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Bereit für die Energiewende: Windräder auf der Schwäbischen Alb.
In Kassel entsteht in den nächsten Jahren eines der größten Fraunhofer Institute in Deutschland. Der Ausbau des Kasseler Teils des Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (Iwes) dürfte während dieser Zeit zur größten Infrastrukturinvestition in der führenden Organisation für angewandte Forschung in Europa werden. Hessens Wissenschaftsministerin Eva Kühne-Hörmann (CDU) hat dem Leiter des Iwes, Jürgen Schmid, zugesichert, sich für Haushaltsmittel einzusetzen. Spätestens bis 2017 sollen allein in einen Neubau des Iwes in Kassel, in dem 500Mitarbeiter Platz finden werden, 100 Millionen Euro durch Bund und Land investiert werden.
Das heißt für Schmid aber nicht, dass die bestehenden Standorte aufgegeben werden. Seit vor gut drei Jahren aus dem Institut für solare Energieversorgungstechnik (Iset) an der Universität Kassel das Fraunhofer Iwes geworden ist, wuchs die wissenschaftliche Einrichtung rasant. Die Zahl der Mitarbeiter, Stipendiaten, Diplomanden und Doktoranden hat sich von etwa 180 auf gut 360 verdoppelt, und das Etatvolumen schnellte von 2008 bis 2011 von neun auf 20 Millionen Euro hoch. Die Zahl der Standorte wuchs von zwei auf vier allein im Stadtgebiet von Kassel. Standorte für die Biogasforschung in Bad Hersfeld oder die Systemtechnik wie in Fuldatal kommen hinzu. In fünf Jahren, wie Schmid prognostiziert, werden 800 Angestellte und Wissenschaftler allein am Kasseler Iwes-Standort arbeiten. In Kassel beschäftigt sich das Iwes mit der Systemtechnik, am anderen Standort in Bremerhaven mit weiteren 150 Mitarbeitern vor allem mit der Windenergie.
Seit Energiewende nötiger denn je
Für Schmid ist die nordhessische Stadt als Wissenschaftsstandort für Energiesystemtechnik erste Wahl. Das Iset sei das erste wissenschaftliche Institut in Deutschland gewesen, das sich auf die Energiesystemtechnik konzentriert habe. Das sei bis heute die Stärke der Kasseler. Von hier seien die Initiativen zur europäischen Vernetzung der erneuerbaren Energiequellen und der Forschung daran ausgegangen. „Das Iwes ist und bleibt ohne Zweifel das Institut zur Gestaltung der Energiewende in Deutschland“, sagt Schmid. Es sei die Aufgabe des Iwes, im Verlauf der Energiewende die Versorgungssicherheit Deutschlands mit seiner wissenschaftlichen Arbeit zu gewährleisten und die Umstellung auf nachhaltig fließende Quellen nicht teurer werden zu lassen, als es unbedingt notwendig sei.
Seit der Energiewende vor gut einem Jahr ist die Arbeit des Iwes nötiger denn je. Denn gegenwärtig sieht Schmid durch den „unstrukturierten und ungeplanten Ausbau der erneuerbaren Energien“ sowohl die Versorgungssicherheit in Gefahr als auch die Kosten davonlaufen. Der Forschungsverbund Erneuerbare Energie, der unter Schmids Leitung ein Energiekonzept bis zum Jahr 2050 erstellt hat, rechnete 2012 mit zusätzlichen Kosten für die Umstellung auf nachhaltige Energiequellen von etwa zehn Milliarden Euro. Tatsächlich dürften es aber 24 Milliarden werden, weil vor allem die Photovoltaik, aber auch die Biomasse stärker ausgebaut werden, als es nach Ansicht der Wissenschaftler sinnvoll wäre.
