Gefördert wird der Aufbau eines überregional anerkannten Forschungs- und Transferzentrums für Technologien der Energiewende an der Westküste Schleswig-Holsteins. Es soll eine Infrastruktur bereitgestellt werden, die eine verstärkte Beteiligung des Landes an Energiewendeprojekten ermöglicht, um das Know-How für den Wissenstransfer und die Unternehmensansiedlung in der Region nutzbar zu machen.

Dazu wird an der Fachhochschule Westküste ein "Institut für die Transformation des Energiesystems" eingerichtet, das sich in 5 Schwerpunkten mit den Themen "Gebäudetechnik", "Sektorenkopplung", "Netzintegration", "Energiewenderecht" sowie "Wirtschaft und Gesellschaft" beschäftigen wird. Bei erfolgreicher Projektdurchführung entstehen hierbei 20-25 neue Arbeitsplätze.

Der Ausbau der Erneuerbaren Energien ist ein wichtiger und viel diskutierter Baustein zur Erreichung unserer Klimaschutzziele. Die Erreichung dieser Ziele wird durch eine effiziente und netzdienliche Nutzung Erneuerbarer Energien in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr maßgeblich gefördert.
QUARREE100 untersucht, wie Wind, Sonne und Biomasse in andere Energieformen umgewandelt, gespeichert und verteilt werden müssen, um im Stadtquartier eine wettbewerbsfähige, zuverlässige und nachhaltige Energieversorgung zu ermöglichen. Die Verbundpartner von QUARREE100 wollen dieses Kernelement der Energiewende im Heider Stadtquartier Rüsdorfer Kamp erforschen, modellieren und umsetzen.

Ziel der Partner ist es gemeinsam mit und für Menschen und Gewerbe im Stadtquartier ein Energiesystem zu entwickeln, welches sie mit Strom, Wärme und Mobilität aus 100 % Erneuerbaren Energien versorgt. Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen dient dem Vorhaben als zentraler Speicher und flexibel einsetzbare Energieform. Die an Windenergie reiche Region an der Westküste Schleswig-Holsteins und das beteiligte Stadtquartier bieten hierfür beste Voraussetzungen.
Im Rahmen des Projektes werden die Themengebiete

• Bestandsaufnahme,
• Konzeption,
• Entwicklung neuer Geräte und Anlagen,
• Auslegung der Netze für Fluide und elektrischen Strom,
• Kommunikation und
• Umsetzung

behandelt. Der Projektschwerpunkt der Fachhochschule Westküste liegt in der Umsetzung.

https://quarree100.de/

Das Verbundprojekt SYSTOGEN100 ist Teil von H2Giga, einem der drei Wasserstoff-Leitprojekte des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), die zur Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie dienen.

Im Leitprojekt H2Giga arbeiten etwa 130 beteiligte Institutionen aus Wirtschaft und Wissenschaft in etwa 30 unterschiedlichen Verbundprojekten an der Entwicklung der Serienfertigung von Elektrolyseuren im Gigawatt-Bereich sowie weiteren Innovationsthematiken bezüglich der Herstellung von Grünem Wasserstoff im industriellen Maßstab.

Das Verbundprojekt SYSTOGEN100, in dem neben dem ITE als weitere Partner Akteure aus Wirtschaft und Wissenschaft sowie die Entwicklungsagentur Region Heide beteiligt sind, beschäftigt sich dabei mit der Orchestrierung der Systemkomponenten von Energiesystemen mit Elektrolyseuren für eine effiziente grüne Wasserstoffinfrastruktur. Unter dem Begriff der Orchestrierung versteht sich die optimierte Auslegung, Einbindung und Betriebsführung aller Systemkomponenten in einem integrierten Energiesystem.

