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Institut für Energie- und Klimaforschung

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BioSC Kompetenzplattform Transform2Bio: Integrierte Transformationsprozesse und deren regionale Implementierung – Strukturwandel von fossiler Ökonomie zur Bioökonomie

Um das Wohlergehen heutiger und zukünftiger Generationen zu sichern ohne die ökologischen Grenzen der Erde zu überschreiten, sind grundlegende Transformationen erforderlich. Durch die jüngste Entscheidung der Bundesregierung zum Kohleausstieg wird im Rheinischen Revier ein Strukturwandel eingeleitet, der die einzigartige Chance bietet, dessen sozio-technische Dynamiken zu analysieren und regionale Implementierungsoptionen hin zu einer regional-zusammenhängenden nachhaltigen Bioökonomie zu gestalten. Im Rahmen des multidimensionalen Ansatzes wird darüber hinaus ein interaktives Stakeholder-Netzwerk, das Stakes2Bio Lab, etabliert. Mehr: BioSC Kompetenzplattform Transform2Bio: Integrierte Transformationsprozesse und deren regionale Implementierung – Strukturwandel von fossiler Ökonomie zur Bioökonomie …

Helmholtz Initiative Climate Adaptation and Mitigation: Two Sides of the same Coin (HI-CAM)

Das Vorhaben bündelt die HGF-Expertise in den Forschungsbereichen Energie und Klima. Es zielt darauf ab, wissenschaftlich basierte Handlungsempfehlungen für Entscheidungsträger in Politik und Forschung zu formulieren. Die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Stakeholdern ist in drei Cluster aufgeteilt: (1) Climate Adaptation, (2) Climate Mitigation und (3) Communication. Der Fokus hier liegt auf dem Cluster Climate Mitigation, welches sich auf die Entwicklung von Energieszenarien für ein C-neutrales Deutschland in 2050 konzentriert. Mehr: Helmholtz Initiative Climate Adaptation and Mitigation: Two Sides of the same Coin (HI-CAM) …

Helmholtz School for Data Science in Life, Earth and Energy (HDS-LEE)

Die interdisziplinäre Graduiertenschule HDS-LEE (Helmholtz School for Data Science in Life, Earth and Energy) bezweckt die Ausbildung der nächsten Generation von Daten-wissenschaftler*innen in engem Kontakt mit Anwendungen in den Bio-, Geo- und Energiewissenschaften. Die beteiligten Doktoranden in der STE arbeiten an der Schnittstelle von Statistik, Informatik und Energiesystemanalyse. Sie verarbeiten und analysieren große heterogene Zeitreihen aus dem Stromnetzbetrieb, aus Energiemärkten und aus der Energiemeteorologie, um den Betrieb zukünftiger Energiesysteme zu verbessern. Mehr: Helmholtz School for Data Science in Life, Earth and Energy (HDS-LEE) …

Kollektive nichtlineare Dynamik komplexer Stromnetze (CoNDyNet2)

Das Projekt CoNDyNet untersucht grundlegende Aspekte der Stabilität, Ausfallsicherheit und Effizienz zukunftsfähiger Stromnetze. Die beteiligten Institute verbinden Grundlagenforschung aus dem Bereich der dynamischen Systeme und Netzwerkwissenschaften mit Laborexperimenten, Szenarioanalysen und industriellen Anwendungen. STE analysiert dabei Fragen der Spannungsstabilität und N-x-Sicherheit und analysiert empirische Daten Netzbetrieb und Zeitreihen statistisch. Mehr: Kollektive nichtlineare Dynamik komplexer Stromnetze (CoNDyNet2) …

Ökonomie des Klimawandels - Verbundprojekt: Nachhaltige Transformation des Energiesystems durch gemeinschaftsbasierte Aktivitäten (REsCO)

In Deutschland wurde vieles unternommen, um das Energiesystem in ein nachhaltiges umzuwandeln. Jedoch deutet einiges darauf hin, dass Deutschland im Rahmen der Energiewende festgelegte Ziele verfehlen wird. Insbesondere im Sektor „private Haushalte“ verläuft die Entwicklung langsamer als erhofft. In diesem Projekt werden neue Erkenntnisse herausgearbeitet, die zeigen, inwieweit bzw. wie durch die Berücksichtigung des sozialen Kontextes, private Haushalte zu einer aktiveren Teilnahme an einer Transformation des Energiesystems bewegt werden können. Mehr: Ökonomie des Klimawandels - Verbundprojekt: Nachhaltige Transformation des Energiesystems durch gemeinschaftsbasierte Aktivitäten (REsCO) …

