INNOVATION DURCH FORSCHUNG - Jahresbericht 2008 zur ...

unendlichvielenergie

INNOVATION DURCH FORSCHUNG - Jahresbericht 2008 zur ...

INNOVATION

DURCH FORSCHUNG

Jahresbericht 2008

zur Forschungsförderung im Bereich

der erneuerbaren Energien


imprEssum

ImpReSSUm

Herausgeber: Bundesministerium für umwelt, Naturschutz und reaktorsicherheit (Bmu)

referat Öffentlichkeitsarbeit · 11055 Berlin

E-mail: service@bmu.bund.de · internet: www.bmu.de

redaktion: mareike Welke, Joachim Nick-Leptin, ingo Noll

Fachliche Beratung: projektträger Jülich (ptJ)

Gestaltung: design_idee, büro_für_gestaltung, Erfurt

Druck: Druckhaus Thomas müntzer, Weimar

Abbildungen: Titelseite: Jan Oelker, stiftung Offshore Windenergie

s. 4 (o): paul Langrock

s. 4 (u): Frank Ossenbrink

s. 6 (l): Fraunhofer isE

s. 6 (r): Wacker Chemie AG

s. 7 (l): stiftung Offshore Windenergie/DoTi

s. 7 (r): Bestec, Geothermiekraftwerk Landau

s. 8: stadtwerke Jülich GmbH

s. 9: isFH

s. 10: Bmu

s. 12: Fraunhofer isE

s. 14: Jan Oelker, stiftung Offshore Windenergie

s. 15: isFH

s. 17: isFH

s. 18: roth&rau AG

s. 20: Fraunhofer isE

s. 21: Q-Cells sE

s. 22 (o): Q-Cells sE

s. 22 (u): Fraunhofer isE

s. 23: isFH

s. 24: uni münchen

s. 25: FZJ

s. 26: Fraunhofer isE

s. 27: Fraunhofer isE

s. 30: Jan Oelker, stiftung Offshore Windenergie

s. 31: Jan Oelker, stiftung Offshore Windenergie

s. 32 (l): isET

s. 32 (r): stiftung Offshore-Windenergie/DOTi

s. 33: CWmT

s. 34 (l): pTJ/Gert Heider

s. 34 (r): Germanischer Lloyd industrial services GmbH

s. 35: WeserWind

s. 36: Bard/Tobis

s. 37: personnel Transfer system GmbH (pTs)

s. 38: FuE-Zentrum FH Kiel GmbH

s. 39: FuE-Zentrum FH Kiel GmbH

s. 40: iFm GEOmAr

s. 41: BEsTEC GmbH

s. 42: © Herrenknecht Vertical GmbH

s. 44 (o): BEsTEC GmbH

s. 44 (u): BEsTEC GmbH

stand: Januar 2009

1. Auflage: 10.000 Exemplare

2

s. 45: www.geotis.de

s. 46: BEsTEC GmbH

s. 47 (o): BEsTEC GmbH

s. 47 (u): Geothermie unterhaching/siemens AG

s. 48 (o): BEsTEC GmbH

s. 48 (u): BEsTEC GmbH

s. 49: Tu Braunschweig, inst. für Gebäude u. solartechnik

s. 50: Hochschule Offenbach

s. 51: universität stuttgart

s. 52: GBH Hannover

s. 53 (o): sF, solites stuttgart

s. 53 (o): sF, solites stuttgart

s. 54: Zfs-rationelle Energietechnik GmbH, Hilden

s. 55: DLr-iTT

s. 56: isFH

s. 57: Karsten de riese

s. 58: Flagsol GmbH

s. 59: Flagsol GmbH

s. 60: Karsten de riese

s. 61: mAN Turbo AG

s. 62: stadtwerke Jülich GmbH

s. 64: EpurON GmbH

s. 65: Bmu/Christoph Edelhoff

s. 66: regmodHarz-Konsortium

s. 67: Evonik

s. 68 (o): pT-DLr

s. 68 (u): Vattenfall

s. 69 (o): regmodHarz-Konsortium

s. 69 (u): isET

s. 70: Volkswagen AG

s. 71: mTC (marine Current Turbines)

s. 72: mTC (marine Current Turbines)

s. 73: Voith siemens Hydro

s. 75: Bmu/Bernd müller

s. 76: solar millennium AG

s. 77: HZB

s. 78: Gérard Crossay/mEEDDAT

s. 81 (l) : G. Löhnert

s. 81 (r) : GAp

s. 83 (o): Konar

s. 83 (u): BmELV


iNHALT

HIGHlIGHTS DeR FORSCHUNGSFöRDeRUNG 6

AkTUelleR ÜbeRblICk 9

Entwicklung der erneuerbaren Energien 9

Bedeutung und Ziele der Forschungsförderung 10

mittelausstattung und -aufteilung 11

Öffentlichkeitsarbeit 14

pHOTOVOlTAIk 15

markt- und Technologieentwicklung 15

Ziele, schwerpunkte und umfang

der Forschungsförderung 16

projekte 17

1. silizium-Wafer-Technologie 17

2. Dünnschichttechnologien 24

3. Konzentrierende solarzellen 26

4. systemtechnik / Komponentenentwicklung 26

WINDeNeRGIe 28

markt- und Technologieentwicklung 28

Ziele, schwerpunkte und umfang der

Forschungsförderung 28

projekte 30

1. Offshore-Windenergie 30

2. Onshorebezogene Technologieforschung 37

3. Forschungsplattformen 38

4. Ökologische Begleitforschung 39

GeOTHeRmIe 41

markt- und Technologieentwicklung 41

Ziele, schwerpunkte und umfang

der Forschungsförderung 43

projekte 44

1. Vorbereitung und planung 44

2. Technologieentwicklung 46

3. Demonstrationsprojekte 46

Veranstaltungen 48

NIeDeRTempeRATUR-SOlARTHeRmIe 49

markt- und Technologieentwicklung 49

Ziele, schwerpunkte und umfang

der Forschungsförderung 50

projekte 50

1. Technologieentwicklung für solarkollektoren 50

2. solare Heizungsunterstützung 52

3. speicherung 53

4. solare Klimatisierung 54

5. solare prozesswärme 55

6. Qualitätssicherung 56

Veranstaltungen 56

SOlARTHeRmISCHe kRAFTWeRke 57

markt- und Technologieentwicklung 57

Ziele, schwerpunkte und umfang

der Forschungsförderung 59

projekte 59

1. parabolrinnenkraftwerke 59

2. Fresnelkraftwerke 61

3. Turmkraftwerke 61

4. studien 64

OpTImIeRUNG DeR eNeRGIeVeRSORGUNGSSYSTeme 65

markt- und Technologieentwicklung 65

Ziele, schwerpunkte und umfang

der Forschungsförderung 65

projekte 66

1. systemintegration von Windstrom 66

2. systemintegration von photovoltaikstrom 66

3. Optimierung des Gesamtsystems 67

4. Elektromobilität 70

meeReSeNeRGIe 71

markt- und Technologieentwicklung 71

Ziele, schwerpunkte und umfang der

Forschungsförderung 72

projekte 72

studie 73

internationale Kooperation 73

iNTErNATiONALE ZusAmmENArBEiT 74

internationale Zusammenarbeit 74

internationale Energie Agentur (iEA) 74

Europäische union (Eu) 76

Deutsch-israelische Forschungskooperation 77

Forschungskooperation zur Offshore-Windenergie 78

Die union für das mittelmeer und der „solarplan“ 78

QuErsCHNiTTsFOrsCHuNG 79

FORSCHUNGSFöRDeRUNG ANDeReR mINISTeRIeN 80

Bundesministerium für Wirtschaft

und Technologie (BmWi) 81

Bundesministerium für Bildung

und Forschung (BmBF) 82

Bundesministerium für Ernährung,

Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BmELV) 83

WICHTIGe lINkS 85

STATISTISCHeR ÜbeRblICk 86

3


VORWORT

liebe leserin, lieber leser,

die Klima- und Energiepolitik steht vor drei großen

Herausforderungen. Sie muss erstens den Klimawandel

stoppen, zweitens die Energieversorgung

sichern und drittens Energie bezahlbar halten. Auf

diese Herausforderungen gibt es eine Antwort: Wir

brauchen eine nachhaltige Energieversorgung, die

sich auf Energieeffizienz, erneuerbare Energien

und die Verminderung von Treibhausgasemissionen

gründet.

4

Der Weg dorthin ist nicht immer einfach. Das gilt

vor allem, wenn in wirtschaftlich schwierigen

Zeiten industriepolitische Interessen und ökologische

Notwendigkeiten scheinbar gegeneinander

stehen. Oder wenn in der Europäischen Union die

sehr unterschiedlichen Voraussetzungen aller Mitgliedstaaten

zusammengeführt werden müssen.

Aber auch unter schwierigen Rahmenbedingungen

dürfen wir das Ziel nicht aus den Augen verlieren.

Im 21. Jahrhundert gehören Ökonomie und Ökologie

untrennbar zusammen. In diesem Sinne hat die

Bundesregierung 2008 ihre ambitionierte Klimapolitik

fortgesetzt: Sie hat das integrierte Energie- und

Klimaschutzpaket auf den Weg gebracht. Die darin

enthaltenen Maßnahmen – wie der Ausbau der

erneuerbaren Energien durch das Erneuerbare-

Energien-Gesetz, das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz

oder das Marktanreizprogramm – wirken

sich in der gegenwärtigen konjunkturellen Situation

stabilisierend aus und sind daher auch aus ökonomischer

Sicht sinnvoll.


Ein zentraler Baustein für eine nachhaltige Energieversorgung

ist die technologische Innovation.

Sie schafft die Voraussetzungen dafür, dass erneuerbare

Energien zunehmend mit anderen Energieträgern

konkurrieren können. Die Bundesregierung

hat die Mittel für die Forschungsförderung zur regenerativen

Energiegewinnung in den letzten Jahren

kontinuierlich gesteigert.

