin das Zugpferd der erneuerbarenEnergien in Deutschland. Ziele der Forschungsförderungsind deshalb, die Kosten weiterzu senken, den Ausbau on- und offshore sowohlökonomisch als auch ökologisch zu optimierenund die gute Position der deutschen Windindustriein einem absehbar von Überkapazitäten undneuen Wettbewerbern geprägten Markt zu erhaltenund auszubauen.Schwerpunkte der Forschungsförderungvor dem Hintergrund derMarkt- und TechnologieentwicklungFür das Jahr 2013 rechnen Experten weltweit mit einemZubau von Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistungvon 45 Gigawatt. Dabei entfällt dergrößte Anteil (rund 20 Gigawatt) der Neuerrichtungenauf den asiatischen Raum, wenngleich der Zubauin China sich von 19,1 Gigawatt im Jahr 2011 auf13,2 Gigawatt im Jahr 2012 deutlich verringert hat.Der Zubau in Europa dürfte sich 2013 relativ stabilim Bereich von 10 Gigawatt bewegen. Der für Nordamerikabefürchtete deutliche Markteinbruch ist bishernicht eingetreten. Vielmehr wurden in den USAim Jahr 2012 mit 13,1 Gigawatt beinahe ebenso hoheZubauzahlen wie in China erreicht. Sollte es dennochmittelfristig zu einem deutlichen Einschnitt im nordamerikanischenMarkt kommen, könnte dies aufgrundder bestehenden Überkapazitäten, insbesonderein Nordamerika und Asien, aber auch in Deutschland,zu Marktkonsolidierungen führen, da Preiseund Margen sinken. Nach jetzigem Ermessen dürfteeine Situation wie im Photovoltaikmarkt jedoch nichtzu erwarten sein. Zwar werden die Preise für inländischeTurbinen vor allem von asiatischen Wettbewerbernunterboten, doch wird dieser Preisvorteil vonLogistikkosten zumindest teilweise kompensiert. Vorteilhaftist auch die oft langjährige Erfahrung deutscherHersteller, die eine günstige Finanzierung dererheblichen Investitionen in Windparks ermöglicht.Der Zubau von Windenergieanlagen innerhalbDeutschlands hat sich im Jahr 2012 in Bezug auf dieLeistung um 20 Prozent verstärkt, 1.008 neue Anlagenmit einer Leistung von insgesamt rund 2.400 Megawattwurden installiert (2011: 895 Anlagen beziehungsweiseinsgesamt 2.007 Megawatt). Dazu hatauch ein deutlich gestiegener Anteil von Repoweringbeigetragen. Der Anteil an Offshore-Anlagen bliebmit 16 neuen Anlagen von insgesamt 80 Megawatt(2011: 6 Anlagen mit insgesamt 30 Megawatt) hinterden Erwartungen zurück. Einer der wesentlichen

WINDENERGIE 25Gründe dafür liegt in fehlenden Netzanschlüssenfür neue Offshore-Windparks.40 Projekte, offshore (45,05 Mio. Euro)Quelle: BMUIm Rahmen der BMU-Strategiegespräche Windenergiediskutierten im September 2012 Vertreter vonForschungsinstituten, Hochschulen, der Windbranchesowie von Behörden und Verbänden über dieAusrichtung der Forschungsförderung sowie neueThemenfelder im Bereich der Windenergie. Dabeiherrschte Konsens über die primären Ziele Kosten ­reduktion und Erhöhung der Verlässlichkeit der An ­lagen. Zusätzlich wurden von den Teilnehmern neueForschungsthemen in den Bereichen Wartung undBetrieb, gegenseitige Beeinflussung der Windenergieanlagenin einem Windpark sowie Erschließungkomplexer Onshore-Terrains vorgeschlagen. Hinsichtlichder Anlagenkomponenten wurde Forschungs ­bedarf zu Condition-Monitoring-Systemen, lokalerSensorik, aber auch zu Standardisierungen von Testmethodenund Testkapazitäten der Komponentendefiniert.In Zukunft wird entscheidend sein, den deutschenTechnologievorsprung vor allem bei Rotorblätternund Antriebstechnik zu halten. Das BMU unterstütztdazu die Entwicklung einer Reihe großer Testeinrichtungenfür Rotorblätter, Gondeln und Tragstrukturen.Im internationalen Vergleich sind diese Prüfständefür originalgroße Bauteilkomponenten einmalig.Ergänzend zu den Forschungsaktivitäten im Offshore-Testfeld alpha ventus (siehe Seite 30) kann zukünftigein „verteiltes Testfeld“ zweckmäßig sein, um innerhalbkommerziell errichteter Offshore-Windparks einzelneAnlagen zu Forschungszwecken zu nutzen. Aufdiese Weise kann eine Vielzahl unterschiedlicherAnlagentypen und Standortbedingungen untersuchtwerden. Das Fraunhofer IWES und die Offshore-Stif-38 Projekte, übergreifend(44,60 Mio. Euro)6 Projekte, onshore (3,51 Mio. Euro)Neu bewilligte Forschungsvorhaben im Bereich Wind (2012)tung werden hierzu im Dialog mit der Industrie undForschungseinrichtungen ein Konzept entwickeln.Auch der als Demonstrationsprojekt unter demNER300-Programm der Europäischen Kommissionfinanzierte Offshore-Windpark von RWE Innogy sollein Testfeld für Offshore-Gründungen enthalten.Sehr gut entwickelt hat sich die Institutslandschaftim Bereich der Windenergieforschung. Durch Zusammenschlüssewie ForWind (Universitäten Oldenburg,Hannover und Bremen), WindForS (UniversitätenStuttgart und Tübingen, Technische Universität München,Karlsruher Institut für Technologie, HochschuleAalen und Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-ForschungBaden-Württemberg) oder die Zusammenarbeitdes Deutschen Zentrums für Luft- undRaumfahrt (DLR) mit dem Fraunhofer-Institut fürQuelle: BMUAusgaben in Mio. Euro4540 36,7353029,9 28,3252015,6159,6105043,938,52006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Ökologische Begleitforschung Plattformen, Bau und Betrieb Offshore-Testfeld Technik (inklusive Schallschutz)Windenergie: Jährliche Projektfördermittel zwischen 2006 und 2012

26INNOVATION DURCH FORSCHUNGQuelle: BMUMio. Euro100 93,2908077,1706053,05040,14034,73028,220 16,11002006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Windenergie: Entwicklung des Neubewilligungsvolumens seit 2006Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) undForWind wurden Kompetenzen gebündelt und Synergiengenutzt, die die Bearbeitung besonders komplexerFragestellungen ermöglichen.In erheblichem Umfang werden Vorhaben zu schall ­armen Offshore-Gründungstechnologien durchgeführt,um während der Bauphase von Offshore-Windparksmarines Leben zu schützen. Neben Wartungslösungen,die eine Verringerung des Aufwands undder Stillstandzeiten ermöglichen, wird an Verbesserungenzum Schutz des Personals beim Bau und Betriebvon Windenergieanlagen geforscht.Im Bereich Onshore-Windenergie liegen die Förderschwerpunkteweiterhin in einem umweltfreund ­lichen Betrieb und in der Bewältigung logistischerHerausforderungen bei weiter wachsenden Anlagengrößensowie der Erschließung von Waldstandorten.Durch neue Verfahren sollen Störungen von Radar ­anlagen vermieden werden, wodurch derzeit nichtgenehmigungsfähige Standorte erschlossen werdenkönnen.Bei der Projektförderung war 2012 mit rund 38,5 MillionenEuro ein Rückgang des Mittelabflusses im Vergleichzum Vorjahr (rund 44 Millionen Euro) zu verzeichnen,der vor allem auf Verzögerungen bei Großvorhabenaufgrund der schwierigeren Marktsituationzurückzuführen ist. Trotzdem konnte das BMU dieForschungsförderung für den Windbereich nochmalsweiter ausbauen. Mit 93,2 Millionen Euro lag dasNeubewilligungsvolumen 2012 rund 16,1 MillionenEuro über dem des Vorjahres. Insbesondere sind eineReihe von Schallschutzvorhaben, Prüfständen sowieVerbünde zur Rotorblattforschung hervorzuheben.Im Vergleich zum Vorjahr stieg die Zahl der neu bewilligtenProjekte um 10 auf nunmehr 84 Projektean. Gegenüber dem Bezugsjahr 2004 (12,6 MillionenEuro Neubewilligungsvolumen) stand für Forschungs ­vor haben im Bereich Windenergie mehr als das Siebenfachean Bundesmitteln zur Verfügung.Auswahl geförderter ProjekteAn dieser Stelle werden einige vom BMU geförderteProjekte im Bereich Windenergie vorgestellt, dieeinen Einblick in die Umsetzung der zugrunde liegendenForschungsschwerpunkte aus der Förder ­bekanntmachung geben. Leuchtturmprojekte ausdiesem Technologiebereich sind außerdem im Ka ­pitel „Highlights“ zu finden (siehe Seite 7/8).TechnikforschungPrüfstand für Großkomponenten schließt LückeIn den vergangenen Jahren wurde die Senkung derStromgestehungskosten im Windenergiebereich vorallem durch die Vergrößerung der Anlagen und diedamit verbundene Ertragssteigerung erreicht. Mit zunehmenderTurmhöhe, Rotorblattlänge und Generatorgrößesteigt aber auch das Anlagengewicht starkan. Dadurch werden sowohl Grenzen der Materialbelastbarkeitals auch der logistischen Handhabbarkeitder Komponenten erreicht. Die Auslegung von Anlagenkomponentenerfolgt derzeit über vereinfachendeBetriebsfestigkeitsberechnungen, die relativ hohe Sicherheitszuschlägevorsehen. Soll der Materialeinsatzfür Großkomponenten bei gleichen Anforderungenan die Betriebssicherheit der Anlagen verringert werden,muss die Materialbeanspruchung unter realenBedingungen noch besser untersucht und in der Auslegungberücksichtigt werden.

WINDENERGIE 27In dem Projekt BeBenXXL entwickelt die Suzlon EnergyGmbH als Koordinator zusammen mit dem FraunhoferIWES und der Hochschule für angewandte WissenschaftenHamburg einen Prüfstand für Großkomponenten,insbesondere die Hauptwelle sowie perspektivischunter anderem für die Rotornabe und dieHauptlager. Damit schließt das Projekt die Lücke zwischenGroßprüfständen, zum Beispiel dem Gondelprüfstand,und reinen Materialprüfungen. Die aktuelleAuslegungspraxis soll am Beispiel der Hauptwelleüberprüft werden, welche als wesentliche strukturelleKomponente die Nabe mit dem Getriebe verbindet.Die Ergebnisse sollen aber auch auf andere Bauteileübertragbar sein, so dass die entsprechendenRichtlinien angepasst und zukünftig Bauteile mitdeutlich geringerem Materialeinsatz gebaut werdenkönnen. Das BMU fördert das Projekt mit rund3,9 Millionen Euro.Standardisierte Ausfalldaten als Grundlage für dieWeiterentwicklung von AnlagenDer Ertrag und damit die Wirtschaftlichkeit einerWindenergieanlage werden maßgeblich bestimmtdurch ihre Verfügbarkeit. Dies gilt besonders für Offshore-Windenergieanlagen,deren Wartung und Reparaturkostenintensiv sind und bei schlechtem Wettersogar für längere Zeiträume unmöglich sein können.Ausgefeilte Instandhaltungsstrategien erfordernzunächst eine genaue Analyse der typischen Schadensbilder.In dem Verbundprojekt EVW-Phase 2 unter Koordinationder Ingenieurgesellschaft Zuverlässigkeit undProzessmodellierung Dresden (IZP) soll die Verfügbarkeitvon Windenergieanlagen mit Hilfe einer Wissensdatenbankund durch die Implementierung von Methodenund Werkzeugen für ein zuverlässigkeitsorientiertesBetriebs- und Instandhaltungsmanagementerhöht werden. Die Projektpartner bauen dazu eineunternehmensübergreifende Schadensdatenbank auf,in der standardisiert eingebrachte Daten verschiedenerBetreiber von Windenergieanlagen zusammen ­getragen werden. Diese Informationen ermöglichenAuswertungen, die zur Optimierung von Wartungs ­intervallen und zur Weiterentwicklung von besondersfehleranfälligen Anlagenkomponenten dienen.Durch Einbeziehung der Fördergesellschaft Windenergieund andere Erneuerbare Energien (FGW e.V.)konnte eine erste Version eines Standards zur Beschreibungvon Zuständen, Ereignissen und derenUrsachen implementiert werden. Durch die Entwicklungeines Vertraulichkeits- und Datensicherheitskonzeptsist es gelungen, mehrere Unternehmen für dieBeteiligung an dem Datenpool zu gewinnen. Nungeht es darum, eine Plattform für ein neutrales Branchen-Benchmarkingzu implementieren und Empfehlungenfür die Optimierung von Betrieb und Instandhaltungabzuleiten. Dabei sind auch Besonderheitendes Offshore-Einsatzes im Fokus. Bis zum Ende desProjekts errichten die Partner ein durchgängigesTest- und Demonstrationssystem, anhand dessen diePraxisrelevanz der Lösung nachgewiesen werdenkann. Interessenten am EVW-Datenpool oder denEVW-Ergebnissen können sich per E-Mail anDr. Harald Jung, h.jung@izp.de, wenden. Das BMUfördert EVW-Phase 2 mit rund 830.000 Euro.Ganzheitliches, flexibles SoftwaremodellDer Zweck numerischer Simulationen in der Entwicklungvon Windenergieanlagen liegt in der Untersuchungvon innovativen Entwicklungsideen, ohne dieKonzepte technisch umsetzen zu müssen. Das spartZeit und Geld und ermöglicht es, eine Vielzahl vonNach wie vor die wichtigste erneuerbare Energie in Deutschland im Hinblick auf die erzeugte Energiemenge: die Windenergie

28INNOVATION DURCH FORSCHUNGDesignalternativen miteinander zu vergleichen. Indem Projekt OneWind Phase 2 entwickelt das FraunhoferIWES eine Software, mit der sowohl einzelneWindenergieanlagen als auch ganze Windparks analysiertwerden können. Das Softwaresystem soll dazualle Komponenten eines Windparks in einer einzigenobjektorientierten Modellierung abbilden. Die Topologie,mit der Zusammenhänge zwischen den Komponentender Simulation, beispielsweise Baugrund,Tragstruktur/Gründung oder Rotorblätter, beschriebenwerden, ist variabel angelegt. So ist die Softwarenicht auf eine einzige Struktur festgelegt. Je nach Fragestellungkann damit auf verschiedenen Detaillierungsstufengearbeitet werden. Der am Beginn einerjeden Entwicklung stehende iterative Prozess von Lastenrechnungund Komponentenauslegung soll so vereinfachtund in seiner Fehleranfälligkeit reduziertwerden. In einer ersten Phase entwickelte das IWESbereits Modelle der einzelnen Komponenten und begannmit der Softwareentwicklung. Nun soll die Softwareumgesetzt werden. Das BMU fördert Phase 2mit rund 3,6 Millionen Euro, Phase 1 wurde mit rund2,5 Millionen Euro unterstützt.ArbeitsschutzMedizinische Erstversorgung auf Offshore-Anlagendurch TelemedizinDer Ausbau der Offshore-Windenergienutzungschafft neue Arbeitsplätze. Bedingt durch die rauenWetterbedingungen an Offshore-Standorten sind dieTechniker, die Anlagen zu Wartungs- oder Reparaturarbeitenaufsuchen, besonderen Unfallgefahren aus-Riesig und stabil, leicht und kostengünstig – das Rotorblatt der ZukunftEin Rotorblatt für Onshore-Anlagenvon rund 60 Metern Länge wiegt inder aktuellen Bauweise im Schnitt10 bis 15 Tonnen. Blätter für Offshore-Anlagenkönnten zukünftig biszu 100 Meter lang sein. Damit würdensie nach heutiger Bauweise deutlichüber 80 Tonnen wiegen – zuschwer und unhandlich, um auf hoherSee verbaut zu werden.Die Forschungsansätze rund um dasThema Rotor sind zahlreich. Aktuellwird unter anderem in dem vom BMUgeförderten Projekt Smart Blades untersucht,wie sich durch intelligent steuerbareRotorblätter Materialbelastungenverringern lassen, was eine Gewichtsersparnisbeim Blattaufbau ermöglichenwürde. Projektpartner hierbei sind dasDeutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt(DLR), das Fraunhofer-Institut fürWindenergie und Energiesystemtechnik (IWES) sowiedie Universitäten Hannover und Oldenburg. Auf Grund ­lage des Know-hows aus der Luftfahrtforschung befasstsich das DLR innerhalb des Bereiches Windenergiemit dem Thema Rotorblatt. Bernhard Milow undSarina Keller vom DLR haben die wichtigsten Forschungsansätzein einem Interview dargestellt.Gibt es den typischen Aufbau eines Rotorblattes?Milow: Im Normalfall baut man zuerst zwei Schalen,die anschließend zusammengeklebt werden. Innenbefindet sich ein Hohlraum, je nach Größe des Blatteswerden dort Verstärkungen aus vorgefertigtenTeilen eingebaut. Typisch ist, dass die Außenhaut derBlätter zumindest in Teilen wie ein Sandwich aufgebautist – zuerst eine Gewebelage, dann ein Zwischenmaterialund noch eine zweite Gewebelage.Muss an diesem Aufbau für die Zukunft etwasgeändert werden?Milow: Die bisherigen Blätter können nicht beliebiggrößer gebaut werden. Die Blätter werden zu schwer,zu unhandlich und zu teuer. Im Moment wird relativviel Material verbaut, um sicher zu sein, dass sich dieBlätter lange stabil im Wind drehen. Die Ziele sindhier ein optimiertes Design und darauf abgestimmteProduktionsprozesse, damit die Blätter wesentlichleichter werden und trotzdem so sicher halten wiebisher. Lösungen bietet hier die Leichtbaukonstruktion.Der entscheidende Unterschied ist, dass dabei dieStabilität nicht mehr in der Außenhülle liegt, sonderndass diese sehr dünn sein kann und eine Gerippekonstruktiondarunter die Kräfte aufnimmt.Das heißt, die Vorgabe „längere Blätter“ mussdurch Forschung und Entwicklung umgesetzt werden.Welche weiteren Herausforderungen ergebensich daraus?Keller: Die Unternehmen gehen jetzt in neue Gefilde,mit neuen Strukturen und neuen Materialien. Es wirdzum Beispiel an Kohlefaser geforscht. Man versuchtauch, die Blätter elastischer zu bauen, damit die Lasten,die auf ein Blatt treffen, besser verarbeitet werden.Sehr starre Rotorblätter können auf Dauer zuMaterialproblemen und somit zu Stabilitätsproblemenführen. Das ist eine Design-Frage, eine Auslegungsfrage,die jetzt mit den Material- und Strukturfragenim Rotorblattbereich zusammenfällt. Gleich­

WINDENERGIE 29gesetzt. Dabei erschwert die Lage der Windparks –häufig viele Kilometer von der Küste entfernt – einEingreifen von externen Helfern. Während die entsprechendenAbläufe für Onshore-Windenergieanlagenbereits reguliert sind, gibt es für die Versorgungverunglückter oder akut erkrankter Personen imOffshore-Bereich noch kein Konzept.Um diesem Problem zu begegnen, werden in dem ProjektSOS – Sea and Offshore Safety des TelemedizinzentrumsCharité und der Klinik für Anästhesiologieund Intensivmedizin der Charité-UniversitätsmedizinBerlin zusammen mit der EWE Vertrieb GmbH Prozess-und Technikkonzepte für eine Notfallversorgungauf Offshore-Anlagen entwickelt und erprobt. DasProjekt sieht vor, Telemedizin einzusetzen, die dieräumliche Distanz zwischen dem Arzt auf dem LandRettungseinsatz an einer Offshore-Windenergieanlagezeitig muss dabei die Gesamtanlage betrachtet werden,da Lasten auf die ganze Struktur wirken.Gibt es das optimale Material? Sie sagten geradeschon Kohlefaser…Keller: Das ist eines der Forschungsthemen, weil es sichum ein besonders stabiles und gleichzeitig leichtesMaterial handelt. Allerdings ist der Einsatz von Kohlefaserin den Gewebelagen eine große Kosten frage, soweit ist man im Windenergiebereich noch nicht. Hierwird meistens nur Glasfaser verbaut. Nur in wenigenAusnahmen setzten die Hersteller Kohlefaser für Teiledes Rotorblatts ein und auch hier im Verbund mitGlasfaser. Neben den Gewebelagen sind die Zwischenlagenzum Beispiel aus Holzcomposites ein Thema,die bei der Sandwich-Struktur verwendet werden.Gibt es wegen des Gewichts auch einen Trend zuschlankeren Blattdesigns?Milow: Der Trend ist auf jeden Fall da. Das bedeutetaber auch, dass leichtere Blätter elastischer sind: DasBlatt darf nicht so elastisch sein, dass es gegen denTurm schlägt. Zukünftig können Anlagenbauer dasabfangen, indem man die einzelnen Blätter aktiversteuert. Das sind die sogenannten Smart Blades. Dasist ein relativ komplexes System, weil man dafür genauwissen muss, welcher Wind auf die Anlage trifft.Seit wann gibt es denn die Idee der Smart Blades?Milow: Die Idee ist bestimmt schon zehn Jahre alt.Den Flügel zu steuern, um den Ertrag zu optimieren,der Gedanke liegt nicht fern. Die Herausforderungensind jedoch groß: Solche Rotorblätter sind komplizierterund teurer in der Herstellung. Wir müssen daherin einer kostengünstigen Konstruktion und Produktionarbeiten. Damit sich der Aufwand lohnt, müssendie Rotorblätter auch eine lange Lebensdauer haben.Mit diesen optimierten Rotorblättern können wir jetztallerdings die deutsche Position auf dem Weltmarktbeeinflussen, wenn wir da voranschreiten können.Wir als DLR forschen natürlich nicht allein, sondernim Verbund mit mehreren Forschungseinrichtungenin Deutschland. Daraus entsteht ein Mehrwert, weilwir nicht nur Teilaspekte optimieren, sondern uns abstimmenund das Gesamtsystem betrachten können.Keller: In den letzten zehn Jahren hat die Windindustriesehr viel am Verkaufsvolumen gearbeitet. Jetzt istein Punkt erreicht, an dem man einen Schritt zurückgehenund sich die Technologie nochmal anschauenmuss. Jetzt ist der Zeitpunkt für Hersteller und Entwickler,sich zum Beispiel mit den Smart Blades auseinanderzusetzen.Ein anderer Entwicklungsaspekt ist die automatisierteProduktion. Ginge das in die Richtung, dieProduktion billiger zu gestalten?Milow: Das eine ist der Kostenaspekt, das andere istaber auch die Qualität und überhaupt die Möglichkeit,designgerecht zu produzieren. Durch die kostenoptimierteProduktion sind bisher gewisse Einschränkungenvorgegeben. Man kann bestimmte Gewebe lagennur in einer gewissen Weise anbringen, damit Aufwandund Kosten nicht zu groß werden. Der Konstrukteurwürde gern mehr Besonderheiten einbauen unddie Materiallagen nur da platzieren, wo sie benötigtwerden. Das könnte man mit der Automatisierungdeutlich vorantreiben, bis hin zur einzelnen Faser ­ablage durch Roboter. Bereits häufig automatisiertsind die Nachbearbeitungsschritte, zum Beispiel dasLackieren. Generell ist man mit der Automatisierungallerdings noch weitgehend im Forschungsstadium. ■Bernhard Milow ist Direktor des Programms Energie des DLRSarina Keller ist Programmbeauftragte Energie des DLR

