Die globale Energiewende mit Modellen der Systemanalyse voranbringen

Energiesysteme sind keine „Black Box“. Mit steigenden globalen Verflechtungen nehmen auch in der Energieversorgung die Wechselwirkungen zwischen Staaten weiter zu. Zudem wächst durch die weltweite Energiewende die Komplexität auf regionaler, nationaler und internationaler Ebene. Damit kommt der Systemanalyse durch ihre Modelle und Analysen eine besondere Bedeutung zu, um Zusammenhänge aufzuzeigen, Prognosen zu ermöglichen und Handlungsempfehlungen für Entscheidungen abzuleiten.

Internationale Zusammenarbeit in diesem Bereich ist somit besonders relevant, um gemeinsam durch einen länderübergreifenden Austausch systemanalytische Werkzeuge zu entwickeln, die einerseits global nutzbar sind und andererseits von Impulsen und Erfahrungswerten aus verschiedenen Energiesystemen profitieren.

Das „Energy Technology System Analysis Programme“ (ETSAP) ist eine Technologieinitiative (Technology Collaboration Programme TCP) der Internationalen Energieagentur (IEA) zum Thema Energiesystemanalyse. An ETSAP wirken aktuell, neben Deutschland, 19 weitere IEA-Mitgliedsstaaten, die Europäische Kommission und zwei Sponsoren aus der Privatwirtschaft mit.

Das TCP besteht bereits seit 1977 und ist damit eine der ältesten Technologieinitiativen der IEA. Es bringt als Netzwerk fast 200 Wissenschaftsteams aus rund 70 Ländern zusammen.

Entscheidungsträger weltweit bei der Planung des Energiesystems von morgen unterstützen

ETSAP wurde initiiert, um durch eine systemanalytische Herangehensweise die Weiterentwicklung des globalen Energiesystems durch Untersuchungen zu aktuellen energiepolitischen Fragestellungen voranzutreiben und damit die IEA und ihre Mitgliedsländer beratend zu unterstützen.

Über die internationale Zusammenarbeit entwickeln die Teilnehmenden Energiesystemmodelle den aktuellen energiesystemischen Anforderungen entsprechend fort und wenden diese sowohl global als auch regional unter Aspekten der Energiewende und des Klimaschutzes an.

So bietet ETSAP beispielsweise unterschiedliche Modellgeneratoren wie TIMES an, die durch das TCP entwickelt und stetig weiter verbessert werden. Zudem unterstützt das Technologieprogramm Personen durch Trainingsformate, damit diese eigene internationale, nationale oder regionale Energiesystem-Modelle erstellen können. Außerdem stellt ETSAP mit E-TechDS eine umfangreiche Datenbank zu Energiebedarf und Versorgungstechnologien bereit.

Wissenschaftliche Begleitforschung

Der deutsche Beitrag zu ETSAP wird durch eine Begleitforschung ergänzt. Diese schreibt das BMWK regelmäßig neu aus. Die aktuelle wissenschaftliche Begleitung der Weiterentwicklung der TIMES-Modellgeneratoren ist im Januar 2021 gestartet. Die Arbeiten setzt ein Verbund der Universität Stuttgart, des Forschungszentrums Jülich und der Technischen Universität München um.

Ansprechpersonen

Delegate
Universität Stuttgart
Dr. Markus Blesl
mb@ier.uni-stuttgart.de

Alternate
Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Integration
Christoph Jessen
c.jessen@ptj.de

Ungefähr ein Drittel der Primärenergie wird in nicht-industriellen Gebäuden wie Wohnungen, Büros, Krankenhäusern und Schulen benötigt, wo sie für Heizung und Kühlung, Beleuchtung, Lüftung und den Betrieb von Geräten verwendet wird. Der Gebäudesektor stellt somit einen wesentlichen Beitrag zur Nutzung fossiler Brennstoffe und den damit verbundenen Kohlendioxidemissionen dar. Unsicherheiten in der Energieversorgung und die Gefahr der globalen Erwärmung haben dafür gesorgt, dass viele Länder Zielwerte für die Reduzierung des Energieverbrauchs in Gebäuden eingeführt haben. Insgesamt sollen diese den Energieverbrauch um 5 bis 30 Prozent senken. (Quelle: www.iea-ebc.org/ebc)

Internationale Zusammenarbeit, bei der Forschungsaktivitäten und Wissen miteinander geteilt werden, ist ein wichtiger Faktor, um dieses Ziel erreichen zu können. Das Technology Collaboration Programme Energy in Buildings and Communities (TCP EBC) ermöglicht Forschenden, die durch nationale Programme und die Industrie finanziert werden, ihr Fachwissen zu bündeln. So können qualitativ hochwertige Projektergebnisse erzielt werden. Durch ihre Teilnahme an den Projekten schaffen und verstärken sie ihre eigenen technischen Netzwerke, deren Nutzen auch lange nach dem formellen Ende des jeweiligen Projekts bestehen bleibt. Die Ergebnisse werden auch bei der Formulierung internationaler und nationaler Energiesparpolitiken und -standards verwendet. Die Aufgabe des EBC ist es, einen Rahmen für internationale Forschung zu bieten und die Relevanz des Themas „Energieeffizienz von Gebäuden und Quartieren“ bei wichtigen Entscheidungsträgern weiter zu erhöhen. EBC war eine der ersten Initiativen, die im Rahmen des Technologie-Netzwerks gegründet wurden. Zunächst als „Energy Conservation in Buildings and Communities“ tituliert, erhielt die Initiative 2012 ihren heutigen Namen.