Damit unterstützt sie den Ausbau erneuerbarer

Energien, fördert die internationale Wettbewerbsfähigkeit

deutscher Unternehmen und Forschungsinstitute

und schafft zukunftsfähige Arbeitsplätze.

Der vorliegende Jahresbericht zeichnet ein detailliertes

Bild der Forschungsförderung des Bundesumweltministeriums

mit Ausblicken auf die gesamte

Bundesregierung. Er stellt die neuesten Erkenntnisse

und Trends der Forschung einer breiten Öffentlichkeit

vor. Der Bericht hat im Laufe der letzten Jahre

sichtbar an Umfang und Inhalt zugelegt. Damit spiegelt

er die kontinuierliche Aufstockung der Mittel

ebenso wider wie die Zunahme der Themen. Diese

verdichten sich zu einem immer feinmaschigeren

Netz, das enge Beziehungen zwischen den verschiedenen

erneuerbaren Energien knüpft und interdisziplinäre

Aspekte, wie Optimierung der Energieversorgungssysteme,

Speicherung, Elektromobilität

oder internationale Kooperationen, einschließt.

Bei der Lektüre des Berichts wünsche ich Ihnen

viele neue Erkenntnisse und Anregungen.

Ihr

Sigmar Gabriel

Bundesminister für Umwelt, Naturschutz

und Reaktorsicherheit

5


HIGHlIGHTS DeR FORSCHUNGSFöRDeRUNG

photovoltaik

FLATCON® module mit einer zweiten optischen Konzentratorstufe Granulares silizium für die Herstellung von solarzellen

Weltrekord bei Konzentratorzellen

Das Fraunhofer ISE erzielte Anfang 2009 einen

neuen Weltrekord bei konzentrierenden Solarzellen.

Erstmals wurde bei der Umwandlung von Sonnenlicht

in elektrischen Strom ein Wirkungsgrad

von 41,1 % erzielt. Um die konzentrierende Photovoltaik

weiter am Markt zu etablieren, fördert das

Bundesumweltministerium ein Forschungsvorhaben

am Fraunhofer ISE, in dem Herstellungsprozesse für

Konzentratorsysteme untersucht werden, damit diese

kostengünstig produziert werden können.

Die Concentrix Solar GmbH in Freiburg nutzt diese

Forschungsergebnisse. Das Unternehmen hat im

Dezember 2008 eine 25-Megawatt-Produktionslinie

zur Herstellung von Konzentratorsystemen in

Betrieb genommen. Die erfolgreiche Ausgründung

von Concentrix aus dem Fraunhofer ISE ist auch ein

Ergebnis der jahrelangen Forschungsförderung.

Neue Verfahren in der siliziumproduktion

Die Joint Solar Silicon GmbH hat im August 2008

eine neue Produktionsanlage zur Herstellung von

hochreinem Silizium in Betrieb genommen.

Die Anlage mit einer Kapazität von 850 Tonnen pro

Jahr arbeitet nach einem neuen hocheffizienten Verfahren

bei dem anstelle von massiven Siliziumbrocken,

kleine Kügelchen produziert werden.

Im Vergleich zur herkömmlichen Siliziumherstellung

können bis zu 90 % der eingesetzten Energie

eingespart werden. Mit diesem Verfahren kann

6

perspektivisch das inländische Kontingent an

Reinstsilizium gesteigert und die Abhängigkeit von

ausländischen Produzenten verringert werden. Das

BMU unterstützt die Weiterentwicklung des Verfahrens.

Die Wacker Chemie AG ist mit einer Jahresproduktion

von rund 10.000 Tonnen weltweit der zweitgrößte

Hersteller von Polysilizium für die Solarindustrie.

Im November 2008 hat sie die erste kommerzielle

Produktionsanlage zur Herstellung von granularem

Silizium mit einer Kapazität von 650 Tonnen in

Betrieb genommen und hierfür 40 Mio. Euro investiert.

Das Siliziumgranulat wird in einem Wirbelschichtverfahren

mit niedrigem Energieverbrauch

erzeugt. Aufgrund seiner guten Eigenschaften kann

es dazu beitragen, die Effizienz der Solarzellen zu

verbessern und die Gesamtkosten zu senken. Die

Entwicklung wird vom BMU unterstützt.

Windenergie

start der Forschung im Offshore-Testfeld

Im Mai 2008 fand die Auftaktveranstaltung für die

Forschung im deutschen Offshore-Testfeld „alpha

ventus“ statt. Die Eröffnungsrede hielt der Parlamentarische

Staatssekretär Michael Müller. Unter

dem Titel RAVE (Research at alpha ventus) fördert

das Bundesumweltministerium eine Vielzahl von


Einzelprojekten zur Offshore-Windenergie. Diese reichen

von Windanalysen über technische Anforderungen

an Windenergieanlagen und Gründungen

bis hin zur Netzintegration und ökologischen Begleitforschung.

Das Institut für Solare Energieversorgungstechnik

(ISET) in Kassel koordiniert die RAVE-

Projekte. Bis Ende 2008 waren im Rahmen von

RAVE bereits 20 Projekte im Umfang von 33,7 Millionen

Euro bewilligt.

institut für Windenergie gegründet

Am 1. Januar 2009 ging das neue Fraunhofer-Institut

für Windenergieforschung und Energiesystemtechnik

(IWES) in Bremerhaven an den Start. Herzstück

ist das bisherige Fraunhofer-Center für Windenergie

und Meerestechnologie und das zugehörige

Rotorblattkompetenzzentrum, das mit Mitteln des

Bundesumweltministeriums und des Landes Bremen

aufgebaut wurde. Im Laufe des Jahres 2009 wird als

zweites Standbein das Kassler Institut für Solare Energieversorgungstechnik

(ISET) hinzukommen und

seine Kompetenz im Bereich Energiesystemtechnik

einbringen. Ergänzt wird das neue Spitzencluster

durch eine enge Kooperation mit den Universitäten

Hannover, Oldenburg, Bremen und Kassel. Im Ergebnis

erhält Deutschland ein Forschungscluster, das

die gesamte Wertschöpfungskette der Windenergie

bis zur Netzintegration auf hohem Niveau abdeckt.

Geothermie

Online-Atlas erleichtert

Geothermieentwicklung

Das Institut für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben

in Hannover hat ein bislang einzigartiges

Informationssystem erarbeitet, mit dem die

Lokalisierung geothermischer Standorte deutlich

verbessert und das Fündigkeitsrisiko bei Bohrungen

reduziert werden kann: Das Geothermische Informationssystem

GeotIS ist eine Zusammenstellung

von Daten und Informationen über tiefe wasserführende

Schichten in Deutschland, die für eine geothermische

Nutzung in Frage kommen. GeotIS

funktioniert wie ein digitaler Geothermie-Atlas.

Geowissenschaftliche Basisdaten werden darin kontinuierlich

mit aktuellen Erkenntnissen und Ergebnissen

ergänzt. In den interaktiven Karten werden

Fachinformationen mit topographischen und

statistischen Daten kombiniert. Vertikal- und Horizontalschnitte

ermöglichen einen detaillierten

Einblick in den Untergrund bis in eine Tiefe von

5.000 Metern. GeotIS wird nach der Testphase ab

Mai 2009 im Internet zur Verfügung stehen.

Errichtung des Offshore-umspannwerkes „alpha ventus“ Geothermische Bohrung bei Nacht

7


Niedertemperatur-Solarthermie

solare prozesswärme für Brauerei

Die Kasseler Hütt-Brauerei wird demnächst solares

Bier brauen und ihren Energiebedarf deutlich

senken. Das neue Energiekonzept kombiniert Energieeinsparung

mit solarer Prozesswärmeerzeugung.

Eine Solaranlage mit 220 Quadratmetern Hochleistungsflachkollektoren

auf dem Brauereidach wird

pro Jahr rund 110 Megawattstunden Energie bereitstellen

und damit rund 5 % ihres Jahresbedarfs an

Prozesswärme decken. Gleichzeitig wird ein effizienteres

Brauverfahren den Energieverbrauch

deutlich reduzieren.

Solarthermische kraftwerke

solarturm Jülich geht ans Netz

Das erste deutsche solarthermische Demonstrations-

und Versuchskraftwerk wurde 2008 in Jülich fertig

gestellt. Im Januar 2009 hat ein sechsmonatiger

Testbetrieb begonnen. Mitte 2009 soll der Regelbetrieb

aufgenommen werden. Das Kraftwerk besteht

aus über 2.000 Spiegeln, die sich auf einer Fläche

von 12 Fußballfeldern aneinanderreihen. Die Spiegel

bündeln die einfallende Sonnenstrahlung in bis zu

tausendfacher Konzentration auf einen 22 m 2 großen

spiegelfeld des solarturms Jülich

8

Empfänger an der Spitze eines 60 Meter hohen

Turms. Mit der konzentrierten Sonnenenergie wird

Strom mit einer Nennleistung von 1,5 Megawatt erzeugt

und in das öffentliche Netz eingespeist. Ein

Hochtemperaturspeicher unterstützt den Kraftwerksbetrieb.

Die wissenschaftlichen Erkenntnisse

aus Planung, Bau und Betrieb des Jülicher Solarturms

bilden eine solide Basis für die kontinuierliche

Weiterentwicklung von nachhaltigen Energietechnologien

„Made in Germany“.

Optimierung der

energieversorgungssysteme

Virtuelles Kraftwerk optimiert

Energieversorgung

In der Regenerativen Modellregion Harz startete im

Dezember 2008 ein Projekt zur ökologischen und

ökonomischen Optimierung der Energieversorgung.