30INNOVATION DURCH FORSCHUNGVier Jahre Offshore – vier Jahre Erkenntnisgewinn durch dieForschungsinitiative RAVESie sind Pioniere auf See: die Erbauer, Betreiberund Forscher des mitten in der Nordsee gelegenenWindparks alpha ventus. Die zwölf im Jahr 2009errichteten 5-Megawatt-Anlagen bilden den erstendeutschen Offshore-Windpark, zugleich ein Offshore-Testfeld.Obwohl es mittlerweile viele weitereBauprojekte gibt, handelt es sich bei der Offshore-Windenergienoch immer um eine jungeBranche, in der noch viele Erfahrungen gemachtwerden müssen. Die Anlagen wurden in Wassertiefenvon 30 Metern und in 45 Kilometern Entfernungvon der Insel Borkum errichtet und sollen dort20 Jahre lang zuverlässig Strom produzieren. Bauherrund Betreiber von alpha ventus ist ein Konsortiumder Energieversorger EWE, E.ON und Vattenfall (DOTIGmbH & Co. KG). Das Ziel des Testfelds besteht darin,die Technologie sowie alle dazugehörigen Abläufe sozu optimieren, dass die notwendige Zuverlässigkeiterreicht, die Umwelt geschont und zudem die Kostenso weit gesenkt werden, dass Strom aus Offshore-Windparks wirtschaftlich erzeugt werden kann. Berücksichtigtwerden müssen neben der Anlagentechnologieinsbesondere die Umgebungsbedingungenwie Baugrund, Wellen, Wetter, aber auch die Einflüsseauf die Umwelt und der Arbeitsschutz des dort tätigenPersonals. Die mit Mitteln des BMU geförderteForschungsinitiative RAVE, kurz für Research at alphaventus, mit über 150 beteiligten Wissenschaftlerinnenund Wissenschaftlern hat im Jahr 2012 dieersten Projekte erfolgreich abgeschlossen. Auf einerinternationalen Konferenz im Mai 2012 in Bremerhavenpräsentierten sie ihre Erkenntnisse, auch um diesein den weiteren Ausbau der Offshore-Windenergieeinzubringen. Da allein die Auflistung der Highlightsden an dieser Stelle zur Verfügung stehenden Platzweit überschreiten würde, werden hier zwei derUntersuchungs gegenstände beispielhaft dargestellt.Maßnahmen gegen KolkeVerschiedene Einflüsse wie Wasserströmung, Gezeitenund Wellen führen dazu, dass die Bodenschichtenum die Gründungsstrukturen mit der Zeit aus ­gespült werden können. Hierdurch entstehen Vertiefungenim Meeresboden, sogenannte Kolke. Durchdas Testfeld alpha ventus konnte die zeitliche undräum li che Entwicklung von Kolken an Mehrbein-Fundamenten mittels Echoloten vor Ort erfasst werden.In dem Projekt RAVE-Geologie wurden stationäreEcholote an den Anlagen AV7 (Gründung: Tripod)und AV4 (Gründung: Jacket) installiert, durch die seit2009 kontinuierlich der Abstand der Gründungenzum Meeresboden gemessen wird. Die Werte einesam südöstlichen Pfahl der AV7 angebrachten Echolotszeigten zum Beispiel eine Vertiefung des Kolksum 1,7 Meter Anfang 2010, die Anfang 2011 auf2,5 Meter und Anfang 2012 auf 3,4 Meter angestiegenist.Neben der Messung durch stationäre Echolote wirdder Meeresboden um die beiden ausgewählten Anlagenherum zudem jährlich vom ForschungsschiffWEGA des Bundesamts für Seeschifffahrt und Hydrographie(BSH) untersucht. Bei den hierbei entstehenden2D- und 3D-Abbildungen der Kolk-Morphologiezeigte sich, dass die Art und Weise der Kolkbildungstark von der Konstruktion des Fundaments beeinflusstwird, wobei die Jacket-Gründung ein geringeresKolkverhalten aufweist als die Tripod-Gründung.Transport von Jacket-Gründungen für alpha ventusVorbereitung der Tripods für den Einsatz in alpha ventus

WINDENERGIE 31Auf Grundlage der Ergebnisse an der ForschungsanlageAV7, parallelen Untersuchungen in einem künstlichangelegten Wellenkanal der Universität Hannoversowie numerischer Simulation der Kolkprozessewurde die Konstruktion der Gründung daraufhinmodifiziert, um die Kolkbildung zu reduzieren. Darüberhinaus wurde in dem Projekt RAVE GIGAWINDalpha ventus ein innovatives, extern angebrachtesKolkschutzsystem entwickelt, durch das die Kolktiefenum die Pfähle eines Modell-Tripods zum Teildeutlich verringert werden konnten. Durch alphaventus kann die Entwicklung der Auskolkungen anden Gründungen weiterhin über längere Zeit undinsbesondere auch nach auftretenden Extremereignissenwie Stürmen beobachtet werden. Die bisherigenErkenntnisse wurden im November 2012 in einemFachgespräch im BSH gemeinsam mit Windanlagenherstellern,der Universität Hannover und Behördenvertreterndiskutiert, um ihren Eingang in dieOffshore-Praxis zu unterstützen. Die Expertenrundezum Thema Kolk soll fortgeführt werden.Tragfähigkeit von GründungenDie zyklischen Einwirkungen durch Wind, Wellenund Anlagenbetrieb haben Auswirkungen auf dieTragfähigkeit und Verformung der Gründungsstrukturen.In dem Projekt Entwicklung eines anwendungsorientiertenBemessungs- und Überwachungsmodellsfür Offshore-Gründungskonstruktionenunter zyklischer Belastung wurden dieseAuswirkungen untersucht. Für Mehrpfahlgründungenbot sich durch die in alpha ventus verbautenGründungsformen Tripod und Jacket die Gelegenheit,Laborversuche mit Messungen am Objekt zukombinieren. Anhand von Modellversuchen wurdefür diese Gründungstypen ein Rechenverfahren entwickelt,das durch Messdaten aus alpha ventus überprüftund validiert wurde. Damit können eine unterzyklisch auftretenden Zug- und Druckkräften infolgevon Wind und Wellen entstehende mögliche Degradationder Pfahltragfähigkeit sowie eine möglicheSchiefstellung der Gründung im Voraus berechnetwerden.Das Nachweisverfahren und weitere Erkenntnissesind in die Anwendungshinweise für die konstruktiveAusführung von Offshore-Windenergieanlagen desBundesamts für Seeschifffahrt und Hydrographie(BSH) sowie in die Empfehlungen des ArbeitskreisesPfähle (EA Pfähle) der Deutschen Gesellschaft fürGeotechnik e.V. (DGGT) eingegangen.Das BMU hat die Forschungsinitiative RAVE (also Projekte,die in alpha ventus durchgeführt wurden beziehungsweisewerden und Projekte, die Daten ausalpha ventus nutzen) bisher in insgesamt 39 Einzelvorhabenmit einem Gesamtbudget von rund 60,7 Mil ­lionen Euro gefördert. ■und dem Notfallgeschehen vor Ort per Telekommunikationso lange überbrückt, bis ein Rettungsteam eintrifft.Die Mitarbeiter sollen befähigt werden, unterAnleitung auch über längere Zeiträume vor Ort Hilfezu leisten. Bei der Evaluierung sinnvoller Lösungenwerden die Grenzen berücksichtigt, die bei einer notfallmedizinischenBehandlung durch Laien, auchwenn diese geschult sind und angeleitet werden, bestehen.Es wird zum Beispiel darauf geachtet, dassdie auf den Anlagen angebrachten Systeme einfachund intuitiv zu bedienen sind.Zunächst startet das Projekt mit der Erfassung aktuellerVersorgungsmöglichkeiten, um auf dieser Basisein Kommunikations-, Datenerhebungs- und Datennutzungskonzeptzu erstellen. Davon ausgehend werdengeeignete Geräte und Systeme ausgewählt. Diewährend eines Einsatzes entstandenen Daten sollendirekt an eine Erst- und Weiterversorgungsklinik geleitetwerden. Innerhalb der Arbeiten werden Übungs ­szenarien entwickelt und umgesetzt, um die telemedizinischenModule unter realen Bedingungen zutesten. Das BMU fördert das Vorhaben mit rund940.000 Euro.Technologische Lösungen zur Minderung derUmweltbelastungen durch die WindenergieVorhersage von Schallminderungspotenzial durchSimulationenUm marines Leben zu schützen, müssen Offshore-Windenergieanlagen möglichst schallarm errichtetwerden. Deshalb werden schon seit Jahren unterschiedlicheSchalldämmungskonzepte entwickelt, diedie Geräuschemissionen beim Rammen der Gründungspfählemindern sollen. Zum Einsatz kommenzum Beispiel Blasenschleier, deren im Wasser aufsteigendeLuftbläschen die Schallausbreitung deutlichreduzieren. Die meisten Schallschutzmaßnahmenbefinden sich allerdings noch im Konzeptstadium.Da sie in die Prozesse zur Installation der Fundamenteeingreifen, können Praxistests für das jeweiligeBauvorhaben zeitliche Verzögerungen und somitwirtschaftliche Verluste bedeuten.Das Institut für Modellierung und Berechnung derTU Hamburg-Harburg als Koordinator entwickelt nunzusammen mit dem Institut für Geotechnik und Baubetriebsowie dem Institut für Statik und Dynamikder Leibniz Universität Hannover und der AbteilungGeophysik am Institut für Geowissenschaften derChristian-Albrechts-Universität zu Kiel innerhalb desProjekts BORA leistungsfähige Simulationsmodellefür die Entstehung und Ausbreitung des Rammschallsunter Wasser. Damit sollen vorab Aussagenüber das Schallminderungspotenzial bestimmter

32WINDENERGIESysteme getroffen werden, ohne dass diese in aufwendigenOffshore-Tests untersucht werden müssen.Darüber hinaus wird ein Expertensystem für einenbreiten Anwenderkreis wie etwa Genehmigungs- undNaturschutzbehörden, Zertifizierer und Biologen entwickelt.Die Simulationsmodelle werden durch umfangreicheOffshore-Messkampagnen, die begleitendzur Errichtung von Windparks durchgeführt werden,validiert. Die erste Messkampagne wurde AnfangSeptember 2012 rund 90 Kilometer nordwestlich vonBorkum im Baufeld BARD Offshore 1 erfolgreich abgeschlossen.Messungen in zwei weiteren Windparkssind für 2013 und 2014 geplant. Das BMU fördertBORA mit insgesamt 5,6 Millionen Euro.Optimiertes Rotorblattdesign für leiseren BetriebUm Windenergie onshore weiter auszubauen, istRepowering – der Ersatz alter Anlagen durch neue,leistungsstärkere Anlagen – die wichtigste Methode,bestehende Standorte intensiver zu nutzen. Dabeiwird ein Augenmerk auch auf die Schallemissionender neuen Anlagen gerichtet. Möglichst leise Rotorblätterfördern sowohl die Akzeptanz in der Bevölkerungals auch die Wirtschaftlichkeit eines Windparks.Bei gleichem Schall wird dann mehr Leistungproduziert, ein Vorteil auch hinsichtlich der Betriebsgenehmigungenfür die Parks.Eine zentrale Geräuschquelle von Windenergieanlagensind die Hinterkanten der Rotorblätter. Die Ur ­sache dafür liegt in der Blatt-Grenzschicht, einer dünnenLuftschicht, die direkt am Rotorblatt anliegt. DerSchall entsteht durch eine Wechselwirkung von turbulentenDruckschwankungen in dieser Schicht mitder Hinterkante. In dem Projekt ActiQuiet untersuchtdas Institut für Aerodynamik und Gasdynamik (IAG)an der Universität Stuttgart mit Unterstützung derUniversität Tel Aviv, wie eine aktive Beeinflussungder Luftströmung an dieser Stelle den Geräuschpegelreduzieren kann.Im Gegensatz zu passiven Maßnahmen, zum Beispieldem Anbringen von Bürsten, können aktive Maßnahmenoptimal auf den jeweiligen Anströmzustand abgestimmtwerden. Das Vorhaben baut auf einemdurch das BMU geförderten Projekt auf, das bereitsin Simulationen und Versuchen bestätigt hat, dasssich gezieltes, flächiges Absaugen der Grenzschichtlärmmindernd auswirkt. In ActiQuiet sollen diese Ergebnissenun auf ein dreidimensional umströmtesRotorblatt übertragen und eine integrierbare Absaugkonfigurationmit möglichst geringem Leistungsbedarferarbeitet werden. Das BMU fördert das Projektmit rund 380.000 Euro. ■Offshore-Messkampagne während der Errichtung des Windparks BARD Offshore 1: Kleiner Blasenschleier SBC2 der Firma MENCK

INNOVATION DURCH FORSCHUNG 33PHOTOVOLTAIKEine von 1,3 Millionen Photovoltaikanlagen in Deutschland im Jahr 2012Die Zubauzahlen für Photovoltaik lagen in denletzten drei Jahren jeweils deutlich über 7 Gigawatt.Dies hat dazu geführt, dass seit Ende 2012rund 1,3 Millionen Anlagen an das deutsche Netzangeschlossen sind. In jüngster Zeit wurde dieEntwicklung von einem deutlichen Preisverfallgetrieben, der die Branche weltweit vor eineharte Bewährungsprobe stellt.Schwerpunkte der Forschungsförderungvor dem Hintergrund derMarkt- und Technologieentwicklung2012 wurden weltweit Photovoltaikanlagen mit einerGesamtleistung zwischen 30 und 35 Gigawatt installiert,davon allein 16 bis 20 Gigawatt in Europa. Derdeutsche Markt liegt mit mehr als 7,6 Gigawatt nochüber dem Rekordniveau von 2010 (7,4 Gigawatt) und2011 (7,5 Gigawatt). Ein Großteil der Anlagen wurdebis Ende Oktober installiert. Somit waren gegen Jahresende2012 in Deutschland rund 32,4 GigawattPhotovoltaik an das Stromnetz angeschlossen. Trotzdemhaben globale Produktionsüberkapazitäten zudrastisch fallenden Preisen von Solarmodulen geführt,die größtenteils ein Niveau unterhalb der Fertigungskostenerreichten. Die Konsequenz waren hoheVerluste bei nahezu allen Unternehmen weltweit undinfolgedessen Insolvenzen, Geschäftsaufgaben undÜbernahmen – auch in Deutschland.Auch für 2013 wird ein schwieriges Geschäftsumfelderwartet, da davon ausgegangen wird, dass der Weltmarktstagniert und die Überkapazitäten nur langsamabgebaut werden. Für die weitere Entwicklungder Photovoltaik stellen sich damit Aufgaben auf unterschiedlichenEbenen. Sämtliche Fertigungsschrittemüssen signifikante Kostenreduktionspotenziale erschließen.Die heutigen Fertigungskosten von rund0,80 Euro pro Watt auf Modulebene müssen auf unter0,60 Euro pro Watt gesenkt werden. Für die deutschenUnternehmen bedeutet das, qualitativ hochwertigeProdukte zu entwickeln, um so ihre Marktanteilewieder auszubauen. Die Basis sowohl für Kostensenkungenals auch für Produktverbesserungen sindweiterentwickelte, hocheffiziente Zell- und Modulkonzepteund die dazugehörigen Fertigungsanlagen.Angesichts niedriger Modulpreise geraten zudem dieSystemkosten stärker in den Fokus. Auch hier sinddeutliche Kostensenkungen notwendig, unter anderemdurch preiswertere, leistungsfähigere Wechselrichteroder Standardisierung bei der Montage. Wegender inzwischen teilweise hohen Netzdurchdringungder Photovoltaik sind Maßnahmen zum Leistungsausgleichauf dezentraler Ebene (Steigerung des

34INNOVATION DURCH FORSCHUNGQuelle: BMUAusgaben in Mio. Euro50403039,3 38,1 38,134,130,532,351,7201002006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Kristallines Silizium Dünnschichttechnologien System, SonstigesPhotovoltaik: Jährliche Projektfördermittel zwischen 2006 und 2012Eigenverbrauchs, Speicherung) zu entwickeln undumzusetzen, um einen sicheren Netzbetrieb zu gewährleisten.Die Geschäftsaufgaben von SCHOTT Solar zum kristallinenSilizium, Schüco/Malibu und Bosch Solar zurSiliziumdünnschichttechnologie sowie die Insolvenzenvon Q-Cells, Sovello (beide kristallines Silizium),Inventux (Siliziumdünnschichttechnologie) undSoltecture (CIGS) schränken die Breite der angewandtenForschung aktuell insgesamt deutlich ein, da sichdie Forschungsförderung auch an den Verwertungsmöglichkeitenzu orientieren hat. Doch auch wenndie schwierige wirtschaftliche Situation der Photovoltaikindustriedurch Forschungsförderung nicht wesentlichbeeinflusst werden kann, bleibt es eine zentraleAufgabe, dass die Unternehmen durch die hiermitermöglichten technologischen Weiterentwicklungenbei Produktinnovationen unterstützt werden.Dazu trägt ebenfalls die laufende BMU-Förderungder Innovationsallianz Photovoltaik als gemeinsameAktivität von BMU und Bundesforschungsministerium(BMBF) bei, die bereits jetzt erkennbare positiveEffekte aufweist. So wurden seit Start der Initiativeim Sommer 2010 laut einer Erhebung des BundesverbandsSolarwirtschaft e.V. (BSW-Solar) bis zum Herbst2012 bereits rund 260 Millionen Euro seitens der Industriezusätzlich für Innovationen aufgewendet.Der Deutsche Umweltpreis der Deutschen BundesstiftungUmwelt (DBU) für das Jahr 2012 honoriert ebenfallsdie langjährige Photovoltaik-Forschungsförderung.Die drei Preisträger haben mit ihren Unternehmenoder Instituten bereits an vielen verschiedenenvom BMU geförderten Projekten mitgearbeitet: GüntherCramer, Mitbegründer und Aufsichtsratschef derSMA Solar Technology AG, Dr. Andreas Bett, stellvertretenderLeiter des Fraunhofer-Instituts für SolareEnergiesysteme (ISE) und Hansjörg Lerchenmüller,Geschäftsführer der Soitec Solar GmbH, teilen sichQuelle: BMUMio. Euro80 74,37068,36050 43,4 41,639,739,84031,430201002006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Photovoltaik: Entwicklung des Neubewilligungsvolumens seit 2006

PHOTOVOLTAIK 35den mit 500.000 Euro höchstdotierten UmweltpreisEuropas.Bei den 2012 neu begonnenen Vorhaben wurde dieanwendungsnahe Forschung weiter verstärkt, umeine schnelle Umsetzbarkeit zu fördern. Zudem wurdeein Schwerpunkt bei der Weiterentwicklung etablierterTechnologien gesetzt. Das Hauptaugenmerkbei den geförderten Photovoltaik-Technologien liegtauf der Entwicklung von Zellen, Modulen und zugehörigenFertigungstechniken, die sich neben einersignifikanten Kostensenkung und Leistungssteigerungauch durch eine deutliche Qualitätssteigerungauszeichnen. Parallel wurden Forschungsvorhabendes Anlagenbaus gefördert, die Konzepte zur Realisierunginnovativer Prozesse, zur Verwendung neuerMaterialien und für eine effiziente Produktion um ­fassen. Die Thematik der Netzintegration wird größtenteilsim Förderschwerpunkt SystEEm (siehe Seite17 ff.) behandelt.Inhaltlich liegen die Schwerpunkte der BMU-Forschungsförderungweiter auf der Siliziumwafer-Technologie,den Dünnschichttechnologien auf Basis vonSilizium und CIGS-Verbindungshalbeitern (Materialaus Kupfer, Indium, Gallium und Selen), der Systemtechniksowie auf alternativen Solarzellenkonzeptenund neuen Forschungsansätzen, zum Beispiel derkonzentrierenden Photovoltaik. Die Solarzelle auskristallinem Silizium hält 2012 weiterhin den größtenMarktanteil der Solarzellentypen. Die Fertigungs ­kosten dieser Technologie haben sich seit 1976 von75 auf heute deutlich unter einem Euro pro Wattreduziert. Die Modulleistung soll in den nächstenJahren von heute 240 bis 250 Watt auf weit über300 Watt erhöht werden – mit weiteren Kostenreduktionen.Bei den Dünnschichttechnologien gibt es diegrößten Erfolge bei der Weiterentwicklung der CIGS-Zellen. Dort konnte eine kontinuierliche Steigerungdes Wirkungsgrads erreicht werden.Aufgrund der deutlich erhöhten Neubewilligungender letzten beiden Jahre wurde im Jahr 2012 im BereichPhotovoltaik ein Mittelabfluss von rund 51,7 Mil ­lionen Euro erreicht, der um 37 Prozent über demMittelwert der letzten vier Jahre liegt. Das Neubewilligungsvolumenlag 2012 mit 68,3 Millionen Eurorund 29 Millionen Euro über dem Niveau von 2010.In den Jahren 2011 und 2012 sind insbesondere dieZuwendungen für die Innovationsallianz Photovoltaikhervorzuheben. Mit Bezug auf diese Förderinitiativewurden in diesen beiden Haushaltsjahren vomBMU insgesamt zwölf Verbünde mit zusammen41 Millionen Euro bewilligt. Gegenüber dem Bezugsjahr2004 (17,8 Millionen Euro Neubewilligungsvolumen)wurde annähernd eine Vervierfachung desBudgets erreicht.Eröffnung der „BMU Wissenschaftstage Photovoltaik“ durchBundesumwelt minister Peter AltmaierDer hohe Stand der Forschung und Entwicklung wurdeanlässlich der „BMU Wissenschaftstage Photovoltaik“im November 2012 deutlich. Bei deren Eröffnunghob Bundesumweltminister Peter Altmaier diePhotovoltaik als eines der entscheidenden Elementezur Umsetzung der Energiewende hervor und erinnertean die großen Fortschritte der vergangenen15 Jahre. Rund 160 Wissenschaftler aus Industrie undForschung diskutierten bei den Wissenschaftstagenmit dem BMU über aktuelle technologische Ansätzeaus der Festkörperphysik bis zur Systemtechnik.Tenor war, dass sich die Photovoltaikforschung inDeutschland nach wie vor auf höchstem Niveau bewegtund so fortzuführen ist, dass die Innovations ­potenziale zur Erschließung neuer Märkte genutztwerden können.Auswahl geförderter ProjekteAn dieser Stelle werden einige vom BMU geförderteProjekte im Bereich Photovoltaik vorgestellt, dieeinen Einblick in die Umsetzung der zugrundeliegenden Forschungsbereiche aus der Förderbekanntmachunggeben. Leuchtturmprojekte aus diesemTechnologiebereich sind außerdem im Kapitel„Highlights“ zu finden (siehe Seiten 8/9).Innovationsallianz PhotovoltaikSolarstrom zu gleichen Kosten wie fossil erzeugter StromUnterstützt durch die Innovationsallianz Photovoltaikkonnte das baden-württembergische MaschinenbauunternehmenManz AG im Bereich der Dünnschicht ­photovoltaik im September 2012 mit einem Weltrekordaufwarten: 14,6 Prozent Wirkungsgrad für ein