Forschungsthemen von hoher Priorität sind:

• Renovierung bestehender Gebäude: Finanzierung, Interessengruppen und Zusatznutzen
• Planungs-, Bau- und Managementprozess zur Verringerung der Performance Gap
• Einfache, robuste und erschwingliche Technologie
• Energieeffiziente Kühlung in heißen, feuchten oder trockenen Klimazonen
• Ganzheitliche Lösungsansätze auf Quartiersebene

Des Weiteren sollen technische Hindernisse bei der Marktdurchdringung neuer Energiespartechnologien sowohl für Wohn-, Geschäfts- und Bürogebäude als auch für Systeme auf Quartiersebene beseitigt werden.

Kenndaten

Gründungsjahr: 1977
Finanzierungsart: Task-shared
Mitgliedsstaaten: Australien, Belgien, Brasilien, China, Dänemark, Deutschland,  Finnland, Frankreich, Irland, Italien, Japan, Kanada, Südkorea,  Neuseeland, Niederlande, Norwegen, Österreich, Portugal, Schweden,  Schweiz, Singapur, Spanien, Türkei, Vereinigtes Königreich und USA

Arbeitsgruppen

Nr. 86 - Energy Efficient Indoor Air Quality Management in Residential Buildings
Nr. 85 - Indirect Evaporative Cooling
Nr. 84 - Demand Management of Buildings in Thermal Networks
Nr. 83 - Positive Energy Districts
Nr. 82 - Energy Flexible Buildings Towards Resilient Low Carbon Energy Systems
Nr. 81 - Data-Driven Smart Buildings
Nr.80 - Resilient Cooling
Nr.79 - Occupant-Centric Building Design and Operation
Nr.78 - Supplementing Ventilation with Gas-phase Air Cleaning, Implementation and Energy Implications
Nr.77 - EBC Annex 77 / SHC Task 61 Integrated Solutions for Daylight and Electric Lighting
Nr.76 - EBC Annex 76 / SHC Task 59 Deep Renovation of Historic Buildings Towards Lowest Possible Energy Demand and CO2 Emissions
Nr.75 - Cost-effective Building Renovation at District Level Combining Energy Efficiency & Renewables
Nr.74 - Competition and Living Lab Platform
Nr.73 - Tods Net Zero Energy Public Resilient Communities
Nr.72 - Assessing Life Cycle Related Environmental Impacts Caused by Buildings
Nr.71 - Building Energy Performance Assessment Based on In-situ Measurements
Nr.70 - Building Energy Epidemiology: Analysis of Real Building Energy Use at Scale
Nr.69 - Strategy and Practice of Adaptive Thermal Comfort in Low Energy Buildings
Nr.05 - Air Infiltration and Ventilation Centre

Ansprechpersonen

Delegate
Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Nutzung
Katja Rieß
k.riess@ptj.de

Alternate
Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Nutzung
Mira Heinze
m.heinze@ptj.de

High-Temperature Superconductivity

Ansprechperson

Delegate
Dr. Tabea Arndt
Siemens AG Corporate Technology Power & Sensor Systems
Tel.: 09131 725 -372

Stromnetze gemeinsam länderübergreifend weiterentwickeln

Die Stromnetze in Deutschland enden nicht in Flensburg, Garmisch-Partenkirchen, Aachen oder Görlitz. Über Landesgrenzen hinweg verbinden Stromnetze Deutschland zum Beispiel mit Dänemark, Österreich, den Niederlanden und Polen. In allen Ländern Europas möchten die Bevölkerung jederzeit zuverlässig mit Strom versorgt werden. Mit Energie wird gehandelt, sie wird importiert und exportiert.

Aufgrund dieser transnationalen Verflechtungen ist es nötig, dass Fachleute, beispielsweise Hersteller von Stromleitungen, Energieversorger und Forschungseinrichtungen, international zusammenarbeiten. Länderübergreifend tauschen sie sich über ihre Erfahrungen und Erkenntnisse aus. Die Ergebnisse sind für alle beteiligten Akteure nutzbar und so profitieren von den Impulsen und Erfahrungswerten alle gemeinsam.