Dabei werden erneuerbare Energien, Elektromobilität,

Verbraucher und Energiespeicher zu einem virtuellen

Kraftwerk zusammengeschlossen. So können

Erzeugung und Verbrauch optimal aufeinander abgestimmt

werden. Hierfür wird eine Internetplattform

geschaffen, auf der sich Erzeuger, Händler,

Netzbetreiber und Kunden mit Energieprodukten

versorgen können oder auf der sie selbst Produkte

anbieten können. Das auf vier Jahre angelegte Projekt

soll zeigen, wie eine zuverlässige und verbrauchernahe

Stromversorgung mit einem hohen Anteil

erneuerbarer Energien möglich ist.

Autos unter strom

Am 26. Juni 2008 startete im Beisein von Bundesumweltminister

Sigmar Gabriel der „Flottenversuch

Elektromobilität“ in Berlin. Kernstück des Flottenversuchs

der Volkswagen AG und sieben weiterer

Partner sind „Plug-In-Hybrid“-Fahrzeuge, die mit

Strom betankt werden, aber bei Bedarf auf einen

Verbrennungsmotor zurückgreifen können. Die Testflotte

soll mit regenerativ erzeugtem Strom aus Sonne,

Wind- und Wasserkraft angetrieben und im Straßenverkehr

getestet werden. Die Elektrofahrzeuge

können die Integration erneuerbarer Energien in

die Stromversorgung verbessern, indem überschüssiger

Regenerativstrom in Hochleistungsbatterien

für den Elektroantrieb zwischengespeichert wird.


AkTUelleR ÜbeRblICk

entwicklung der erneuerbaren energien

Deutschland hat 2008 den ambitionierten Ausbau

erneuerbarer Energien fortgesetzt. Die Anteile

erneuerbarer Energien an der Strom- und Wärmeversorgung

wurden weiter erhöht. 2008 wurden

nach vorläufigen Schätzungen des Bundesumweltministeriums

bereits etwa 10 % des gesamten Energieverbrauchs

und rund 15 % des Stromverbrauchs

regenerativ gedeckt. Der Anteil erneuerbarer

Energien am Wärmeverbrauch betrug gut 7,5 %.

Damit befindet sich Deutschland auf gutem Weg,

die Ausbauziele der Europäischen Union für erneuerbare

Energien bis zum Jahr 2020 zu erfüllen. Bis

dahin soll Deutschland, so das Ziel der Bundesregierung,

mindestens 30 % seines Strom- und 14 % des

Wärmebedarfs erneuerbar decken. Die EU will bis

2020 den Anteil erneuerbarer Energien am gesamten

Energieverbrauch auf 20 % erhöhen. Deutschland

strebt in diesem Rahmen einen Anteil von 18 % an.

Erneuerbare Energien haben 2008 in Deutschland

den Ausstoß von rund 115 Millionen Tonnen Kohlendioxid

(CO 2 ) vermieden. Im Rahmen des Kyoto-Abkommens

hat sich Deutschland verpflichtet, seinen

CO 2 -Ausstoß bis 2010 um durchschnittlich 21 % gegenüber

1990 zu senken. Dieses Ziel wurde mit

22,4 % für das Jahr 2007 bereits übertroffen – auch

wenn der Rückgang zwischen 2006 und 2007 teilweise

auf Sondereffekte zurückzuführen ist.

Die Emissionen sanken in der Abfall- und Landwirtschaft,

beim verarbeitenden Gewerbe, im Verkehr

und bei den privaten Haushalten. Bei der Stromerzeugung

sind die Emissionen dagegen seit 1999

gestiegen. Hier stecken weiterhin große Potenziale

in der Effizienzsteigerung und dem Ausbau erneuerbarer

Energien.

Wirtschaftlich profitiert Deutschland vom Ausbau

der erneuerbaren Energien. Der Gesamtumsatz mit

erneuerbaren Energien betrug im Jahr 2007 etwa

25 Milliarden Euro. In der Branche arbeiteten Ende

2007 rund 250.000 Menschen. Zahlen für 2008 lagen

bei Redaktionsschluss nicht vor, aber es kann

von einer steigenden Tendenz ausgegangen werden.

Ursache für die positive Marktentwicklung ist das

im Jahr 2000 eingeführte Erneuerbare-Energien-Gesetz

(EEG), das ausgezeichnete Rahmenbedingungen

für erneuerbare Energien geschaffen und für die

notwendige Investitionssicherheit gesorgt hat.

prüfstand zur Qualifizierung solarthermischer module

Die Bundesregierung hat 2008 das Integrierte Energie-

und Klimaschutzpaket verabschiedet und damit

ihre ambitionierte Klima- und Energiepolitik fortgesetzt.

Das Paket umfasst unter anderem eine Novelle

des EEG mit neuen Vergütungsregeln für die

Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien.

Weitere Bestandteile des Pakets sind ein Gesetz zur

Förderung erneuerbarer Wärme (EEWärmeG), eine

Weiterentwicklung der Energieeinsparverordnung

und ein Gesetz zur Beschleunigung des Stromnetzausbaus

(Energieleitungsausbaugesetz).

Im Rahmen des Emissionshandels ist 2008 der Verkauf

eines Teils der CO 2 -Emissionshandelszertifikate

angelaufen. Einnahmen in Höhe von 400 Mio.

Euro stehen dem BMU für eine Klimaschutzinitiative

zur Förderung von nationalen und internationalen

Klimaschutzprojekten zur Verfügung. Für die

Forschungsförderung des BMU im Bereich erneuerbarer

Energien wurden 2008 aus der Klimaschutzinitiative

10 Mio. Euro zusätzlich bereitgestellt.

Im Dezember 2008 fand die 14. Klimakonferenz der

Vereinten Nationen in Poznan statt.

Ziel der Konferenz waren Vorbereitungen für ein

Nachfolge-Abkommen des Kyoto-Protokolls, das ab

2012 gelten soll. Ende 2009 werden die Verhandlungen

in Kopenhagen weitergeführt.

9


edeutung und Ziele

der Forschungsförderung

Forschung und Entwicklung schaffen notwendige

Voraussetzungen für den Ausbau der erneuerbaren

Energien und die Steigerung der Energieeffizienz.

Ein wichtiges Ziel dabei ist es, die Kosten weiter zu

senken, damit erneuerbare Energie konkurrenzfähig

mit fossiler Energie wird.

Die Schwerpunkte und Ziele seiner Forschungsförderung

legt das BMU im regelmäßigen Dialog mit

Vertretern aus Wissenschaft und Wirtschaft fest.

Alle zwei Jahre finden Strategiegespräche für die

vom BMU geförderten Technologien statt. Die Ergebnisse

der Gespräche fließen in Förderbekanntmachungen

ein. Die aktuelle Förderbekanntmachung

ist vom 20.11.2008. Im Internet findet sie sich unter

www.erneuerbare-energien.de/inhalt/20028.

Das BMU verfolgt mit der Forschungsförderung

folgende übergeordnete Ziele:

˘ den Ausbau der erneuerbaren Energien weiter

voranzutreiben,

˘ die internationale Wettbewerbsfähigkeit deutscher

Unternehmen und Forschungsinstitute

auszubauen und

˘ zukunftsfähige Arbeitsplätze zu schaffen.

mio. € (inflationsbereinigt in preisen von 2008)

2.500

2.000

1.500

1.000

500

0

Ausgaben des bundes für Wissenschaft, Forschung und entwicklung nach Förderbereichen und Förderschwerpunkten

10

1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992

Erneuerbare Energien und Energie-

Effizienz

Kohle

Offshore-Forschungsplattform Fino 1

Die Schwerpunkte der Forschungsförderung sind

daher:

˘ die Kosten für Herstellung und Nutzung erneuerbarer

Energien kontinuierlich zu senken,

˘ die Energiesysteme insgesamt zu optimieren und

˘ den Ausbau der erneuerbaren Energien umwelt-

und naturverträglich zu gestalten.

Kernkraft

1994 1996

Kernfusionsforschung

1998 2000 2002

Quelle: bmbF,

Statistisches bundesamt

2004 2006 2008

Soll

Beseitigung kerntechnischer Anlagen

2009

Soll


mio. €

120

100

80

60

40

20

0

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

originäre Forschungsmittel marktanreizprogramm klimaschutzinitiative

Haushaltsansätze des bmU für Forschung im bereich erneuerbarer energien

Die Forschungsförderung des BMU legt außerdem

großen Wert darauf, dass die Forschungsergebnisse

möglichst schnell in die konkrete Anwendung überführt

werden können. Daher ist auch die finanzielle

Beteiligung von Unternehmen ein wichtiges Kriterium

für die Auswahl von Projekten.

Für Forschungsprojekte von Unternehmen liegt die

Förderquote zwischen 25 % und 50 %. Das bedeutet,

dass die Förderung in hohem Maße private Investitionen

auslöst. Bei Projekten von Forschungseinrichtungen,

die ohne Industriebeteiligung durchgeführt

werden, wird ebenfalls auf die Umsetzungsperspektiven

geachtet.

mittelausstattung und -aufteilung

Die Bundesregierung fördert Forschung und Entwicklung

im Bereich erneuerbarer Energien bereits

seit den 1970er Jahren infolge der ersten Ölpreiskrise.

Gegenüber der massiven Förderung der Kern-

Quelle: bmU

energie nahm sich die Förderung der erneuerbaren

Energien damals allerdings bescheiden aus. Seit

dem Ende der 1990er Jahre sind die Forschungsausgaben

für Technologien zur Nutzung erneuerbarer

Energien kontinuierlich gestiegen und haben inzwischen

ein Rekordniveau erreicht. Gleichwohl liegen

sie immer noch unter dem, was insgesamt für Kernkraft,

Kernfusion und die Beseitigung kerntechnischer

Anlagen aufgewendet wird.

Seit 2002 ist das BMU für die Projektförderung im

Bereich der Forschung zu erneuerbaren Energien

zuständig. Die dafür verfügbaren Mittel sind seit

2005 kontinuierlich gestiegen, zunächst mit Hilfe

überschüssiger Mittel aus dem Marktanreizprogramm

(2005) und dann durch eine drastische Erhöhung

der originären Forschungsmittel nach dem

Regierungswechsel 2005. Seit 2007 steigt das Budget

im Rahmen der High-Tech-Strategie der Bundesregierung

weiter, und zwar um jährlich 5 Mio. Euro.