36INNOVATION DURCH FORSCHUNGErfolgreich dank Forschung und EntwicklungDie Entwicklung und der Verkauf von integriertenProduktionslinien für die Photovoltaikindustrie, fürLithium-Ionen-Batterien und für Flachbildschirmesind die drei Standbeine der 1987 gegründetenManz AG in Reutlingen. Forschung und Entwicklungspielen in allen drei Bereichen eine wichtige Rolleund machen das Unternehmen erfolgreich. Der VorstandsvorsitzendeDieter Manz erläutert dies amBeispiel der Photovoltaik.Ihr Unternehmen bezeichnet sich selbstals Schrittmacher für Innovationenund Zukunftssicherheit. Worin äußertsich das?In unserem Unternehmen spielen Forschungund Entwicklung eine ganz zentraleRolle. Wir haben uns mit Absichtauf Zukunfts- und Wachstumsindustrienfokussiert. Das sind Bereiche, die in relativkurzen Zyklen immer wieder neueTechnologien hervorbringen. Da sich dieRandbedingungen in der Produktionschnell ändern, werden neue Produktionstechnologienbenötigt. Wir haben einen starken Engineering-Anteil, in Deutschland ist etwa die Hälfte unserer Mitarbeiterim Bereich Forschung und Entwicklung tätig.Das heißt, Sie nutzen den Standort auch im BereichPhotovoltaik, um Ihre Qualität zu verbessern?Nicht nur die Qualität, auch die Leistungsfähigkeitder Anlagen und Prozesse. Als Maschinenbauer habenwir zwei Dimensionen: Zum einen geht es beiuns um die Forschung und Entwicklung im Bereichdes Maschinenbaus, um die Produktivität der Anlagen.Seit der Kooperation mit Würth Solar und derÜbernahme der Innovationslinie in Schwäbisch Hall2010 ist für uns außerdem die zweite Dimension neudazugekommen, nämlich die Forschung und Entwick ­lung der Prozesstechnologie selbst. Das ist im Maschinenbaurelativ neu, früher war die Prozesstechnologiedas Know-how des Kunden. Ein Stück weit sindwir Vorreiter: Wir sind der einzige Maschinenbauer,der eine eigene Innovations- und Pilotlinie hat.Mit der sie auch einen Rekord erreicht haben.Genau. Wir haben Anfang September 2012 den Wirkungsgradweltrekordmit 14,6 Prozent für ein CIGS-Solarmodul gemeldet. Das ist mit Abstand der höchsteWirkungsgrad, der jemals für ein Dünnschichtmodulim Produktionsformat erreicht wurde. Wir habenheute schon das erreicht, was wir uns für 2014 vorgenommenhatten. Wir sind auch sehr stolz, dass wirals kleines Unternehmen gegenüber dem Weltmarktführerder Dünnschichttechnologie technologisch dieNase vorne haben. Bisher wurde der Rekord von FirstSolar gehalten. Das ist der intensiven Forschung undEntwicklung zu verdanken, dem vielen selbst investiertenGeld und der Forschungsförderung. Ich denke,ohne die Unterstützung, die wir auch speziellvom BMU erhalten, wäre es für uns als kleiner Maschinenbauerschwierig, so etwas überhaupt zu tun.Trägt das auch zur Wahl Ihres HauptstandortsDeutschland bei?Deutschland ist für uns mit Abstand der wichtigsteStandort für Forschung und Entwicklung und wirdSolarmodul auf Basis der CIGS-Dünnschichttechnologie.Das entspricht bereits dem Niveau von kristallinemSilizium. Neue Moduldesigns, schnellere Abscheideraten,modifizierte Verschaltung und andereVerbesserungen haben außerdem dazu beigetragen,dass die Herstellungskosten weiter gesenkt werdenkonnten. Durch die aktuellen Erfolge rechnet das Unternehmenmit Stromkosten von – je nach Standort –4 Cent (Spanien) und 8 Cent (Deutschland) pro Kilowattstundefür Solarmodule, die auf einer state-ofthe-art-Produktionsliniefür CIGS-Dünnschichtsolarmodulehergestellt werden. Somit liegt der Solarstromabsehbar auf einem ähnlichen Preisniveau wieStrom aus fossilen Kraftwerken. Durch das BMU geförderteProjekte haben zu diesem Erfolg beigetra­Vakuum-Durchlaufanlage zur Beschichtung von hocheffizientenCIGS-Schichten durch Ko-Verdampfung

PHOTOVOLTAIK 37auch der Hauptstandort des Unternehmens bleiben,weil wir die Nähe der deutschen Forschungseinrichtungenbrauchen, zum ZSW, zum Fraun ­hofer ISE und anderen. Wir brauchen auch denZugang zu den Hochschulen, wir brauchen dieguten Ingenieure und Wissenschaftler, die wir inDeutschland haben. Gleichzeitig liegt der Schwerpunktder deutschen Produktion auf neuen, hochwertigenMaschinen. Die Standardmaschinen werdenan anderen Standorten produziert, in derSlowakei, in Ungarn sowie in Taiwan und inChina.Sehen Sie für Ihr Geschäft eine gute Zukunftim Bereich Photovoltaik?Da glauben wir fest dran, sonst hieße es aufgeben.Derzeit sind wir in einer unheimlich schwierigenMarktsituation für die Photovoltaik. Seit ungefähreinem Jahr wird praktisch nichts mehr investiert,weil in China eine Überkapazität vorhanden ist.Das wird noch mal ein halbes Jahr, vielleicht auchein ganzes Jahr anhalten – und dann wird es sichwieder lösen. Ich persönlich bin mehr als überzeugt,dass die Photovoltaik eine riesengroße Zukunfthat. Es wurden Fortschritte in den BereichenEffizienz und Kosten erzielt. Vor zehn Jahren hättenwir nicht geglaubt, dass das so schnell möglichist. ■Dieter Manz ist Vorstandsvorsitzender der Manz AGin Reutlingengen, speziell das innerhalb der Innovationsal lianzrealisierte Projekt CIGSfab – gleichzeitig der Nameder Produktionslinie, die Manz auf dem Weltmarktanbietet. In dem Verbundprojekt der Manz CIGSTechnology GmbH, der Manz Coating GmbH, derManz AG und des Zentrums für Sonnenenergie- undWasserstoff-Forschung Baden Württemberg (ZSW)liegen die Schwerpunkte auf den Abscheidungsverfahrender CIGS-Absorber- und der Pufferschichtensowie auf den Strukturierungsprozessen für eineintegrierte Serienverschaltung mittels Laser. DerProjektpartner ZSW konnte im Labor auf einer Zellevon 0,5 Quadratzentimetern bereits einen Wirkungsgradvon 20,3 Prozent erreichen – ebenfalls deraktuelle Weltrekord für diese Bedingungen. DasGesamtprojekt CIGSfab wird mit rund 6 MillionenEuro gefördert.Dreiphasiger, transformatorloser Wechselrichter mit einer Leistungvon 6 Kilowatt zur Netzkopplung von PhotovoltaikanlagenOptimale Wirtschaftlichkeit für kleine WechselrichterDurch die stetige Reduktion der Einspeisevergütungwird das Segment der kleinen, privaten Photovoltaikanlagenim Vergleich zu großen Photovoltaik-Kraftwerkenin Zukunft an Attraktivität zunehmen. Innovationenfür Netzwechselrichter konzentrierten sichjedoch in den vergangenen Jahren auf Anlagen, dieeine Leistung von mindestens 5 Kilowatt aufweisen.In dem Projekt INET-PV widmen sich die Steca ElektronikGmbH als Koordinator in Zusammenarbeit mitdem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme(ISE) und der Hochschule Kempten nun der Weiterentwicklungder Wechselrichter-Leistungsklasse bis6 Kilowatt, um die Technologieführerschaft in diesemSegment zu erreichen. In dem Projekt soll eindreiphasiger Wechselrichter entwickelt werden, derauf einem innovativen Schaltungsprinzip mit mehrerengekoppelten Wechselschaltern basiert und so einWirkungsgrad von 99 Prozent erreicht werden kann.Gleichzeitig sollen durch diese neuartige Topologiedie Kosten erheblich reduziert und die Lebensdauerverlängert werden.Für die Zukunft werden außerdem Systemkonzeptefür Wechselrichter benötigt, die sowohl den Eigenstrombedarfsicherstellen als auch in das öffentlicheNetz einspeisen können. Für diese Mischkonzepte isteine effiziente und flexible Nutzung von Batteriespeichernnotwendig, unterstützt durch den Wechselrichter.Das Projekt legt die Grundlage für einen Multifunktions-Inselwechselrichter,indem die dafür geeignetenSystemlösungen untersucht werden. Das BMUfördert INET-PV innerhalb der InnovationsallianzPhotovoltaik mit rund 2,2 Millionen Euro.

38INNOVATION DURCH FORSCHUNGSiliziumwafer-TechnologiePVTEC-Labor des Fraunhofer ISE: Hochmoderne industrielle Rohrofenanlagefür n-Typ-SolarzellenIndustrienahe Fertigungsverfahren für hocheffizienten-Typ-SolarzellenMit der integrierten Entwicklung von Materialien,Prozesstechnologien und Solarzellenstrukturen verfolgtdas Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme(ISE) im Projekt THESSO einen praxisorientiertenAnsatz zur Erhöhung des Wirkungsgrads industriellproduzierbarer Solarzellen auf bis zu 21,5 Prozent fürZellen aus monokristallinem und bis zu 19,5 Prozentfür multikristallines Silizium. Der heutige Industriestandardbasiert auf p-Typ-Siliziummaterial. Da gegenwärtiginsbesondere Solarzellen auf n-dotiertenSubstraten die höchsten Wirkungsgrade erreichen,liegen diese im Fokus des Projekts. Bis heute hat sichkeine dominante Prozesskette für n-Typ-Solarzellenim Weltmarkt etabliert. Für eine breite Massenfertigungsollen daher die Technologien innerhalb desKunstwerk kristallines SolarmodulZell- und Modulkonzepte der kristallinen Siliziumwafer-Technologiesind sehr unterschiedlich und insich komplex. Auch wenn der Grundaufbau ähnlicherscheint, gibt es viele verschiedene Prozessschritteund somit viele Ansätze für Innovationen.Aktuell sind neue, kosteneffiziente Konzepte, diesich auf den vorhandenen Maschinen umsetzenlassen, aufgrund der schwierigen Wirtschaftslagevon großem Interesse. Da die einzelnen technologischenSchritte voneinander abhängig sind, muss beijedem neuen Entwicklungsschritt der vollständigeHerstellungsprozess bedacht werden. Die Zellen müssenam Ende innerhalb der Module zusammengeschaltetwerden. Dabei dürfen weder der Zuwachs anWirkungsgrad noch die Lebensdauer der Module reduziertwerden. Das Verbundprojekt SONNE unterKoordinierung der SolarWorld Innovations GmbH behandeltaus dieser Überlegung heraus einen umfassendenAnsatz an Zell- und Moduldesign, Materialienund Produktionsprozessen. Unter anderem ist es hierbislang gelungen, einen berührungslosen Feinliniendruckmit Silberpaste zu entwickeln, der in einerPilotserie zu aufgedruckten Kontakten in einer Breitevon 40 Mikrometern führt. 30 Mikrometer sollennoch ermöglicht werden. In der internationalenRoadmap für Halbleiter (IRTS) waren 40 Mikrometererst für 2017 vorgesehen. Ein weiterer erfolgreicherAnsatz des Projekts besteht in der Verwendung halberZellen innerhalb der Module, durch deren Verschaltungdie Modulleistung aufgrund geringererWiderstandsverluste gesteigert werden kann. Ein Plusvon rund 6 Watt wurde bereits experimentell bestätigt.Für die Produktion entwickelten die Partner einenautomatischen Zellteilungsprozess. Jeder einzelneAspekt für sich bringt die Technologie weiter, solangedas Gesamtkonzept nicht außer Acht gelassen wird.Auch die Rekorde der Projekte TopShot und HighScreen(siehe Seiten 39/40) sind gute Beispiele dafür.Viele der in der Photovoltaik benötigten Herstellungs ­prozesse erinnern an ein Chemielabor. Die Zellenwerden in Tauchbäder gesetzt, gereinigt, Schichtenwerden aufgetragen und nach zwischengeschaltetenProzessen wieder abgeätzt. Sie werden bestrahlt, erhitzt,in einem Vakuum mit Stoffen versetzt. Sie werdengelasert, bedruckt und gelötet. Aus den Behandlungenergeben sich teils Vorgänge im Innern desMaterials auf atomarer Ebene. Die einzelnen Prozessschrittekönnen sich ergänzen, aber auch behindern.Emitter zum Beispiel sind für die Funktion der Zelleessenziell notwendige Schichten, in denen der Siliziumwaferdurch Atome eines anderen Elements ersetztwird. Durch die Schichtgrenze werden diedurch Sonnenlicht entstandenen, freien positivenund negativen Ladungsträger daran gehindert, sichwieder aneinander zu binden. Allerdings gelangendurch den Prozess auch Verunreinigungen in dasSilizium. Mit neuen Prozessen wird versucht, diese sogering wie möglich zu halten.Diese Konzepte sind nur Beispiele aus einem großenPool von Ideen zum Zellaufbau, zu Materialien undProzessen. Die Anstrengungen der vergangenen Jahre,unter anderem mit Hilfe der Forschungsförderungdes Bundes, bilden eine solide Grundlage für die notwendigenNeuerungen.

PHOTOVOLTAIK 39Fertigungsprozesses neu entwickelt beziehungsweiseangepasst und der gesamte Aufbau der Solarzellenüberarbeitet werden. Auch das zugrunde liegendemono- und multikristalline Siliziummaterial und dessenHerstellung im Kristallzüchtungsprozess werdenoptimiert. Im Fokus steht dabei die Beeinflussung desBasiswiderstands durch eine homogene Dotierungüber die Blockhöhe bei hoher Materialqualität. Zielbei allen Arbeiten ist ein hoher Wirkungsgrad beigleichzeitig schlankem Fertigungsprozess.Die entwickelten Solarzellenprozesse werden aufPilotniveau am Photovoltaik Technologie Evaluations ­center PV-TEC, einem mit Fördermitteln des BMU eingerichtetenGroßlabor mit modernsten Prozess- undCharakterisierungsgeräten, entwickelt und demonstriert.Das Projekt THESSO wird vom BMU mit rund6,6 Millionen Euro gefördert.Rekordwerte für optimierte und neueSolarzell konzepteDas deutsche Know-how in der Photovoltaik zeigtsich unter anderem in regelmäßigen neuen Wirkungsgradrekorden.Auch das Institut für SolarenergieforschungHameln (ISFH) hat 2012 in zwei vomBMU geförderten Projekten neue Rekorde veröffentlicht.So erreichte das ISFH innerhalb des VerbundprojektsTopShot in Zusammenarbeit mit dem Institutfür Silizium-Photovoltaik am Helmholtz-ZentrumBerlin (HZB) unter Laborbedingungen einen Wirkungsgradvon 20,2 Prozent für eine rückkontaktierteHeteroübergang-Solarzelle – der zurzeit höchste,von einem unabhängigen Institut bestätigte Wirkungsgraddieser Solarzellenart. Die Zelle vereintzwei erfolgversprechende Konzepte: Rückkontaktevermeiden Verschattungen auf der Vorderseite einerSolarzelle. Die Heterokontakttechnologie verbindetzudem zwei Halbleitermaterialien, nämlich kristalli­bis zirka 2000Wirkungsgrad: 12 ProzentAg-MetallisierungTiO 2Emitter2010Wirkungsgrad: 16 Prozentverbesserte Vorderseitenpassivierung, Strukturierung für optimierten Lichteintrag (gelbe gewinkelte Schicht)Ag-MetallisierungSiNxSiSiAlAlAgTiO 2EmitterSiAlSilber, elektrischer Frontkontakt der SolarzelleTitanoxid, dient der Passivierung, verhindert Rekombinationpositiver und negativer LadungsträgerBereich anderer Dotierung zur LadungstrennungSilizium, Ausgangsmaterial der SolarzelleAluminium, elektrischer Rückkontakt der SolarzelleSiNxSiAlSiliziumnitrid, dient der PassivierungSilizium, Ausgangsmaterial der SolarzelleAluminium, elektrischer Rückkontakt der Solarzelle2012PERC — Wirkungsgrad: 18 Prozent2015MWT — Wirkungsgrad: 20 Prozentoptimierte Kontakteselektive EmitterSi Si SiSiPassi- vierunglokale KontaktePERC (Passivated Emitter and Rear Cell): Sowohl der Emitterauf der Vorderseite als auch die Rückseite sind passiviert.Front-, RückkontaktierungMWT (Metal Wrap Through): Die Frontkontakte liegen auf derRückseite der Solarzelle, so dass Abschattungsverluste reduziertwerden und eine einseitige Verschaltung erfolgen kann.

40PHOTOVOLTAIKder Fingerbreite und durch den Einsatz eines selektivenEmitters weiter erhöht werden. Hierfür werdenverschiedene industrie taugliche Prozessvariantenevaluiert. HighScreen wird mit rund 710.000 Euro gefördert.DünnschichttechnologieWirkungsgradrekord: 20,1-Prozent-Siebdrucksolarzelle aus dem ISFHnes und amorphes Silizium, für eine bessere Nutzungder Solarstrahlung. Die Kombination könnte zu Wirkungsgradenbis 25 Prozent führen. Ziel des Projektslag zum einen in der Erhöhung des Wirkungsgradsdurch optimierte Zellkonzepte. Zudem wurden produktionsrelevanteStrukturierungs- und Prozesstechnikenfür die Herstellung großflächiger Heteroübergang-Solarzellenentwickelt. Das mittlerweile abgeschlosseneProjekt wurde vom BMU mit rund 970.000Euro gefördert.In dem Projekt HighScreen konnte das ISFH zusammenmit verschiedenen Industriepartnern einen Wirkungsgradvon 20,1 Prozent für Siliziumwafer-Solarzellenerlangen, welche in dem üblichen Siebdruckverfahrenund größtenteils industrietypischen Prozesssequenzenhergestellt werden konnten. Üblichsind zurzeit Wirkungsgrade von 18,5 Prozent. Zumeinen wurde der Rekord durch eine Rückseitenpassivierung,bestehend aus einer Doppelschicht aus Aluminiumoxidund Siliziumnitrit, erreicht. Dabei wurdedas Aluminiumoxid mit einer neuartigen, von ISFHund der Singulus Technologies AG entwickelten Abscheidemethodemit der Bezeichnung InductivelyCoupled Plasma aufgetragen. Zum anderen wurdedie Vorder seite mittels Doppelsiebdruck metallisiert,um eine geringe Abschattung durch besondersschmale Kontaktfinger zu erreichen. Zukünftig sollder Wirkungsgrad durch eine weitere ReduzierungBesserer Lichteinfang und optimierte SchichtzuständeDünnschichtsolarzellen auf Basis von Silizium bieteneine hohe Materialverfügbarkeit und eine erprobteAnlagentechnik. Wegen ihres geringeren Wirkungsgradsund längerer Produktionstaktzeiten sind siederzeit aber nur in Nischen marktfähig. Für reinamorphe Siliziumzellen werden in der Produktionderzeit 6,5 Prozent Wirkungsgrad erreicht, mit Tandemzellenaus amorphem und kristallinem Siliziumsind es 8,5 Prozent. Entwicklungsziel für die nächstenzwei Jahre ist es, durch optimierte Modulkonzepteden Wirkungsgrad stabil über 10 Prozent zu bringen.Über 11 Prozent hinaus gehende Wirkungsgrademachen ein Redesign der Zelle notwendig.Unter anderem kann die Verbesserung der Schichteigenschaftenzu einem höheren Wirkungsgrad beitragen,was durch eine nachträgliche Temperaturbehandlung(Tempern) der Schichten, die im Anschlussan die Deposition auf dem Glassubstrat stattfindet,erreicht werden kann. Es wurde bereits beobachtet,dass es nach dem Tempern zu einer schwächerenlichtinduzierten Degradation von amorphen Siliziumschichtenkommt. In dem Projekt Globe-Si unter Koordinationdes Helmholtz Zentrums Berlin (HZB) werdenLasertools für eine großflächige Temperaturbehandlungvon Siliziumschichten entwickelt, die indie industrielle Fertigung integriert werden sollen.Weitere Projektpartner sind das ForschungszentrumJülich (FZJ), das Institut für Photonische TechnologienJena, die TU Berlin, die Universität Bielefeld sowie dieUnternehmen Coherent Deutschland GmbH und dieLIMO Lissotschenko Mikrooptik GmbH. Primär sollenamorphe sowie Tandemzellen aus amorphem undkristallinem Silizium durch die entwickelten Lasertoolsoptimiert werden. Die Arbeiten sollen auch zueinem Fortschritt bei der Entwicklung von polykristallinenSilizium-Dünnschichtzellen führen. Diese besitzenunter anderem wegen einer deutlich höherenLadungsträgerbeweglichkeit ein Potenzial, das durchdie bisherigen Herstellungsprozesse nicht ausgeschöpftwird. Globe-Si wird mit rund 2,8 MillionenEuro gefördert. ■

INNOVATION DURCH FORSCHUNG 41GEOTHERMIEIm Bereich der Nutzung tiefer Geothermie für dieErzeugung von Strom wurden in den vergangenenJahren deutliche wissenschaftlich-technische Fortschritteerzielt. Dennoch befindet sich die Geothermienoch nicht in einem Stadium, in dem dieseTechnologie zuverlässig in wirtschaftlichen Maß ­stäben genutzt werden kann. Angesichts des erheblichenPotenzials und des erwarteten Beitragsder Geothermie zu einem künftig auf erneuer ­baren Energien basierenden Energiesystem unterstütztdas BMU entsprechende Forschungsprojekte.Schwerpunkte der Forschungsförderungvor dem Hintergrund derMarkt- und TechnologieentwicklungBei der Geothermie handelt es sich um eine Energiequelle,die im Gegensatz zu der nur fluktuierendStrom produzierenden Wind- und Sonnenenergiekontinuierlich zur Verfügung steht. Neben der direktenthermischen Nutzung, beispielsweise in Nahwärmenetzen,bietet sich die Geothermie auch für dieStromproduktion an und kann deshalb in einem regenerativenEnergiemix der Zukunft eine wichtigeRolle spielen. Insgesamt hat geothermische Energienutzungein Potenzial, mit dem sich der EnergiebedarfDeutschlands theoretisch um ein Vielfaches deckenließe. Um dieses zu erschließen, wurden bereitserhebliche Anstrengungen unternommen – von derAuffindung und Erschließung besonders geeigneterRegionen, der Entwicklung von Bohrtechnologien bishin zum Anlagenbau, um die gewonnene Erdwärmein Strom umzuwandeln.Geothermiekraftwerk LandauIn Deutschland gibt es drei Regionen, die für die geothermischeNutzung besonders geeignet sind – dasnorddeutsche Becken im nördlichen Drittel Deutschlands,der Oberrheingraben im Südwesten und dasMolassebecken im Süden. 2012 konnten in diesenRegionen zwei Standorte für die Stromgewinnungerschlossen werden: Sauerlach (Bayern) und Insheim(Rheinland-Pfalz) kamen zu den bestehenden Stand-Quelle: BMUAusgaben in Mio. Euro211815 14,0 14,41296307,413,810,011,620,92006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Prospektion und Exploration Warmwasser- und Dampflagerstätten Hot Dry Rock SonstigesGeothermie: Jährliche Projektfördermittel zwischen 2006 und 2012

