Der voranschreitende Klimawandel erfordert es zunehmend, Energieversorgungs­systeme grundlegend und umfassen zu transformieren. Dazu muss die bisherige Energiebereitstellung auf der Basis fossiler Energieträger durch eine Energiebereitstellung auf der Basis erneuerbarer Energien ersetzt werden. Für den dafür erforderlichen Ausbau regenerativer Energien bestehen insbesondere bei der Stromerzeugung aus Windkraft und Solarstrahlung große Potenziale. Aus diesem Grund wird elektrische Energie im Rahmen der Transformation von Energieversorgungssystemen deutlich stärker an Bedeutung gewinnen. Außerdem wird sich durch die Abhängigkeit der genannten erneuerbaren Energien von der Verfügbarkeit ausreichend starker Winde und solarer Einstrahlung die Stromerzeugungscharakteristik substanziell verändern. Dadurch wird zunehmend erforderlich, dass auch die Energienachfrageseite aktiver und flexibler am Versorgungsgeschehen partizipiert.

Vor diesem Hintergrund befasst sich die Forschungsgruppe „Energiesysteme und System­integration“ mit grundlegenden Fragen der Energiesystemtransformation und der damit einher­gehenden Herausforderung der effizienten Integration von fluktuierenden erneuerbaren Energien auf allen Ebenen der Energieversor­gung. Dabei werden sowohl Fragen der optimierten Technologieauslegung als auch der Bewertung des Zusammenspiels verschiedener Energiebereitstellungs- und -nutzungsoptionen auf lokaler sowie überregionaler Ebene adressiert. Dies wird stets aus einer systemischen Perspektive realisiert, um neben der Einzelbetrachtung technischer Lösungen auch den Einfluss von bestimmten Energiewandlungsoptionen auf übergeordnete Energiesysteme bewerten zu können. Des Weiteren stellt die Analyse der mit einer Nutzung der verschiedenen Energieträger in einem entsprechenden integrierten Versorgungssystem verbundenen ökologischen Effekte – insbesondere hinsichtlich der Klimawirkung – einen zentralen Forschungs­gegenstand der Forschungsgruppe dar.

Die Energiesystemmodellierung, -simulation und -optimierung bilden dabei eine wichtige methodische Grundlage – sowohl hinsichtlich der Analyse individueller Technologieansätze (z. B. Simulation von Stoff- und Energietransportprozessen mittels Finite-Elemente- bzw. Finite-Volumen-Methode) als auch hinsichtlich der Energiesystembetrach­tung auf lokaler (z. B. Modellierung und Optimierung von Produktions­standorten, Entsorgungsbetrieben) und übergeordneter Ebene (z. B. Optimierung und Bewertung des Hochlaufs der Produktion und Nutzung nachhaltiger Luftturbinenkraftstoffe oder von Energiesystem­transformationspfaden im europäischen Gesamtkontext). Die Forschungsschwerpunkte der Forschungsgruppe umfassen u. a.

• die Energiesystemflexibilisierung durch den Einsatz von Energiespeichern und anderen nachfrageseitigen Flexibilitätsoptionen und dabei insbesondere sowohl die Technologie­optimierung als auch die optimierte Technologieintegration,
• den (lokalen) Einsatz von regenerativen Energieträgern, was sowohl die direkte Integration lokaler Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien als auch den flexiblen Betrieb von Power-to-X Anlagen (z. B. Elektrolyseure) und die Integration der produzierten Sekundärenergieträger inkludiert,
• die Nutzung regenerativer Energieträger (z. B. Wasserstoff) oder Kraftstoffe (z. B. Bio­kraftstoffe, Power-to-Liquid-Kraftstoffe) in einem übergeordneten Systemkontext, z. B. hinsichtlich der sukzessiven Transformation von Mobilitätssystemen (z. B. Straßenverkehr, Luftfahrt) sowie
• die Klimaeffekte des Einsatzes von Energie in verschiedenen Bereichen des Energiesystems (z. B. CO₂- und Nicht-CO₂-Effekte im Luftverkehrssektor)

Die Forschungsgruppe „Energiesysteme und Systemintegration“ verfolgt das übergeordnete Ziel, wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse zur Energiesystemtransformation zu erarbeiten und damit einen Beitrag zur Entwicklung in Richtung einer nachhaltigen und klimagerechten Zukunft zu leisten.

Hier finden Sie die aktuellsten wissenschaftlichen Veröffentlich­ungen aus der Forschungsgruppe.

Wir freuen uns über Ihr Interesse an unserer Forschung und laden Sie herzlich dazu ein, mehr über unsere Arbeit zu erfahren. Bei Fragen oder Interesse an einer Zusammenarbeit stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.

Gruppenleitung: Dr. Jelto Lange