Ein Aufgabenbereich des ITEs liegt hier im Bereich der Netzintegration der Elektrolyseure, deren netzdienlicher Betriebsführung sowie der Analyse der netzrelevanten Eigenschaften von Elektrolysesystemen.
Zusätzlich findet als weiterer Aufgabenbereich des ITEs eine rechtliche Begleitung mit dem Ziel der Entwicklung von Handlungsempfehlungen für eine Transformation des Energierechts mit Bezug auf eine integrierte Wasserstoffökonomie statt.
Dementsprechend sind die Arbeitsgruppen Energiewenderecht und Netzintegration des ITEs im Projekt vertreten.

Die Nationale Wasserstoffstrategie setzt auf grünen Wasserstoff zur Erreichung der Klimaziele. Dieser Energieträger kann aufgrund seiner Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Sektoren in hohem Maße zur Dekarbonisierung beitragen.
Damit sich die Wasserstoffwirtschaft schnell und profitabel entwickeln kann, sind gutausgebildete Fachkräfte von elementarer Bedeutung (BMWi, 2020). Zurzeit besteht aber noch große Unsicherheit über die tatsächlichen Fachkräftebedarfe der Wasserstoffwirtschaft und darüber, wie diese vom Arbeitsmarkt gedeckt werden können. Daher nimmt dieses Projekt die Fachkräfteentwicklung für die Wasserstoffwirtschaft in den Blick: Ziel des Projektes ist es, zu erforschen, welche Fachkräfte mit welchen Kompetenzen wann und wo gebraucht werden und wie diese gewonnen oder ausgebildet werden können. Um dieses Ziel zu erreichen, wenden wir in insgesamt vier aufeinander aufbauenden Studien einen Mix aus sozialwissenschaftlichen und ingenieurswissenschaftlichen Methoden an.

Das nächste Großprojekt, an dem das ITE sich beteiligt, ist das Reallabor Westküste100, bei dem es um den Aufbau eines Wasser-Elektrolysesystems mit 30 MWel Leistung geht (www.westkueste100.de), um damit Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen.

 Ein zentraler Forschungsbestandteil des Teilprojekt der FH Westküste ist es, auf Basis der Ergebnisse der anderen Arbeitspakete ein Konzept für die Skalierung des Systems auf eine 700-MW-Elektrolyseanlage zu erarbeiten. Neben diesen technischen und betriebswirtschaftlichen Fragestellungen geht es um Handlungsempfehlungen für die Weiterentwicklung des regulatorischen Rahmens, eine rechtliche Einordnung von Wasserstoff- und Speichertechnologien im Kontext der Energiewende, die Erarbeitung von wirksamen Maßnahmen zum Strukturwandel in der Region Westküste, die Optimierung der Sektorenkopplung zwischen Industriebetrieben, die Erarbeitung von sozialen Aspekten der Sektorenkopplung wie Stakeholder-Konstellationen, um integrierte kommunale energetische Maßnahmen und um die öffentlichen Darstellung der Energiewende.

Das Projekt läuft seit August 2020 planmäßig.

Gefördert wird die Schaffung einer Infrastruktur zur visuellen Verknüpfung der Energiesektoren und zum Monitoring verschiedener relevanter Energieprozesse in Schleswig-Holstein (Beobachtungswarte). Dabei sollen jeweils aktuelle Betriebszustände der Anlagen und Energienetze von Großverbrauchern und Energieversorgern parallel dargestellt werden können. Durch die Aggregation der Systemdaten kann Sektorenkopplung effektiver dargestellt, erforscht, analysiert, überwacht und gelehrt werden. Dabei sollen mit der Beobachtungswarte auch Daten von unterschiedlichen Projekten zusammengeführt werden, um für Forschung und Lehre eine neue, sektorenübergreifende Sichtweise auf das Gesamt-Energiesystem von morgen zu ermöglichen.