Zusätzliche Mittel kommen seit 2008 aus der Klimaschutzinitiative

der Bundesregierung.

11


preisgekrönte Forschung

Das Bundesumweltministerium fördert Spitzenleistungen.

2008 wurden mehrere angesehene

Preise an Unternehmen oder Projekte vergeben, die

das BMU gefördert hatte.

Der Eni Award 2008 in der Kategorie Science &

Technology ging an Forscher des Fraunhofer ISE in

Freiburg. Dr. Stefan Glunz und seine Kollegen

Dr. Daniel Kray, Dr. Ansgar Mette und Dr. Oliver

Schultz erhielten die Auszeichnung des italienischen

Energiekonzerns Eni für ihre Arbeiten zu dünnen,

hocheffizienten Siliziumsolarzellen. Entscheidend

für die Preisvergabe waren Arbeiten zur Entwicklung

neuer Zellstrukturen und Metallisierungsverfahren

für dünne Silizium-Solarzellen, die zu Wirkungsgraden

von über 20 % führten. Das BMU hat

diese Arbeiten in mehreren Forschungsprojekten

maßgeblich unterstützt.

Den Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft

in der Kategorie Start-up-Unternehmen erhielt im Januar

2008 die Concentrix Solar GmbH aus Freiburg.

Concentrix, eine Ausgründung des Fraunhofer ISE,

wurde für die erfolgreiche Umsetzung der innovativen

Konzentrator-Technologie ausgezeichnet. Diese

erreicht im Vergleich zur herkömmlichen Photovoltaik

fast doppelt so hohe Wirkungsgrade.

FLATCON® CpV systeme der Firma Concentrix solar in puertollano, spanien

12

Das BMU hat die Entwicklung der von Concentrix

zur Serienreife gebrachten FLATCON®-Technologie

über viele Jahre am Fraunhofer ISE gefördert.

Die Solar Millennium AG, Erlangen, hat den international

renommierten Energy Globe Award gewonnen.

Mit dem Preis wurde die Initiierung und

Entwicklung der ersten Parabolrinnen-Kraftwerke

Europas, der spanischen Andasol-Kraftwerke, ausgezeichnet.

Die insgesamt drei Andasol-Kraftwerke

entstehen in der Andalusischen Hochebene. Andaso I

ging bereits 2008 in Betrieb. Andasol II soll 2009

fertig gestellt werden und Andasol III wird voraussichtlich

im Frühjahr 2011 ans Netz gehen. In den

Kraftwerken werden Komponenten aus Deutschland

eingesetzt, die auch mit Unterstützung des BMU entwickelt

wurden.

Das vom BMU unterstützte Geothermieprojekt in

der bayerischen Gemeinde Unterhaching wurde mit

dem Europäischen Solarpreis 2008 ausgezeichnet.

Das Geothermiekraftwerk ist in das kommunale

Energiekonzept eingebunden. Es versorgt seit 2007

rund 2.500 Haushalte mit regenerativer Wärme.

2008 wurde die Stromproduktion aufgenommen.


photovoltaik 44,1 %

sonstiges 7,5 %

systemintegration 0,2 %

solarthermische

Kraftwerke 7,0 %

Niedertemperatursolarthermie

6,7 %

Geothermie 13,5 %

Wind 21,0 %

Anteil am mittelabfluss im Durchschnitt

der Jahre 2005 bis 2008

Im Jahr 2008 hat das Bundesumweltministerium

neue Forschungsprojekte zu erneuerbaren Energien

mit einem Gesamtvolumen von über 150 Mio. Euro

bewilligt. Damit wurde das Niveau von 2007 nochmals

deutlich übertroffen. Insgesamt wurden 169

neue Projekte auf den Weg gebracht (2007: 177).

Die Schwerpunkte der Förderung bildeten die Photovoltaik

mit 39,7 Mio. Euro (2007: 41,7 Mio. Euro) und

die Windenergie mit 40,1 Mio. Euro (2007:

34,7 Mio. Euro). Im neu geschaffenen Fördergebiet

„Optimierung des Energieversorgungssystems“ wurden

Projekte in Höhe von 28,2 Mio. Euro bewilligt.

Bei der Geothermie betrug das Neubewilligungsvolumen

16,4 Mio. Euro (2007: 8 Mio. Euro), bei

der Niedertemperatur-Solarthermie 10,1 Mio. Euro

(2007: 7,5 Mio. Euro) und bei den solarthermischen

Kraftwerken 8,2 Mio. Euro (2007: 5,8 Mio. Euro).

Sonstige 2,5 %

projekte von

Forschungseinrichtungen 42,9 %

Verwendung der Forschungsmittel nach empfängergruppen (2008)

photovoltaik 26,3 %

sonstiges 5,4 %

Optimierung der Energieversorgungssysteme

18,7 %

solarthermische Kraftwerke 5,4 %

Niedertemperatur-solarthermie 6,7 %

Geothermie 10,9 %

Wind 26,6 %

Anteil am neu bewilligten mittelvolumen 2008

Wirtschaft

34,3 %

Forschungseinrichtungen in

industriellen Verbundvorhaben

20,3 %

projekte mit unternehmensbeteiligung

54,6 %

Quelle: bmU

Für die Querschnittsforschung und sonstige Projekte

– zum Beispiel im Bereich der internationalen Zusammenarbeit

– wurden 8 Mio. Euro neu bewilligt

(2007: 4,3 Mio. Euro).

Auch der Mittelabfluss stieg kräftig. Von den verfügbaren

103 Mio. Euro (einschließlich 10 Mio. Euro aus

der Klimaschutzinitiative) flossen rund 97 Mio. Euro

ab. Das ist eine Steigerung um 17 Mio. Euro gegenüber

dem Vorjahr. Dass die verfügbaren Mittel nicht

vollständig abflossen, lag daran, dass es bei einer

Vielzahl von Projekten zu teilweise massiven Verzögerungen

kam. Ein Beispiel ist das Offshore-Testfeld

„alpha ventus“, wo die Errichtung der Anlagen wetterbedingt

verschoben werden musste. Dadurch verzögerte

sich auch der Beginn von Forschungsprojekten

im Testfeld.

Quelle: bmU

13


umspannwerk „alpha ventus“ in Wilhelmshaven

öffentlichkeitsarbeit

Das Bundesumweltministerium legt großen Wert auf

eine transparente Forschungsförderung. Das gilt für

die Verwendung der Haushaltsmittel ebenso wie für

die Inhalte der einzelnen Projekte. Daher wurde die

Öffentlichkeitsarbeit im Bereich der Forschungsförderung

seit 2005 massiv ausgebaut. Ziel ist es, allen

Beteiligten aus Wirtschaft, Wissenschaft, Politik und

Medien einen Gesamtüberblick zu geben und nicht

zuletzt auch interessierte Bürgerinnen und Bürger

umfassend zu informieren.

Der vorliegende Jahresbericht leistet hierzu einen

wichtigen Beitrag. Er dokumentiert die Forschungs-

Vergleich der Neubewilligungen für die Jahre 2007 und 2008 in mio. €

14

photovoltaik

Wind

Geothermie

Niedertemperatursolarthermie

solarthermische

Kraftwerke

systemintegration

sonstiges

mittel in mio. €

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

2008

förderung des BMU im Bereich der erneuerbaren

Energien und stellt sie in einen gesamtpolitischen

Zusammenhang. Seit 2007 erscheinen die Jahresberichte

auch in englischer Sprache.

Ergänzend erscheint alle zwei Monate ein kostenloser

elektronischer Newsletter mit Kurzinformationen

zu einzelnen Forschungsvorhaben und

aktuellen Terminhinweisen.

(www.erneuerbare-energien.de/inhalt/35482/4595/)

Detaillierte Informationen für Fachleute enthält ein

2008 neu erschienenes Nachschlagewerk mit dem

Titel „Forschungsjahrbuch für Erneuerbare Energien

2007/2008“. Es besteht aus einer interaktiven CD-Rom

und einem Booklet. (www.forschungsjahrbuch.de)

2007

Quelle: bmU


pHOTOVOlTAIk

markt- und Technologieentwicklung

Die Photovoltaik entwickelt sich nach wie vor sehr

dynamisch. Das betrifft die Märkte ebenso wie die

Technologien. Für 2008 rechnet der Bundesverband

Solarwirtschaft (BSW-Solar) für Deutschland mit

einem Wachstum der neu installierten Solarstromleistung

von mindestens 35 % auf rund 1,5 Gigawatt

(GW). Für 2009 erwartet der BSW-Solar, dass die

Nachfrage weiter anzieht. Der technologische Fortschritt

ist ungebremst bei gleichzeitig sinkenden

Herstellungskosten.

Die positive Marktentwicklung hierzulande ist insbesondere

dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

zu verdanken. Im Rahmen der Neufassung des EEG

wurde 2008 beschlossen, die Degression bei den

Vergütungssätzen für die Photovoltaik zu erhöhen.

Damit wurde ein Anreiz gegeben, weitere Kostensenkungspotenziale

in der Fertigung zu erschließen.

Forschung und Entwicklung bilden die Grundlagen

für notwendige Innovationen und damit auch zur

Senkung der Kosten. Dabei sind die deutschen Unternehmen

starker internationaler Konkurrenz ausgesetzt,

insbesondere aus Nordamerika und Fernost.