Das geschieht zum Beispiel im Rahmen des „International Smart Grid Action Network“ (ISGAN), einer Technologieinitiative (Technology Collaboration Programme TCP) der Internationalen Energieagentur (IEA). An ISGAN, einem Zusammenschluss von Regierungsorganisationen (Ministerien, Projektträgern), sind insgesamt 26 Staaten sowie die Europäische Kommission beteiligt. Die Initiative wurde 2010 gegründet und besteht aus sechs Arbeitsgruppen. Finanziert wird ISGAN neben einem jährlichen Mitgliedsbeitrag im Wesentlichen durch die Arbeitsbeiträge der beteiligten Länder und Organisationen.

Fachleute entwickeln Standards und beraten die Politik

ISGAN wurde ins Leben gerufen, um den Einsatz von Smart Grids, also intelligenten Stromnetzen, auf der ganzen Welt voranzutreiben. Um dieses Ziel zu erreichen, adressieren die beteiligten Fachkräfte Lücken in Bezug auf Wissen und Werkzeuge und arbeiten daran, ihr Know-how in den Arbeitsgruppen zu vergrößern und zu teilen.

Die Schwerpunkte der Zusammenarbeit liegen darauf, Standards für den Einsatz erneuerbarer Energien in Stromnetzen zu entwickeln, Energieeffizienz und Versorgungssicherheit zu erhöhen und Wege zu finden, Kunden besser einzubinden. Außerdem beraten die Fachleute Entscheidungsträger zum Einsatz neuer, sauberer Produkte und Dienstleistungen. In Bezug auf technologische Fortschritte erarbeiten die Teams Empfehlungen in den Bereichen Informations- und Kommunikationstechnik, Systemintegration von Erneuerbaren, Laststeuerung (Demand-Side-Management), Ausbau der Windenergie sowie bessere Verteilung von Strom aus erneuerbaren Energien.

Kenndaten

Gründungsjahr: 2010

Mitgliedstaaten: Australien, Belgien, Brasilien, China, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Indien, Irland, Italien, Japan, Kanada, Mexiko, Niederlande, Norwegen, Österreich, Russland, Schweden, Schweiz, Singapur, Spanien, Südafrika, Südkorea, USA, Vereinigtes Königreich sowie die Europäische Kommission

Finanzierung: task-shared (bzw. Mitgliedsbeitrag von USD 12.500 )

Arbeitsgruppen

Derzeit sind sechs Arbeitsgruppen, sogenannte Annexe, innerhalb von ISGAN eingerichtet.

• Communication Working Group
• Cost Benefit Analysis & Toolkit
• International Research Network SIRFN
• Power T&D Systems
• Smart Grid Transitions
• Flexibility Markets

Ansprechperson

Delegate
Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Integration
Dr. Ralf Eickhoff
r.eickhoff@ptj.de

Das Wirbelschichtverfahren ist eine attraktive, da flexibel zu nutzende Verfahrenstechnik. So können mit dem Verfahren nicht nur Biomasse, sondern auch Abfall oder Mischbrennstoffe in Strom umgewandelt werden. Allerdings stellen die verschiedenen Brennmaterialien unterschiedliche Anforderungen an Komponenten und Anlagentechnik. Internationale Expertinnen und Experten aus 19 Ländern engagieren sich daher im Technology Collaboration Programme (TCP) Fluidized Bed Conversion der Internationalen Energieagentur (IEA). In Workshops und Meetings tauschen sich die Teilnehmenden über die ganze Bandbreite von Forschungsfragen bis hin zu Erfahrungen aus kommerziellen Anwendungen aus. Dabei spielen Einzelaspekte wie Materialqualitäten ebenso eine Rolle wie die 3-D-Modellierung von Verfahrensabläufen.

Wirbelschicht für guten Wärmetransport

Fossile Brennstoffe wie Kohle oder Erdgas sind weltweit begrenzt und das Verbrennen hat klimaschädliche Folgen. Deshalb wird rund um den Globus immer mehr Strom aus alternativen Energiequellen gewonnen. Hierzu gehört neben Wind oder Sonne auch Biomasse. Biomasse wird üblicherweise in Kraftwerken im sogenannten Wirbelschichtverfahren verbrannt. Dabei umströmen die zugeführte Verbrennungsluft beziehungsweise das entstehende Rauchgas die Brennstoffpartikel. Die dabei wirkenden Strömungskräfte „tragen“ die Brennstoffpartikel. Es entsteht eine Wirbelschicht, in der es zu einem engen Kontakt zwischen den aufgewirbelten Biomassepartikeln und dem Gas kommt. Dies führt zu einem guten Wärmetransport im Kesselinnern, aber auch zwischen Wirbelschicht und der Behälterwand beziehungsweise den eingebauten Wärmetauschern. Ein weiterer Vorteil: Die Temperatur im Kessel bleibt relativ konstant. Dadurch entstehen beim Verbrennungsprozess im Vergleich zu anderen Verfahren weniger Schadstoffe.