Kompetenz-Zentrum „Virtuelles Institut - Strom zu Gas und Wärme“ (KoVI SGW)

Das Kompetenz-Zentrum „Virtuelles Institut - Strom zu Gas und Wärme“ bündelt die Kompetenzen verschiedener Forschungseinrichtungen aus NRW, um sektorübergreifende Flexibilitätsoptionen im zukünftigen Energiesystem zu erforschen. Hierbei werden unterschiedliche Power-to-X-Technologien analytisch und anhand einer gemeinsam betriebenen experimentellen Demonstrationsanlage untersucht. Zudem werden übergeordnete Analysen vorgenommen, in denen die Flexibilitätsoptionen im Spannungsfeld von Netzen, System und Markt bewertet werden. Mehr: Kompetenz-Zentrum „Virtuelles Institut - Strom zu Gas und Wärme“ (KoVI SGW) …

Urbanisierung: Energiewende in NRW im Spannungsfeld von Stadt und Land (EnerUrb)

Das Projekt EnerUrb befasst sich mit den Wechselwirkungen von politischen, sozialen und kulturellen Implikationen der urbanen und ländlichen Energiewende im Nexus von Wasser, Energie, Landwirtschaft und Ernährung. Es zielt darauf ab, die nicht-technischen Aspekte der Energiewende in Verbindung mit der Urbanisierung zu erfassen und zu einer nachhaltigeren Gestaltung dieser Prozesse beizutragen. Ermöglicht wird dieses insbesondere durch die Partizipation von Bürgerinnen und Bürgern, welche in dieses Forschungsvorhaben integriert werden. Es geht dabei nicht nur um die Erforschung von Bürger(innen)interessen, sondern vielmehr um eine partizipative Einbindung der Bürgerschaft im Sinne einer transformativen Wissenschaft. Mehr: Urbanisierung: Energiewende in NRW im Spannungsfeld von Stadt und Land (EnerUrb) …

Energiesystemintegration – Modelle für die Energiesysteme der Zukunft (ESI)

Die Herausforderung der Energiewende erfordert unter anderem eine intelligente Vernetzung der verschiedenen Komponenten unserer Energiesysteme. Das sektorenübergreifende Zusammenwirken zwischen den einzelnen Energiesystemkomponenten, beispielsweise den Erzeugern, den Speichermöglichkeiten, den Verbrauchern und verschiedenen Transportsystemen, sind bisher nur unzureichend berücksichtigt. Aus diesem Grund konzentriert sich das Projekt Energiesystemintegration im Kern auf die technologischen und ökonomischen Wechselwirkungen der Energiesystemkomponenten. Ziel des Forschungsprojektes ist es, ein umweltverträgliches, ressourceneffizientes, flexibles und gleichzeitig stabiles Energiesystem der Zukunft zu gestalten. Eine Besonderheit des Projekts ist die Integration von Prozessen der metallverarbeitenden, zementverarbeitenden und petrochemischen Industrie. Mehr: Energiesystemintegration – Modelle für die Energiesysteme der Zukunft (ESI) …

Virtuelles Institut Smart Energy (VISE): Entwicklung digitaler Geschäftsmodelle bei dezentraler Energieversorgung – (Regionale) Virtuelle Kraftwerke

Die zunehmende volatile Erzeugung erneuerbarer Energien führt zu einem erhöhten Flexibilitätsbedarf, um Stromangebot und -nachfrage miteinander zu synchronisieren. Virtuellen Kraftwerken kommt hierbei als mögliche Flexibilitätsoption eine zentrale Rolle zu. Das Konzept von virtuellen Kraftwerken basiert auf der Kopplung dezentraler Einheiten wie Erzeugungsanlagen, Speicher oder steuerbare Verbraucher. Durch die Aggregation und Steuerung der dezentralen Einheiten erhält der Verbund eine Regelfähigkeit, die es ermöglicht, nachfrageorientierte Leistung bereitzustellen. Ziel dieses Vorhabens ist es, neue digitale Geschäftsmodelle bei einer zunehmend dezentralen Energieversorgung zu identifizieren und zu analysieren. Mehr: Virtuelles Institut Smart Energy (VISE): Entwicklung digitaler Geschäftsmodelle bei dezentraler Energieversorgung – (Regionale) Virtuelle Kraftwerke …