Doch die Ausgangsposition in Deutschland ist gut:

Einerseits ist die deutsche Forschungslandschaft gut

aufgestellt. Die Institute des ForschungsVerbunds

Erneuerbare Energien (FVEE) haben eine Reihe

Herstellung einer rückseitenkontaktzelle mittels Laser

entscheidender internationaler Rekorde aufgestellt:

So hält das Fraunhofer ISE mit 20,3 % den Wirkungsgradrekord

bei multikristallinen, siliziumbasierten

Solarzellen, die derzeit den Löwenanteil am Markt

ausmachen. Das ZSW Stuttgart hat zusammen mit

der Firma Würth Solar Dünnschicht-Solarzellen entwickelt,

die herausragende Wirkungsgrade zwischen

12 und 13 % erzielen, im Labor sogar über 18 %.

Außerdem erreichte das Fraunhofer ISE Anfang

2009 mit 41,1 % einen neuen Weltrekord bei Mehrfachsolarzellen

aus III-V-Halbleitern für konzentrierende

Photovoltaik.

Zugleich ist die deutsche Industrie äußerst innovativ.

Firmen wie Q-Cells, SolarWorld und andere

arbeiten an zukunftsfähigen Konzepten, die absehbar

in die Fertigung überführt werden.

Nach Erhebungen des BSW-Solar investierte die

deutsche Photovoltaikbranche 2007 rund 175 Mio.

Euro und 2008 rund 190 Mio. Euro in Forschung

und Entwicklung sowie 1,8 Milliarden Euro in den

Auf- und Ausbau sowie die Modernisierung ihrer

Solarfabriken. Auch der deutsche Maschinenbau

leistet seinen Beitrag: Rund die Hälfte der weltweit

eingesetzten photovoltaischen Produktionstechnik

kommt schon jetzt von deutschen Maschinen- und

Anlagenbauern. Das BMU geht davon aus, dass

derzeit rund 40.000 Menschen in der deutschen

PV-Branche arbeiten.

15


Ausgaben in mio. €

50

40

30

20

10

0

Jährliche Ausgaben zur projektförderung im bereich photovoltaik zwischen 1974 und 2008

Bis zum Jahr 2010 beabsichtigt die deutsche

PV-Industrie, ihre Kapazitäten weiter auszubauen.

Etwa die Hälfte der Umsätze soll dann im Export erwirtschaftet

werden. Um sich gegenüber der internationalen

Konkurrenz behaupten zu können, müssen

weitere technologische Fortschritte umgesetzt

werden. Im Vordergrund stehen effiziente Herstellungsprozesse

und eine deutliche Kostenreduktion.

Beispiele hierfür sind dünne und hocheffiziente

Siliziumsolarzellen sowie großflächige, kostengünstige

Dünnschichtmodule.

silizium-Wafertechnik 60 %

recycling 0,2 %

Netzintegration 10,3 %

systemtechnik 6,2 %

sonstige Dünnschichttechniken*

12,8 %

Cis-Dünnschichttechnik 4,4 %

silizium-Dünnschichttechnik 6,1 %

* CdTe, technologieübergreifende projekte

Neu bewilligte Forschungsmittel im bereich photovoltaik

16

1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992

1994 1996

pV Zip (Zukunftsinvestitionsprogramm)

Quelle: bmU

1998 2000 2002

Quelle: bmU

2004 2006 2008

Ziele, Schwerpunkte und Umfang der

Forschungsförderung

Das Bundesumweltministerium (BMU) fördert Forschungsvorhaben

im Bereich der Photovoltaik mit

dem Ziel, die Kosten für die photovoltaische Stromerzeugung

kontinuierlich zu senken. Dies geschieht

einerseits durch technische Innovationen, wie

Wirkungsgradsteigerungen und Materialreduzierungen,

und andererseits durch den Einstieg in die

Serienproduktion. Das BMU unterstützt Maßnahmen

in beide Richtungen.

Alle zwei Jahre lädt das BMU ausgewiesene Experten

zum PV-Strategiegespräch im Glottertal ein, um

Schwerpunkte der Forschung zu diskutieren und als

Leitlinien zu formulieren. Das 10. Glottertaler Fachgespräch

fand im November 2007 statt. Die Ergebnisse

des Fachgesprächs finden auch in der neuen

Förderbekanntmachung vom 20.11.2008 ihren Niederschlag.

Die Förderschwerpunkte werden in den

kommenden Jahren in folgenden Bereichen liegen:

˘ Silizium Wafertechnik,

˘ Dünnschichttechnologien,

˘ Systemtechnik und Netzintegration,

˘ Konzentrierende Photovoltaik und andere Konzepte,

deren Eignung für Leistungsanwendungen

und Übertragbarkeit in einen industriellen Fertigungsmaßstab

nachweisbar ist, sowie

˘ übergreifende Fragestellungen wie Erhöhung der

Anlagenlebensdauer, Reduzierung des Energieeinsatzes

in der Produktion und im Recycling.


Das BMU und der Projektträger Jülich (PtJ) luden

am 11. und 12. November 2008 zum „Statusseminar

Photovoltaik 2008“ nach Berlin ein. Auf der zweitägigen

Veranstaltung gaben Experten in 33 Fachvorträgen

einen Überblick über die Aktivitäten und Ergebnisse

der vom BMU geförderten PV-Forschungsvorhaben.

Bei den 130 Teilnehmern stieß die Veranstaltung

auf sehr positive Resonanz. Die Statusseminare

sollen daher künftig in regelmäßigen Abständen

stattfinden.

Das BMU bewilligte 2008 38 neue Projekte zur Photovoltaik

(2007: 49). Das entspricht einem Fördervolumen

von 39,7 Mio. Euro (2007: 41,7 Mio. Euro).

Gleichzeitig flossen 39,9 Mio. Euro in laufende

Vorhaben.

projekte

1. Silizium-Wafer-Technologie

Bereits die erste Solarzelle Mitte der 1950er Jahre

war eine Silizium-Waferzelle. Auch heute steckt in

der Silizium-Wafer-Technologie noch viel Potenzial.

Solarzellen aus kristallinem Silizium nutzen das häufigste

Element der Erdkruste und basieren auf einer

relativ einfachen, modularen Technologie. Die einzelnen

Prozessschritte und das grundlegende Materialverständnis

profitieren von Fortschritten aus der

Halbleitertechnologie. Die klassischen Solarzellen

halten damit einen Marktanteil von knapp 90 %.

Eine Ablösung durch Dünnschichtsolarzellen oder

andere Alternativen ist noch nicht in Sicht.

Bearbeitung von solarzellen mittels Laser

mio. €

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

2004 2005 2006 2007 2008

entwicklung des Neubewilligungsvolumens (photovoltaik)

Dementsprechend ist die Konkurrenz groß: Sowohl

in Europa als auch in Japan, China, den USA und

weiteren Ländern treiben Firmen und Forschungslabore

die Entwicklung von Silizium-Wafer-Technologien

voran. In diesem Umfeld müssen sich deutsche

Unternehmen und Forschungseinrichtungen

behaupten.

Im September 2007 startete die Joint Solar Silicon

GmbH & Co. KG (JSSi), ein Gemeinschaftsunternehmen

der Degussa AG (Evonik) und der Deutschen

Solar AG, ein Vorhaben, in dem Reinstsilizium auf

der Basis von Monosilan mit einem neuen Verfahren

hergestellt werden kann. Das Verfahren wurde bis

zur industriellen Anwendungsreife entwickelt und

anschließend in eine großtechnische Anlage überführt.

Die neue Technologie ist von JSSi in Zusammenarbeit

mit führenden Universitäten entwickelt

worden. Im August 2008 hat der Parlamentarische

Staatssekretär im BMU, Michael Müller, die erste

Produktionsanlage im badischen Rheinfelden eingeweiht.

Sie hat eine Produktionskapazität von

850 Tonnen pro Jahr. Das Produktionsverfahren ist

hocheffizient und weltweit einmalig. Im Vergleich

zur herkömmlichen Siliziumherstellung kann es bis

zu 90 % der eingesetzten Energie einsparen.

Im Gegensatz zum Siemensverfahren, das massive

Siliziumbrocken liefert, erzeugt der Prozess kleine

Kügelchen, die kontinuierlich aus dem Reaktor „geerntet“

werden. Mit dieser Anlage könnte in Zukunft

ein größeres inländisches Kontingent an Reinstsili-

Quelle: bmU

17


Aus Ideen werden produkte

beispiele aus der Forschungsförderung des bmU

Die Entwicklung der Photovoltaik wäre in den letzten

Jahren ohne die Erfolge im Maschinen- und

Anlagenbau nicht möglich gewesen. Es kommt nämlich

nicht nur darauf an, Rekordwirkungsgrade zu

erzielen. Neue Konzepte aus der Forschung müssen

auch in einen industriellen Prozess zu wirtschaftlichen

Konditionen umgesetzt werden. Das Forschungsumfeld

in Deutschland bietet hier einzigartige

Möglichkeiten. Von der Grundlagenforschung,

z.B. an Hochschulen, über die angewandte Forschung

in den Instituten des ForschungsVerbunds

Erneuerbare Energien bis hin zu den Entwicklungsabteilungen

der Industrie wird Forschung auf unterschiedlichen

Stufen betrieben. Wie hierbei aus

Ideen Produkte werden, kann an den folgenden

Beispielen verdeutlicht werden.

