FH-Impulspartnerschaft X-Energy

X-Energy: Innovationszentrum für Windenergie, Systemintegration und Speicher

 

Logo der FH-Impulspartnerschaft X-Energy
Partnerschaftslogo (Bild: HAW Hamburg)

Die Partnerschaft X-Energy wird von der HAW Hamburg getragen. Sie nimmt die Entwicklungsfelder Energie und Nachhaltigkeit in den Blick. Durch strategische Kooperationen mit regionalen und überregionalen Unternehmen der Erneuerbaren Energien Branche will die HAW Hamburg das führende Innovationszentrum zur Entwicklung von innovativen Lösungen für die Zukunftsfähigkeit des Energiesystems realisieren und sich so als Innovationsmotor der Metropolregion Hamburg profilieren.

Ziel der Partnerschaft ist der Ausbau von Forschungsaktivitäten in den Bereichen Windenergie, Systemintegration und Speicher. Zu diesem Zweck werden drei zentrale Handlungsfelder definiert:

  • Umwelt und Akzeptanz
  • Innovative Erneuerbare-Energien-Erzeuger
  • Sektorenkopplung

Die Projekte fokussieren u. a. die Entwicklung von Produkten und Dienstleistungen zur Reduzierung der Umweltauswirkungen von Windenergieanlagen wie beispielsweise Schall- und Lichtemissionen. Ebenso werden Speicherverfahren und Lösungen zur Integration von Strom aus erneuerbaren Energien in das Stromsystem erforscht sowie innovative Konzepte alternativer Windenergieanlagen.

In die strategische Partnerschaft sind 23 Unternehmen eingebunden. Die mehr als 13 geplanten Forschungsprojekte werden dazu beitragen, die Forschung, den Wissenstransfer sowie die Markteinführung innovativer Produkte und Dienstleistungen in der Region zu beschleunigen.

Partnerschaftsporträt

In und um Hamburg weht nicht selten eine steife Brise. Damit bringt die Elbmetropole beste Voraussetzungen mit, um hier das Thema Windenergie und den nachhaltigen Umbau des Energiesystems in Deutschland voranzutreiben. Die Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) Hamburg hat dafür zusammen mit Partnern aus der Wirtschaft die Forschungskooperation X-Energy ins Leben gerufen.

Eine dreiarmige akustische Kamera steht in der Nähe von Windkrafträdern auf einem Feld.
Messung mit der Akustischen Kamera im
Windpark Neuengamme (Bild: D. Rokita)

Das breit angelegte Forschungsprojekt verfolgt ein ambitioniertes Ziel: die Energiewende in Deutschland zügig auszubauen. Was das konkret heißt, erklärt Annette Preikschat, Innovationsmanagerin an der HAW Hamburg: „Phase eins der Energiewende konzentrierte sich auf den Auf- und Ausbau erneuerbarer Erzeugungsstrukturen. Jetzt stehen wir am Beginn von Phase zwei. Es geht nun um die Transformation des gesamten Energiesystems, insbesondere was die Verteilung und Speicherung sowie die Energieumwandlung von Strom in Wärme und Kraftstoff angeht. Dies erfolgt beispielsweise durch sogenannte PtL-Verfahren (Power to Liquid, Power to Gas). Hier wird Überschussstrom genutzt, um flüssige Kraftstoffe zu generieren und diese langfristig zu speichern. Möglich ist alternativ die Umwandlung in Biogas, um dieses ebenfalls langfristig zu speichern oder in das Erdgasnetz einzuspeisen. Die zentrale Herausforderung ist dabei, die erneuerbare Energieerzeugung und den Verbrauch zu synchronisieren. Dafür ist ein intelligentes Zusammenspiel der verschiedenen Energietechnologien und -sektoren notwendig.“ Vor diesem Hintergrund widmet sich X-Energy den drei Schwerpunktthemen Windenergie, Systemintegration und Energiespeicher. Übergreifend dazu sind die drei Handlungsfelder „Umwelt & Akzeptanz“, „Erneuerbare Energieerzeugung“ und „Sektorkopplung“ definiert worden.