Kenndaten

Gründungsjahr: 1980

Mitgliedstaaten: Deutschland, China, Kanada, Russland, Frankreich, Österreich, die Tschechische Republik, Finnland, Griechenland, Ungarn, Italien, Japan, Korea, Portugal, Polen, Spanien, Schweden, Großbritannien und die USA

Finanzierung: task-shared

Ansprechperson

Delegate
Projektträger Jülich (PtJ)
Dr. Annette Weiß

Geothermie für die Strom- und Wärmeproduktion zu nutzen hat im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energiequellen einen entscheidenden Vorteil: Ist eine Anlage einmal installiert, kann mit der gewonnenen Erdwärme viele Jahre lang ein kontinuierlicher Grundlaststrom geliefert werden. Auch kann die Erdwärme direkt genutzt werden, indem sie in Fernwärmenetze eingespeist oder für industrielle Prozesse verwendet wird. Oberflächennahe Erdwärme mit geringeren Temperaturen eignet sich außerdem zum Heizen und Kühlen von Gebäuden.

Die Potenziale der Geothermie noch stärker nutzbar zu machen, haben sich die Expertinnen und Experten des Technological Collaboration Programme (TCP) "Geothermal" der Internationalen Energieagentur (IEA) zum Ziel gesetzt. Mitglieder aus 13 Staaten, die Europäische Kommission, ein spanischer Geothermieverband sowie ein Unternehmen fördern in dem Zusammenschluss die internationale Zusammenarbeit, um Technologien im Bereich Erdwärme weiterzuentwickeln und diese Energie nachhaltig zu nutzen.

Best-Practice-Beispiele und internationale Workshops

Die Aktivitäten der Gruppe sind dabei zum einen auf den Informationsaustausch zwischen den Mitgliedern ausgerichtet. Zum anderen soll die Thematik stärker in die Öffentlichkeit getragen werden. Die Mitglieder stellen Best-Practice-Beispiele aus den Bereichen Forschung und Entwicklung, aber auch aus bereits angewandten Geothermieprojekten zusammen. Sie erheben und verbreiten geothermische Daten, um den Wissensfundus zu vergrößern. Nicht zuletzt sollen aus den Aktivitäten neue, bzw. weiterentwickelte Technologien entstehen.

Ob Fragen nach der Direktnutzung von Geothermie, induzierter Seismizität oder dem Einfluss von Geothermie-Projekten auf die Umwelt: Bei Workshops und anderen Veranstaltungen beschäftigen sich die Mitglieder mit einer großen Bandbreite relevanter Themenkomplexe. Ein besonderes Interesse haben die Expertinnen und Experten daran, die Bohrkosten für Geothermie-Anlagen zu reduzieren. Denn die Bohrkosten für Projekte der tiefen Geothermie machen bis zu 70 Prozent der Kapitalkosten aus und sind somit eine der größten Herausforderungen für die Branche. Auch steigen die Kosten mit zunehmender Tiefe exponentiell an.

Kenndaten

Gründungsjahr: 1997

Mitglieder: Australien, Frankreich, Deutschland, Island, Italien, Japan, Mexico, Südkorea, Neuseeland, Norwegen, Schweiz, USA, Vereinigtes Königreich, Europäische Kommission, Spanisch Geothermal Technology Platform (GEOPLAT), ORMAT Technologies

Finanzierung: Cost-shared

Arbeitsgruppen

• Working Group „Environmental Impacts of Geothermal Development“ (Tasks: Impacts on Natural Features / Discharge and Reinjection Problems / Methods of Impact Mitigation and Environmental Procedures / Sustainable Utilization Strategies)
• Working Group „Direct Use of Geothermal Energy“ (Tasks: New and Innovative Geothermal Direct Use Applications / Communication / Statistics for Geothermal Heat Pump Applications / Design Configuration and Engineering Standards)
• Working Group „Data Collection and Information“
• Working Group „Deep Roots of Volcanic Geothermal Systems“ (Tasks: Compilation of Conceptual Models of the Roots of Volcanic Geothermal Systems and Associated Research Methods / Advancement of Methods for Deep Geothermal Exploration / Methods for Modelling Conditions and Processes in Deep Geothermal Resources)
• Working Group „Emerging Geothermal Technologies“ (Tasks: Exploration, Measurements and Logging / Drilling Technology / Reservoir Creation and Enhancement / Induced Seismicity / Surface Technology – Heat and Electricity Production, Corrosion, Scaling / Geothermal Reservoir Management)

Ansprechpersonen

Delegate
Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Erneuerbare Energien/Kraftwerkstechnik
Manuela Richter
ma.richter@ptj.de

Alternate
Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Erneuerbare Energien/Kraftwerkstechnik
Dr. Andreas Koch
an.koch@ptj.de

Gemeinsam forschen für mehr Tempo bei Wasserstoff-Innovationen

Wasserstoff nimmt auf dem Weg zur Klimaneutralität eine wichtige Schlüsselfunktion ein: Der Energieträger kann vielfältig genutzt werden und den Ausstoß von Kohlenstoffdioxid (CO₂) senken, wenn er aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird. Das ist bisher aber noch kaum der Fall. Mittels Forschungs- und Entwicklungsprojekten auf der ganzen Welt wollen Fachleute das ändern.