42GEOTHERMIEQuelle: BMUMio. Euro25 24,123,7 21,4201516,414,915,110508,12006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Geothermie: Entwicklung des Neubewilligungsvolumens seit 2006orten Landau (Rheinland-Pfalz, 2007), Unter haching(Bayern, 2008/2009) und Bruchsal (Baden-Würt ­temberg, 2009) hinzu. Drei weitere Geothermieprojektezur Stromgewinnung sind im Bau: Kirchstockach,Kirchweidach (beide in Bayern) sowie Oberhaching(ebenfalls Bayern, Strom nur als Nebennutzung).Nach Angaben des Bundesverbands Geothermiee.V. (GtV) waren im Oktober 2012 deutschlandweit20 geothermisch versorgte Heizkraftwerke inBetrieb, die über Fernwärmenetze Haushalte, Un ­ternehmen und öffentliche Gebäude mit Wärme ­energie versorgen.Die aktuell laufenden Forschungsprojekte des BMUumfassen alle Stufen der geothermischen Wertschöpfung.Ihr Ziel liegt vor allem darin, die Kosten für dieProjekte weiter zu senken, um die Geothermie in denBereich der Wirtschaftlichkeit zu führen. Dazu trägtTechnologieentwicklung in allen Projektphasen bei:in der Planungs- und Explorationsphase, in der Bohr-,der Errichtungs- und in der Bauphase sowie in derTest- und Betriebsphase. Der Hauptteil der Investitionskostenwird derzeit durch die Bohrungen verursacht.Diese müssen kostengünstiger und schnellerwerden. Aber auch der Betrieb fertig gestellter An ­lagen muss effizient, wartungsarm und zuverlässigfunktionieren. Außerdem zählen neben der technischenWeiterentwicklung in der Geothermie die Konzeptefür eine verbesserte Öffentlichkeitsarbeit inzwischenzum selbstverständlichen Bestandteil erfolgreicherForschungsvorhaben. Nicht zuletzt müssen zudemGrundlagen geschaffen werden, die Geothermieauch in weniger günstigen Regionen einsetzbar zumachen.Der Mittelabfluss für im Jahr 2012 laufende Projekteim Bereich der tiefen Geothermie stieg aufgrund derdeutlich gestiegenen Neubewilligungen der vergangenenbeiden Jahre von rund 11,6 Millionen Euro imVorjahr auf 20,8 Millionen Euro an. 37 neue Vorhabenmit einem Volumen von 21,4 Millionen Eurowurden 2012 zur Bewilligung gebracht. Damit konntedas Bewilligungsvolumen des Vorjahres wieder erreichtund die erfolgreiche Forschung im Bereich dertiefen Geothermie verstetigt werden. Gegenüber2004 hat sich die Summe der Neubewilligungen imDurchschnitt verdoppelt.Auswahl geförderter ProjekteAn dieser Stelle werden einige vom BMU geförderteProjekte im Bereich der tiefen Geothermie vorgestellt.Ein weiteres Leuchtturmprojekt aus diesemTechnologiebereich ist außerdem im Kapitel „Highlights“zu finden (siehe Seiten 9/10).VorerkundungsverfahrenVerbesserte Erfolgswahrscheinlichkeit durchfundierte RisikoanalyseIm Vorfeld einer geothermischen Bohrung wirdzunächst das Potenzial des Untergrunds am geplantenStandort ermittelt. Hierzu werden vorhandeneDaten recherchiert und neue geophysikalische Datenzum Beispiel anhand von 2D- oder 3D-seismischenMessungen erhoben. Anschließend folgt eine Erkundungsbohrung,die im optimalen Fall als Förder- oderInjektionsbohrung ausgebaut werden kann. Bereitsdie Erkundungsbohrungen in einigen KilometernTiefe bedeuten Investitionskosten von mehrerenMillionen Euro. Falsche Potenzialschätzungen imVorfeld sind deshalb gleichbedeutend mit einemhohen Verlust. Dementsprechend muss das Fündigkeitsrisikofür die wirtschaftliche Nutzung der Geothermieminimiert werden. Um die Abschätzung zuoptimieren, führen die Projektpartner RWTH Aachenals Koordinator, Freie Universität Berlin, Christian­Albrechts-Universität zu Kiel, TU BergakademieFreiberg, Geophysica Beratungsgesellschaft mbHund Friedrich-Schiller-Universität Jena im ProjektMeProRisk II eine Machbarkeitsstudie an drei ausgewähltenGeothermiestandorten durch. Die hier zu

INNOVATION DURCH FORSCHUNG 43testenden Methoden für eine verlässliche Potenzialschätzungwurden in einem durch das BMBF gefördertenVorgängerprojekt erarbeitet. UnterschiedlicheDaten aus bestehen den Bohrungen, seismischen Messungen,hydraulischen Pumpversuchen und Labormessungenan Gesteinsproben wurden genutzt, umsie nach und nach in Wahrscheinlichkeitsberechnungenüber Fließvorgänge innerhalb eines Reservoirseinzubeziehen. Hierdurch wurden die Unsicherheitenhinsichtlich Temperatur und Fließraten quantifizierbar.Die entstehende Fehlerangabe ergänzt diePotenzialschätzung, so dass eine fundierte Risikoanalyseerstellt werden kann. Aktuell befindet sich keindeutsches Geothermieprojekt in einer für das Forschungsvorhabengeeigneten Phase. Daher wird dasVerfahren zunächst an zwei Projekten in Italien undeinem in Australien getestet. Zwei deutsche Standortekönnen zu einem späteren Zeitpunkt hinzugezogenwerden. Das BMU fördert die Studie mit rund3,1 Millionen Euro.Flächendeckende Potenzialkarten fürNorddeutschlandDas geothermische Potenzial Norddeutschlands liegtin Tiefen zwischen 1.000 und 3.000 Metern. Dort zirkulierenThermalwässer mit Temperaturen zwischen40 und 120 Grad Celsius in Sandsteinreservoiren.Welche Potenziale darin an welcher Stelle zu findensind, ist bisher nicht hinreichend ermittelt worden.Statt flächenhafter Daten zur räumlichen Verteilungder Reservoire sind bis heute nur punktuell Datenvorhanden, weswegen jede Bohrung mit einem Erkundungsrisikoeinhergeht, das nun durch das VorhabenSandsteinfazies minimiert werden soll. DieProjektpartner Geothermie Neubrandenburg GmbH(GTN, Koordinator) und das Institut für Geologie ander TU Bergakademie Freiberg erstellen ein detailliertesKartenwerk, in dem die Verbreitung, Ausbildungund die hydraulischen Eigenschaften dieser Sandsteinaquiferebewertet und dargestellt werden. Diemögliche Produktivität und daraus resultierendeFörderraten thermaler Wässer zu Wärme- oderStromer zeugung soll aus diesen Daten abgeschätztwerden können.Im Blick der Projektpartner liegen die geothermischenHauptreservoire, die sich durch Schichtdickenüber 20 Meter und geeignete hydraulische Parameterauszeichnen: Sandsteine des Dogger, des Rhät-Liasund des Schilfsandsteins. Deren räumliche Verbreitung,enthaltene Ablagerungen sowie Wasserdurchlässigkeitvariieren erheblich. Zur Bestimmung derParameter bearbeiten und bewerten die Projektpartnerrund 40 Kernbohrungen neu, die in den geologischenLandesämtern archiviert sind. Das Raster ausKernbohrungen wird durch ungefähr 800 geophysikalischvermessene Bohrungen verdichtet, wodurchdie räumlich hochaufgelöste Darstellung der geothermischenHauptreservoire ermöglicht wird. Vielfältigemanuelle Untersuchungen, etwa die Bestimmung derGesteinsporosität anhand von Dünnschliffen, werdendurch experimentell im Labor ermittelte Daten sowieeine bereits bei GTN vorhandene Datenbank unterlegt.Im Anschluss der detaillierten Untersuchungensollen die Daten vereinfacht auch in das bestehendeKartenwerk des GeotIS-Projekts integriert werden.Das BMU fördert das Projekt mit rund 590.000 Euro.AnlagenbetriebAussagen zu Langzeitverhalten von Reservoiren durchtemperaturempfindliche TracerUm Geothermalreservoire zu erkunden, werden unteranderem Tracer eingesetzt, also Substanzen, mitdenen das Wasser vor der Injektion in Geothermal ­reservoire versetzt und somit markiert wird. Aus derForm der Tracerkonzentrationskurve des gefördertenThermalwassers lassen sich Erkenntnisse über Fließgeschwindigkeiten,bestehende Klüfte oder Porositätdes Gesteins gewinnen. Das GeowissenschaftlicheZentrum der Universität Göttingen sieht darüberhinaus ein weitaus höheres Potenzial in Tracern,welches im Projekt REAKTHERM erschlossen werdensoll. Geplant ist, die Strukturen verschiedener organischerVerbindungsklassen zu identifizieren, die aufTemperaturänderungen reagieren und sie nach Temperaturbereichund Reaktionsart in einer Datenbankzu strukturieren. Parallel dazu wird in einem Labor-Geothermiekraftwerk Unterhaching: Plattenwärmetauscher (rechtsoben) und Turbine zur Stromerzeugung (unten, gelbgrün)

44GEOTHERMIEexperiment das beschreibende physikalisch-chemi ­sche Modell verifiziert.Aus den Daten sollen neue Moleküle gezielt synthe ­tisiert werden. Mit Hilfe einer Software sollen die inder Datenbank gesammelten geothermisch relevantenTracer für maßgeschneiderte Experimente vorgeschlagenwerden. Damit sollen erstmalig Temperaturverteilungund hydraulische Wegsamkeiten in Zusammenhanggesetzt werden, was eine exakte Prognoseüber die Abkühlung von Geothermalreservoirenwährend des Kraftwerkbetriebs ermöglicht, wodurchwiederum wichtige Aussagen über die Wirtschaftlichkeitder Anlage im Langzeitbetrieb getroffen werdenkönnen. Bisher sind in Geothermieprojektenlediglich kommerziell erhältliche Tracer ein gesetztworden. Durch die gezielte Entwicklung neuer Tracerund Evaluation geeigneter Molekülstrukturen werdensich deutlich präzisere Untersuchungsmethodenergeben. Das BMU fördert das Projekt mit rund670.000 Euro.Sicherer Betrieb im bayerischen MolassebeckenUm eine Anlage für einen möglichst langen undwirtschaftlichen Betrieb auslegen zu können, werdenneben Kenntnissen über das Abkühlverhalten desThermalwassers auch Kenntnisse über dessen genaueZusammensetzung benötigt. Diese Daten werden bislangnicht hinreichend genau erfasst, was unnötighohe Kosten bei der Auslegung und Instandhaltungverursacht und zu Ausfällen und sogar zu einer verkürztenLebenszeit der Anlage führen kann. UnterKoordination der Stadtwerke München, zusammenmit dem Institut für Wasserchemie der TU Münchenund der Erdwerk GmbH, finden Projektarbeiten zurMinimierung von Risiken bei Planung und Betriebtiefengeothermischer Anlagen im bayerischen Molassebeckenstatt. Die Entwicklungsarbeiten teilensich auf vier Felder auf: angepasste Materialien, angepassteFilter, Messmethoden für Zustandsänderungenin Bohrloch und Reservoir, Bestimmung des inder An lage entstehenden Drucks. Wegen Unsicherheitenbei der Bestimmung des Drucks werden zumBeispiel zurzeit kostenintensive Sicherheitszuschlägevon 100 Prozent auf den berechneten Wert aufgerechnet.Deshalb soll ein Verfahren ermittelt werden,mit der eine kontinuierliche quantitative Gasanalysewährend des Betriebs ermöglicht wird.Das Augenmerk der Projektpartner liegt auf demGeothermieheizkraftwerk Sauerlach, dem zweitenGeothermieprojekt der Münchner Stadtwerke. Miteinem vergleichsweise hohen Gasgehalt sowie einerhohen Sulfidkonzentration im Wasser und in derDeutsche Geothermie gut aufgestellt für Wärmeversorgung und ExportAls Ingenieurbüro hat die GeothermieNeubrandenburg GmbH (GTN) seit 20Jahren Erfahrung mit Geothermieprojekten.Mitarbeiter des Unternehmenswaren bereits 1982 mit der Planungund Ausführung der ältesten geothermischenWärmeversorgungsanlageDeutschlands in Waren-Papenbergbeauftragt. Ebenfalls trug GTN zurAufrüstung des Heizwerks in Neustadt-Glewebei, das 2003 als erstesdeutsches Kraftwerk Strom ausGeo ther mie produzierte. GTN- GeschäftsführerDr. Peter Seibt schätzt für den Jahresbericht diezukünftigen Möglichkeiten der tiefen Geothermiein Deutschland ein.Wie stellt sich für Sie die aktuelle Situation dertiefen Geothermie in Deutschland zurzeit dar?Die Geothermie verfügt über ein interessantes Potenzialmit großen Chancen, vor allem für die tiefe Geothermiein der Wärmeversorgung. Hier sehen wirauch von den Temperaturen her in Deutschland einenMarkt, der mit den bekannten Technologien erschlossenwerden kann und sicherlich ausgebautwird. Für die Stromerzeugung sollten momentan Anlagender Kraft-Wärme-Kopplung der Vorrang gegebenwerden. Dabei leistet die Wärme einen erheblichenBeitrag zur Wirtschaftlichkeit.Und die reine Stromversorgung durch Geo thermie?Für die Stromproduktion besteht noch großer Forschungsbedarf,denn wenn man hohe Strombeiträgeerreichen möchte, muss man die petrothermale Geothermie,das heißt die in den Gesteinen gespeicherteEnergie, nutzen. Petrothermale Systeme werden bishernoch nicht kommerziell verwendet. Es gibt einigeForschungsansätze, aber es muss noch der Nachweiserbracht werden, dass sie funktionieren. Und dieserNachweis wird einige hundert Millionen Euro kosten.Investoren werden erst danach in großem Umfangtätig – wenn sie sich davon überzeugen können, dasssich das Ganze rechnet.Ähnlich verhält es sich ja auch mit Investoren ausdem Ausland, die bereits deutsche Technologie zuhydrothermalen Lagerstätten einkaufen.Wir können nur exportieren, wenn wir die Technologiezuhause demonstriert haben. Deutsches Knowhowist sehr gefragt. In Chile, in Serbien, in Ungarn,

INNOVATION DURCH FORSCHUNG 45Geothermieheizkraftwerk Sauerlach im bayerischen MolassebeckenGasphase, einer teils deutlichen Konzentration vonKohlenwasserstoffen und hohen Temperaturen (bis142 Grad Celsius) bestehen innerhalb des bayerischenMolasse beckens in Sauerlach besonders herausforderndeBedingungen. Das BMU fördert das Projektmit rund 770.000 Euro. ■überall wird gefragt: Gibt es die Anlagen? Wenn wirInteressenten aus dem Ausland mit funktionierendenAnlagen überzeugen können, sind wir im Markt. Dasist ein wichtiger Aspekt zur Situation der Geothermie.Denn auch wenn sie in Deutschland selbst nichtdie Verbreitung erreicht, die wir uns wünschen, handeltes sich um eine ganz wichtige Exporttechnologie.Die schwierigen Bedingungen in Deutschland helfennoch dabei. Auf einer Konferenz in Serbien habe ichgesagt, was bei uns läuft, das läuft hier erst recht!Gibt es derzeit eine Aufbauphase für die Geo ­thermie in Deutschland?Ich sehe das schon. Bei GTN waren wir ursprünglichzehn Leute, die sich mit Geothermie beschäftigt haben,jetzt sind wir 21 und befassen uns zu 99 Prozentmit Geothermie. Der Markt hat sich entwickelt, mansieht es an der Zahl der Projekte.Gibt es einen regionalen Schwerpunkt für neueProjekte? Generell eignen sich ja der Oberrheingraben,das Molassebecken und das NorddeutscheBecken für hydrothermale Geothermieprojekte.Eindeutig das Molassebecken in Süddeutschland.Wenn man die drei Gebiete charakterisiert, erhältman folgende Merkmale: Im Norddeutschen Beckenexistiert das geringste Erkundungsrisiko. Dort sindjedoch die Fördermengen gering, begrenzt bei 100bis 200 Kubikmeter pro Stunde. Im Molassebecken istdas Erkundungsrisiko etwas höher. Die Bohrungendort müssen versichert werden. Dafür hat man abereine 3- bis 4-fache Fördermenge bei gleichem Temperaturgradienten.Das ist natürlich effizient. DerOberrheingraben hat den großen Vorteil, dass er einenhöheren geothermischen Temperaturgradientenhat, man also mit einer Bohrung schneller an hoheTemperaturen gelangt. Hier ist jedoch ein höheresgeologisches Erkundungsrisiko vorhanden. Hinzukommen die Fragen im Zusammenhang mit induzierterSeismik und Akzeptanz. Zusammengefasst istdas Molassebecken für mich der Schwerpunkt. Aberauch in Norddeutschland wird sich zukünftig einigestun. So gibt es zum Beispiel in Berlin viele Akteure,die dort etwas aufbauen möchten. ■Dr. Peter Seibt ist Geschäftsführer für den Bereich Untertageder Geothermie Neubrandenburg GmbH (GTN)

46INNOVATION DURCH FORSCHUNGNIEDERTEMPERATUR-SOLARTHERMIEBei neu errichteten Ein- und Zweifamilienhäusernsowie bei der Heizungsmodernisierung ist die Niedertemperatur-Solarthermieaktuell die maßgeblicheVariante der regenerativen Wärmeversorgung.Da deren Anteil am Endenergieverbrauch für Wärmebislang noch weniger als ein Prozent beträgt,besteht hier noch erhebliches Ausbaupotenzial.Weitere Anwendungsfelder für die Niedertemperatur-Solarthermiesind die Bereitstellung von solarerProzesswärme, die Kälteerzeugung sowie die Wärmeabgabein Nahwärmenetze.Schwerpunkte der Forschungsförderungvor dem Hintergrund derMarkt- und TechnologieentwicklungIn Deutschland macht die Wärme- und Kälteerzeugungmit rund 54 Prozent über die Hälfte des Endenergieverbrauchsaus. Betrachtet man nur privateHaushalte, liegt der Anteil sogar zwischen 80 und90 Prozent. Grundsätzlich stellt dies einen großenEinsatzbereich für die Niedertemperatur-Solarthermiedar, welche sich aber aufgrund der mittlerweilevielfältigen technologischen Lösungen zum Heizenund zum Energiesparen in einem sehr herausforderndenMarktumfeld befindet. Insbesondere ist durchdie kostengünstigere Photovoltaik ein Konkurrenzdruckentstanden, da auch diese mittlerweile für Heizungund Klimatisierung eingesetzt wird. Vor diesemHintergrund lag das Absatzvolumen der deutschenSolarthermie-Unternehmen 2012 lediglich auf demNiveau der beiden Vorjahre. Es wurden rund 1,2 MillionenQuadratmeter Kollektorfläche neu errichtet.Damit waren Ende 2012 insgesamt 16,4 MillionenQuadratmeter Kollektorfläche, entsprechend rund11,4 Gigawatt thermische Leistung, installiert. Derüberwiegende Marktanteil der Neuinstallationen lagmit rund 95 Prozent nach wie vor im Kernsegmentder Ein- und Zweifamilienhäuser.Weltweit wächst der Markt für die Niedertemperatur-Solarthermie mit etwa 20 Prozent pro Jahr durchausdynamisch. Neben China, der Türkei und Australiensind vor allem in Brasilien und Indien neue Märkteentstanden. In Europa ist Deutschland hinsichtlichder installierten Kollektorfläche nach wie vor MarktundTechnologieführer. Es ist nach China und derTürkei der drittgrößte Markt der Welt.Der Erfahrungsbericht zum Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG), nach welchem Eigentümerneuer Gebäude seit Anfang 2009 einen Teil ihresWärme- und Kältebedarfs aus erneuerbaren Energiendecken müssen, wurde am 19. Dezember 2012 verabschiedet.Im Mittel der Jahre 2009 bis 2011 wurdedanach etwa in jedem fünften Neubau Solarthermieeingesetzt. Die für 2020 gesetzten Ziele verlangenallerdings unverändert hohe Anstrengungen. Entsprechendkonstatiert der Erfahrungsbericht weiterhingroßen Förderbedarf, auch bei der Solarthermie.Hier wird die Relevanz bisher wenig genutzter Einsatzfelder(Prozesswärme, Wärmenetze, Mehrfamilienhäuser,Nichtwohngebäude) für das Erreichen dermittel- und langfristigen Ziele betont. Das hat auchdie Novelle des Marktanreizprogramms (MAP) vonAugust 2012 aufgegriffen. Neben der allgemeinenVerbesserung der Förderkonditionen werden insbesondereAnlagen zur Prozesswärmenutzung sowieQuelle: BMUAusgaben in Mio. Euro9 8,487 6,665,7 5,76,35432106,58,02006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Kollektorentwicklung Speicher Solares Heizen Solare KälteSolare Prozesswärme Begleitforschung Pilot-/DemovorhabenNiedertemperatur-Solarthermie: Jährliche Projektfördermittel zwischen 2006 und 2012

NIEDERTEMPERATUR-SOLARTHERMIE 47Herstellung von Vakuumröhren mit hohem Wirkungsgrad für solarthermische Anlagengroße Solaranlagen ab 40 Quadratmeter bei Einspeisungin Nahwärmenetze gefördert.Kernaufgabe für die Weiterentwicklung solarthermischerKollektoranlagen ist nach wie vor die signifikanteSenkung der Systemkosten sowie die weitereStandardisierung. Zudem sollen die Forschungsansätzezukünftig verstärkt in Pilot- oder Demonstrationsanlagengetestet und für weitere Entwicklungenausgewertet werden. Insbesondere die Entwicklungsolarthermischer Gesamtlösungen vom einzelnenWohngebäude zu komplexen Stadtquartieren istrelevant. Ein Beispiel ist die bisher größte solarthermischeSolaranlage Deutschlands in Crailsheim, dieim Mai 2012 in Betrieb genommen wurde (sieheSeite 15).Auch in der Niedertemperatur-Solarthermie ist seit2004 das Neubewilligungsvolumen der BMU-Forschungsförderungkontinuierlich gestiegen. Mit9,9 Millionen Euro im Jahr 2012 hat es mittlerweilemehr als das Doppelte des Bewilligungsvolumens ausdem Jahr 2004 mit 4,8 Millionen Euro erreicht. Zubegrüßen ist auch, dass der Großteil der Bewilligungen(7,2 Millionen Euro) für Einzelvorhaben und Verbündemit Industriebeteiligung zur Verfügung gestelltwerden konnte, denn bei allen Fördervorhabensteht die Verwertung der Forschungsergebnisse imFokus. Eine Industriebeteiligung ist dafür eine wichtigeVoraussetzung. Der Mittelabfluss belief sich 2012auf knapp 8 Millionen Euro und damit rund 20 Prozentüber dem Mittelwert der Vorjahre.Auswahl geförderter ProjekteAn dieser Stelle werden einige vom BMU geförderteProjekte im Bereich Niedertemperatur- Solarthermievorgestellt, die einen Einblick in die Umsetzung derzugrunde liegenden Forschungsschwerpunkte ausder Förderbekanntmachung geben. Ein weiteresLeuchtturmprojekt aus diesem Technologiebereichist zudem im Kapitel „Highlights“ zu finden (sieheSeite 10).KomponentenentwicklungGünstigere Absorber durch Hohlprägen undStreckziehenZwei Ansätze, die dazu führen, Absorberkosten deutlichzu reduzieren, verfolgt das Fraunhofer-Institutfür Solare Energiesysteme (ISE) als Koordinator gemeinsammit der Gräbener Pressensysteme GmbH &Co. KG im Verbundprojekt SAPRES. Das Projekt siehtvor, ein in der Heizkörperproduktion eingesetztesHohlpräge-Streckziehverfahren zu adaptieren, durchwelches flächige Materialien in eine bestimmte Formgebracht werden können. Mit diesem Produktionsverfahrensollen große Stückzahlen in flexibler Längegefertigt werden können. Gleichzeitig sollen stattKupfer die im Vergleich günstigeren MaterialienStahl oder Aluminium eingesetzt werden. Derenniedrigere thermische Effizienz kann durch ein an ­gepasstes Design, dessen Produktion durch das Hohlpräge-Streckziehverfahrenermöglicht wird, ausge ­