Von Fledermäusen und Kohlenwasserstoff

Windenergie gehört zu den wichtigsten Quellen erneuerbarer Energien. Im Jahr 2017 wurde sie zur zweitstärksten Energiequelle Deutschlands nach der Braunkohle und lag mit 104 produzierten Terrawattstunden (TWh) Strom weit vor der Solarenergie mit 38,4 TWh und der Wasserkraft mit 20,9 TWh. Dennoch haben die heutigen Windkraftanlagen (WKA) noch Optimierungspotenzial, etwa im Hinblick auf ihre Effizienz. Zudem behindern gesellschaftliche Akzeptanzprobleme aufgrund von Licht- und Lärmemissionen sowie umweltschutzrechtliche Bedenken den weiteren Ausbau. X-Energy erforscht und entwickelt in verschiedenen Impulsprojekten innovative Lösungen für diese Herausforderungen. Ein anschauliches Beispiel ist das Projekt „FLEDERWIND“. Zum Schutz von Fledermäusen erforschen die Beteiligten die Ursachen, aus denen die Tiere mit Windkraftanlagen kollidieren. Daraus werden Maßnahmen abgeleitet, die das Kollisionsrisiko minimieren. Daten etwa über die Art, Zahl und das Flugverhalten der Fledermäuse werden mithilfe einer innovativen Kombination aus Radaranlage, Batcorder, das ist ein Gerät zur Erfassung von Fledermausrufen, und Wärmebildkamera gewonnen.
Die Systemintegration ist das zweite große Thema von X-Energy. Dabei geht es darum, den Stromsektor mit anderen großen Verbrauchssektoren wie Wärme und Mobilität zu koppeln. So soll eine konstante Netzstabilität erreicht werden: Überschüssige Windenergie überlastet dann nicht das Stromnetz, sondern wird in Wärme umgewandelt oder für die Elektromobilität genutzt. Ein Beispiel für den Bereich Systemintegration ist das Impulsprojekt „X-Smart Wind“. Hier geht es darum, die Standortplanung von Windkraftanlagen zu optimieren. Denn längst spielt dabei nicht nur die Verfügbarkeit von Wind eine Rolle. Ein geeigneter Standort sollte außer der Netzanbindung noch weitere Flexibilitätsoptionen bieten, zum Beispiel den direkten Stromverkauf an lokale industrielle Abnehmer. Auch die sinnvolle Speicherung von Überschussstrom und die eventuelle Produktion von Wasserstoff sollten frühzeitig geprüft werden. Mit einer flächendeckenden Wasserstoffproduktion durch Erneuerbare Energien ließen sich auch die Sektoren Wärme und Mobilität CO2 neutral gestalten.
Das Thema Energiespeicher widmet sich schließlich der Frage, wie sich die naturgemäß stark schwankende Verfügbarkeit von Windenergie ausgleichen lässt. Die Beteiligten arbeiten an Lösungen, mit denen sich überschüssige Energie speichern bzw. anderweitig verwenden lässt. So wandeln die beteiligten Partner im Impulsprojekt READi-PtL (Power to Liquid) aus Altfetten gewonnenes Bio-Öl mithilfe von Überschussstrom aus Windkraftanlagen in Kohlenwasserstoff um – ein hochreiner, flüssiger Kraftstoff für eine klima- und umweltschonende Mobilität.

Rückenwind für die Energiewende   

„Der weltweite Klimaschutz sowie die Energiewende sind grundsätzlich wichtige Themen und müssen durch intensive Forschung vorangetrieben werden. Durch die direkte Kooperation mit den Unternehmen ist der Weg in den Markt für Innovationen nicht weit“, sagt Annette Preikschat. So leistet X-Energy nicht nur einen wichtigen Beitrag zum Klima- und Umweltschutz, sondern lässt alle Beteiligten profitieren: Die Unternehmen können auf die geballte Forschungskompetenz der HAW Hamburg zugreifen und so schnell und effizient innovative Produkte für ihre Märkte entwickeln und verkaufen. Die Metropolregion Hamburg ist dank X-Energy auf dem Weg zum Innovationsmotor der Energiewende ein gutes Stück vorangekommen. Und die HAW Hamburg baut ihre Position als führendes Innovationszentrum für die Erzeugung und intelligente Nutzung erneuerbarer Energien aus. Der Grundstein dafür wurde übrigens schon vor Jahren gelegt: 2015 eröffnete die HAW Hamburg das Technologiezentrum Energie-Campus zur praxisnahen Erforschung von Fragestellungen rund um Windenergieerzeugung, -anlagenbetrieb, Netzintegration und Speicherung. Mit dem 2018 eröffneten Windpark Curslack gibt es zudem ein Testgelände mit fünf WKA in unmittelbarer Nähe zum Testzentrum. So steht den Partnern von X-Energy eine hervorragende Infrastruktur zur Verfügung, um ihr gemeinsames Ziel zu erreichen: Einen Beitrag zur Umsetzung der  Energiewende in Deutschland zu leisten.

