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Prof. Dr. Wolf Fichtner
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Topic 7 - Energiesystemanalyse

Lichternetz über Europa: Diese NASA-Aufnahme aus dem All versinnbildlicht, wie vielfältig Energiesysteme miteinander verknüpft sind.  (Foto: NASA GSFC/NOAA NGDC)
 
Wie kann der Energiemix der Zukunft aussehen? Welchen Beitrag können hierzu einzelne Technologien oder Technologieportefeuilles leisten?
Entwicklungen in Energietechnik und Schlüsseltechnologien, begrenzte Ressourcen, Klimawandel und Umweltwirkungen, demografischer Wandel, dynamische politische, soziale und ökonomische Rahmenbedingungen, das Streben nach Nachhaltigkeit – all diese Faktoren sind in die Analyse des Energiesystems mit einzubeziehen. Das KIT bündelt technischen Sachverstand, methodische Kenntnisse zur Modellierung, Wirtschaftswissen und Wissen über das gesellschaftliche Umfeld in zielgerichteter interdisziplinärer Forschung.
   

Energiezukünfte

Der Wandel des Energiesystems muss sehr unterschiedlichen Paradigmen, wie gesellschaftlicher Akzeptanz und Finanzierbarkeit, Rechnung tragen. Das Ziel der Forschung ist es, diese unterschiedlichen Paradigmen in sozio-technischen Szenarien darzustellen, wobei der Schwerpunkt in der Erfassung der Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Paradigmen und techno-ökonomischen Randbedingungen liegt.

   

Energiemärkte und Energiesystemanalyse

Aufgrund des Ausbaus der erneuerbaren Energien gewinnt deren Integration in das bestehende nationale und internationale Energiesystem an Bedeutung. Im Zentrum der Forschung steht daher die Analyse der Markt- und Systemintegration von erneuerbaren Energien. Strommarktkopplung, Nachfrage, Strompreise sowie Einflüsse auf lokale, dezentrale und zentrale Märkte werden ebenfalls untersucht.

   

Dezentrale Energiesysteme und Netze

Die sinkenden Kosten von erneuerbaren Energien, Speichersystemen, IT-Technologien und Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) führen zu einer zunehmenden Dezentralisierung der Stromerzeugung, wodurch neue Herausforderungen für das gesamte Energiesystem entstehen. Das Ziel der Arbeiten ist es diese Herausforderungen – auch und vor allem im Kontext der Stromnetze - systematisch zu erfassen und zu analysieren sowie Handlungsempfehlungen zu formulieren. Hierbei gilt es auch den Faktor Mensch mit zu berücksichtigen.

   

Erneuerbare Energien und Energieeffizienz

Erneuerbare Energien sind schon heute ein fester Bestandteil des Energiesystems. Es zeigt sich aber auch, dass eine effiziente Nutzung von Energie notwendig für eine erfolgreiche Energiewende ist. Die übergeordnete Zielsetzung der Forschung ist die techno-ökonomische Analyse und Bewertung von politischen Instrumenten, Maßnahmen sowie Technologien.

    

Biomasse zur energetischen und stofflichen Nutzung

Biomasse ist gekennzeichnet durch ihre vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten, bspw. als Nahrungs- und Futtermittel aber auch als Energieträger oder zur stofflichen Nutzung. Das Ziel der Analysen ist es innovative Technologien zur Bereitstellung von biogenen Produkten, die stofflich oder energetisch genutzt werden können, hinsichtlich technischer, ökonomischer und umweltrelevanter Aspekte zu bewerten.
   

Innovative Verfahrenstechnik

Die Ausnutzung von Effizienzpotenzialen ist nicht hinreichend, um die Energiewende erfolgreich umzusetzen. Damit aber innovative Technologien einen positiven Beitrag zur Umgestaltung des Energiesystems beitragen können, ist eine Identifikation von möglichen hot spots schon in einer frühen Phase der Technologieentwicklung wünschenswert. Das Ziel der Forschung ist es, in Zusammenarbeit mit den technischen Instituten einen entsprechenden Beitrag zur Technologieentwicklung zu leisten.

   

Transport und Energie

Individuelle Mobilität ist zum einen ein Kennzeichen moderner Gesellschaft, sie kann aber auch zur Umweltbelastung im Allgemeinen und zum Klimawandel im Speziellen beitragen. Das Ziel der Arbeiten ist die techno-ökonomische Analyse der Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf Energiesysteme und Stoffströme. Agentenbasierte Simulationsmodelle und Energiesystemmodelle unterstützen die Analysen.

   

Energie- und Stoffstrommanagement

Die zunehmende Verzahnung von Energie- und Stoffflüssen erfordert eine stärkere Berücksichtigung der Interdependenzen bei der Ausgestaltung eines nachhaltigen Energiesystems. Die sich daraus ergebenden Herausforderungen werden für den Energie-Wasser-Nexus im urbanen Kontext und für strategische Metalle exemplarisch untersucht.

   

Resilienz von Smart Grids

Mit dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien und der damit einhergehenden Dezentralisierung und Digitalisierung des Energiesystems gehen neue Verletzbarkeiten und Unsicherheiten bei der Stromversorgung einher – Störungen von Komponenten oder Teilsystemen können sich negativ auf das Gesamtsystem auswirken. Gegenstand der Forschung sind zum einen Impact-Analysen unterschiedlicher Netz-Topologien (Microgrids) und zum anderen die Entwicklung neuer smarter resilienter und diskriminierungsfreier Regelungskonzepte zum Umgang mit Strommangel (Versorgungssicherheit, Netzstabilität).