48INNOVATION DURCH FORSCHUNGQuelle: BMUMio. Euro108 7,510,1 10,09,47,0 6,86 5,14202006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Niedertemperatur-Solarthermie: Entwicklung des Neubewilligungsvolumens seit 2006glichen werden. Der Wirkungsgrad des Systems sollso bei niedrigeren Herstellungskosten gleich bleibenoder sogar übertroffen werden.Marktübliche solarthermische Absorber bestehen ausbeschichtetem Absorberblech (Aluminium oder Kupfer).Darunter befinden sich Rohre beziehungsweiseKanäle, meist aus Kupfer, für die Wärmeträgerflüssigkeit.Mit der Anzahl der Kanäle nimmt die thermischeEffizienz des Absorbers zu. Aber auch die Produktionskostensteigen. Beim Hohlpräge-Streckziehverfahrenwerden Vertiefungen in die Absorberplattengeprägt und anschließend zwei Platten aufeinandergefügt, so dass sich die Kanäle dazwischen befinden.Bei derartigen Verfahren ist eine höhere Anzahlan Kanälen beinahe kostenneutral. Ebenso werdeninnovative Designs, beispielsweise das mehrfach verzweigteFracTherm®-Design, ermöglicht. Das BMUfördert SAPRES mit rund 670.000 Euro.SystementwicklungPotenzialanalyse der Nutzung von SolarenergieDie Auswahl an erneuerbaren Energiesystemen istgroß. Um Sonnenenergie zu nutzen, kann man beispielsweisesolarthermische Kollektoren für Wärmeund eine Photovoltaikanlage für elektrischen Stromoder aber auch Photovoltaik, kombiniert mit einerWärmepumpe für die Wärmeversorgung, einsetzen.Darüber hinaus gibt es noch viele weitere Konzepte.Um für verschiedene Anwendungsbereiche optimierteGesamtsysteme zu identifizieren, führt das Institutfür Gebäude‐ und Solartechnik (IGS) der TU Braunschweigunter Beteiligung des Instituts für Thermodynamikund Wärmetechnik (ITW) der UniversitätStuttgart und mehreren Industriepartnern in demProjekt future:solar eine umfassende Systemanalysedurch. Das Ziel besteht darin, das technische undwirtschaftliche Potenzial der Solarenergie für einenAnteil von 50 und 100 Prozent an der Energieversorgung(Wärme und Strom) von Einfamilienhäusern,Mehrfamilienhäusern und Stadtquartieren zu ermittelnund das Potenzial von Bestandsgebäuden zu untersuchen.Dabei wird der Nutzen, der durch anlagentechnischeAusrüstungen entsteht, dem Nutzenbauphysikalischer Sanierungen gegenübergestellt.Zunächst sollen durch eine Marktanalyse verschiedeneMöglichkeiten einer regenerativen Energieversorgungvon 50 und 100 Prozent identifiziert werden.Anschließend werden die Konzepte anhand von Systemsimulationenenergetisch, ökologisch und wirtschaftlichuntersucht und bewertet. Das BMU fördertfuture:solar mit rund 420.000 Euro.Solare ProzesswärmeBranchenkonzept für BrauereienEin großes Potenzial der Solarthermie liegt in derNutzung solarer Prozesswärme in industriellen Anwendungsbereichen.Dafür kommen vor allem industrielleProzesse mit hohem Wärmebedarf im Temperaturbereichbis 250 Grad Celsius in Frage. Laut derPotenzialstudie der Universität Kassel SOPREN –Solare Prozesswärme und Energieeffizienz könnenin Deutsch land mehrere Branchen aus der solarenProzesswärme großen Nutzen ziehen. Es besteht lautdieser Studie in Deutschland ein technisches Poten ­zial von 15,6 Terawattstunden pro Jahr, das entspricht3,1 Prozent des industriellen Wärmebedarfs.In dieser Studie wurde auch die messtechnische Begleitungeiner Pilotanlage in der Hütt-Brauerei inKassel-Baunatal übernommen, welche neben einerSolaranlage ein energieeffizientes Kochverfahren undeine verbesserte Wärmerückgewinnung anwendet.Anhand dieses Beispiels konnte gezeigt werden, dassdie solarthermische Anlage reibungsfrei in bestehendeProzesse integriert werden konnte und dabei signifikantzur Reduktion des Primärenergiebedarfs beiträgt(siehe auch Jahresbericht „Innovation durchForschung“ 2011, Seite 57). Um diese Erkenntnisse in

NIEDERTEMPERATUR-SOLARTHERMIE 49Saisonale Wärmespeicherung – von der Forschung in die Praxis Um Wärme saisonal zu speichern, sind mehrereFaktoren relevant. Zum einen muss der Speicherbehälterselbst optimiert werden. Ebenso wichtigfür seine technische und ökonomische Effizienzist das Gesamtsystem, in das er eingebunden ist:Der Wärmespeicher selbst ist passiv, die Wärmewird über Leitungsnetze oder andere technischeKomponenten zu- und abgeführt.Ein saisonaler Wärmespeicher sollte mindestens1.000 Kubikmeter groß sein, um die Oberfläche imVerhältnis zur gespeicherten Energiemenge aufgrunddes Wärmeverlusts klein zu halten. Da sichmit so einer Größe mehrere Wohneinheiten versorgenlassen, ist die Integration des Speichers in einWärmenetz sinnvoll. Berücksichtigt werden müssendementsprechend verschiedene handwerkliche Bereichewie Baugewerbe, Gebäudetechnik sowie Energieerzeugungund -verteilung. Für den Wärmebedarfvon Trinkwasser und Heizung nimmt die sensible,also fühlbare Wärmespeicherung durch Wasser oderden Untergrund aktuell eine zentrale Rolle ein. Alszukünftige Alternativen werden Phasenwechsel vonMaterialien (PCM) sowie thermochemische Reaktionen(TCM) zur quasi verlustfreien Speicherung vonWärme erforscht, die gegenüber Wasser zudem einedeutlich höhere spezifische Speicherkapazität ermöglichen.Die Kosten dafür sind momentan noch zu hoch.Für die Konzepte zur saisonalen Wärmespeicherungdurch Wasser stehen grundsätzlich vier verschiedeneAlternativen zur Auswahl: Behälterspeicher, Erdbeckenspeicher,Erdsondenwärmespeicher und Aquiferspeicher.Die ersten Versuchsspeicher wurden 1996in Hamburg und Friedrichshafen realisiert. Die technologischeGrundlage dafür boten damals die Erkenntnisseaus einem Versuchsspeicher am Institutfür Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) derUniversität Stuttgart. Bis zum Jahr 2000 konnte miteiner ersten Speichergeneration gezeigt werden, dassdie saisonale Wärmespeicherung von Solarwärme zumoderaten Kosten realisierbar ist. Mit einer zweitenGeneration wurden Alternativen getestet, zum Beispielein Speicher aus Hochleistungsbeton in Hannoveroder der Einsatz neuer Dämmstoffe. Um die Wärmeverlustevon saisonalen Speichern weiter zu minimieren,wurde in einem Forschungsvorhaben amITW der gekoppelte Wärme- und Stofftransport durchSpeichersysteme grundlegend untersucht. Auf dieserBasis ist nun eine dritte Generation saisonaler Wärmespeicherentstanden. Insgesamt konnten zwischen1996 und 2008 die durchschnittlichen Kosten füreine Kilowattstunde Solarwärme aus einem Nahwärmesystemmit saisonalem Wärmespeicher in Abhängigkeitvon der Speichergröße halbiert werden (siehewww.saisonalspeicher.de). ■Investitionskosten je Kubikmeter Wasseräquivalent (Euro/Kubikmeter)500Ilmenau (GfK)CrailsheimBehälter (TTES)450400350RottweilSteinfurtBehälter (TTES) – StudieErdbecken (PTES)Erdwärmesonden (BTES)Aquifer (ATES)Aquifer (ATES) – StudieSonstige300Kettmannhausen (GfK)250200150100500StuttgartHannover (HLB)HamburgBielefeldEggensteinMünchenBerlin-BiesdorfChemnitzFriedrichshafenAttenkirchen ( Hybrid)Marstal (DK)Neckarsulm-1Neckarsulm-2PotsdamBrædstrup ( DK) Crailsheim Marstal-2 (DK)Rostock100 1.000 10.000 100.000Speichervolumen in Kubikmeter Wasseräquivalent (Kubikmeter)

50NIEDERTEMPERATUR-SOLARTHERMIEder Praxis zu verbreiten, hat das ITE ein Branchenkonzeptfür Brauereien zur Solarwärmenutzung erstelltund einen Leitfaden erarbeitet, der speziell aufPlaner und Energieberater zugeschnitten ist. Mittelseiner Checkliste wird darin eine schnelle Identifikationsinnvoller Integrationsmöglichkeiten für solarthermischeAnlagen ermöglicht. Entsprechende Anlagenkonzeptesind ebenfalls enthalten. Konzept und Leitfadensind unter www.solar.uni-kassel.de/downloadsabrufbar. Das BMU hat das Projekt mit rund 250.000Euro gefördert.Solare KühlungChancen und Grenzen der solaren KühlungZur Klimatisierung von Gebäuden und zur Prozesskühlungkann mit thermisch angetriebenen Verfahrenin Verbindung mit solarer Wärme Primärenergieeingespart werden. In einem BMU-FachworkshopEnde 2012 wurde mit 50 Experten und Branchenvertreterneine Zwischenbilanz der bisher erreichtenForschungsergebnisse zur solaren Kühlung gezogen.Deutsche Forschungseinrichtungen und Unternehmenhaben sich auf diesem Gebiet eine internationalführende Stellung erarbeitet. Trotzdem ist der Marktmit weltweit 1.000 bis 2.000 Anlagen ein Nischenmarkt.Um das zu ändern, müssen die Systeme deutlichkostengünstiger werden.Solare Kühlanlage der Firma LindnerAuf dem Workshop wurden unter anderem die Ergebnissedes Projekts EVASOLK vorgestellt, welchesdie verschiedenen Anwendungsbereiche und Perspektivender solarthermischen Kühlung auch imVergleich mit der solarelektrischen Kühlung aus lotet.In EVASOLK findet ein umfangreiches Monitoring inacht Installationen mit konventioneller Kompres ­sionskältetechnik statt. Als erstes Ergebnis hat sichgezeigt, dass die solarthermische Kühlung an sonnigenStandorten und bei sorgfältiger Auslegung bereitsmit moderaten Kostensenkungen wirtschaftlichattraktiv ist, wenn gleichzeitig der solarthermischeKollektor ganzjährig, also auch zur Wärmeerzeugungin kälteren Jahreszeiten, genutzt wird. In Anwendungenmit ausschließlich sommerlichem Kühlbedarfohne weitere Wärmeverbraucher führt dieOption konventionelle Kühltechnik mit netzgekoppelterPhotovoltaik allerdings oft zu höheren Primärenergieeinsparungen.Das Vorhaben wird vom Fraunhofer-Institutfür Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg,dem Institut für Luft- und Kältetechnik (ILKDresden) und dem Zentrum für Angewandte Energieforschung(ZAE Bayern) in Garching durchgeführt.Das BMU fördert das Vorhaben mit rund 800.000 Euro.SpeicherungLabor für thermochemische SpeicherKönnte man mehr Wärmeenergie mit gleichem Volumenspeichern, dann würde entweder bei gleichbleibendemBedarf Platz gespart oder es kann mehr Wärmebei begrenzten örtlichen Gegebenheiten gespeichertwerden. Das macht das Prinzip der thermochemischenWärme- und Kältespeicher (TCM) so interessant:Die Aufnahmegrenze für die heute genutzten,gut erforschten und kostengünstigen Wasserspeicherliegt bei etwa 60 Kilowattstunden pro Kubikmeter.Thermochemische Materialien könnten hin gegen zwischen200 und 500 Kilowattstunden pro Kubikmeteran Wärmeenergie aufnehmen. Bei TCM erfolgt dieWärmespeicherung durch eine umkehr bare chemischeReaktion, zum Beispiel durch das Entziehen vonWasserdampf. Wird dieser später wieder hinzugefügt,gibt das Material die Wärme wieder ab. Die praktischeAnwendbarkeit der TCM muss jedoch noch erforschtwerden. Um diesen Bedarf zu erfüllen, hat dieAbteilung Technik für Energiesysteme und Erneuer ­bare Energien des Bayerischen Zentrums für AngewandteEnergieforschung e.V. (ZAE Bayern) ein TCM-Labor errichtet, in dem die Speichermaterialien getestetund bezüglich ihrer Eignung beurteilt werdenkönnen. Ein Ziel besteht darin, standardisierte Testszu etablieren, um eine gemeinsame Basis für entsprechendeForschungsaktivitäten aufzubauen.Im Oktober 2012 wurde der neue Erweiterungsbauder Garchinger Abteilung des ZAE Bayern eröffnet,in dem sich auch große Teile des TCM-Labors mitdiversen Versuchsständen befinden. In dem Labor istunter anderem ein Alterungsteststand geplant, andem die Festigkeit des Materials bei zahl reichen AufundEntladezyklen sowie seine Stabilität gegenüberdem Einfluss von Schadgasen untersucht werdenkönnen. Das BMU hat die Entwicklung des Laborsmit rund 1,1 Millionen Euro gefördert. ■

INNOVATION DURCH FORSCHUNG 51SOLARTHERMISCHE KRAFTWERKEDISS-Anlage (DIrect Solar Steam) auf der Plataforma Solar de Almería in SpanienSolarthermische Kraftwerke eignen sich besondersin Regionen mit hoher direkter Einstrahlung fürdie Stromerzeugung. Deren großer Vorteil liegt darin,dass sie durch ihre integrierten Speicher Solarstrombedarfsgerecht zur Verfügung stellen können.In Deutschland entwickelte Schlüsselkomponentenwerden in Kraftwerken weltweit eingesetzt.Schwerpunkte der Forschungsförderungvor dem Hintergrund derMarkt- und TechnologieentwicklungSolarthermische Kraftwerke werden mittlerweile inerheblichen Stückzahlen kommerziell gebaut und betrieben.Trotzdem verläuft die Marktentwicklunglangsamer als erhofft. Die an der Entwicklung solarthermischerKraftwerke beteiligten Firmen befindensich aktuell in einem schwierigen Umfeld. Aufgrundder hohen Investitionskosten, den damit verbundenenfinanziellen Restriktionen, aber auch politischenInstablitäten, vor allem in Nordafrika und im MittlerenOsten (MENA-Region), kommen Kraftwerksprojekteoft nur langsam zur Umsetzung. Vor allem aberbesteht eine Konkurrenzsituation zur Photovoltaik,die Solarstrom aufgrund der Preisentwicklung derletzten Jahre wesentlich günstiger zur Verfügungstellen kann. Solarthermische Kraftwerke erreichenaktuell Stromkosten von 0,15 bis 0,20 Euro pro Kilowattstunde,im Vergleich dazu ist die KilowattstundePhotovoltaikstrom unter gleichen Bedingenen schonfür unter 0,10 Euro zu haben. Dies hat dazu beigetragen,dass in den vergangenen beiden Jahren eineReihe von Unternehmen Insolvenz anmelden musstenoder sich aus dem Geschäftsbereich zurückzogen.Demgegenüber sind aber auch positive Trends zu verzeichnen:Die Industrievereinigung ESTELA (EuropeanSolar Thermal Electricity Association) hat 2012 eineweltweite Kraftwerkskapazität von 2,4 Gigawatt aus ­gewiesen. Gegenüber dem Vorjahr ist das ein Zuwachsvon 1,1 Gigawatt. Aktuell befinden sich Kraftwerksprojektefür weitere 3,2 Gigawatt im Bau oder in der Bauvorbereitung.Neue Märkte stehen kurz vor der Erschließung,zum Beispiel in der MENA-Region, inChina und in Indien. Die verbliebenen deutschen Unternehmensind auf die künftigen Märkte gut vorbereitet,da sie nach wie vor technologisch weltweit führendsind. In Deutschland entwickelte Schlüsselkomponentenwie Spiegel, Absorber und Kollektoren werdenzu großen Anteilen in solarthermischen Kraftwerkenweltweit eingesetzt. Vor diesem Hintergrund führt dasBundesumweltministerium die Förderung von Forschungund Entwicklung dieser Technologie fort.Um die Technologien der solarthermischen Kraft ­

52INNOVATION DURCH FORSCHUNGQuelle: BMUAusgaben in Mio. Euro8 7,1 7,17,65,9 5,9 5,86,164202006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Turm Parabol Fresnel Speicher SonstigesSolarthermische Kraftwerke: Jährliche Projektfördermittel zwischen 2006 und 2012werke mit Blick auf die notwendige Kostenreduktionund den Ausbau der Speicherfähigkeit weiterzuentwickeln,hat das BMU 2012 vor allem Vorhaben der angewandtenForschung unter industrieller Führungoder mit industrieller Beteiligung gefördert. Gegenüberdem Mittelwert des Neubewilligungsvolumensseit 2004, der knapp unter 9 Millionen Euro liegt,konnte im Haushalt 2012 mit 20,7 Millionen Euromehr als eine Verdopplung des Budgets für Forschungs-und Entwicklungsvorhaben zu solarthermischenKraftwerken, vor allem durch einen steigendenAnteil an industriegeführten Verbundvorhaben, rea ­lisiert werden. In der Konsequenz steigt auch derMittelabfluss in den laufenden Vorhaben. Mit rund7,5 Millionen Euro lag er 2012 gut eine Million Euroüber dem Niveau der Vorjahre.Mit seiner Forschungsförderung möchte das BMUauch zukünftig die Markteinführung der solarthermischenKraftwerke unterstützen, insbesondere zu folgendenSchwerpunktthemen:— neue Wärmeträgerfluide (Salzschmelzen,Direktverdampfung) für Parabol- und Fresnelkraftwerke— Turmkraftwerke— Speichertechnologien und Hybridisierung— Entwicklung von Konzepten für eineneffizienten, kostengünstigen AnlagenbetriebDabei soll vor allem der Vorteil der bedarfsorientiertenStromerzeugung nutzbar gemacht werden.Auswahl geförderter ProjekteAn dieser Stelle werden einige vom BMU geförderteProjekte im Bereich solarthermische Kraftwerke vorgestellt,die einen Einblick in die Umsetzung der zugrundeliegenden Forschungsschwerpunkte aus der Förderbekanntmachunggeben. Ein Leuchtturmprojekt ausdiesem Technologiebereich wurde bereits im Kapitel„Highlights“ vorgestellt (siehe Seiten 10).ParabolrinnenkollektorenEntwicklung und Erprobung des Durchlaufkonzeptsfür die solare DirektverdampfungIm Gegensatz zum gebräuchlichen Thermoöl bietetder Einsatz von Wasser beziehungsweise Wasserdampfals Wärmeträger in Parabolrinnenkraftwerkendie Möglichkeit, die obere Prozesstemperatur vonQuelle: BMUMio. Euro252020,7151056,9 5,98,2 8,6 9,711,202006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Solarthermische Kraftwerke: Entwicklung des Neubewilligungsvolumens seit 2006

SOLARTHERMISCHE KRAFTWERKE 53400 auf bis zu 500 Grad Celsius zu erhöhen. Damiterreicht man höhere Wirkungsgrade. Gleichzeitig istWasser kostengünstiger als Thermoöl, thermisch stabil,nicht brennbar und nicht umweltgefährdend. Indem Projekt DUKE testet das Deutsche Zentrum fürLuft- und Raumfahrt (DLR) die Anwendung der solarenDirektverdampfung nach dem Durchlaufkonzept.Im Gegensatz zum bereits erprobten Rezirkulationskonzeptist beim Durchlaufkonzept kein Abscheiderim Solarfeld mehr notwendig, wodurch die Investitionskostengesenkt werden. Allerdings ist die Prozessführunganspruchsvoller und bedarf weiterer Forschungs-und Entwicklungsarbeit. In DUKE soll daherder stabile Betrieb im Durchlaufkonzept in einemkommerziellen Maßstab demonstriert und dessen Potenzialquantifiziert werden. Dazu wurde die DISS-Anlage(Direct Solar Steam) auf der Plataforma Solar deAlmería in Spanien komplett umgebaut. Drei neueKollektoren erweitern die Länge des Kollektorstrangsum 300 auf nun 1.000 Meter. Sämtliche Receiver wurdenerneuert, sodass nun auch 500 Grad Celsius und110 bar am Austritt des Kollektorstrangs erreicht werdenkönnen – die mittelfristig als sinnvoll erachtetenParameter für effiziente Kraftwerke mit Speicher. Außerdemwurde die Anlage um umfangreiche, auf dieErforschung des Durchlaufkonzepts angepasste Messtechnikerweitert. Der Aufbau des Testloops ist abgeschlossenund befindet sich in der Inbetriebnahme.Der Versuchsbetrieb startet voraussichtlich Anfang2013. Das BMU fördert DUKE mit rund 2 MillionenEuro.Neuer Solarkollektor mit bis zu 25 Prozent KosteneinsparungFür solarthermische Kraftwerke mit höherer Leistungmüssen künftig deutlich größere Parabolrinnenkollektorenzum Einsatz kommen. Zusammen mit einemIngenieurteam von schlaich bergermann undpartner, dem Deutschen Zentrum für Luft- undRaum fahrt (DLR) und dem Fraunhofer-Institut fürMaterialfluss und Logistik (IML) entwickelt die Firmaflabeg ein neues Kollektordesign – den UltimateTrough®. Mit einer Aperturweite (Öffnung von Spiegelkantezu Spiegelkante) von 7,51 Meter ist dieser imVergleich zu den am Markt verfügbaren Kollektorenum fast 30 Prozent größer und mit einer Länge von24 Metern doppelt so lang. Durch die größeren Kollektorelementewird zudem die Anzahl der Antriebe,Sensoren und Steuerelemente um über 50 Prozentgesenkt. Damit verringert sich die Zahl der Teile, diemontiert, geprüft, zusammengebaut, ausgerichtetund in Betrieb genommen werden müssen, deutlich.In der Konsequenz können sich die Kosten des Solarfeldsmit einer Aperturfläche von 500.000 bis2.500.000 Quadratmetern, für die der UltimateTrough optimiert ist, um bis zu 25 Prozent verringern.Prototyp des Ultimate Trough: Mögliche Kosteneinsparungen beim Baugroßer Anlagen von bis zu 25 ProzentIm Sommer 2011 wurde in Köln ein aus zwei Kollektorelementenbestehender Prototyp aufgebaut unddie optische Güte vermessen. Mit 99,2 Prozent InterceptFaktor, also dem Anteil an Sonnenstrahlung, dervon den Spiegeln auf den Absorber reflektiert wird,wurde das Designziel übertroffen. Im November wurdenzwei Kollektoren von insgesamt 500 Metern Längeals Demonstrationsloop in einem Kraftwerk in denUSA in Betrieb genommen. In einer zweijährigenTestphase soll die Performancesteigerung validiertwerden. Das BMU fördert die Entwicklung des UltimateTrough mit rund 1,9 Millionen Euro.SolarturmkraftwerkeOptimierung von Gasturbinen für den Einsatz insolarthermischen TurmkraftwerkenZiel des Verbundprojekts HYGATE – Hybrid High SolarShare Gas Turbine Systems ist die Anpassung einerGasturbine für den Einsatz in solarthermischenTurmkraftwerken. Gemeinsam untersuchen das DeutscheZentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), MANDiesel & Turbo SE, die Technische Universität Dresden(TUD) und VGB PowerTech e.V. die Grundlagenfür eine solar-hybride Gasturbinenanlage. Durch dieHybridisierung soll neben der solaren Anwendung jederzeitein rein fossiler Betrieb, etwa nachts, oder einMischbetrieb, etwa bei Wolkendurchgängen, möglichwerden. Dadurch werden keine zusätzlichen Back-up-Kraftwerke benötigt. In einem Nachfolgeprojekt solleine Demonstrationsanlage errichtet werden.