Im Sommer 2020 hat Deutschland daher seine Nationale Wasserstoffstrategie veröffentlicht. Damit steht es nicht alleine dar: 50 weitere Länder haben laut einer Studie des Weltenergierats eigene Strategien verabschiedet oder unterstützen Wasserstoffprojekte.

Denn als Speichermedium und Energieträger kann Wasserstoff dazu beitragen, die Bereiche Strom, Wärme, Industrie und Verkehr zu verzahnen und fossile Energieträger wie Kohle oder Erdgas zu verdrängen. Wasserstoff wird jedoch heute noch hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen hergestellt. Zudem sind viele Anwendungen noch vergleichsweise teuer.

Weltweit Hand in Hand für den Klimaschutz

Deswegen setzen sich die Beteiligten des Hydrogen Technology Collaboration Programme (TCP) dafür ein, Forschung und Entwicklung von Wasserstofftechnologien zu beschleunigen und Innovationen schneller in die breite Anwendung zu bringen. Die Akteure verfolgen so das Ziel, einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten, die Versorgungssicherheit mit Energie sicherzustellen und die Wirtschaftlichkeit der Wasserstofftechnologien zu verbessern.

Das Hydrogen TCP ist eine von rund 40 Technologieinitiativen der Internationalen Energieagentur. Als Kooperationsplattform dient es dazu, die weltweite Zusammenarbeit sowie den Informationsaustausch zu Wasserstofftechnologien zu fördern. Seit 1977 gibt es die Technologieinitiative. Einzelne Staaten, die Europäische Kommission, die Vereinten Nationen sowie Unternehmen und Verbände beteiligen sich. Finanziert wird das Hydrogen TCP neben einem jährlichen Mitgliedsbeitrag im Wesentlichen durch die Aktivitäten der teilnehmenden Länder und Organisationen.

Forschungsergebnisse auswerten und bereitstellen

Themenschwerpunkte sind Aspekte wie Erzeugung, Speicherung und Integration des Gases in bestehende Infrastrukturen. Gemeinsam analysieren die Fachleute Daten zum technischen Fortschritt und stellen diese für politische Entscheidungsprozesse bereit. Mit Informationen zum Potenzial und zur Sicherheit der Technologie möchten sie ein weltweites Publikum erreichen.

So trägt beispielsweise ein Team in der Arbeitsgruppe „Data and Modelling“ die systemanalytischen Modelle zu Wasserstofftechnologien zusammen und entwickelt sie weiter. Anhand dieser Modelle und zugehöriger Daten kann der Beitrag von Wasserstofftechnologien in zukünftigen Energieszenarien berechnet werden.

Kenndaten

Gründungsjahr:1977

Mitgliedstaaten: Australien, Belgien, China, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Griechenland, Israel, Italien, Japan, Kanada, Südkorea, Litauen, Neuseeland, Niederlande, Norwegen, Österreich, Portugal, Schweden, Schweiz, Spanien, Vereinigtes Königreich sowie die Organisation der Vereinten Nationen für industrielle Entwicklung und die Europäische Kommission

Finanzierung: Task- und Cost-shared

Arbeitsgruppen

Die Arbeit im Hydrogen TCP ist thematisch in Forschungsprojekte, sogenannte Tasks, organisiert:

• Task 47: Hydrogen Certification
• Task 46: Offshore Hydrogen Production
• Task 45: Renewable Hydrogen Production
• Task 44: Hydrogen from Nuclear Energy
• Task 43: Safety and RCS of Large Scale Hydrogen Energy Applications
• Task 42: Underground Hydrogen Storage
• Task 41: Analysis and Modelling of Hydrogen Technologies
• Task 40: Energy Storage and conversion based on hydrogen

Ansprechpersonen

Delegate
Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Integration
Dr. Erik Busche
e.busche@ptj.de

Alternate
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Prof. Christopher Hebling

Die Photovoltaik ist neben der Windenergie einer der Eckpfeiler für den Übergang zu einem nachhaltigen Energiesystem. Durch das Koppeln mit Speichern, E-Mobilität, Wärme- und Kälteversorgung sowie Wasserstofftechnologien bietet sich ein weites Anwendungspotenzial. Und die kontinuierlich sinkenden Preise machen Photovoltaik immer wettbewerbsfähiger.

Das Technological Collaboration Programme (TCP) „Photovoltaic Power Systems“ der Internationalen Energieagentur (IEA) trägt dazu bei, die internationale Kooperation in diesem Technologiebereich zu verstärken. Durch die gemeinsamen Arbeiten und den Austausch an Erfahrung und Wissen werden Entwicklungen und auch der internationale Ausbau vorangetrieben. Um ihr gemeinsames Ziel zu erreichen, setzen die 27 Mitgliedstaaten und weiteren Sponsoren unter anderem auf gemeinsame Forschungsprojekte. Die Inhalte der Forschung sind system- und anwendungsorientiert.