„Wie viel ist der Strom wert an dem Ort, an dem er erzeugt wird?“
Der Strom aus Photovoltaikanlagen decke die Nachfragespitze zur Mittagszeit im Sommer ab, aber nicht am Abend, und im Winter leiste die Photovoltaik fast nichts, sagt Schmid. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) mit den hohen Einspeisevergütungen für Sonnenstrom habe „den Chinesen“ geholfen, die preiswerte und offenbar gute Photovoltaikmodule lieferten, sagt Schmid. „Wir haben mit unserem EEG die teure Lernkurve der ganzen Photovoltaik-Welt bezahlt“, sagt der Wissenschaftler. Er sei kein Gegner der Photovoltaik, sondern einer der Pioniere. Er habe 1983 das erste Haus mit integrierter Photovoltaikanlage in Deutschland gebaut mit dem Architekten Thomas Herzog in München, er habe die erste internationale Zusammenarbeit in der Photovoltaik für die Internationale Energieagentur gestartet und Bücher über Sonnenstrom geschrieben. Dieser werde auch in Deutschland eine der wichtigsten Quellen der Energieversorgung sein, aber ihr Gewicht dürfe den Energiemix nicht aus der Balance bringen.
Schmid wirbt für eine Änderung des EEG, das bisher die kostendeckende Vergütung des Stroms aus nachhaltig fließenden Quellen sicherstellt. Es sei an der Zeit zu fragen: „Wie viel ist der Strom wert an dem Ort, an dem er erzeugt wird?“ In diese Betrachtung würden zum Beispiel die Kosten der Netzanbindung fließen oder die Bedeutung des lokalen Strombedarfs. Zum Beispiel könnte Windstrom in Bayern mehr wert sein als an der Küste, weil der Süden größeren Energiehunger habe und die Kosten des Stromtransports in Bayern geringer wären als der Transport quer durch Deutschland. Es gehe eben nicht nur um technische Fragen, sondern auch um ökonomische Konsequenzen.
Überschüssiger Strom wird in Methan umgewandelt
Das Institut stellt dazu umfangreiche Analysen an, um grundlegende Fragen zu klären. Etwa jene nach den Folgen des Ausbaus der Windenergie sowohl im Norden, als auch im Süden für den Ausbau von Netzen oder Speichern. Nach dem Stand der Forschung, so Schmid, habe Süddeutschland und besonders Bayern große ungenutzte Potentiale an Windkraft. Dort wehe der Wind zwar nicht so stark wie am Meer, aber die Transportwege seien kürzer. Zugleich gehe der Ausbau der Offshore-Anlagen auf dem offenen Meer zwar mit dem Nachteil weiter Transportwege einher, aber durch eine Vernetzung mit Ländern wie Schottland, Norwegen und Schweden, deren Landschaftsrelief ein großes Reservoir an Wasserspeichern bereithalte, ließen sich Erzeugung und Speicherung des Windstroms vom Meer gut ausbalancieren.
Eine Herausforderung ist für Schmid die Speicherung von Energie für jene wiederkehrenden maximal 14 aufeinanderfolgenden Tage, während deren in Deutschland weder der Wind weht noch die Sonne scheint, um genügend Strom bereitzustellen. Schmid setzt auf das Konzept „Power to Gas“. Überschüssiger Strom wird in Methan umgewandelt und als Erdgas in das Gasnetz eingespeist. Dies eröffne den Betreibern von Biogasanlagen neue Perspektiven, sagt Schmid.
Simulation des Gesamtsystems
In seiner Wachstumsstrategie will das Iwes alle wichtigen Felder besetzen. Vor allem geht es dem Institut um die rechnerische und dynamische Simulation des Gesamtsystems, um Schwachpunkte und Konsequenzen ausfindig zu machen. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie wie Audi und Volkswagen, Energieversorgern und Stadtwerken, Windanlagenherstellern oder Industriepartnern wie der SMA Solar Technology AG oder dem Baukonzern Hoch-Tief arbeitet das Iwes an neuen Techniken und Komponenten. In Hersfeld treiben die Wissenschaftler das Konzept „Power to Gas“ voran.
In Kassel geht es um Wechselrichter und Regelungstechnik, die Kraftwärmekopplung, das berührungsfreie Laden von Elektrofahrzeugen während des Parkens und während der Fahrt oder um Tiefseepumpspeicherkraftwerke. Betonkugeln mit einer Turbine werden ins Meer gesenkt. Wird oben am Festland Strom benötigt, strömt Wasser durch die Turbine ins Innere der Kugel. Gibt es Strom im Überschuss, wird mit dessen Hilfe die Kugel wieder leer gepumpt.