54INNOVATION DURCH FORSCHUNGSalz in der RinneJede Technik ist nur so lange aktuell, bis eine andereLösung ein größeres Potenzial aufweist undderen Machbarkeit erwiesen ist. Da die derzeit eingesetztenWärmeträgermedien die Betriebstemperaturund somit direkt den Wirkungsgrad solarthermischerKraftwerke noch stark begrenzen, bestehtgroßer Bedarf an neuen Lösungen.Für Parabolrinnenkraftwerke ist bislang Thermoöldie verwendete Substanz und alternativ Wasserdampf(siehe Seiten 52/53, Projekt DUKE). Eine wei ­tere vielversprechende Alternative stellen nun injüngerer Zeit entwickelte Salzschmelzen dar. WährendThermoöl maximale Betriebstemperaturen von400 Grad Celsius erlaubt, können geschmolzene Salzebis zu 550 Grad Celsius erreichen.Anforderungen an ein geeignetes Wärmeträgermediumsind generell eine hohe Temperaturstabilität, eineinfach umsetzbares Speicherkonzept, ein einfacherKollektorbetrieb, Umweltverträglichkeit und die kostengünstigeBeschaffung des Mediums. Außer fürden Kollektorbetrieb selbst verspricht Flüssigsalz inallen Punkten Vorteile gegenüber Thermoöl. Salzschmelzenerlauben einen druckarmen Betrieb, sindim Gegensatz zu Thermoöl umweltverträglich, vergleichsweisegünstig erhältlich und lassen sich direktin Tanks speichern. Und nicht zuletzt sind durch diegroße Wärmekapazität der Salze vergleichsweise geringeSpeichergrößen realisierbar.Eine Herausforderung ist der hohe Erstarrungspunktder derzeit eingesetzten Salze. Bereits bei einer Abkühlungauf 220 Grad Celsius werden die eingesetztenSalzschmelzen fest, was im Kraftwerksbetrieb natürlichzu einer Beschädigung vieler Komponentenführen würde. In dem Projekt HPS wird aus diesenÜberlegungen heraus ein neues Wärmeträgermediumauf Basis einer Salzschmelze entwickelt, das speziellfür die Anforderungen eines solarthermischenKraftwerkbetriebs geeignet ist. Von der Anlagenseiteher muss die Temperaturstabilität und Korrosionsbeständigkeitder Komponenten, welche mit der heißenSalzschmelze in Berührung kommen, betrachtet werden.Auch das in dem BMU-Projekt Ultimate TroughSolarthermisches Kraftwerk Andasol 3 mit Salzspeicher (links) in derspanischen Provinz Granadaentwickelte gleichnamige Parabolrinnenkonzept (sieheSeite 53) soll in einem Anschlussprojekt für einenSalzschmelze-Betrieb ertüchtigt werden.Kommerziell eingesetzt werden bereits Speicher aufder Basis von Salzschmelzen. So sind zum Beispielgroße Salzspeicher in die Andasol-Kraftwerke 1 bis 3in Südspanien integriert. Das dort im Kollektorfeldverwendete Thermoöl gibt seine Wärme an die flüssigeSalzschmelze ab, welche bei Bedarf wiederum dasÖl erhitzen kann. Bei jeder Wärmeübertragung gehtallerdings ein Teil der Energie verloren. Bei der Verwendungvon Salzschmelzen als Wärmeträgermediumwäre eine solche Umwandlung nicht unbedingtgegeben, denn theoretisch lässt sich das flüssige Salzdirekt speichern und bei Bedarf aus dem Speicherentnehmen, wodurch der Wirkungsgrad der Parabolrinnenanlagenochmals deutlich steigen würde. Dasich die Anforderungen an Salz als Wärmeträger versusSpeichermedium jedoch in einigen Punkten unterscheiden,wird in HPS grundlegend ermittelt, inwiefernder Einsatz zweier unterschiedlicher Salzeund zweier getrennter Kreisläufe eventuell auch beieinem solchen Konzept weiterhin sinnvoll ist. ■Gemeinsam mit dem BMU, das für die Forschung imBereich erneuerbarer Energien verantwortlich ist, fördertdas Bundeswirtschaftsministerium (BMWi), zuständigfür Forschung zu modernen Kraftwerkstechnologien,das Vorhaben. Die Entwicklungsarbeitenbauen auf den Ergebnissen der Studie SHCC (SolarHybrid Combined Cycle) auf, in der bereits ein Referenzkonzeptfür eine solar-hybride Gasturbinenanlageentwickelt wurde. Für die Entwicklungsarbeitenwird von einer maximalen Prozesstemperatur von950 Grad Celsius bei solarer Direkteinstrahlung ausgegangen.Die Herausforderung liegt in der Verbindungund im Betrieb des Solarreceivers mit der parallelangeordneten Brennkammer, die beide stufenlos

SOLARTHERMISCHE KRAFTWERKE 55Oben: Keramikkugeln für eine Aufbauoption des Hochtemperatur-Speichers(Verbundprojekt HOTSPOT), unten: Testanlage HOTREG am DLR inStuttgartim Bereich von 0 bis 100 Prozent betrieben werdensollen. Neben der in der SHCC identifizierten bevorzugtenVariante – direkte Wärmeeinkopplung ineine im Solarturm in Receivernähe angeordnete Gasturbinenanlage– sollen auch weitere Alternativenbedacht werden und auch die Option der Einbindungeines Hochtemperaturwärmespeichers untersuchtwerden. Das BMU fördert die Arbeiten mitrund 1,3 Millionen Euro.SpeichertechnologienHochtemperatur-Speicher aus Formsteinen undNatursteinschüttungenAktuell nutzen die meisten Solarturmkraftwerke Sattdampfoder Salz als Wärmeträger. Dabei werden Betriebstemperaturenvon rund 250 beziehungsweiserund 550 Grad Celsius ermöglicht. Bei einer alternativenAnwendung von Luft als Wärmeträger könnenhingegen rund 800 Grad Celsius und mehr als Betriebstemperaturund damit hohe Verstromungswirkungsgradeerreicht werden. Eine aussichtsreicheSpeichertechnologie sind zum Beispiel direkt mit erhitzterLuft durchströmte Feststoffspeicher aus Formsteinenoder Schüttungen. Im VerbundprojektHOTSPOT werden erstmals Konzepte für Hochtemperaturspeicherim Großmaßstab entwickelt, die mitdrucklosen und druckbeaufschlagten Receivern ausgestattetsind.In dem Vorhaben werden Konzeptstudien für diekraftwerkstechnischen Randbedingungen sowie fürthermische Speicherkapazitäten bis über eine Gigawattstundedurchgeführt, Aufbaukonzepte identifiziertund vergleichend bewertet. Die Lösungsvariantennutzen unter anderem wabenartige, keramischeFormsteine und Natursteinschüttungen. Letztere bietenim Vergleich zu konventionellen Materialien einwesentliches Kostenreduktionspotenzial. Die bishererarbeiteten Konzepte wurden an der Technikums ­anlage HOTREG des Deutschen Zentrums für LuftundRaumfahrt (DLR) Stuttgart bei Temperaturen biszu 800 Grad Celsius experimentell überprüft. Zu weiterenkritischen Aspekten, wie etwa den bei Schüttungenauftretenden mechanischen Belastungen,wurden die für die künftige Auslegung benötigtenRechenwerkzeuge geschaffen. Mit Ergebnissen zuSpeicherkonzepten und Auslegungsgrundlagenliefert HOTSPOT damit wesentliche Bausteine fürdie Weiterentwicklung und Marktfähigkeit diesesKraftwerkstyps. Das BMU hat das Projekt mit rund800.000 Euro gefördert. ■

56INNOVATION DURCH FORSCHUNGWASSERKRAFT UND MEERESENERGIEWasserkraft gilt als eine bewährte Energiequelle –die Nutzung der Meeresenergie dagegen befindetsich weltweit noch im Demonstrationsstadium.Der Vorteil von Wasserkraft und Meeresenergiegegenüber Windenergie und Photovoltaik bestehtdarin, dass die Energie zeitlich weitgehend konstantbereitgestellt und zuverlässig vorausgesagtwerden kann.Schwerpunkte der Forschungsförderungvor dem Hintergrund derMarkt- und TechnologieentwicklungGezeitenströmungsanlage von ANDRITZ Hydro HammerfestFür die Stromproduktion aus Wasserkraft wird dienatürliche Fließbewegung des Wassers, in erster Linievon Flüssen oder Stauseen, genutzt. Im Meer stehensowohl der Tidenhub (das periodische Fallen undSteigen des Meeresspiegels) als auch der Energiegehaltvon Strömung und Wellen für die Stromerzeugungzur Verfügung. Für die Nutzung der Gezeitenströmungsind Turbinen geeignet, die unter Wasserdem Prinzip von Windenergieanlagen ähneln. Siewerden entlang der Hauptströmungsrichtung ausgerichtetund müssen sowohl vorwärts als auch rückwärtsgerichtete Strömungen umsetzen. In den kommendenJahren ist der Bau von Strömungsenergieparksin geeigneten Regionen, unter anderem Großbritannienoder Irland, vorgesehen.Für deutsche Unternehmen bietet sich hier eher dieMöglichkeit zum Export. Vor der deutschen Küsteselbst kann die Technologie nicht wirtschaftlich eingesetztwerden, da die Strömungsgeschwindigkeitenund der Tidenhub relativ gering sind, die Küste wirtschaftlichstark genutzt wird und diverse Naturschutzgebietevorhanden sind. Das BMU fördert vor diesemHintergrund im Bereich Meeresenergie lediglich Forschungsprojektein begrenztem Umfang. 2012 wurdeein neues Projekt bewilligt.Auswahl geförderter ProjekteWirtschaftlicher und zuverlässiger Rotorbetrieb vonGezeitenströmungskraftwerkenDie bisher errichteten Gezeitenströmungskraftwerkedienen derzeit primär dem Nachweis, dass die Technikim Grundsatz funktioniert. Für einen wirtschaftlichenEinsatz sind sie noch nicht ausgelegt. In dem ProjektAntriebstrang von Gezeitenströmungsturbinen arbeitetdie ANDRITZ Hydro GmbH daran, den gesamtenAntriebsstrang solcher Kraftwerke wirtschaftlichund technisch zu optimieren. Die Komponenten sollenso konstruiert sein, dass sie einfach an variierendeUmgebungsbedingungen angepasst werden können.Der Fokus des Projekts liegt auf dem Mechanismus derSchaufelblattverstellung sowie der Schaufelanbindung.Um die Maschinen ohne eine drehbare Generatorgondelbei Ebbe und Flut mit einem ausreichendenWirkungsgrad betreiben zu können, müssen die Turbinenblätterum mehr als 180 Grad schwenkbar sein.Durch die unterschiedlichen Fließgeschwindigkeitendes Wassers bestehen zusätzlich sehr hohe dynamischeAnforderungen an den Verstellmechanismus.Dieser muss eine möglichst konstante Geschwindigkeitder Turbine sicherstellen und die Regelung mussenergieeffizient gestaltet sein. Wegen der hohen Reparaturkostenaufgrund der schlechten Zugänglichkeitsoll ein wartungsfreier Betrieb für mindestensfünf Jahre sichergestellt werden. Bei bisherigen Pilotanlagenwurden für die Anbindung des Turbinenblattsan die Nabe Erfahrungen aus der Windenergieübertragen, was für größere Rotoren und einen somitwirtschaftlichen Einsatz nicht mehr funktionierenwird. Wasser ist ein dichteres Medium als Luft,weswegen die Verbindung, im Gegensatz zur Windenergie,mit vergleichsweise geringen Fliehkräftenund sehr hohen Vortriebskräften belastet wird. DasBMU fördert die Entwicklung des Antriebsstrangs mitrund 960.000 Euro. ■

INNOVATION DURCH FORSCHUNG 57ÜBERGREIFENDE FRAGEN DERENERGIEFORSCHUNGUm die Energiewende umzusetzen, bedarf es nichtnur technischer Lösungen. Es müssen auch geeignetepolitische, rechtliche, ökonomische, ökologischeund soziale Rahmenbedingungen geschaffenwerden, damit das Energieversorgungssystem aufhohe Anteile erneuerbarer Energien umgestelltwerden kann, ohne dass die Versorgungssicherheitund damit die gesellschaftliche Akzeptanz darunterleiden.Schwerpunkte der Forschungsförderungvor dem Hintergrund derMarkt- und TechnologieentwicklungDas BMU unterstützt Forschungsarbeiten, in denengeeignete Rahmenbedingungen zur Transformationdes Energieversorgungssystems untersucht werden.Der Schwerpunkt der entsprechenden aktuellen Förderbekanntmachungdes BMU („Bekanntmachungzur Förderung von Untersuchungen zu übergreifendenFragestellungen im Rahmen der Gesamtstrategiezum weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien“)liegt auf der Entwicklung von Konzepten für Strommärkte,zur Umsetzung der Ziele der Energiewende.Der Grundstein zum freien Handel und freien Marktzugangin der Elektrizitätswirtschaft wurde 1998 mitder Einführung des Energiewirtschaftsgesetzes(EnWG) gelegt. Im April 2000 wurde dieses Gesetzdurch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ergänzt,welches die vorrangige Einspeisung von Stromaus erneuer baren Quellen ins Stromnetz regelt undseither bereits mehrfach novelliert wurde. Entstandensind die betreffenden Regelungen jeweils vordem Hintergrund des aktuellen Energieversorgungssystems.Um die bevorstehende Transformation zu einem auferneuerbaren Energien basierenden Versorgungssystemzu gestalten, müssen sich zukünftig auch die Bedingungeninnerhalb des Stromsystems grundlegendändern. Technologien zur Nutzung der erneuerbarenEnergien wie Windenergieanlagen oder Photovoltaikmoduleproduzieren Strom größtenteils dezentralund zudem fluktuierend. Auch aus Marktsicht stelltdas eine Herausforderung für Forschung und Entwicklungdar. Es ist daher von Bedeutung, die Marktmechanismen,aber auch regulatorische Instrumentewie das Erneuerbare-Energien-Gesetz im Hinblick aufein zunehmend dezentrales und fluktuierendesStromangebot weiterzuentwickeln und damit einewesentliche Voraussetzung für eine erfolgreicheEnergiewende zu schaffen.Einen weiteren Schwerpunkt setzt die Förderbekanntmachungauf Fragen, die sich aus der Umsetzung derEnergiewende auf der regionalen Ebene ergeben.Deutlich mehr Akteure als früher erzeugen Strom,stellen Speicherkapazitäten zur Verfügung oder versuchen,die Nachfrage zu bündeln. Regionen gebenim Rahmen der Energiewende eigene Ziele vor undergreifen entsprechende Aktivitäten. Daher werdenUntersuchungen zum Zusammenspiel von Netzen,Speichern, Lastmanagement und erneuerbaren Energienauf der regionalen Ebene gefördert, ebenso zumZusammenspiel von dezentraler und zentraler StromundWärmeversorgung. Hier spielen ins besondereplanerische Aspekte eine Rolle. Inhaltlich schließt dieaktuelle Förderbekanntmachung an bereits geförderteVorhaben aus dem Bereich „Querschnitts- undQuelle: BMUAusgaben in Mio. Euro65 4,44,65,0432,82,62102006 2007 2008 2009 2010 2011 2012Übergreifende Fragestellungen: Jährliche Projektfördermittel zwischen 2006 und 20123,03,8

58ÜBERGREIFENDE FRAGEN DER ENERGIEFORSCHUNGSmart Market – Intelligenter Handel mit fluktuierender Energie Dezentral und fluktuierend sind zwei häufig genannteSchlagwörter zur Beschreibung der Stromerzeugungaus erneuerbaren Energien. DieseEigenschaften machen gravierende Änderungenam Aufbau des alten Energieversorgungssystemsnotwendig. Dieses war hierarchisch und vergleichsweiseeinfach strukturiert: Der Strom wurde voneinigen zentralen Kraftwerken über die Übertragungsnetzezu den Verteilnetzen und somit zu denVerbrauchern geleitet. Die Erzeugung selbst verliefkontinuierlich und war dadurch präzise planbar.Beides wird durch die Einbindung erneuerbarerEnergien zunehmend komplexer.In dem entstehenden neuen Energieversorgungssystemnehmen konventionelle Erzeuger wie Kohlekraftwerkenicht mehr ihre herkömmlichen Rollen alsGrund-, Mittel- oder Spitzenlaststromerzeuger ein.Stattdessen werden zunehmend flexibel zu- oder abschaltbareStromerzeuger erforderlich, die die fluktuierendenerneuerbaren Energien ergänzen. Sobalddie erneuerbaren Energien aufgrund der aktuellenWetterlage – Windstille oder Bewölkung – nicht ausreichendStrom erzeugen, gibt es einen vermehrtenBedarf an flexibel zuschaltbarer Energie. Sobald dieerneuerbaren Energien viel Strom erzeugen, mussdie Produktion anderer Erzeuger dagegen heruntergefahrenwerden, damit das Netz nicht überlastetwird. Diese Rolle können konventionelle Kraftwerke,insbesondere hochflexible Gaskraftwerke, übernehmen,aber auch erneuerbare Energien können unterbestimmten Voraussetzungen in diesen Markt einsteigen(siehe Seiten 6/7, „Regelenergie durch Windenergieanlagen“).Speicher bilden eine weitere Möglichkeit,um einen Ausgleich von Energieangebot undNachfrage herzustellen, oder auch Unternehmen, dieihren Stromverbrauch der aktuellen Versorgungslageanpassen.Für ein darauf basierendes System muss neben derLösung technischer Fragestellungen ein dazu passendesMarktdesign erarbeitet werden. Anbieter undKäufer müssen sich auf die neuen Anforderungeneinstellen, Dienstleistungen müssen angepasst undneue Rahmenbedingungen geschaffen werden. Unterdem Schlagwort Smart Market werden verschiedeneKonzepte für den intelligenten Strommarkt der Zukunftdiskutiert, in denen neue Faktoren berücksichtigtund Folgen abgeschätzt werden. Der Strommarktmuss für seine Teilnehmer weiterhin attraktiv bleiben.Er muss Anreize für Investitionen setzen sowiemöglichst viele Erzeugungstechnologien zulassenund soll so langfristig die Einspeisevergütung durchdas Erneuerbare-Energien-Gesetz stufenweise ablösen.Die zentrale Anforderung an die Marktstrukturbesteht darin, jederzeit eine verlässliche Stromversorgungsicherstellen zu können. Der Begriff des SmartMarket ist abzugrenzen von dem des Smart Grid,dem intelligenten Stromnetz der Zukunft, bei dem esum die technische Ausstattung und Handhabung derübergreifende Untersuchungen“ an, mit denen derweitere Ausbau der erneuerbaren Energien bereits inder Vergangenheit begleitet wurde. Diese Vorhabendienten der Technikbewertung und Technikfolgenabschätzung,der Systemintegration erneuerbarer Energiensowie der Umweltkommu nikation.Auswahl geförderter ProjekteAn dieser Stelle werden einige vom BMU geförderteProjekte im Bereich Übergreifende Fragestellungenvorgestellt, die einen Einblick in die Umsetzung deszugrunde liegenden Konzepts geben. Ein Leuchtturmprojektaus diesem Bereich ist im Kapitel „Highlights“(siehe Seite 11) zu finden.Gesamtkonzept für Strom als Energiequelle fürWärme und VerkehrFür eine erfolgreiche Energiewende werden Konzeptebenötigt, in denen die Energieform Strom auch inanderen Energiesektoren wie in der Wärme- und Kälteversorgungoder im Verkehr genutzt wird. Dadurchergeben sich neue Verbindungen und Abhängigkeiten.Zum Beispiel wird es zukünftig möglich sein,elektrisch angetriebene Autos oder Wärmepumpenzum Lastmanagement der fluktuierend erzeugendenPhotovoltaik- und Windenergieanlagen einzusetzen.In dem Projekt Interaktion EE-Strom, Wärme undVerkehr erarbeiten die Projektpartner Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik(IWES) Kassel als Koordinator, ifeu – Institut für Energie-und Umweltforschung Heidelberg GmbH, Fraunhofer-Institutfür Bauphysik (IBP) sowie Stiftung Umweltenergierechtdie benötigten wirtschaftlich undökologisch optimierten Gesamtkonzepte. Sie berücksichtigensowohl Umwelt-, Effizienz-, Kosten- als auchUmsetzungsaspekte in sektorübergreifenden Modellen,aus denen schließlich nationale Roadmaps zurWeiterentwicklung des Verkehrs- und des Wärme ­sektors abgeleitet werden. Daraus sollen konkreteAnregungen für die Gestaltung der politischen Rahmenbedingungenentwickelt werden.