Förderprojekte und Dokumentation der globalen Entwicklung

In mehreren so genannten Tasks bearbeiten die Mitglieder verschiedene Themen, wie zum Beispiel Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsfragen oder die Weiterentwicklung der Technologie mit Blick auf konkrete Anwendungen. Ein aktuelles Thema ist beispielsweise die Integration von Photovoltaikmodulen in Gebäude oder Fahrzeuge. Neben den Forschungsaktivitäten kümmert sich PVPS auch um die Darstellung der globalen Entwicklung von Photovoltaik als Inhalt von Task 1. Hieran arbeiten alle Mitgliedsländer mit.

In Deutschland werden die einzelnen Tasks häufig in konkreten Förderprojekten bearbeitet. Ein aktuelles durch das BMWK gefördertes Projekt befasst sich zum Beispiel mit Recyclingverfahren. Hierbei untersuchen die Projektpartner sowohl technisch-ökonomische und ökologische Fragestellungen des Recyclings, als auch potenzielle Rücknahmesysteme und deren Logistik.

Deutschland ist in sieben der aktuell acht laufenden Tasks des TCP PVPS aktiv. Davon wird Task 13 „Quality“ von deutscher Seite als Operating Agent geleitet. Bei Task 14 „Grid Integration“ ist Deutschland stellvertretender Operating Agent. Außerdem übernimmt Deutschland zusammen mit der Schweiz die Rolle des Operating Agent in der zweiten Phase von Task 15 (Januar 2020 – Dezember 2023).

Kenndaten

Gründungsjahr: 1993

Mitgliedstaaten: Australien, Belgien, Chile, China, Dänemark, Deutschland, Europäische Union, Finnland, Frankreich, Israel, Italien, Japan, Kanada, Malaysia, Mexiko, Marokko, Niederlande, Norwegen, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, Schweiz, Südafrika, Südkorea, Thailand, Türkei, USA

Weitere Mitglieder (Sponsoren): Die Europäische Kommission, Solar Power Europe, die Smart Electric Power Alliance (SEPA), die Solar Energy Industries Association (SEIA)

Finanzierung: Task-shared (Task 1 zum Teil Cost-shared)

Arbeitsgruppen

Derzeit sind acht Forschungsprojekte, sogenannte Tasks, innerhalb des IEA-PVPS-Programms eingerichtet.

• Task 1 Strategic PV Analysis & Outreach
• Task 12 PV Sustainability
• Task 13 Performance, Operation and Reliability of Photovoltaic Systems
• Task 14 Solar PV in the 100% RES Power System
• Task 15 Enabling Framework for the Development of BIPV
• Task 16 Solar Resource for High Penetration and Large Scale Applications
• Task 17 PV & Transport
• Task 18 Off-Grid and Edge-of-Grid Photovoltaic Systems

Ansprechpersonen

Delegate

Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Erneuerbare Energien/Kraftwerkstechnik
Christoph Hünnekes
ch.huennekes@ptj.de

Alternate

Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Erneuerbare Energien/Kraftwerkstechnik
Klaus Prume
k.prume@ptj.de

Laut der 2019 verabschiedeten Vision des Technology Collaboration Programme Solar Heating and Cooling (TCP SHC) sollen Solartechnologien 2050 mehr als 50% des Niedertemperatur-Heiz- und Kühlbedarfs für Gebäude decken und einen erheblichen Anteil an der Wärmeversorgung des Agrar- und Industriesektors haben. Solare Heizung und Kühlung kann somit erheblich dazu beitragen, die CO2-Emissionen weltweit zu senken und das Ziel des Pariser Abkommens zu erreichen.

Im TCP SHC spielt Deutschland von Beginn an eine wichtige Rolle. Das TCP wurde 1977 als eines der ersten Forschungskooperationsprogramme der Internationalen Energieagentur ins Leben gerufen. Mit multidisziplinärer internationaler Forschung und Wissensaustausch sowie Markt- und Politikempfehlungen arbeitet das SHC TCP daran, solarthermische Systeme für die verschiedenen Anwendungsfelder zu etablieren. Technische und nicht-technische Hindernisse sollen abgebaut werden. Das Bewusstsein wichtiger Entscheidungsträger soll gestärkt und die Industrie dazu ermutigt werden, neue solarthermische Produkte und Dienstleistungen zu nutzen.

Die wichtigsten Ziele von IEA SHC sind:

• die Überwindung von Hindernissen und die Erhöhung des weltweiten Marktanteils der Solarbranche durch Forschung
• die Entwicklung und Erprobung von Hardware, Materialien und Designwerkzeugen
• die Erweiterung des solarthermischen Marktes und die Sensibilisierung von politischen Entscheidungsträgern und Verbrauchern.