Aquakultur in Kreislaufanlagen vermeidet klassische Umweltbelastungen des Fischfangs (Überfischung, Zerstörung des Meeresbodens, Plastikverschmutzung) bzw. der Aquakultur in Netzgehegen (sedimentierender Kot, Verbreitung von Krankheitserregern uvm.). Die Aufzucht in geschlossenen Kreislaufanlagen ist aufgrund der stromintensiven Haltungstechnik jedoch nur begrenzt mit dem Wildfang konkurrenzfähig. Basierend auf Vorarbeiten werden Optimierungspotentiale in den Bereichen Energieeffizienz (Kosten), Hygiene (Luftfeuchtehaushalt), Klimafolgenanpassung (steigende Kühllast) bei einer Hallenlüftungsanlage in Büsum weiter erforscht und Optimierungsmaßnahmen umgesetzt. Dazu wird neben der Komponentenauslegung eine systemübergreifende modellbasierte prädiktive Regelung entworfen. Die Erkenntnisse sind auf ähnliche Produktionsanlagen übertragbar. Das Projekt wird durchgeführt in Kooperation mit der Gesellschaft für Marine Aquakultur.

Warmwasserspeicher in Wohngebäuden müssen aus Hygienegründen (Legionellenprävention) auf mind. 60°C temperiert bleiben. Wärmeverluste müssen daher durch regelmäßige Wärmezufuhr kompensiert werden. Bei diesen Nachbeladungen wird die zulässige Temperaturobergrenze des Gebäuderücklaufs oft überschritten, wodurch Wärme ungenutzt in den Rücklauf gelangt. Die in diesem F&E-Projekt zu entwickelnde Speicherbeladungswärmepumpe soll den Rücklauf kompressorlos auskühlen und die Wärme auf dem höheren Temperaturniveau nutzbar machen. Es soll ein natürliches Arbeitsmedium verwendet werden. Die FH Westküste forscht an der Verfahrenssentwicklung und -modellierung, der Auswahl des Arbeitsmediums sowie der Evaluation des Demonstrators.

Wasserstoff eignet sich zur saisonalen Energiespeicherung und zur Vorsorge für die sogenannte Dunkelflaute (zehn Tage mit sehr geringer Sonneneinstrahlung und sehr geringem Winddargebot bei niedrigen Temperaturen). Gleichzeitig stellt der hohe Heizwärmebedarf im nur träge zu sanierenden Gebäudebestand eine Löwenaufgabe dar. Offene Fragen im Hinblick auf die Wasserstoffnutzung stellen sich u.a. im Bereich Transport und Distribution. Da es sich um ein Gas handelt, das früher bereits in Gasnetzen zur Energieversorgung genutzt wurde, wird eine Nutzung des Bestands-Erdgasnetzes als ggf. sinnvoll angesehen. Das Erdgasnetz besitzt enorme bestehende Energiespeicherkapazitäten, die das saisonale Speicherproblem lösen könnten. Allerdings stellt sich eine Reihe von Fragen, die unter anderem die Eignung von Endgeräten und Hausinstallationen und das Verteilnetz selbst betreffen. Im Zentrum des Projekts steht die Untersuchung der Eignung des bestehenden Erdgasnetzes für den Transport von Wasserstoff bei unterschiedlichen Gasdrücken und Zumischraten sowie die Eignung der Hausinstallationen. Beispielhaft soll hier das Bestands-Erdgasnetz in Schleswig-Holstein untersucht werden. Die Untersuchung verspricht übertragbare, international bedeutende Erkenntnisse.

Ziel des Projekts ist die Ermittlung des Potentials einer Wärmebereitstellung über Großwärmepumpen basierend auf vorhandenen und teilweise neu erhobenen Daten. Grundlegend für die Ermittlung ist die Recherche des Fortschritts und der Marktverfügbarkeit von Großwärmepumpen sowie deren Betriebsparameter. Diese sind heterogen und bislang wenig bekannt. Erst auf dieser Basis können Potentiale bezogen auf die Umweltwärmequellen ermittelt werden. Die Projektergebnisse sind relevant für die Kommunen, die Versorgungsunternehmen und politische Entscheidungstragende. Sie sollen in die Lage versetzt werden, die Wärmeversorgung von Schleswig-Holstein insgesamt effizienter zu planen und zukünftig zu betreiben.