INNOVATION DURCH FORSCHUNG 59Netze geht. Das Ziel eines Smart Grid besteht darin,die nutzbare Netzkapazität zu erhöhen (sieheauch Kapitel „SystEEm“, Seite 17 ff.). Bei einemSmart Market geht es dagegen darum, die Netz ­kapazität durch das Marktgeschehen optimal auszunutzen.Hierfür wird einerseits mit Energiemengenund Energieflüssen gehandelt, andererseitsmit Dienstleistungen, die für die Stromversorgungbenötigt werden.Die Herausforderungen bei der Gestaltung einesSmart Market sind zahlreich. Das System ist sehrkomplex. Auswirkungen auf andere wirtschaftlicheBereiche sind schwer abschätzbar. Im Hinblickauf die sektorübergreifende Rolle des Stroms müssenRückwirkungen auf die Sektoren Wärme undVerkehr mit bedacht werden. Zudem lässt sichStromhandel nicht national eingrenzen. Ein europäischeroder internationaler Markt ist hingegenschwer umsetzbar. Bei allen Überlegungen müssendarüber hinaus die Verbraucher mit eingebundenwerden.Aufgrund fehlender Erfahrungswerte ist derzeitjeder Lösungsansatz von Bedeutung. Eine Vielfaltvon Ideen wird benötigt, um die Ziele der Energiewendezu erreichen. Die Entwicklung geeigneterKonzepte für zukunftsfähige Strommärkte ist deshalbein Schwerpunkt der aktuellen Förderbekannt ­machung des BMU im Bereich der übergreifendenFragestellungen. ■Das europäische Verbundnetz wird bei den Überlegungenebenso untersucht wie der Einfluss möglichererneuerbarer Exportregionen auf den Energiemixin Deutschland. Ebenfalls werden mögliche Einsparmaßnahmendurch Wärmedämmung beziehungsweiseEnergieeffizienz dem Einsatz regenerativerEnergien gegenübergestellt. Auch nicht-elektrischeerneuerbare Energiequellen im Wärmebereichwie Solarthermie, Geothermie und Biomasse werdenberücksichtigt. Alle technisch-ökonomischen Arbeitenwerden von Beginn an eng rechtswissenschaftlichbegleitet, um die rechtlichen Rahmenbedingungenanzupassen beziehungsweise bestehende juristischeHemmnisse auszuräumen. Das BMU fördert das Projektmit rund 1 Million Euro.Rolle der EnergiegenossenschaftenDass der Zusammenschluss von Bürgern in Energiegenossenschafteneinen maßgeblichen Anteil an derUmsetzung der Energiewende hat, ist eines der zentralenErgebnisse des Projekts GenossenschaftlicheUnterstützungsstrukturen für eine sozialräumlichÜberlappung mit dem Energiesektor Verkehr: Strom als Antrieb fürElektromobileorientierte Energiewirtschaft des Klaus Novy Instituts.Ziel war es, Erkenntnisse über die Rolle von Genossenschaftenbeim Ausbau erneuerbarer Energienzu gewinnen und die Bedeutung solcher Zusammenschlüssefür die Energiewende abzuschätzen. Im Ergebnisweist allein der Anstieg der Anzahl der Energiegenossenschaftenbereits auf deren großes Potenzialhin. In Deutschland hat sie sich innerhalb vonzehn Jahren auf über 600 annähernd verzehnfacht.Generell geht der Zubau der erneuerbaren Energienmaßgeblich auf das Engagement von Bürgern zurück,so ein Ergebnis dieser Studie. Mehr als 50 Prozentder installierten Leistung wird demnach vonPrivatpersonen und Landwirten gestellt, die sowohlindividuell als auch genossenschaftlich organisiertsind. Genossenschaften bieten engagierten Privatpersonendie Möglichkeit, sich mit Mindestbeiträgen –in der Regel von 100 bis 500 Euro – an dem Geschäftsmodellzu beteiligen.Aktuell sind Energiegenossenschaften vor allem inländlichen Regionen vertreten, besonders in Bayern,Baden-Württemberg und Niedersachsen. Durch siewerden in der Regel lokale Projekte in den BereichenWind-, Solarenergie oder Biomasse realisiert. Aberauch kommunale Nahwärmenetze werden verstärktgenossenschaftlich getragen. Attraktiv ist das Modellder Genossenschaft deswegen, weil es den daranBeteiligten ermöglicht, ihr Geld für konkrete Zweckeeinzusetzen, weil sie am Ergebnis beteiligt werdenund sie zudem über die Verwendung der Geldermitbestimmen können. Das BMU hat das Projekt mitrund 250.000 Euro gefördert. ■

60INNOVATION DURCH FORSCHUNGINTERNATIONALE ZUSAMMENARBEITDie Entwicklung hin zu einer nachhaltigerenEnergieproduktion setzt nicht nur in Deutschlandoder Europa technologische Innovationen voraus.Ziel ist vielmehr, erneuerbare Energien auchweltweit voranzubringen und deren Potenzial fürden Klima- und Umweltschutz zu realisieren.Durch internationale Kooperation können deutscheUnternehmen und Forschungseinrichtungenmit ihrer langjährigen Erfahrung im Bereich dererneuer baren Energien wesentlich zu Erkenntnisprozessenim Ausland beitragen und erhaltenumgekehrt Einblick in neue technologische undMarktentwicklungen anderer Länder.SET-PlanIm Jahr 2008 wurde von den Mitgliedsstaaten der EuropäischenUnion der Strategic Energy TechnologyPlan verabschiedet. Der SET-Plan stellt einen erstenSchritt für die Umsetzung eines europaweiten, gemeinsamenRahmens dar, in dem technologischeEntwicklungen sowohl auf nationaler als auch aufEU-Ebene zusammengeführt werden. Damit soll unterindustrieller Führung die Entwicklung von Energietechnologienbeschleunigt werden, um die für2020 verabredeten Klimaziele erreichen zu können.Zur Umsetzung des SET-Plans wurden unter anderemtechnologiespezifische European Industrial Initiatives(EII) etabliert, in denen Industrie, Forschung, Mitgliedsstaatenund Europäische Kommission zusammenkommen.Unter den bisher gegründeten EII widmetsich eine dem Thema Windenergie (EuropeanWind Initiative/EWI) und eine weitere der Solarenergie(Solar Electricity Industrial Initiative/SEII).Der Projektträger Jülich (PtJ) arbeitet im Auftrag desBMU im Advisory Board der Europäischen TechnologieplattformWindenergie (TP-Wind) mit – ein Netzwerkvon Experten und Entscheidungsträgern aufdem Gebiet der Windenergie. TP-Wind wird von derEuropäischen Kommission gefördert und von derEuropäischen Windenergie-Agentur geleitet. Sie hateine große Bedeutung im SET-Plan-Prozess und berätdie Europäische Kommission bei der Umsetzung derEuropäischen Windenergie-Initiative EWI. Mit einemBudget von 6 Milliarden Euro, das zur Hälfte von derIndustrie gestellt werden soll, verfolgt die EWI imRahmen des SET-Plans die Ziele, Europas technologischeFührung auf dem Gebiet der Windenergie zugewährleisten, die Onshore-Windenergienutzung bis2020 zu einer voll wettbewerbsfähigen Energiequellezu entwickeln (Offshore-Windenergie bis 2030) sowiebis 2020 einen Anteil der Windenergie von 20 Prozentan der europäischen Stromversorgung zu erreichen.Die Solar Electricity Industrial Initiative (SEII) befasstsich mit Forschung und Entwicklung sowohl zur Photovoltaikals auch zu solarthermischen Kraftwerken.15 Mitgliedsstaaten haben sich darin zusammengefunden.Um gemeinsame Aktivitäten umzusetzen,hat die Europäische Kommission Ende 2012 ERA-NETbewilligt, in dem Projekte zu beiden Technologiengefördert werden sollen. In ERA-NET arbeiten nationaleund regionale Forschungsförderorganisationenaus den beteiligten Mitgliedsstaaten zusammen. DerProjektträger Jülich ist zusammen mit weiteren20 Vertretern von Ländern und Regionen Mitglieddes Solar-ERA-NET und leitet das Arbeitspaket JointCalls and other Joint Activities. Eine erste gemeinsameFörderbekanntmachung wurde Anfang 2013 veröffentlicht.Auch im Bereich der Geothermie hat im Mai 2012ein ERA-NET mit neun Teilnehmerstaaten begonnen.Das BMU und der Projektträger Jülich waren an derPlanung beteiligt. Der Projektträger beteiligt sich alsMitglied an diesen Aktivitäten und leitet das ArbeitspaketWP4 – Development of Joint Activities. DasGeo thermal ERA-NET ist für mindestens vier Jahregeplant. Sein Ziel ist eine verstärkte Kooperationzwischen europäischen Behörden und Ministerienfür eine effektive Forschungs- und Entwicklungsarbeit.Internationale Energieagentur (IEA)Der Fokus der internationalen Forschungskooperationdes BMU im Bereich der erneuerbaren Energienliegt vor allem auf Arbeiten im Rahmen der IEA, derwesentlichen Kooperationsplattform zur Erforschung,Entwicklung, Markteinführung und Anwendung vonEnergietechnologien weltweit. Ihre 28 Mitgliedstaatenarbeiten über Kooperationsvereinbarungen zueinzelnen Technologien, den Implementing Agreements(IA), in Projekten zusammen. In Entscheidungsgremien(Executive Committees – ExCos) werdenAufgaben von themenspezifischen Arbeitsgruppenin Tasks beziehungsweise Annexes definiert undkoordiniert. Geleitet werden die Tasks beziehungsweiseAnnexe von sogenannten Operating Agents beziehungsweiseAnnex Leaders. Das BMU unterstütztdie Arbeiten durch direkte und aktive Mitarbeit vonBMU- oder PtJ-Experten durch Finanzierung von Jahresbeiträgenfür die deutsche Teilnahme an denTasks oder durch die Förderung von beteiligten For­

INTERNATIONALE ZUSAMMENARBEIT 61schern im Rahmen von Projekten in den ImplementingAgreements Wind (Development and Deploymentof Wind Energy Systems), PVPS (PhotovoltaicPower System Programme), GIA (Geothermal ImplementingAgreement), SHC (Solar Heating and Cooling),SolarPACES (Solar Power And Chemical EnergySystems), OES (Ocean Energy Systems) und RETD (RenewableEnergy Technology Deployment). Innerhalbdes thematisch übergreifenden IA RETD werden stattder vergleichsweise lang angelegten Tasks kurzfristigeProjekte umgesetzt. Die Arbeit innerhalb der ImplementingAgreements trägt wesentlich zur Weiterentwicklungdieser Forschungsthemen in allen IEA-Mitgliedstaaten bei. Eine vollständige Auflistung allerTasks, Annexe und Projekte mit BMU-Beteiligungzeigt die Tabelle ab Seite 63.IEA Wind: Standards für Schadensdaten ­banken und TestmethodenDurch Schadensdatenbanken sollen weltweit statistischbelegte Werte zur Verfügung gestellt werden,die dazu dienen, aus Fehlern zu lernen und Anlagenzu optimieren. Innerhalb des Implementing AgreementsWind hat 2012 mit dem Task 33 Standardizationof Data ein neuer Task begonnen, durch dendie Standardisierung von Betriebs- und Schadens ­datenbanken vorangetrieben werden soll. Das Fraunhofer-Institutfür Windenergie und Energiesystemtechnik(IWES) stellt den Operating Agent für diesenTask. Die Entscheidung für Task 33 fiel parallel zumProjektstart von Offshore-WMEP, einem durch dasBMU geförderten Projekt zu Schadensdatenbankenim Bereich der Offshore-Windenergie des FraunhoferIWES Kassel (siehe auch Jahresbericht „Innovationdurch Forschung“ 2011, Seite 32/33). Zudem wurden2012 Vorschläge für zwei weitere Tasks an das ExecutiveCommittee herangetragen, zum einen zur Erarbeitungvon standardisierten Methoden zum Test vonWindanlagen und deren Komponenten, zum anderenzum Austausch von Erfahrungen und Methodenbei der Untersuchung und Bewertung von Einflüssender Windenergienutzung auf die Umwelt.Eine wichtige Aufgabe der Tasks besteht neben Modell-und Methodenvergleichen darin, Praxisempfehlungen(best practices oder recommended practices)zu erarbeiten. 2012 wurden Empfehlungen für dieCharakterisierung von Windenergiestandorten in kaltenKlimazonen und die dort zum Einsatz kommendenTechnologien (Task 19) veröffentlicht, die in deninternationalen Standard IEC 61400-1 (Auslegungsanforderungenfür Windenergieanlagen) eingeflossensind. Auch wurden Empfehlungen für die technischeIEA Wind Executive Committee auf der Ytre Vikna Wind Farm (InselRorvik, Norwegen) im Mai 2012Kennzeichnung kleiner Windenergieanlagen (Task27) herausgegeben, um deren Vergleich für Kundenzu vereinfachen.IEA PVPS: Einsatzmöglichkeiten vonPhotovoltaik in EntwicklungsländernEin wichtiges Ziel des Implementing Agreements zurPhotovoltaik ist die Verbreitung von Know-how auchfür Schwellen- und Entwicklungsländer. Im Task 9PV Services for Developing Countries sollen die regionalenEinsatzmöglichkeiten von Photovoltaik indiesen Ländern untersucht werden. Während in derAnfangszeit dieser Aktivität Deutschland durch dieDeutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit(GIZ) vertreten war, übernimmt diese Aufgabeab Anfang 2013 das Fraunhofer-Institut für SolareEnergiesysteme (ISE) mit Förderung durch das BMU.Die Arbeitsgruppe befasst sich mit den Themen„Zugang zu modernen und nachhaltigen Stromdienstleistungen“sowie „Effektiver Einsatz von Photovoltaikund erneuerbaren Energien in Entwicklungsländern“.Die Aktivitäten konzentrieren sich auf dieVerbreitung von Informationen zu Energieversorgungssystemenmit den Schwerpunkten Photovoltaikfür die Energieversorgung in Dörfern (Trinkwasserver ­sorgung, Gesundheitszentren, Kleinstsysteme fürBeleuchtung und integrierte Kommunikationslösungen),Photovoltaik in Inselnetzen und Hybridsystemen,Integration von Photovoltaik in städtischenGebieten, Photovoltaik-Großanlagen und innovativeGeschäftsmodelle. Zu den Arbeiten gehören die

62INNOVATION DURCH FORSCHUNGEr arbeitung von Handbüchern, Veröffentlichungenund die Durchführung von Trainingsseminaren.Weiter werden relevante Ergebnisse anderer Aktivi ­täten des Implementing Agreements verbreitet, wiezum Beispiel aus Task 11 PV Hybrid Systems withinMini-Grids.Zurzeit sind neben Deutschland Frankreich, Dänemark,Schweden, Schweiz und Japan beteiligt, dieLeitung haben IED – Innovation Energie Dévelopementsowie ADEME – Agence de l’Environnementet de la Maîtrise de l’Energie – aus Frankreich übernommen.Durch die Arbeitsgruppe soll die Bedeutungder Photovoltaik als technisch relevante undkosteneffektive Technologie zur Stromerzeugungverbreitet werden.IEA GIA: Veröffentlichung des GIA TrendReportsInnerhalb des Task Data Collection and Informa ­tion (Annex X) wurde im Jahr 2012 der erste GIATrend Report veröffentlicht, der von nun an jährlicherscheinen soll. Dieser Task wurde 2010 eingerichtet,um standardisierte Datensätze über die Geothermienutzungder teilnehmenden Länder zu erfassen. Zuvorwurde die Datenlage als unzureichend beurteilt.Als Grundlage für den Report dienten Annex X NationalReports, die entsprechend eines 2011 entwickeltenFragebogens über die einzelnen GIA-Länder erstelltwurden. Dabei konnte Deutschland durch dasGeothermische Informationssystem GeotIS – ein vomBMU gefördertes Projekt – einen umfassenden Datensatzfür den Report zur Verfügung stellen. Das Leibniz-Institutfür Angewandte Geophysik in Hannover(LIAG) fungiert als Operating Agent des Annex X.Um die Daten der GIA-Länder abschließend auch mitweltweiten Entwicklungen vergleichen zu können,wurden weitere Quellen wie etwa Publikationen desWorld Geothermal Congress mit in den Trend Reporteinbezogen (Internet: http://iea-gia.org).IEA SHC: Neue Tasks zur Solarenergienutzungin der Stadtplanung und Lichttechnik bei derGebäude sanierungNeue kosteneffiziente Lösungen zur Tages- undKunst lichtnutzung bei der Bestandssanierung vonNicht-Wohngebäuden sollen in Task 50 AdvancedLighting Solutions for Retrofitting Buildings entwickeltund demonstriert werden, der 2012 als neuerTask innerhalb des Implementing Agreements SolarHeating and Cooling bestätigt wurde. Weitere Auf ­gaben bestehen darin, geeignete Planungsmethodenund -werkzeuge sowie Fallstudien zu diesem Themazu erstellen.Ebenfalls als neuer Task bestätigt wurde Task 51 SolarEnergy in Urban Planning. Darin sollen die Ergebnisseaus Task 41 Solar Energy and Architecturefür die solare Gebäudeplanung nun auf die StadtbeziehungsweiseQuartiersplanung übertragen werden.Im Mittelpunkt stehen die Entwicklung vonPlanungswerkzeugen, Methoden sowie die Wissensvermittlungund Verbreitung an Architekten undStadtplaner.Gleichzeitig wurde die Task Definition Phase für dreineue Task-Vorschläge gestartet, in der die jeweiligenZiele der Arbeitsgruppen festgelegt werden. Die Vorschlägebeinhalten die Themen Solar Thermal andEnergy Economics in Urban Environments (WirtschaftlicherEinsatz von Solarthermie in städtischerUmgebung), PV Cooling and Heating (Kühlen undHeizen mittels Photovoltaik) sowie Innovative LowcostSolar Water Heating Systems (Innovative kostengünstigesolarbasierte Wasserheizsysteme). Alledrei Themen sind aktuelle Förderschwerpunkte imBereich Niedertemperatur-Solarthermie der BMU-Forschungsförderung. ■

­­INTERNATIONALE ZUSAMMENARBEIT 63IEA-Tasks/-Annexe/-Projekte mit BMU-Beteiligung zum Themaerneuerbare Energien im Jahr 2012ImplementingAgreementWindTaskTask 11Base Technology InformationExchangeTask 19Wind Energy in Cold ClimatesTask 25Design and Operation of PowerSystems with Large Amounts ofWind PowerTask 26Cost of Wind EnergyTask 28Social Acceptance of Wind Energy –Winning Hearts and MindsTask 29MexNextTask 30Offshore Code ComparisonCol laboration Continuation(OC4)Task 31WAKEBENCH – Benchmarking ofWind Farm Flow ModelsTask 32Wind Lidar Systems for WindEnergy Deployment (LIDAR)Task 33Standardization of Data Collectionfor Wind Turbine Reliability andMaintenance AnalysesInhaltfortlaufendes Projekt für den Informationsaustausch zu ForschungsundEntwicklungsthemen von gemeinsamem Interesse für die teilnehmendenLänder, unter anderem Erarbeitung von Lösungsvorschlägenzu aktuellen, festgesetzten Themen in Topical Expert Meetingswww.ieawind.org/task_11/task_11_homepage.htmlAnalyse und Austausch von international vorliegenden Erfahrungender Windenergienutzung unter Vereisungsbedingungen –die 2012 veröffentlichten Praxisempfehlungen gingen in die internationale Standardisierung für die Auslegung von Windenergieanlagen in kalten Klimazonen ein.http://arcticwind.vtt.fiEntwicklung praktischer Empfehlungen zu einer wirtschaftlichenIntegration von Windstrom in die Netzewww.ieawind.org/task_25.htmlVeröffentlichung einer multinationalen Fallstudie (März 2011), inder aus der Analyse der Kosten typischer nationaler Windprojekteder sieben teilnehmenden Länder eine vereinheitlichte Methodeder Kostenerfassung entwickelt wurde (levelized cost of energy,LCOE) sowie eines zusammenfassenden Berichts (Mai 2012) überdie Kosten von Windenergie in Vergangenheit und Zukunftw ww.ieawind.org/task_26.htmlErfahrungsaustausch zu den Einflussfaktoren auf die Akzeptanzvon Windenergieprojekten und über Maßnahmen, diese zuerhöhen – 2012 wurden Empfehlungen (good practice recommendations)dazu vorgelegt.www.socialacceptance.chNutzung umfangreicher Daten aus der früheren Windkanalvermessungeiner Modellwindanlage, um aerodynamische Modellezu validieren und zu vergleichenwww.mexnext.org/Vergleich und Optimierung von Computermodellen für die Berechnungder Belastungen von Offshore-Windenergieanlagen ausWind- und Wellenkräftenwww.ieawind.org/task_30/task30_Public.htmlModellvergleich und Modelloptimierung für die Strömung desWinds in und im Nachlauf von Windparkswww.ieawind.org/task_31.htmlOptimierung der auf der laser-optischen Windmesstechnik LightDetection and Ranging (LIDAR) basierenden Windmessgeräte,unter anderem Entwicklung von Empfehlungen für IEA RecommendedPractices for LIDAR Wind Measurementswww.ieawind.org/summary_page_32.htmlStandardisierung der Datenerfassung aus Betrieb und Wartungs -arbeiten an Windenergieanlagen für international vergleichbareDatensätzewww.ieawind.org/summary_page_33.html

­­64INNOVATION DURCH FORSCHUNGImplementingAgreementPhotovoltaicPower SystemsGeothermalImplementingAgreementTaskTask 1Exchange and Dissemination ofInformation of Photovoltaic PowerSystemsTask 8Very large Scale Power GenerationSystemsTask 9PV Services for DevelopingCountriesTask 11PV Hybrid Systems withinMini-GridsTask 12Environmental Health and SafetyIssues of PVTask 13Performance and ReliabilityTask 14High Penetration PV in ElectricityGridsAnnex IIIEnhanced Geothermal Systems (EGS)(formerly Hot Dry Rock)Annex XData Collection and InformationInhaltVoranbringen der Verbreitung von Informationen über tech -nische, ökonomische, ökologische und soziale Aspekte der Photo -voltaikwww.iea-pvps.orgUntersuchung und Evaluierung des Potenzials von Photovoltaik-Großanlagen im 100 MW- bis GW-Bereich (very large powergeneration, VLS-PV) und Entwicklung von praktisch umsetzbarenProjektideen für den Einsatz solcher Großanlagen in WüstenregionenUntersuchung von Verwendungsmöglichkeiten der Photovoltaikfür den regionalen Einsatz in Entwicklungsländern (siehe Artikel)Untersuchung des Einsatzes von Photovoltaik innerhalb von Mini-Grids (Zusammenspiel von kleinen, modular aufgebauten Stromerzeugern und Niederspannungsnetzen)www.iea-pvps-task11.org/Untersuchung der Ökobilanzen von Photovoltaikanlagenwww.iea-pvps-task12.org/Optimierung des Betriebs, der Zuverlässigkeit sowie des elektrischenund wirtschaftlichen Ertrags von PhotovoltaiksystemenReduzierung technischer Barrieren für eine hohe Einspeisungdezentraler fluktuierender Stromerzeuger, Förderung des Nutzensnetzgekoppelter Photovoltaik als wichtige Stromquelle bei zukünftighöheren Einträgen dezentraler ErzeugerUntersuchung neuer und optimierter Technologien der künstlichenStimulierung geothermischer Systeme für die kommerzielleProduktion von Wärme und Stromwww.iea-gia.org/work-program/annex-IIIsiehe Artikelwww.iea-gia.org/work-program/annex-XSolar Heatingand CoolingProgrammeTask 39Polymeric Materials for SolarThermal ApplicationsTask 44Solar and Heat Pump SystemsTask 45Large Systems: Large SolarHeating/Cooling Systems,Seasonal Storage, Heat PumpsTask 48Quality Assurance and SupportMeasures for Solar CoolingTask 49Solar Heat Integration inIndustrial ProcessesBewertung der Eignung und des Kostenreduktionspotenzials vonpolymeren Materialien und entsprechender neuer Designs solarthermischerAnlagen sowie Entwicklung geeigneter Prüfverfahrenhinsichtlich Lebensdauer und Zuverlässigkeithttp://task39.iea-shc.org/Optimierung der Kombination solarthermischer Kollektoranlageplus Wärmepumpe, hauptsächlich in Bezug auf Einfamilienhäuserhttp://task44.iea-shc.org/Unterstützung der Entwicklung eines starken und nachhaltigenMarktes für große solarthermisch betriebene Heizungs- sowieKühlsysteme mit Fokus auf Kosteneffizienz, hohe Leistung undZuverlässigkeithttp://task45.iea-shc.org/Arbeiten im Bereich der solarthermischen Kühlung und Klima ­tisierung – gegenüber dem Vorgänger-Task 38 besteht das Ziel ineiner verstärkten Technologie- und Marktentwicklung.http://task48.iea-shc.org/Erschließung des Potenzials von Prozesswärme im gewerblichenBereich durch gezielte Branchenprojekte und Beispiellösungenhttp://task49.iea-shc.org/

­INTERNATIONALE ZUSAMMENARBEIT 65ImplementingAgreementSolarPACESOcean EnergySystemsRenewable EnergyTechnologyDeployment(Projekte)TaskTask 1Solar Thermal Electric SystemsTask 2Solar Chemistry ResearchTask 3Solar Technology and AdvancedApplicationsTask 4Solar Process Heat for Productionand advanced ApplicationsTask 5Solar Ressource KnowledgeManagementTask 6Solar Energy and Water Processesand ApplicationsAnnex 1Review, Exchange andDissemination of Information onOcean Energy SystemsOptimumRE-COMMUNICATERE-COST 1FINANCE-RE 2Inhaltfortlaufendes Projekt zur Verfolgung der Markt- und Technologieentwicklungsolarthermischer Kraftwerke, speziell Aufbau einerProjektdatenbank, Entwicklung von Abnahmeverfahren für solarthermischeKraftwerke, Entwicklung von Systemmodellen, Technologien mit neuen Wärmeträgerfluidenfortlaufendes Projekt zur Entwicklung und Optimierung solargetriebener thermochemischer Prozesse zur Herstellung chemischerEnergieträger und Materialienfortlaufendes Projekt zur Komponentenentwicklung, speziellRichtlinien für Komponententestverfahren, neue Testprozeduren,Lebensdauertests, Vorbereitung von TeststandardsTask in Kooperation mit Task 49 des Solar Heating & CoolingProgramme zur Weiterentwicklung von Komponenten undSystemen zur Nutzung solarer ProzesswärmeTask in Kooperation mit den Implementing Agreements SHC undPVPS zur Qualitätssicherung bei solaren Strahlungsdaten und zuMethoden der Vorhersage von StrahlungsdatenBewertung von Verfahren zur Nutzung von Solarenergie zurRei nigung und Entsalzung von Wasser insbesondere in Verbindungmit solarthermischen KraftwerkenEinordnung, Prüfung und Veröffentlichung von Informationen zuWellen- und Meeresströmungskraftwerken, Analyse und Verbreitungvon Informationen zu MeeresenergieErstellen einer Vision für Energiesysteme, in denen die Synergiender Energienutzung optimal eingesetzt werdenStudie zur Sammlung von Ideen und Techniken für eine bessereVermittlung des Nutzens erneuerbarer Energien, sowohl für alsauch von Politiker(n), Entscheidungsträger(n) und Interessen ­vertreter(n)Zusammenstellung von Primärdaten über die Kosten sowohlerneuerbarer als auch konventioneller Energien für einenfundierten VergleichZusammenstellung politischer Instrumente sowie Handlungsempfehlungen,mit denen die benötigten Investitionen für den weiterenAusbau erneuerbarer Energien erreicht werden könnenEmploy(abgeschlossen)REMOTE(abgeschlossen)RE-Supply(abgeschlossen)Unterstützung einer strukturell einheitlichen Erfassung von Beschäftigungseffektendurch erneuerbare Energien, etwa durch dasErstellen länderübergreifender Leitlinien (best practice)Entwicklung von Perspektiven für die Stromversorgung abgelegenerGebiete und Inseln durch erneuerbare Energien, für eine weitgehendeUnabhängigkeit von Importen fossiler Brennstoffe beziehungsweiseum den kostenintensiven Netzausbau zu vermeiden:National, regional und lokal agierenden Politikern und Initiativensollen geeignete Ideen an die Hand gegeben werden, wie sie denlokalen Nutzen der erneuerbaren Energien anpreisen können.Untersuchung der verfügbaren Literatur zu Engpässen innerhalbder Stromversorgungskette, die sich bei hohen Anteilen von Stromaus Windenergie und Photovoltaik ergeben, sowie darauf basierendeAnalyse der kritischsten Komponenten und Erarbeitungvon Lösungsvorschlägen