1. Heutige Siliziumsolarzellen erhalten eine Deckschicht

aus Silizium-Nitrid (SiNx), welche die elektrischen

Eigenschaften und die Lichteinkopplung

verbessert. Das SiNx kann chemisch (in einem

PECVD-Prozess) oder physikalisch (durch Sputtern)

hergestellt werden. Der chemische PECVD-Prozess

wurde zwischen 1998 und 2001 im Vorhaben „Entwicklung

einer neuartigen SiN-Abscheideanlage für

Photovoltaik-Anwendungen“ zusammen von einem

Solarzellenhersteller und dem Institut für Solarenergieforschung

Hameln (ISFH) entwickelt und an

die Roth & Rau AG übertragen. Die von Roth & Rau

unter der Bezeichnung SINA angebotenen Anlagen,

die auf dem damals entwickelten Prinzip basieren,

haben sich als eine Standardkomponente in

zahlreichen Zellfertigungen weltweit bewährt. Die

Weiterentwicklung dieser Technologie zu einem

Weiterentwickelte siNA-Anlage zur prozessierung von solarzellen der roth & rau AG

18

flexiblen Anlagenkonzept, das zusätzliche Prozessschritte

umfasst und MAiA (Multiple Applikation

inline Anlage) genannt wird, wurde zwischen 2001

und 2007 in mehreren Vorhaben gefördert. Alternativ

kann die SiNx-Schicht in einem Sputterprozess

hergestellt werden. Ab 2001 wurde im Vorhaben

„Siliciumnitrid-Durchlaufsputteranlage für die Photovoltaik“

von Applied Materials zusammen mit dem

Fraunhofer ISE ein entsprechendes Anlagenprinzip

entwickelt, das inzwischen ebenfalls in Solarzellenlinien

weltweit zum Einsatz kommt.

2. Der Hersteller von Beschichtungsanlagen, Applied

Materials, hat auf der Basis der am Forschungszentrum

Jülich (FZJ) entwickelten Silizium-Dünnschichttechnologie

und in Kooperation mit dem FZJ ein

Produktionssystem zur Fabrikation von 1,8 m 2 großen

Silizium-Dünnschichtsolarmodulen entwickelt.

Hierfür wurde ein bereits zu anderen Zwecken eingesetztes

„in-line“-Beschichtungssystem ARISTO für

a-Si- und µc-Si-Plasmadepositionsprozesse angepasst.

Versuche auf 30 x 30 cm 2 Glassubstraten erzielten

einen Modulwirkungsgrad von 10,1 %, gegenüber

der bisherigen a-Si:H Technologie, die deutlich unter

10 % liegt. Auf Basis dieser Ergebnisse hat die Firma

Sontor, ein Tochterunternehmen des Solarzellenherstellers

Q-Cells SE, als erster Kunde das ARISTO-

System erworben. In Kooperation mit Applied Materials

und dem FZJ wurde eine industrietaugliche

Prozesslinie entwickelt und aufgebaut. Anfang 2008

wurde die Produktion am Standort Thalheim aufgenommen.

Aktuell werden a-Si:H/µc-Si:H-Tandemsolarmodule

mit einer Fläche von 1,8 m2 und einer

Nennleistung von rund 140 Watt im Mittel gefertigt,

was einem Modulwirkungsgrad von 7,5 % entspricht.


zium angeboten und die Abhängigkeit von ausländischen

Produzenten verringert werden (Fördersumme

BMU: rund 1,7 Mio. Euro).

Die Wacker Chemie AG ist mit einer Jahresproduktion

von rund 10.000 Tonnen weltweit der zweitgrößte

Hersteller von Polysilizium für die Solarindustrie.

Das Unternehmen hat im November 2008 die

erste kommerzielle Produktionsanlage für granulares

Silizium mit einer Nennkapazität von 650 Tonnen

in Betrieb genommen und hierfür 40 Mio. Euro

investiert. Das granulare Solarsilizium wird aus Trichlorsilan

im Wirbelschichtverfahren erzeugt. Das

Granulat erschließt neue, effektive Kristallisationsverfahren

und verbessert etablierte Technologien.

Hohe Reinheiten ebnen den Weg hin zu höheren

Zelleffizienzen und niedrigeren Gesamtkosten.

Der niedrige spezifische Energiebedarf verbessert

auch die Photovoltaik-Gesamtenergiebilanz. Es wird

eine vollintegrierte Technologie mit geschlossenen

Kreisläufen für alle Hilfs- und Produktionsstoffe

angewandt. Das BMU fördert die Entwicklung und

Erprobung von Verfahren zur Herstellung von granularem

Polysilizium seit dem Jahr 2000 mit insgesamt

3,2 Mio. Euro.

Im Rahmen des laufenden Verbundvorhabens

„Speed“ verfolgen die Forschungspartner Deutsche

Solar AG, Access e.V., FCT Systeme GmbH, FhG-ISE

und TU Bergakademie Freiberg das hochgesteckte

Ziel, eine Versuchskristallisationsanlage zu entwickeln

und zu bauen, mit der multikristalline Silizium-Blöcke

von bis zu 1000 kg ohne Qualitätseinbußen

hergestellt werden können.

Die erste Versuchsanlage wurde Anfang 2008 erfolgreich

in Betrieb genommen. Dabei konnte die Blockmasse

von ursprünglich 240 kg auf zunächst 630 kg

gesteigert werden. Die Vorbereitungen für Blöcke

von 700 kg und 925 kg laufen bereits. Die Prozesszeit

konnte um 20 % gesenkt und die Produktivität

um rund 40 % gesteigert werden – ohne Einbußen

bei der Materialqualität (Fördersumme BMU: rund

2,79 Mio. Euro).

Im Verbundprojekt „Kerfloss“ entwickeln die Firmen

Deutsche Solar AG, PV Silicon AG, ASI Industries, die

Fraunhofer-Institute für Werkstoffmechanik (IWM)

und Solare Energiesysteme (ISE) sowie das Betriebsforschungsinstitut

VDEh-Institut für angewandte

Forschung (BFI/ VDEh) ein Verfahren zum Hochleistungssägen,

mit denen der Sägeverlust um 50 %

reduziert werden kann. Das soll Kostenvorteile von

mindestens 20 % bringen.

Seit dem Start des Vorhabens im August 2006 wurden

erhebliche Fortschritte erzielt. Experimentell

wurde nachgewiesen, dass der Prozess mit 100 µm

dicken Drähten industriell anwendbar ist. Mit 80 µm

dicken Drähten wurde bisher ein Schneidespalt von

108 µm realisiert; das bedeutet ungefähr die Hälfte

der heute üblichen Spaltbreiten. Die für den Drahtsägeprozess

eingesetzten Schleifsuspensionen (Slurry)

wurden in ihrer Zusammensetzung optimiert.

Zur Qualitätssicherung hat das BFI für metallische

Drähte ein ultraschallbasiertes Verfahren zur

berührungslosen automatischen Online-Prüfung

entwickelt, das sowohl für magnetisierbare als auch

für nicht magnetisierbare Metalle und Metalllegierungen

verwendbar ist. Dieses Verfahren wird speziell

für den Einsatz zur Prüfung dünner hochfester

Sägedrähte aus ferromagnetischem Stahl optimiert.

Durch computergestützte Modellierungen wurde

auch das grundlegende Verständnis des Sägeprozesses

verbessert. Ein positiver Nebeneffekt ist, dass

das Vorhaben die Drahtproduzenten dazu angeregt

hat, eigene Entwicklungsarbeiten zu hochfeinen

Drähten zu beginnen (Fördersumme BMU: rund

1,7 Mio. Euro).

In dem Projekt SLCE1 (Silicium Laser Chemical

Etching) entwickelt das Fraunhofer ISE zusammen

mit den Industriepartnern Deutsche Cell, Manz

Automations AG, REC Solar und Synova Grundlagen

für ein neuartiges Laserverfahren. Das inzwischen

von Laser Chemical Etching (LCE) in Laser Chemical

Processing (LCP) umbenannte Verfahren beruht auf

dem Prinzip des flüssigkeitsstrahlgeführten Lasers.

Dabei wird ein hochenergetischer Laser in einen

sehr dünnen laminaren Flüssigkeitsstrahl eingekoppelt

und durch interne Totalreflexion wie in einer

flüssigen Glasfaser zum Werkstück geführt. Der wasserstrahlgeführte

Laser ist von Synova weltweit patentiert

und kommerziell erhältlich. Die Idee vom

Fraunhofer ISE zum LCP liegt darin, das Wasser

durch eine reaktive Chemikalie zu ersetzen.

Dadurch kann der Flüssigkeitsstrahl neben dem Ausspülen

von verdampftem Material weitere Aufgaben

übernehmen wie beispielsweise Nachätzen, Dotieren

oder Metallisieren. LCP kann damit sowohl zum

Schneiden von dünnen schädigungsfreien Wafern

aus Blöcken als auch zur schonenden Mikrostrukturierung

von Solarzellen eingesetzt werden.

Insgesamt wurde mit dem Projekt SLCE1 eine neue

Familie von innovativen Mikrostrukturierungsverfahren

aus der Taufe gehoben. Diese weisen ein

erhebliches Potenzial auf, die Wirkungsgrade industrieller

Solarzellen zu verbessern und die Kosten von

Solarstrom zu verringern. Die Industrie zeigt bereits

Interesse, das LCP-Verfahren zeitnah in die Produktion

zu überführen. Das Fraunhofer ISE hat inzwischen

mehr als 10 Patentanmeldungen zu LCP eingereicht

(Fördersumme BMU: rund 1,24 Mio. Euro).

19


Kammer zum Laser Chemial processing (LCp) von solarzellen.

Dabei wird ein Laser in einen dünnen Flüssigkeitsstrahl eingekoppelt.

LCp kann sowohl zum schneiden von dünnen Wafern als auch

zur mikrostrukturierung von solarzelllen eingesetzt werden.

Neuen innovativen Ansätzen zur laserbasierten Kantenisolation

mit dem Ziel der Effizienzsteigerung

und Kostenreduzierung widmet sich ein Verbundvorhaben

der Schott Solar GmbH, Manz Automations

AG, Trumpf Laser GmbH und des Laserzentrums

Hannover. Die laserbasierte Kantenisolation ist ein

industriell erprobtes Verfahren, um die notwendige

GlOSSAR

amorphes Silizium (a-Si) Nichtkristalline Form des Halbleiters silizium (amorph = ungeordnet); amorphes silizium verfügt über ein

hohes Absorptionsvermögen und kann daher bei solarzellen mit besonders geringen schichtdicken verwendet

werden.

und

mikrokristallines Silizium Kristallines silizium mit kleinen Korngrößen.