Vorhabensziel des Projekts ist die Überführung des im Vorgängervorhaben „ErdEis II“ umgesetzten Erdeisspeichers in den Vollbetrieb, das wissenschaftliche Monitoring und Benchmarking sowie die Entwicklung eines District Energy Management Systems (DEMS).  Es werden verschiedene Betriebsmodi getestet, die Betriebsweise aufbauend auf den Ergebnissen optimiert, der Einfluss verschiedener Parameter modellgestützt nachvollzogen und das Kalte Nahwärmesystem mit Erdeisspeicher bestmöglich für die Gesamtsystemoptimierung mittels DEMS genutzt.
Im zukünftigen Energiesystem wird nicht mehr allein auf Energieeffizienz respektive End- und Primärenergiebedarf optimiert werden können. Vielmehr spielt Flexibilität eine zunehmende Rolle, die schließlich gekoppelt an die Verfügbarkeit erneuerbarer elektrischer Energie den tatsächlichen CO₂-Ausstoß bestimmen wird. Inzwischen sind Schnittstellen verfügbar, die über Vorhersagen zur CO₂-Intensität des Stromnetzes eine entsprechende Optimierung ermöglichen. Diese Optimierung hat im Gesamtkonzept nicht nur wärme- bzw. kälteseitig zu erfolgen, sondern ganzheitlich die Bedarfe und Flexibilität des Kalten Nahwärmenetzes (KNW), der Haushaltsstromverbräuche, Mobilitätsbedarfe und Eigenenergieerzeugung miteinzuschließen. So kann ein Gesamtoptimum erreicht und Optimierungen von Teilsystemen, die zu Lasten der Gesamtemissionen gehen, vermieden werden. Entsprechend müssen auch Bewertungs- und Benchmarkingmethoden passend weiterentwickelt werden.

Weitere Informationen finden Sie auf der Projektwebsite unter https://www.stadtwerke-sh.de/forschungsprojekte/projekt-erdeis-iii

Aufbauend auf der vorangegangenen Arbeit im Projekt OASEE, in dem das Raumklima in einer Aquakulturhalle mithilfe eines energieoptimierten Modellprädiktiven Reglers (MPC) verbessert wurde, soll ein weiteres Regelkonzept entwickelt werden, welches auf dem Deep Reinforcement Learning basiert. Dieser hochmoderne Ansatz soll hier eine Alternative zu der aufwändigen Entwicklung des implementierten MPC darstellen. Beide Regelkonzepte sollen in Hinblick auf Performance, Entwicklungsaufwand und Übertragbarkeit auf andere Gebäude getestet und bewertet werden. Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Firma Fieles Dithmarscher Kältetechnik durchgeführt.

Stromverteilnetze sind gekennzeichnet durch erzeuger- und verbraucherdominierte Teilnetze sowie Teilnetze mit ständig wechselnden Leistungsflussrichtungen, die zwar lokal benachbart aber elektrisch unverbunden sind. Dadurch werden z. T. in einem Teilnetz Windenergieanlagen abgeschaltet, um eine Netzüberlastung zu verhindern, während die Verbrauchs- oder Speicheranlagen in einem benachbarten Teilnetz diese Überschussleistung ganz oder teilweise aufnehmen könnten.
Um die Abschaltung von Erneuerbaren zu vermeiden, die vorhandene Netzinfrastruktur optimal zu nutzen und den Ausbau der Netzinfrastruktur bei neu zu installierenden Erzeugern, Verbrauchern, Energiespeichern und Power-to-X-Anlagen wie Elektrolyseuren auf ein verträgliches Maß zu begrenzen, können sogenannte Mittelspannungs - Gleichstrom - Kurzkupplungen, (engl.: Medium-Voltage-Direct-Current-coupling, MVDC) eingesetzt werden.
Im Projekt werden in Kooperation mit Netzbetreibern typische Netztopologien der Mittelspannungsebene identifiziert, beschrieben und systematisiert. Mit Hilfe einer Simulation wird untersucht, für welche Szenarien und Randbedingungen eine MVDC-Kurzkupplung sinnvoll ist.
Offenen Fragen für den Einsatz werden aufgezeigt und Lösungshinweise entwickelt, auf Basis derer die Netzbetreiber in ihre Netzplanung einsteigen können. Neben den technischen Eigenschaften wird der Rechtsrahmen untersucht. Die synchronisierte Weiterentwicklung der technischen Eigenschaften und des Rechtsrahmens eröffnet neue Potentiale beim Umbau der Stromversorgung.