66INNOVATION DURCH FORSCHUNGFÖRDERPROGRAMMENERGETISCHE BIOMASSENUTZUNGErgänzend zu den in den vorhergehenden Kapitelndargestellten Förderaktivitäten bietet das BMUim Bereich Bioenergie seit 2008 das ProgrammFörderung von Forschung und Entwicklung zurklimaeffizienten Optimierung der energetischenBiomassenutzung (kurz: Energetische Biomassenutzung)im Zusammenhang mit der nationalenKlimaschutzinitiative an. 2011 wurde es im Kontextder zukünftigen Herausforderungen einer flexiblenEnergieversorgung, einer nachhaltigen Rohstoff- undRessourcennutzung sowie der Klimaschutzziele undZiele des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) neuausgerichtet. Seine Ziele sind die Förderung von PilotundDemonstrationsvorhaben sowie Studien zur Erprobungund Validierung von zukunftsweisendenBioenergietechnologien, Anlagenkonzepten undStrategieentwicklungen für eine nachhaltige undeffiziente Erzeugung der Bioenergieträger Stromund Wärme.Im Fokus stehen Ansätze und Projekte mit hoher Effizienzoder hohen Kohlendioxid-Reduktionswirkungen,zur Substitution fossiler Energieträger, hohenVerstromungswirkungsgraden bei gleichzeitigerWärmenutzung, zur Erhöhung der Substratflexibilitätoder auch zur Regelbarkeit für eine bedarfsgerechteStromerzeugung. Im Vordergrund steht weiterhindie Erschließung von land- und forstwirtschaftlichenReststoffen sowie biogenen Rest- und Abfallstoffengemäß der Biomasseverordnung.Das Programm ist von 2009 bis 2015 mit einem Mittelvolumenvon 48 Millionen Euro ausgestattet. Bisherwurden 77 Verbundprojekte mit insgesamt rund35,2 Millionen Euro gefördert. Davon haben im Jahr2012 14 neue Verbünde, insbesondere als Pilot- undDemonstrationsvorhaben, mit einem Volumen vonrund 5,3 Millionen Euro begonnen. 15 Vorhabenwurden erfolgreich abgeschlossen. Für die wissenschaftlicheBegleitung, Vernetzung und Öffentlichkeitsarbeitzum Förderprogramm ist die Programmbegleitungverantwortlich, welche am DeutschenBiomasseforschungszentrum (DBFZ) angesiedelt ist.Einen Schwerpunkt der neuen Vorhaben bildet dieEntwicklung von Maßnahmen, um durch bedarfsgerechteEnergieerzeugung Netzstabilität zu erreichen.Weitere Themen sind die Schadstoffminderung inAnlagen der Kraft-Wärme-Kopplung, die Herstellunghochwertiger Brennstoffe durch hydrothermale Karbonisierung(HTC), die Verbrennung und Biomassevergasungsowie allgemeine, strategische Themender Bioenergieversorgung von morgen.Exemplarisch als ein Leuchtturm-Projektbeispiel hervorzuhebenist eine innovative Holzvergasungsanlageder Firma agnion Technologies GmbH (agnion Heatpipe-Reformer)auf dem Biomassehof Achental inGrassau, die im Frühjahr 2012 eingeweiht wurde.Die Anlage soll 380 Kilowatt Strom und 630 KilowattWärmeenergie erzeugen und gleichzeitig jährlichetwa 2.800 Tonnen des klimaschädlichen Kohlendioxidseinsparen. Rund 700 Haushalte der Bioenergie-Region Achental sollen daraus mit Strom und rund200 Haushalte mit Wärme versorgt werden. Gefördertwurde die Errichtung des Heatpipe-Reformersmit 980.000 Euro aus dem Umweltinnovationsprogrammund mit 410.000 Euro aus dem FörderprogrammEnergetische Biomassenutzung.Ein weiterer Höhepunkt war der Startschuss für denBau der ersten kontinuierlich laufenden Demons tra ­tionsanlage zur Herstellung von hochwertigen Brennstoffenaus Bioabfällen durch HTC. Ab März 2013werden jährlich 2.500 Tonnen biogene Reststoffe ausder Region Halle (Saale) wirtschaftlich in Biobrennstoffumgewandelt. Gebaut wird die Anlage von derHallesche Wasser und Stadtwirtschaft GmbH, einemTochterunternehmen der Stadtwerke Halle GmbH.Die wissenschaftliche Begleitung hat das DBFZ übernommen.In einem 2012 abgeschlossenen Vorhaben Effizienzsteigerungvon Grünlandsubstraten in der Biogas ­gewinnung unter Berücksichtigung naturschutzfachlicherBelange erforschte ein Team rund um denBUND-Hof Wendbüdel, wie die Biogasausbeute derSubstrate von Feuchtgrünlandflächen und gleichzeitigdie Artenvielfalt auf den Feuchtgrünlandflächendurch eine angepasste Bewirtschaftung erhöht werdenkann. Als Abschluss des Vorhabens wurde eineInformationsbroschüre mit dem Titel „Naturschutzgrasund Biogas“ veröffentlicht. Die Broschüre richtetsich an Landwirte, Naturschutzverbände sowie Naturschutzbehördenund enthält Empfehlungen und Hand ­lungshilfen für die Bewirtschaftung von Feuchtgrünlandflächenim Naturschutz. ■

INNOVATION DURCH FORSCHUNG 67FORSCHUNGSFÖRDERUNG ANDERER MINISTERIENMIT BEZUG ZU ERNEUERBAREN ENERGIENBundesministerium für Ernährung,Landwirtschaft und Verbraucherschutz(BMELV)Durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaftund Verbraucherschutz (BMELV) werdenim Bereich der erneuerbaren Energien Forschungs-,Entwicklung- und Demonstrationsvorhaben zur energetischenNutzung nachwachsender Rohstoffe sowievon Rest- und Koppelprodukten der land- und forstwirtschaftlichenProduktion in Deutschland gefördert.Dabei werden Forschungsvorhaben zur Erzeugung,Konversion und Nutzung von Biomasse fürenergetische Zwecke unterstützt.Der überwiegende Teil der Förderung der energetischenNutzung nachwachsender Rohstoffe durch dasBMELV erfolgt über das bereits seit 1993 bestehendeFörderprogramm Nachwachsende Rohstoffe, esstehen aber auch Mittel aus dem SondervermögenEnergie- und Klimafonds (EKF) bereit, um zusätzlicheForschungsvorhaben zu realisieren. Ziele der Förderungsind eine nachhaltige Rohstoff- und Energie ­BMELV-Förderschwerpunkt im Bereich Bioenergie: Züchtung und Anbau von Energiepflanzen

68INNOVATION DURCH FORSCHUNGbereitstellung, eine Entlastung der Umwelt durchden Schutz wertvoller Ressourcen, besonders umweltverträglicheProdukte und die Verminderung vonKohlendioxid-Emissionenen sowie die Stärkung derWettbewerbsfähigkeit der heimischen Land- undForstwirtschaft. Aus dem Förderprogramm NachwachsendeRohstoffe werden neben der energetischenNutzung nachwachsender Rohstoffe auch Maßnahmenim Bereich der stofflichen Nutzung sowieder Öffentlichkeitsarbeit gefördert.Durch den Bundeshaushalt wurden im Jahr 2012 fürdie Umsetzung des Förderprogramms NachwachsendeRohstoffe 59 Millionen Euro zur Verfügung gestellt(2011: 53 Millionen Euro). Der Mittelansatz derFörderung im Jahr 2012 entfällt zu rund 47 Prozentauf Vorhaben der energetischen Nutzung nachwachsenderRohstoffe, zu rund 38 Prozent auf die stofflicheNutzung und zu rund 15 Prozent auf Maßnahmender Öffentlichkeitsarbeit.Zusätzliche Förderschwerpunkte im Bereich Bioenergiekonnten mit der Bereitstellung von Mitteln ausdem Energie- und Klimafonds (EKF) eingerichtet werden.Im Jahr 2012 standen aus dem EKF 3,25 MillionenEuro zur Verfügung.Die Gesamtfördersumme des BMELV im Bereich derBioenergie lag im Jahr 2012 bei rund 113 MillionenEuro, wobei sich die Fördermittel auf Projekte imBereich Züchtung und Anbau von Energiepflanzen(Anteil 39,9 Prozent), im Bereich flüssige Bioenergieträger(28,2 Prozent), gasförmige Bioenergieträger(15,0 Prozent), Umweltwirkungen und sonstige Bioenergieprojekte(8,7 Prozent) sowie feste Bioenergieträger(8,3 Prozent) aufteilen. Flankierend zu den genanntenBereichen werden Forschungsthemen zuökonomischen und ökologischen Fragestellungen derBiomassenutzung unterstützt, wobei unter anderemMarktentwicklungen, volkswirtschaftliche Auswirkungen,Umwelt- und Klimawirkungen sowie Zertifizierungssystemezur Gewährleistung ökologischer, sozialerund ökonomischer Nachhaltigkeit untersucht undentwickelt werden. Zudem wurden 2012 im Bereichder energetischen Nutzung drei Vorhaben im Rahmender Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchsesin Form von Nachwuchsgruppen unterstützt.Bundesministerium für Wirtschaftund Technologie (BMWi)Das BMWi ist zuständig für die anwendungsorientierteProjektförderung auf dem Gebiet der nicht-nuklearenEnergieforschung (ohne erneuerbare Energien)und der nuklearen Sicherheit und Endlagerung. Es istfederführend für die Energieforschungspolitik derBundesregierung und koordiniert das Energieforschungsprogrammder Bundesregierung.In der BMWi-Projektförderung gibt es Bereiche mit inhaltlichemBezug zu erneuerbaren Energien, zum Beispielim Rahmen der ressortübergreifenden FörderinitiativeEnergiespeicher. Auch andere Förderschwerpunktedes BMWi haben teilweise Bezug zu erneuerbarenEnergien, ohne dass der genaue Anteil zu beziffernwäre: energieoptimiertes Bauen, dezentrale Energiesystemeund Energieeffiziente Stadt sowie Brennstoffzelle/Wasserstoffund Elektromobilität.Bundesministerium für Bildungund Forschung (BMBF)Der Schwerpunkt der Projektförderung des BMBF imBereich erneuerbare Energien ist auf grundlegendeFragestellungen ausgerichtet. Grundlagenwissen und-forschung stellen einen entscheidenden Beitrag zurSteigerung der Innovationsfähigkeit der Energiebranchein Deutschland dar.Im Jahr 2012 starteten die Vorhaben der ressortübergreifendenSpeicherinitiative, welche durch technologischeWeiterentwicklungen und Kostensenkungendie Energiespeichertechnologien in Deutschlandbeschleunigen soll (siehe ausführlich Seite 20). DasBMBF legt seinen Schwerpunkt 2012 in 86 bewilligtenVorhaben mit einem Gesamtfördervolumen von74,5 Millionen Euro auf die Grundlagenforschungstationärer thermischer, elektrischer und stofflicherEnergiespeicher sowie auf die Nachwuchsförderung.Auch ressortübergreifend im Rahmen der InnovationsallianzPhotovoltaik wurden weitere Projekte bewilligt.Die durch das BMBF geförderten Vorhabenleisten einen Beitrag dazu, einerseits Innovationssprüngeauf dem Gebiet der waferbasierten undder Dünnschicht- Solarzellentypen zu ermöglichen,an dererseits völlig neue Technologieansätze aus derGrund lagenforschung zur Solarenergienutzung zuerproben. Das BMBF stellt hierfür rund 50 MillionenEuro bereit. Im Rahmen der Förderinitiative OrganischeElektronik, insbesondere der Organischen Photovoltaik,wurden 17 Vorhaben mit einem Gesamtfördervolumenvon über 20 Millionen Euro begonnenmit dem Ziel, den Reifeprozess der Technologien füreinen industriellen Einsatz zu beschleunigen.Rund 30 Vorhaben aus der FörderbekanntmachungBioProFi – Bioenergie – Prozessorientierte Forschungund Innovation sind ebenfalls gestartet. Die Projektesollen neue Impulse zur nachhaltigen und umweltverträglichenNutzung von Biomasse, insbesondereaus Rest- und Abfallstoffen, setzen.

FORSCHUNGSFÖRDERUNG ANDERER MINISTERIEN MIT BEZUG ZU ERNEUERBAREN ENERGIEN 69Im Jahr 2012 wurden folgende Initiativen weitergeführt:die Netzwerke Grundlagenforschung Energieund rationelle Energieanwendung (NGEE), die InnovationsallianzOrganische Photovoltaik (OPV), dieFörderbekanntmachungen Solarenergietechnik dernächsten Generation und BioEnergie 2021, der SpitzenclusterSolarvalley Mitteldeutschland sowie derWettbewerb Energieeffiziente Stadt. Für diese Vor ­haben werden rund 130 Millionen Euro über diegesamte Laufzeit zur Verfügung gestellt.Zusätzlich befasst sich das BMBF mit Methoden undVerfahren, die für die Beantwortung von Akzeptanzfragen,die Schaffung größerer Transparenz bei derEinführung und Verbreitung neuer Energietechno ­logien sowie das Nutzungs- und Nachfrageverhaltenwichtig sind. Im Rahmen der sozial-ökologischenForschung zum Themenschwerpunkt Umwelt- undgesellschaftsverträgliche Transformation des Energie ­systems werden Forschungsansätze aus dem Bereichder Gesellschafts- und Geisteswissenschaften in dieEnergieforschung aufgenommen, um eine Basis fürAkzeptanzaspekte bei der Umsetzung neuer Technologienhinreichend zu schaffen. Die Forschungsförderungdes BMBF erfolgt parallel zu den Analysenpolitischer, soziologischer, ökologischer und ökonomischerRahmenbedingungen zur Querschnittsforschungder anderen Ressorts.Institutionelle FörderungNeben der Projektförderung unterstützt die Bundesregierungauch Forschung und Entwicklung im Bereichder erneuerbaren Energien durch die Grund ­finanzierung der Helmholtz-Gemeinschaft (HGF) sowieder in der Fraunhofer-Gesellschaft (FhG) zusammengeschlossenenForschungszentren und -institute.Die Institute der HGF und FhG werden zusätzlich vonden jeweiligen Bundesländern unterstützt (90 Prozentvom Bund, 10 Prozent vom Land). Die Grund ­finanzierung ermöglicht den Kompetenzaufbau undkommt somit auch der Projektförderung für erneuerbareEnergien zugute. Beide Finanzierungsarten ergänzensich in vielen Bereichen erfolgreich, da durchdie Grundfinanzierung im Rahmen der VorlaufforschungThemen untersucht werden, die noch weitvon der konkreten Anwendung entfernt sind. Die Forschungsprogrammedieser durch den Bund gefördertenEinrichtungen sind langfristig angelegt. Alle fünfJahre werden Umfang und Themenschwerpunkte imRahmen einer Evaluation festgelegt.Die HGF-Institute mit Ausnahme des DLR sowie dieFraunhofer-Institute werden vom BMBF grundfinanziert.Die Grundfinanzierung des DLR wird durch dasBMWi sichergestellt. Das DLR ist insbesondere in denBereichen Entwicklung solarthermischer Kraftwerkeund thermischer Speicher sowie in der Systemanalyseaktiv. In der Systemanalyse wird die Grundfinanzierungsowohl für die wissenschaftliche Weiterentwicklungsystemanalytischer Methoden als auch für ihreAnwendung in Einzeluntersuchungen zu Themender nachhaltigen Energieversorgung eingesetzt. WeitereSchwerpunkte sind Markteinführungsstrategienfür neue Energie- und Antriebstechnologien (unteranderem Elektromobilität, Energiespeicher) sowieTechnologiebewertung. Für erneuerbare Energienflossen im Jahr 2012 rund 21,3 Millionen Euro in dieinstitutionelle Förderung des DLR.Das BMELV fördert das Deutsche Biomasseforschungszentrum,das auch die zukunftsfähige energetischeNutzung von nachwachsenden Rohstoffen unterstützt.Im Jahr 2012 betrug die Fördersumme dafür6,3 Millionen Euro. Im Bereich der Bioenergie ist zudemin Leuna das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse (Fraunhofer CBP) entstanden,dessen Anschubfinanzierung seitens des LandesSachsen-Anhalt 2012 6 Millionen Euro betrug. Zusammenmit der Landesregierung Sachsen-Anhalt, demBMELV sowie dem BMU hat das BMBF dieses moderneBioraffinerie-Forschungszentrum für die industrielleNutzung von Biomasse mit einem Gesamtinvestitionsvolumenvon 24,2 Millionen Euro aufgebaut.Im Rahmen der institutionellen Förderung wurden2012 aus Mitteln des BMBF für die FhG 53,4 MillionenEuro und für die HGF 46,8 Millionen Euro ein ­gesetzt, aus Mitteln des BMWi 27,8 Millionen Eurofür das DLR in der HGF und 50,42 Millionen Euro fürdas Deutsche Biomasseforschungszentrum (DBFZ) ausMitteln des BMELV. ■

70INNOVATION DURCH FORSCHUNGWICHTIGE LINKS— www.bmu.deInternetseite des BMU— www.erneuerbare-energien.deInternetseite des BMU zu erneuerbaren Energien— www.erneuerbare-energien.de/die-themen/forschungInternetseite des BMU zur Forschungsförderungim Bereich der erneuerbaren Energien— www.ptj.de/erneuerbare_energienInternetseite des PtJ; zuständig im Rahmender Forschungsförderung des BMU für RegenerativeEnergieversorgungssysteme (SystEEm),Windenergie, Photovoltaik, Geothermie,Niedertemperatur-Solarthermie, solarthermischeKraftwerke, Wasserkraft und Meeresenergiesowie übergreifende Fragestellungen— www.forschung-energiespeicher.deInternetseite der Förderinitiative Energie -speicher— www.foerderinfo.bund.deInternetauftritt der Förderberatung„Forschung und Innovation“ des Bundes— www.foerderdatenbank.deFörderdatenbank des Bundes mit Informationenzu Förderprogrammen des Bundes, derLänder und der Europäischen Union— www.foerderkatalog.deOnline-Datenbank des Bundes über die vonder Bundesregierung geförderten Projekte— www.solarwaerme-info.deInternetseite zu größeren solarther mischenAnlagen im Rahmen der GROSOL-Ini tiative;gefördert vom BMU— www.dsttp.orgInternetportal der DSTTP-Plattform— www.rave-offshore.deInternetportal der RAVE-Forschungsinitiative— www.bine.infoInternetportal des Informationsdienstes BINEzu Energieeffizienz und erneuerbaren Energien— www.bmwi.deInternetseite des BMWi— www.enob.infoForschung für energieoptimiertes Bauen— www.eneff-waerme.infoForschung für Energieeffizienz— www.bmbf.deInternetseite des BMBF— www.energieforschung-bmbf.deInternetseite zur Energieforschung des BMBF— www.bmelv.deInternetseite des BMELV— www.dbu.deInternetseite der Deutschen BundesstiftungUmwelt (DBU)— www.helmholtz.de/Forschung/EnergieEnergieforschung in der Helmholtz-GemeinschaftDeutscher Forschungszentren (HGF)— www.fnr.deFachagentur Nachwachsende Rohstoffe— www.forschungsrahmenprogramm.deDeutsches Portal zum 7. Forschungsrahmenprogrammder EU; Programmübersicht undÜbersicht aller nationalen Kontaktstellen

INNOVATION DURCH FORSCHUNG 71STATISTISCHER ÜBERBLICKQuelle: BMUNeu bewilligte Projekte2011* 2012*Anzahl 1.000 Euro Anteil in % Anzahl 1.000 Euro Anteil in %Photovoltaik 96 74.332 25,7 85 68.342 23,6Wind 74 77.102 26,6 84 93.157 32,2Geothermie 42 24.056 8,3 37 21.418 7,4Niedertemperatur-Solarthermie 21 9.367 3,2 29 9.981 3,4Solarthermische Kraftwerke 20 11.164 3,9 32 20.723 7,2SystEEm 26 26.269 9,1 80 65.571 22,6Sonstiges 21 22.896 9,4 23 10.513 3,6Summe 300 245.186 100,0 370 289.705 100,0* inklusive EKFQuelle: BMULaufende Projekte 2012 Abgeschlossene Projekte 2012Anzahl 1.000 Euro Anzahl 1.000 EuroPhotovoltaik 243 208.380 43 41.192Wind 209 230.736 44 40.670Geothermie 112 83.540 14 11.631Niedertemperatur-Solarthermie 78 39.632 16 11.910Solarthermische Kraftwerke 72 48.976 13 9.096SystEEm 145 133.765 16 21.081Sonstiges 58 48.490 13 6.144Summe 917 793.519 159 141.724Quelle: BMUMittelabfluss (1.000 Euro)2009 2010 2011* 2012* Durchschnitt2009 — 2012Durchschnittl.Anteil in %Photovoltaik 32.889 39.087 38.827 51.667 40.618 31,7Wind 27.894 36.774 44.013 38.451 36.783 28,7Geothermie 13.837 9.889 11.599 20.816 14.035 10,9Niedertemperatur-Solarthermie 6.313 8.371 6.451 7.965 7.275 5,6Solarthermische Kraftwerke 7.068 5.841 6.058 7.574 6.635 5,2SystEEm 10.874 11.332 12.819 15.061 12.522 9,8Sonstiges 10.677 8.908 9.631 12.940 10.539 8,1Summe 109.552 120.202 129.398 154.474 128.407 100,0* inklusive EKF

„Der Staat schützt auch in Verantwortung für die künftigenGenerationen die natürlichen Lebensgrundlagen ...“Grundgesetz, Artikel 20 aBESTELLUNG VON PUBLIKATIONEN:Publikationsversand der BundesregierungPostfach 48 10 0918132 RostockTel.: 01805 / 77 80 90*Fax: 01805 / 77 80 94*E-Mail: publikationen@bundesregierung.deInternet: www.bmu.de/bestellformular(*0,14 Euro/Minute aus dem deutschen Festnetz; abweichende Preise aus den Mobilfunknetzen möglich)Diese Publikation ist Teil der Öffentlichkeitsarbeit des Bundesministeriums für Umwelt,Naturschutz und Reaktorsicherheit. Sie wird kostenlos abgegeben und ist nicht zumVerkauf bestimmt. Gedruckt auf Recyclingpapier.