Virtuelles Institut Smart Energy (VISE): Entwicklung digitaler Geschäftsmodelle bei dezentraler Energieversorgung – Haushalte

Energieversorger und Energiedienstleister haben nur wenige Informationen zu den Determinanten des Energienachfrageverhaltens ihrer Kunden, insbesondere der Haushalte. Eine detaillierte Analyse dieser Erwartungen und Anforderungen von privaten Energienachfragern ist die Voraussetzung für eine erfolgreiche Technikdiffusion und bildet die Grundlage für die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle. Das Projekt dient der Analyse von Investitions- und Nutzungsbereitschaften von privaten Haushalten. Mehr: Virtuelles Institut Smart Energy (VISE): Entwicklung digitaler Geschäftsmodelle bei dezentraler Energieversorgung – Haushalte …

Energie System 2050 - Teilprojekt Zapp

Energie System 2050 ist eine Initiative der Helmholtz-Zentren des Forschungsbereichs Energie. Ziel ist es, greifbare und verwertbare system-technische Erkenntnisse und technologische Lösungen zu erarbeiten, die Politik und Wirtschaft aufgreifen können. Die Initiative untersucht die Integration von wesentlichen Technologieelementen in das Energiesystem und deren Vernetzung. Es werden Lösungen erarbeitet, um die teilweise stark fluktuierenden erneuerbaren Energien erfolgreich in die deutsche und europäische Energieversorgung einzubinden. Mit fünf ausgewählten Forschungsthemen (FT) adressiert das Projekt grundlegende Herausforderungen der Energiewende:
1. Speicher und Netze
2. Biogene Energieträger
3. Energie- und Rohstoffpfade mit Wasserstoff
4. Lebenszyklusorientierte Nachhaltigkeitsanalyse auf Systemebene
5. Toolbox mit Datenbanken Mehr: Energie System 2050 - Teilprojekt Zapp …

Integrierte Bioraffinieren für eine nachhaltige Produktion und Prozessierung (Bio²)

Im Rahmen von Bio² werden konkurrenzfähige Bioraffinerieprozesse für die Herstellung von Rhamnolipiden (RLs) und Mannosylerythritol Lipiden (MELs) entwickelt. Im Sinne einer nachhaltigen Bioökonomie basiert der Prozess auf Abfallprodukten der Lebensmittelindustrie. Es wird ein interdisziplinären Ansatz verfolgt, bei dem der Gesamtprozess von der Stammentwicklung bis zur Produktaufarbeitung unter Berücksichtigung sozioökonomischer und ökologischer Gesichtspunkte bewertet wird. Mehr: Integrierte Bioraffinieren für eine nachhaltige Produktion und Prozessierung (Bio²) …

Accelerating Low- carbon Industrial Growth through CCUS (ALIGN-CCUS)

Das ALIGN-CCUS-Projekt vereint 30 Industrieunternehmen und Forschungsinstitute aus fünf Ländern mit dem Ziel, den schnellen und kosteneffektiven Einsatz von CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung zu unterstützen. Im Rahmen von ALIGN-CCUS wird eine Demonstrationsanlage zur CO2-Abtrennung und anschließenden Synthese des Dieselersatztreibstoffs Dimethlyether aus dem abgetrennten CO2 und regenerativ über Elektrolyse gewonnenem H2 realisiert. Die Nutzung des Brennstoffs für die Stromerzeugung und als Rohstoff für den Transportsektor wird ebenfalls getestet. Auf Basis der Realdaten der demonstrierten CCU-Kette wird eine technisch-ökonomisch-ökologische Bewertung vorgenommen. Mehr: Accelerating Low- carbon Industrial Growth through CCUS (ALIGN-CCUS) …

Harmonisierung und Entwicklung von Verfahren zur regional und zeitlich aufgelösten Modellierung von Energienachfragen (DemandRegio)