Aktuell sind 20 Mitgliedsstaaten von vier Kontinenten beteiligt und fünf Organisationen, unter anderem UNIDO Global Networks of Regional Systainable Energy Centres. Alle Mitglieder haben das Recht, neue Projekte, so genannte Tasks, vorzuschlagen. Jedes Mitglied entscheidet, ob es an einem bestimmten Projekt teilnimmt oder nicht. Die Arbeit erfolgt auch in Zusammenarbeit mit anderen IEA Technologieprogrammen (z.B. District Heating and Cooling, Energy in buildings and communities, Heat Pump Technologies, Photovoltaik Power Systems und SolarPACES). Weiterhin arbeitet das SHC TCP auch mit externen Akteuren auf diesem Gebiet zusammen, einschließlich der Verbände der Solarindustrie in Australien, Europa und Nordamerika. Das TCP Solar Heating and Cooling unterstützt die Erforschung und Entwicklung in einem sehr breiten Themenspektrum, 55 Tasks wurden in den letzten 40 Jahren erfolgreich abgeschlossen.

Die Mitglieder von IEA SHC befassen sich schwerpunktmäßig mit folgenden Themen:

• Solares Heizung und Warmwasserbereitung
• Solares Kühlen
• Solarwärme für industrielle und agrarische Prozesse
• Solare Nah- und Fernwärme
• Solares Bauen, städtisches solares Planen
• Photovoltaisch-thermische Kollektoren
• Tageslichtnutzung
• Materialien und Komponenten
• Standardisierung, Zertifizierung, Testmethoden
• Solare Strahlung und Vorhersagen
• Speicherung von Solarwärme

2012 wurde ein eigenes internationales SHC Konferenzformat etabliert. Vier internationale Konferenzen fanden seitdem statt. Seit 2017 finden diese in Kooperation mit dem ISES - Solar World Congress statt. Regelmäßig wird außerdem der SHC Solar Award vergeben. Über die Solar Academy werden die Ergebnisse in Veranstaltungen / Webinaren in entsprechenden Trainings verbreitet.

Kenndaten

• Gründungsjahr: 1977
• Finanzierungsart: (Task-shared/Cost-shared): Task shared
• Mitgliedstaaten: aktuell 20 Mitgliedsstaaten (davon 14 aus Europa, China, Kanada, Südafrika, Australien, Mexiko, Türkei) und 5 Organisationen

Arbeitsgruppen

• Task 55 - Towards the Integration of Large SHC Systems into District Heating and Cooling (DHC) Network
• Task 56 - Building Integrated Solar Envelope Systems for HVAC and Lighting
• Task 58 - Material and Component Development for Thermal Energy Storage
• Task 59 - Renovating Historic Buildings Towards Zero Energy
• Task 60 - Application of PVT Collectors and New Solutions in HVAC Systems
• Task 61 - Integrated Solutions for Daylighting and Electric Lighting
• Task 62 - Solar Energy in Industrial Water & Wastewater Management
• Task 63 - Solar Neighborhood Planning
• Task 64 - Solar Process Heat

Ansprechpersonen

Delegate
Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Nutzung (ESN 6)
Kerstin Krüger
Tel.: 030 20199- 530
k.krueger@ptj.de

Solarthermische Kraftwerke wandeln Sonnenstrahlung in Wärme um. Im Gegensatz zu Sonnenkollektoren nutzen sie diese Wärme jedoch nicht direkt zum Heizen von Gebäuden, sondern stellen damit elektrischen Strom her. Dafür erhitzt das gebündelte Sonnenlicht zunächst ein Wärmeträgermedium wie etwa Thermöl oder flüssiges Salz. Dieses wiederum erhitzt Wasser. Der entstehende Dampf treibt Turbinen und damit die Generatoren an, die klimafreundlich elektrischen Strom erzeugen. Ein weiterer Vorteil dieser Technologie: Die gewonnene Wärme lässt sich beispielsweise in Flüssigsalztanks speichern und kann bei bedecktem Himmel oder nachts zu Strom umgewandelt werden.

In Deutschland ist es aufgrund der geringen direkten Sonneneinstrahlung nicht möglich, grünen Strom wirtschaftlich in solarthermischen Kraftwerken zu produzieren. Deutsches Technologie-Know-how hingegen ist rund um den Globus gefragt – für den Bau der Anlagen in Ländern wie Marokko, Spanien oder den Vereinigten Arabischen Emiraten. Daher forschen deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern im TCP SolarPACES gemeinsam mit ihren Kolleginnen und Kollegen aus vielen Ländern an Technologien, Verfahren und Dienstleistungen im Bereich der solarthermischen Solarenergie.

Energiepartnerschaften fördern

Konkret geht es darum, durch gemeinsame Projekte Energiepartnerschaften zwischen Ländern zu fördern, internationale Richtlinien und Normen zu definieren und innovative technische und verfahrenstechnische Lösungen, etwa zu solaren Kraftstoffen, zur Marktreife zu bringen. Dabei geht es vor allem darum, die Kosten der Technologie zu senken, um so wettbewerbsfähig zu sein. Die hierfür anfallenden Themen bearbeiten die Mitglieder in mehreren so genannten Tasks. Die verschiedenen Forschungsaktivitäten werden darüber hinaus mit anderen IEA-TCPs und Organisationen für erneuerbare Energien abgestimmt.