Stimmen der Partner

Porträt von Prof. Dr. Anika Sievers
Prof. Dr. Anika Sievers
(Bild: Jan Barow, HAW
Hanburg)

„Laut Sonderbericht des Weltklimarates haben wir unser globales CO2-Kontingent schon in zehn Jahren komplett ausgeschöpft. Wenn wir also die international vereinbarten Klimaziele erreichen wollen, drängt die Zeit. Wir brauchen etwa im Bereich der Mobilität dringend Lösungen, die den Ausstoß schnell und drastisch reduzieren. Elektromobilität ist eine davon. Der flächendeckende Ausbau dauert aber noch lange. Deshalb ist es wichtig, mehrgleisig zu fahren. Treibstoff aus Kohlenwasserstoffen ist eine gute, schnell verfügbare und mit der bestehenden Infrastruktur der Fahrzeuge kompatible Lösung."

Prof. Dr. Anika Sievers, Projektleiterin READi-PtL

Porträt von Holger Thomsen
Holger Thomsen (Bild:
Ulf Ehlers, WKN AG)

„Als Pionier der Entwicklung von Windenergie in Deutschland sind wir sehr daran interessiert, den Energiebedarf auch für Wärme und Verkehr möglichst mit erneuerbaren Energien bereitstellen zu können. Für eine detaillierte Analyse der verschiedenen technischen Möglichkeiten ist die Zusammenarbeit mit innovativen Hochschulen wie der HAW sehr hilfreich. Im Projekt X-SmartWind versuchen wir, vorauszudenken, wofür Windenergie in fünf und mehr Jahren ökonomisch sinnvoll verwendet werden sollte und welche technischen Einrichtungen dafür eventuell schon heute benötigt werden oder entwickelt werden sollten. Das Zusammenspiel der verschiedenen Forschungsbereiche der HAW und der Anforderungen in der Praxis bei der WKN führt die Stärken beider Seiten zusammen, um effiziente Lösungen für die Zukunft zu finden.“ 

Holger Thomsen, WKN GmbH, Industriepartner des Projekts X-SmartWind

Hannover Messe 2018: Energiewende geht nur gemeinsam – Mission Vernetzung mit X-Energy

 

Drei Personen unterhalten sich an einem Messestand.
Christina Hilgers VDI TZ GmbH (links) im Gespräch mit dem Vizepräsidenten der HAW Thomas Netzel (Mitte) und Innovationsmanagerin Annette Preikschat (rechts) (Bild: BMBF/Isabell Massel)

Professor Thomas Netzel, Vizepräsident der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW) und Annette Preikschat, Innovationsmanagerin für Transfer und Verwertung, stellen auf dem Gemeinschaftsstand der Hansestadt Hamburg den Besuchern das FH-Impuls geförderte Projekt X-Energy vor. Die HAW erforscht in dem Vorhaben mit dem Team des Competence Center für Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz (CC4E) wichtige Themen der Energiewende und des Klimaschutzes. Die Schwerpunkte bildet das Innovationszentrum mit den Bereichen Windenergie, Systemintegration und Speicher. Die Hamburger schätzen die Vernetzung mit den anderen FH-Impulspartnerschaften, denn es sei sehr wichtig, schnell voneinander zu lernen. Die HAW treibt die Vernetzungsaktivitäten aktiv voran und wird im Juni Gastgeberin der ersten übergreifenden FH-Impuls-Transferwerkstatt sein. Außerdem hat X-Energy auch auf der Hannover Messe zu einem Treffen eingeladen. Die FH-Impulspartnerschaft setzt des Weiteren mit dem übergreifenden Management-Projekt „X-Energy - Innovationsmanagement“ auf ein Tandem aus „Forschung und Integration“ zur Qualitätssicherung und Etablierung von Strukturen zum Wissens- und Technologietransfer. Die HAW unterstützt das Management-Projekt mit einem hohen personellen Eigenanteil, um die Vielzahl der Kooperationen und Verwaltungsschritte sicherzustellen. Laut Annette Preikschat liegt ein wichtiger Fokus auf der Netzwerkbildung auf Fachmessen. Das Projekt X-Energy ist Teil des Competence Center für Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz der HAW und verfügt über eine Forschungskooperation am Energie-Campus mit dem angrenzenden Windpark Curslack. Die Kooperation dient dazu, in explorativen Projekten Grundlagen für technische Neuerungen zu erarbeiten sowie Fragen der Nutzerakzeptanz zu erforschen.
Über die vom Stifterverband, Technopolis, inspire research durchgeführte Begleitforschung zu den 10 Impulspartnerschaften sind regelmäßige Vernetzungsveranstaltungen vorgesehen. „Ein Treffen aller FH-Impulspartnerschaften auf der Hannover Messe 2019, könnte ich mir sehr gut vorstellen“ sagte Thomas Netzel.