(µc-Si)

in der Kombination von amorphem und mikrokristallinem silizium (mikromorphes silizium) wurden in den

letzten Jahren beachtliche Wirkungsgradsteigerungen erzielt.

Czochralski-Silizium (Cz-Si) Verfahren zur Herstellung von einkristallinen Werkstoffen, hier von einkristallinem silizium, das Voraussetzung

für viele silizium Hochleistungssolarzellen ist.

Dotierung

Einbringen von Fremdatomen in das Grundmaterial eines Halbleiters in geringer Konzentration, hier zur

(n-Typ, p-Typ-Silizium)

gezielten Änderung der Leitfähigkeit.

man unterscheidet zwischen der n-Dotierung (n für die frei bewegliche negative Ladung, die dadurch

eingebracht wird) und der p-Dotierung (p für die frei bewegliche positive Lücke, auch Loch genannt). Bei der

n-Dotierung von silizium (n-Typ) wird beispielsweise phosphor eingesetzt, bei der p-Dotierung (p-Typ) zumeist

Bor oder Aluminium.

emitter solarzellen sind elektrische Bauteile. Die Wafersolarzellen werden als Halbleiterdioden mit einem p-n-

Übergang präpariert, der zur Ladungstrennung benötigt wird. Gewöhnlich wird heutzutage eine dünne

Oberflächenschicht stark n-dotiert (Emitter) während der rest des materials schwach p-dotiert (Basis) ist.

emitter-Wrap-Through (eWT) Konzept für Hochleistungs-Wafersolarzellen. Der auf der Vorderseite liegende emitter wird durch kleinste

Zellkonzept

Löcher im material auf die rückseite geführt und dort elektrisch kontaktiert. Dadurch wird eine Abschattung

durch metallkontakte auf der Vorderseite vermieden.

Fresnellinse Optische Linse, die durch das angewendete Bauprinzip kleiner und leichter ist als konventionelle Linsen.

galvanische Trennung Elektrische Trennung zweier leitfähiger Gegenstände, hier von Vorder- und rückseite der solarzelle, um

Kurzschlüsse zu verhindern.

20

galvanische Trennung der Siliziumsolarzelle durch

einen durch Laserabtrag erzeugten Graben zu erreichen.

Hierbei können bisher thermische Schädigungen

und Effizienzverluste der Zelle nicht ganz

vermieden werden. Das Vorhaben startete im September

2008. Ziel ist es, die Herstellungszeit von

zwei auf eine Sekunde pro Zelle zu halbieren. Die

Effizienz soll um mindestens 0,1 % absolut gesteigert

und die Bruchrate minimiert werden, so dass

die Herstellkosten insgesamt sinken. Dies will man

durch ein optimiertes Gesamtsystem mit schneller

Datenauflösung, einer neuartigen adaptierten Laserquelle

und einer angepassten Strahlführung erreichen

(Fördersumme BMU: rund 1,18 Mio. Euro).

Die SolarWorld Innovations GmbH, die Forschungs-

und Entwicklungsgesellschaft der SolarWorld AG,

entwickelt seit August des Jahres 2008 mit Unterstützung

der Universität Konstanz optimierte Solarzellen-Prozesse

für Silizium-Substrate auf Basis des

Ribbon-Growth-on-Substrate (RGS)-Verfahrens. Bei

dieser Technologie werden die Wafer unter vollständiger

Vermeidung von aufwändigen Trennprozessen

direkt aus dem flüssigen Silizium gegossen beziehungsweise

gezogen. Das birgt große Potenziale für

die Kostensenkung: Erstens wird ein hoher Materialverlust

vermieden, der bei der konventionellen Waferfertigung

durch die Sägeprozesse entsteht und

bis zu ca. 50 % betragen kann. Und zweitens kann

die Produktion auf etwa einen Wafer pro Sekunde


gesteigert werden. Die Universität Konstanz hat mit

diesem Material bereits Wirkungsgrade von 14,4 %

im Labormaßstab erreicht. Basierend auf diesen

Ergebnissen und Erfahrungen sollen der Hocheffizienz-Prozess

weiter optimiert und effiziente industrienahe

Prozesse entwickelt werden. Das BMU

unterstützt dieses Vorhaben mit 1,23 Mio. Euro.

Die Firma Q-Cells arbeitet seit 2005 an der Realisierung

von Silizium-Hochleistungssolarzellen. Zur

Stärkung der eigenen Forschungskapazitäten wurde

das Reiner-Lemoine-Forschungszentrum in Thalheim

bei Bitterfeld errichtet und am 20. August

2008 von Bundesumweltminister Sigmar Gabriel

eingeweiht. In dem neuen Zentrum können Solarzellen

unter Reinraumbedingungen hergestellt werden.

Unter anderem werden dort Teile der vom BMU

geförderten Projekte QUEBEC und Alba bearbeitet.

Mit dem QUEBEC-Projekt startete Q-Cells die Entwicklung

einer rückseitenkontaktierten monokristallinen

Solarzelle. Die Arbeiten erfolgen zusammen

mit dem Institut für Solarenergieforschung

Hameln (ISFH) und dem Fraunhofer ISE in Freiburg.

Nach zweieinhalb Jahren wurde Mitte 2007 ein Wirkungsgrad

von über 20 % auf mittelgroßen Flächen

(100 cm 2 ) und somit das Entwicklungsziel des Projektes

erfolgreich umgesetzt. Q-Cells setzt nun die

erfolgreiche Zusammenarbeit mit den beiden Instituten

fort. Ziel des neuen Vorhabens QUEBEC II ist

p-n-Übergang Als p-n-Übergang bezeichnet man einen materialübergang in Halbleiterkristallen zwischen Bereichen mit

passivierung,

Oberflächenpassivierung

peCVD-prozess

(plasmadepositionsverfahren)

unterschiedlicher Dotierung. in solarzellen dient der p-n-Übergang zur Trennung der durch das einfallende

Licht erzeugten positiven und negativen Ladungen.

Herstellung einer schutzschicht, die bei solarzellen zur elektrischen Vergütung von Oberfläche und Volumen

sowie einer verbesserten Lichteinkopplung dient.

plasma enhanced Chemical Vapour Deposition prozess, deutsch: plasmaunterstützte chemische

Gasphasenabscheidung.

Verfahren zur schichtabscheidung bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen sowie zur

Oberflächenpassivierung bei Wafersolarzellen.

Bundesumweltminister sigmar Gabriel eröffnet das reiner-Lemoine-

Forschungszentrum

die Weiterentwicklung der in QUEBEC I hergestellten

Silizium-Hocheffizienz-Solarzellen und deren

Umsetzung in der F&E-Pilotlinie im Reiner-Lemoine-

Forschungszentrum.

pikosekunden-laser Laserstrahlquelle, die gepulstes Laserlicht mit pulsdauern im Bereich von pikosekunden aussendet

(1 pikosekunde = 10 -12 sekunden). Vorteil dieser Laser, z.B. im Vergleich zu den „langsameren“ Nanosekunden-

Lasern (1 Nanosekunde = 10 -9 sekunden), ist die Erzeugung von pulsen hoher intensität, die gleichzeitig sehr

schädigungsarm wirken.

Sputterprozess =

Die sputterdeposition (to sputter = zerstäuben) ist eine Beschichtungstechnik, die im Vakuum stattfindet und

kathodenzerstäubung

bei der Atome aus einem Festkörper durch Beschuss mit energiereichen ionen (vorwiegend Edelgasionen)

herausgelöst werden, in die Gasphase übergehen und zur schichtabscheidung genutzt werden. Vorteilhaft

sind eine gute Haftung der schichten, die möglichkeit zu großflächiger, homogener Beschichtung, z. B. bei

Architekturglas, sowie die möglichkeit zur Herstellung sauberer metallschichten.

Very High Frequency (VHF)- VHF (very high frequency - sehr hohe Frequenz) ist die englische Bezeichnung für ultrakurzwellen (uKW), also

linienquelle

elektromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich von 30 mHz bis 300 mHz.

Die VHF-Linienquelle ist Kernstück in einem peCVD-prozess zur Herstellung von silizium-Dünnschichtsolarzellen.

Durch die lineare Anordnung und die plasmaanregung mit sehr hohen Frequenzen kann der prozess

stark beschleunigt und auf große Flächen ausgedehnt werden.

Wirbelschichtverfahren Wirbelschichtanlagen werden in technischen prozessen genutzt, um Feststoffe insbesondere mit Gasen in

engen Kontakt zu bringen. Bei der siliziumherstellung wird so aus der Gasphase unter Ausnutzung chemischer

reaktionen granulares silizium gewonnen.

21


Blick ins reiner-Lemoine-Forschungszentrum der Q-Cells sE

Ziel des Alba-Projektes (Start April 2007) ist es,

höchste Wirkungsgrade von über 18 % auf der Basis

von multikristallinem Silizium zu erreichen. Dies

wird mit einem Emitter-Wrap-Through (EWT)-Zellkonzept

realisiert, bei dem die sammelnde Vorderseite

mit der Zellrückseite über eine Vielzahl (mehr

als 10.000) kleiner Löcher leitend verbunden ist. Erste

Zellen, die bei den kooperierenden Forschungsinstituten

ISE und ISFH hergestellt wurden, erzielten

bereits einen Wirkungsgrad von 17,1 % auf einer

Fläche von 92 cm 2 . (Fördersumme BMU für beide

Projekte: 4,3 Mio. Euro seit 2005)

Am Fraunhofer ISE wird an Technologien für die

nächsten Generationen hocheffizienter Solarzellen

aus kristallinem Silizium geforscht. Nach wie vor

besteht eine merkliche „Wirkungsgradlücke“ zwischen

Labor und Fertigung. Die im Labor verwendete

Solarzellenarchitektur konnte bisher nicht in die

Produktion übertragen werden. Hauptgrund hierfür

ist, dass keine kostengünstigen Technologien für die

geforderte Strukturauflösung, die Passivierung und

die Kontaktierung der Oberflächen zur Verfügung

standen. Doch Lösungen sind in Sicht. Im Bereich

der Strukturierung konnten schnelle Laser- und Inkjet-Prozesse

auf Anlagen der Firmen Innolas, Manz

und Schmid entwickelt werden, die bei hohem

Durchsatz deutlich reduzierte Strukturbreiten von

zum Teil unter 30 µm erlauben. Wesentliche Fort-

22

Lichtinduziertes galvanisches Abscheideverfahren zur elektrischen

Kontaktierung von solarzellen.


schritte konnten auch bei der Hochskalierung der

Reinigung und Passivierung der Oberflächen durch

die Weiterentwicklung von plasma- und thermisch

aktivierten Prozessen auf Anlagen der Firmen

Roth & Rau und Centrotherm erreicht werden.