Deutschland ist in allen sechs laufenden Tasks des TCP SolarPACES aktiv. Davon werden Task III und IV von deutscher Seite als Operating Agent geleite

Kenndaten

• Gründungsjahr: 1990, entstanden aus Vorgängergruppe „Small Solar Power Systems“ (SSPS)
• Mitglieder: Europäische Kommission und 18 Länder: Australien, Österreich, Chile, China, Frankreich, Deutschland, Griechenland, Israel, Italien, Mexiko, Marokko, Namibia, Südkorea, Südafrika, Spanien, Schweiz, USA und Vereinigte Arabische Emirate
• Finanzierung: Task-shared

Arbeitsgruppen

• Task I: Solar Thermal Electric Systems
• Task II: Solar Chemistry Research
• Task III: Solar Technology and Advanced Applications
• Task IV: Solar Heat Integration in Industrial Processes
• Task V: Solar Resource Assessment and Forecasting

Ansprechperson

Delegate
Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Erneuerbare Energien/Kraftwerkstechnik
Dr. Tarik Schwarzer, Germany
t.schwarzer@ptj.de

Windenergieanlagen an Land (onshore) produzieren kostengünstig Strom, insbesondere wenn die Emissionen in die konventionellen Kraftstoffpreise einbezogen werden. Windenergie auf See (offshore) wiederum hat großes Potenzial, den Beitrag der Windenergie zum Strommix der Zukunft deutlich zu steigern. Dafür müssen ihre Kosten jedoch weiter reduziert werden. Um die Möglichkeiten der Windenergie on- und offshore voll nutzen zu können, müssen die Stromnetze aufgerüstet werden, um die steigenden Anforderungen erfüllen und die größere Vielfalt bewältigen zu können.

Ziel des Technology Collaboration Programme (TCP) Wind der Internationalen Energieagentur (IEA) ist es, die Zusammenarbeit bei Forschung und Entwicklung im Bereich Windenergie zu fördern und wichtige Informationen, Analysen und Werkzeuge für die Mitglieder bereitzustellen.

Die Mitglieder des IEA Wind TCPs verfolgen vier strategische Ziele:

1. Den Wert der Windenergie im Energiesystem und den Energiemärkten erhöhen.
2. Die Kosten für On- und Offshore-Windenergie weiter senken.
3. Die gemeinschaftliche Forschung fördern und den Austausch von Best-Practice-Beispielen und Daten ermöglichen.
4. Die gesellschaftliche Akzeptanz für Windenergie steigern sowie die Umweltverträglichkeit der Technologie weiter verbessern

Kenndaten

• Gründungsjahr: 1977
• Mitglieder: 21 Mitgliedsstaaten plus Europäische Kommission: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Indien, Irland, Italien, Japan, Kanada, Korea, Niederlande, Norwegen, Österreich, Portugal, Schweden, Schweiz, Spanien, USA, Vereinigtes Königreich
• Sponsoren: WindEurope und Chinese Wind Energy Association (CWEA)
• Finanzierung: Cost-shared und Task-shared

Arbeitsgruppen

• Task 11: WindScout (Strategy, Collaboration & Outreach on Urgent Topics of Wind Energy Research)
• Task 25: Energy Systems with large Amounts of variable Generation
• Task 39: Quiet Wind Turbines Technologies
• Task 42: Lifetime Extension
• Task 43: Digitalization
• Task 44: Wind Farm Flow Control
• Task 45:  Wind Turbine Blade Recycling
• Task 46: Leading Edge Erosion
• Task 47: TURBINIA - TURBulent INflow Innovative Aerodynamics
• Task 48: Airborne Wind Energy
• Task 49: Floating Wind Arrays (IDEA)
• Task 50: Hybrid Power Plants
• Task 51: Forecasting for the Weather Driven Energy System
• Task 52: Large-Scale Deployment of Wind LIDAR
• Task 53: Wind Energy Economics
• Task 54: Cold Climate Wind Power
• Task 55: REFWIND – Reference Wind Turbines and Plants
• Task 56: OC 7 - Offshore Code Comparison Collaboration
• Task 57: JAM - Joint Assessment of Models
• Task 62: Social Science to support Wind Energy Planning and Participation

Ansprechpersonen

Delegate
Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Erneuerbare Energien/Kraftwerkstechnik
Franciska Klein
f.klein@ptj.de

Member Support
Projektträger Jülich
Geschäftsbereich Energiesystem: Erneuerbare Energien/Kraftwerkstechnik
Friederike Barenhorst
f.barenhorst@ptj.de

Alternate
ForWind - Center for Wind Energy Research
Dr. Stephan Barth
stephan.barth@forwind.de