Die Kopernikus-Projekte bilden eine der größten deutschen Forschungsinitiativen zum Thema Energiewende (www.kopernikus-projekte.de). Ihr Ziel ist es, eine klimaneutrale Bundesrepublik im Jahr 2050 zu ermöglichen. Die Verbindung von Strom, Verkehr, Wärme und Gas nennen Wissenschaftler Sektorenkopplung. Deutschland braucht zukünftig ein Energienetz, das Sektorenkopplung möglich macht.

Das Kopernikus-Projekt ENSURE erarbeitet, wie ein solches Netz und der Weg dorthin aussehen könnte. Für den Betrieb des Zukunftsnetzes erforderlich sind innovative Betriebsmittel, die momentan allerdings noch nicht vorhanden sind. Deswegen entwickeln und testen die ENSURE-Partner solche neuartigen, digitalisierten Komponenten für die Mittelspannungs- und Hochspannungsnetze sowohl in Form von ersten Pilotanlagen in der Praxis als auch in der Simulation durch ein digitales Abbild.

Ziel der in 2020 gestarteten zweiten Phase von ENSURE ist es, bis 2050 ein Gesamtkonzept für die Energieversorgung zu entwerfen, das in den bestehenden sozio-ökonomischen Rahmen eingebettet ist und eine Übertragbarkeit der Ergebnisse innerhalb Deutschlands und Europas sicherstellt. Auf dem Weg dorthin soll das Konzept für einen geplanten „Energiekosmos ENSURE“ finalisiert, in ersten Pilotanlagen getestet und in einem digitalen Modell berechnet werden. Im Anschluss daran ist für die nachfolgende dritte Projektphase die Erprobung des systemischen Zusammenspiels der bislang nur einzelnen getesteten Elemente im realen System vor Ort vorgesehen. Das in der ersten Phase von ENSURE ausgewählte Gebiet für den Energiekosmos liegt im Kreis Steinburg zwischen Itzehoe und Elmshorn (https://energiekosmos-ensure.de). Dort werden die neuen Technologien eingesetzt, vermessen und auf ihre Betriebstauglichkeit hin überprüft.

Die FH Westküste ist eng verbunden mit der Region, die von Hamburg im Süden bis an die dänische Grenze im Norden reicht. Die Westküste Schleswig-Holsteins ist gekennzeichnet durch den besonders hohen Anteil von Windenergie aus On- und Offshore-Anlagen an der elektrischen Energieversorgung und den erheblichen Netzausbau in den letzten Jahren. Der Energiekosmos ENSURE entsteht mitten in dieser Region. Die FH Westküste hat nicht nur fachliches Interesse sondern nimmt auch die strukturpolitisch wichtige Aufgabe wahr, den Energiekosmos ENSURE bestmöglich in der Region zu verankern. Das Institut für Transformation des Energiesystems der FH Westküste begleitet intensiv die Arbeiten im Forschungsprojekt, die Konzeptionierung und den Test der Pilotanlagen und die Einbindung in die Region.

Das Projekt ermöglicht es der Hochschule, durch die Kooperation mit 20 weiteren Projektpartnern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft über die Region hinaus Kontakte zu knüpfen und ein Netzwerk aufzubauen, ihr Profil zu schärfen und über den Tellerrand der Westküste hinauszuschauen.