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von harmonisierten Verfahren zur transparenten Erzeugung von zeitlich und räumlich aufgelösten Zeitreihen der deutschen Strom- und Gasnachfrage. Auf Basis einer umfangreichen Datenrecherche und der Einbeziehung verfügbarer Energiestatistiken werden Energiebedarfskenngrößen identifiziert, die eine zeitliche und räumliche Disaggregation erlauben. Neben einer Näherung historischer Werte liegt der Projektfokus auf der Entwicklung von in die Zukunft gerichteten Szenarien. Das Vorhaben trägt dazu bei, Eingangsdaten der Verfahren abzugleichen sowie Datenunsicherheiten zu verringern. Hierdurch wird zukünftig ein belastbarer Vergleich von unterschiedlichen Modell- und Szenarioergebnissen ermöglicht. Mehr: Harmonisierung und Entwicklung von Verfahren zur regional und zeitlich aufgelösten Modellierung von Energienachfragen (DemandRegio) …

Forschungsnetzwerk zur Entwicklung neuer Methoden der Energiesystem-Modellierung (4NEMO)

Unsicherheiten, sozio-ökonomische Faktoren sowie die Interaktion der Energiesektoren werden in den derzeit vorhandenen Energiemodellen häufig nur rudimentär berücksichtigt. In dem Verbundprojekt werden Möglichkeiten zur Integration von ökonomischen und gesellschaftlichen Faktoren und der mit ihnen verbundenen Unsicherheit aufgezeigt sowie Energiemodelle koordiniert weiterentwickelt. Insgesamt sind neun Forschungsinstitute und Hochschulen in das Projekt eingebunden. Mehr: Forschungsnetzwerk zur Entwicklung neuer Methoden der Energiesystem-Modellierung (4NEMO) …

Erforschung, Validierung und Implementierung von Power-to-X-Konzepten (Kopernikus P2X)

Im Kopernikus-Projekt „Power-to-X“ werden Technologien entwickelt und bewertet, die Strom aus erneuerbaren Quellen in stoffliche Energiespeicher, Energieträger und energieintensive Chemieprodukte umwandeln. Damit kann diese Energie in Form von maßgeschneiderten Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge oder in verbesserten Kunststoffen und Chemieprodukten mit hoher Wertschöpfung genutzt werden und so den Einsatz von fossilen Rohstoffen deutlich reduzieren. Ein Konsortium aus 18 Forschungseinrichtungen, 27 Industrieunternehmen sowie drei zivilgesellschaftlichen Organisationen entwickelt innerhalb von zehn Jahren neue Technologien bis zur industriellen Reife entwickeln und damit zum Umbau des Energiesystems beitragen. Mehr: Erforschung, Validierung und Implementierung von Power-to-X-Konzepten (Kopernikus P2X) …

Versorgungssicherheit durch Zusammenwirken von regenerativer und konventioneller Stromerzeugung (Verekon)

Das Vorhaben vergleicht unterschiedliche Technologiekombinationen aus regenerativer und konventioneller Stromerzeugung inkl. Speicherung hinsichtlich einer gesicherten Bereitstellung von 1.000 MW Elektrizität. Die Bewertung von Technikkombinationen zur gesicherten Bereitstellung der geforderten Leistung erfolgt im Rahmen eines Szenarioprozesses anhand der Kriterien Stromgestehungskosten und spezifische CO2-Emissionen. Dabei werden regionale Nord-Süd-Unterschiede berücksichtigt. Mehr: Versorgungssicherheit durch Zusammenwirken von regenerativer und konventioneller Stromerzeugung (Verekon) …

Energiesystem 2050 – Teilprojekt Witthaut

Im Rahmen der Initiative Energie System 2050 der Helmholtz Gemeinschaft untersucht das Forschungsthema zukünftige Energienetze und Speichersysteme. STE entwickelt mit gemeinsam mit den Partnerinstituten Modelle für elektrische Übertragungsnetze, Gasnetze und den Kraftwerkseinsatz. Weiterhin untersuchen wir die Stabilität und Robustheit von Stromnetzen mathematisch und anhand von numerischen Simulationen und großen Datensätzen. Mehr: Energiesystem 2050 – Teilprojekt Witthaut …

Efficiency, Emergence and Economics of future supply networks (E3-NET)

Die Helmholtz-Nachwuchsgruppe E3-NET analysiert die Dynamik, Stabilität und Effizienz zukünftiger Versorgungsnetze. Ein wesentliches Ziel ist die Verbindung mathematischer Methoden aus statistischer Physik und Netzwerkwissenschaften mit den konkreten Herausforderungen der Energiewende. Welche Risiken bedrohen die Stabilität der Energieversorgung, wie können wir diese umfassend theoretisch verstehen und effizient vermeiden? Mehr: Efficiency, Emergence and Economics of future supply networks (E3-NET) …


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