Korrosion und Belagbildung sind bedeutende Störfaktoren für die effiziente Betriebsweise von Gebäudeheiz- und Kühlanlagen. Neben der Planung sind vor allem die Befüllung mit dem richtigen Füllwasser und die wasserchemischen Prozesse während der mehrmonatigen Einlaufphase der Anlagen entscheidend dafür, ob die Systeme dauerhaft effizient laufen.

Im Projekt werden - speziell für die sensible Inbetriebnahmephase - moderne Werkzeuge für ein zuverlässiges Korrosions-Monitoring erprobt und weiterentwickelt. Dazu zählt ein neu entwickeltes internetgestütztes Sensorsystem (FeQuan) in Verbindung mit der speziell erweiterten Gebäudeperformancesoftware der Projektpartnerin Synavision GmbH. Im Konsortium beteiligen sich weiterhin das Steinbeis Innovationszentrum energie+ und die ELOdrive GmbH. Ziel ist eine Begleitung der Inbetriebnahme der Gebäudeheiz- und Kühlkreisläufe von der Planung, über den Bau, die Umsetzung und die spätere Nutzung. Insgesamt werden neun Gebäudeheiz- und Kühlkreisläufe in vier Neubauten im Bundesgebiet hinsichtlich Korrosionsvorgängen untersucht.

Das Projekt wird auf Grundlage des 6. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und ist dem Forschungsschwerpunkt Energieoptimiertes Bauen (EnOB) der Forschungsinitiative Energiewendebauen zugeordnet.

Mit Mitteln aus dem Förderprogramm „HWT Energie und Klimaschutz“ der EKSH wird untersucht, wie Wärmepumpen verstärkt zur Warmwasserbereitung in sanierten Bestandswohnblöcken eingesetzt werden können. Dies scheitert oft an hygienischen Vorgaben, die sehr hohe Wassertemperaturen zur thermischen Desinfektion verlangen, obwohl z.B. zum Duschen nur höchstens 40°C benötigt werden. Mit den Partnern wird eine Methode validiert, um das Auftrittsrisiko des Trinkwasserkeims Legionella zu prognostizieren. Es kann dann festgestellt werden, ob hygienisches Warmwasser in diesem Gebäude auch bei niedrigeren Temperaturen z. B. mittels einer Ultrafiltrationsanlage bereitet werden kann. Die Methode soll so energetische Sanierungen vor Maßnahmenbeginn absichern.
Das übergeordnete Ziel ist eine erhebliche Einsparungen beim Wärmebedarf und die Deckung des Wärmebedarfs durch strombetriebene Wärmepumpen. Die Gruppe „Energiewenderecht“ untersucht begleitend, inwieweit der bestehende Rechtsrahmen solche Konzepte fördert bzw. hemmt und leitet ggf. rechtspolitische Forderungen ab. Das Projekt wurde beim Future Energies Science Match vorgestellt (ab 5:06:16 h).

Zum Download: WaWaBe_Forschungsfragen

Für einen verlässlichen und energieoptimalen Betrieb von Kühlanlagen sind Ablagerungen oder Schlämme im Füllwasser unerwünscht. In der Praxis werden jedoch oft bakterielle Filme und Schlämme vorgefunden, die schlimmstenfalls Lochfraß an Rohren und Armaturen verursachen. Die FH Westküste erarbeitet die Grundlagen mikrobieller Korrosion in Kühlanlagen anhand von Daten zur Wasserzusammensetzung und zum Mikrobiom von untersuchten Anlagen aus einer vorangegangenen Feldstudie. Die Projektparteien entwickeln darauf aufbauend Schnellverfahren zur sicheren Detektion von problematischen Anlagenkeimen und Verfahren zur Schadensvorbeugung und Sanierung betroffener Anlagen. Das Projekt trägt zur Erhaltung von Infrastruktur, Vermeidung von Stillstandzeiten, der Minimierung der benötigten Pumpenenergie und zur Einsparung von Chemikalien bei.