Das Wirkungsgradpotenzial von industriellen Solarzellen

konnte durch die Entkopplung der Kontakt-

und Leitungseigenschaften der stromführenden

Leiterbahnen erhöht werden. Dabei sorgt eine Saatschicht

für sehr niedrige Übergangswiderstände, einen

hinreichenden mechanischen Kontakt und eine

sehr gute Strukturauflösung. Der Strom leitende

Körper wird durch ein lichtinduziertes galvanisches

Abscheidungsverfahren erreicht, das mit der Firma

Schmid bereits in eine industrietaugliche Anlage

mit hohem Durchsatz überführt wurde. Das bei den

Rekordsolarzellen verwendete Aufdampfen von reinen

Metallen ist durch die Entwicklung eines Hochratenabscheideprozesses

und die Integration in eine

Durchlaufanlage mit der Firma Applied Materials

nun auch für einen Einsatz in der Produktion verfügbar

geworden. Neben den Verfahrensentwicklungen

wird die Weiterentwicklung der Architektur

von Solarzellen untersucht. Durch den Einsatz einer

Passivierungsschicht aus Aluminiumoxid ist es gelungen,

einen Rekordwirkungsgrad von über 23 %

auf einer phosphordotierten Solarzelle zu erreichen.

Die Entwicklungen zu neuen Zell- und Modulkonzepten

werden ergänzt durch das neue Labor

SIMTEC – Silicium Material Technologie und Evaluationscenter.

Damit bedient das ISE jetzt sämtliche

Prozessschritte er solaren Wertschöpfungskette –

vom Material bis zum Modul – mit angewandter

Forschung. SIMTEC wurde im Oktober 2008 eingeweiht.

Die Errichtung wurde vom BMU unterstützt

(Fördersumme: 690.000 Euro).

Das Institut für Solarforschung Hameln (ISFH) hat

sich die Realisierung industrienaher Hochleistungszellkonzepte

auf die Fahnen geschrieben. Aktuell

werden mit Förderung des BMU drei Schwerpunkte

bearbeitet:

˘ Oberflächenpassivierung: Mitte 2008 startete das

Projekt „Atomic Layer Deposition (ALD) für die

Oberflächenpassivierung von hocheffizienten Siliziumsolarzellen“.

Die Atomlagenabscheidung

(ALD) fand in der Vergangenheit bereits sehr erfolgreich

Anwendung in der Mikroelektronik,

wurde bislang jedoch nicht für den Einsatz in der

Photovoltaik untersucht. Ziel des Vorhabens ist

es, das Potenzial von Aluminiumoxid-Schichten,

die mittels Atomlagenabscheidung hergestellt

werden, für Siliziumsolarzellen zu evaluieren.

˘ Emitterherstellung: Im Rahmen des Projektes

ALU+, das in Kooperation mit den Projektpartnern

centrotherm photovoltaics technology, Sol-

Nach dem siebdruck der metallkontakte werden diese in einem

Durchlaufofen gebrannt.

land und Ferro durchgeführt wird, wird das

Potenzial von siebgedruckten aluminium-dotierten

p+-Emittern für die Anwendung in hocheffizienten,

industrienahen Solarzellen auf n-Typ-

Czochralski-Silizium (Cz-Si)-Wafern evaluiert.

Die Implementierung dieses neuartigen Emitters

führte auf n-Typ-Cz-Si-Material zu Wirkungsgraden

von 20 %.

˘ Metallisierung: Mit dem VAMOS-Projekt, das in

Kooperation mit der Firma Applied Materials

durchgeführt wird, wird ein Verfahren erprobt,

das eine industrierelevante Herstellung von

vakuumaufgedampften Kontakten erlaubt. Das

Verfahren ist für die am ISFH entwickelten Hocheffizienzkonzepte

für rückseitenkontaktierte Solarzellen

von entscheidender Bedeutung, da es

ein Schlüsselelement für die Umsetzung dieser

Solarzellentypen in die industrielle Fertigung ist.

Mit der zurzeit im Aufbau befindlichen Anlage

sollen die Machbarkeit, die Prozesszeiten, die

Implementierung in den Solarzellenherstellungsprozess,

die Qualität der Kontakte und die erzielbaren

Wirkungsgrade ermittelt werden.

23


2. Dünnschichttechnologien

Nach einer dynamischen Entwicklung in den letzten

Jahren sind inzwischen die drei wichtigsten Dünnschicht-Technologien

Cadmium-Tellurid (CdTe), Kupfer-Indium/Gallium-Diselenid/Disulfid

(CIS/CIGS) und

amorphes Silizium (a-Si) bzw. amorphes/mikrokristallines

Silizium (a-Si/µc-Si) mit wettbewerbsfähigen

Produkten am Markt vertreten. Die Module sind zuverlässig

und von guter Qualität. Alle Dünnschicht-

Technologien verfügen über ein hohes Kostensenkungspotenzial.

Gründe hierfür sind der niedrige

Material- und Energieverbrauch, die großflächige

Abscheidung und die integrierte Verschaltung. Vorteilhaft

sind zudem der bereits hohe Automatisierungsgrad

in der Produktion und die zunehmende

Erfahrung. Dies schlägt sich in einer Steigerung der

Produktausbeute und einer Verbesserung des Anlagennutzungsgrads

nieder. Allein durch den Ausbau

der Produktionskapazitäten und die dabei gewonnenen

Erfahrungen werden mittelfristig Modulkosten

von etwa einem Euro pro Watt erwartet. Weitere

Kostenreduktionen sind durch Verbesserungen

beim Material, bei den Teilprozessen, die Vergrößerung

der Modulfläche und durch neue Bauelemente

möglich. Für 2008 wurden weltweit Dünnschichtproduktionskapazitäten

von mehr als 2 GW angekündigt.

Werden diese realisiert, wird der Weltmarktanteil

der Dünnschicht-Photovoltaik noch in

diesem Jahrzehnt auf über 20 % steigen. Für 2015

werden bis zu 30 % erwartet.

mikroskopische Aufnahme einer laserstrukturierten Cis-solarzelle

24

So unterschiedlich die Charakteristika der Dünnschicht-Technologien

sind, so bunt ist auch das

Spektrum der Produzenten. CdTe-Module werden

derzeit überwiegend von First Solar hergestellt, deren

Produktionskapazität Ende 2008 weltweit bei

über 700 MW lag, davon ca. 196 MW in Deutschland.

Die Calyxo GmbH in Thalheim, Sachsen-Anhalt,

verfügt aktuell über eine Produktionskapazität

von 25 MW. Für 2009 ist die Inbetriebnahme einer

neuen 60 MW-Produktion angekündigt. CdTe-Module

erzielen heute auf Flächen von 0,72 m 2 Wirkungsgrade

von über 9 %.

Kommerzielle CIGS-Module erreichen heute mit

11 – 13 % die höchsten Wirkungsgrade in der

Dünnschicht-PV. Mit der anspruchsvollen Technologie

beschäftigen sich weltweit ca. 20 Firmen. Die

Produktionskapazität liegt bei etwa 100 MW. Für

die nächsten fünf Jahre wird ein moderater Ausbau

erwartet. Die deutschen CIGS-Produktionen unterscheiden

sich insbesondere in der Abscheidung des

Absorbers. Während bei Würth Solar die Materialien

in einem Verdampfungsprozess gemeinsam

abgeschieden werden, bringt Avancis sie als Vorläuferschichten

mit kostengünstiger Kathodenzerstäubung

auf das Substrat und kristallisiert sie anschließend

in einer Selen- und Schwefel-Atmosphäre. Alle

CIS-Produktionsanlagen sind bislang Einzelanfertigungen

der Unternehmen und am Markt nicht erhältlich.

Produktionslinien für amorphe oder mikromorphe

Dünnschichtmodule werden von den Firmen Oerlikon

und Applied Materials angeboten. Das Material

erreicht noch nicht den Wirkungsgrad von

CIS und CdTe, hat aber Vorteile bei der Herstellung

und in der Anwendung. Die niedrigen Prozesstemperaturen

ermöglichen die Verwendung kostengünstiger

Substrate, und das Plasmadepositionsverfahren

eignet sich für die Beschichtung großer Flächen.

In der Praxis erreichen amorphe oder mikromorphe

Module gute Erträge auch bei geringer Beleuchtung

und ungünstiger Ausrichtung sowie auf

Grund des niedrigen Temperaturkoeffizienten auch

bei hohen Modultemperaturen. Verschiedene Hersteller

bieten amorphe Dünnschichtmodule auf flexiblen

Substraten an. Auf Glassubstrat kann die Modulfläche

bis zu 5,7 m 2 betragen.

Im Gegensatz zur Silizium-Wafer-Technologie werden

Dünnschichtmodule vom Rohmaterial (Substrat,

Beschichtung) bis zum Endprodukt (Modul

mit integriert verschalteten Zellen) in einer Produktionslinie

hergestellt. So vorteilhaft dieses Verfahren

ist, so schwierig und langwierig war seine

Einführung. Alle Teilprozesse mussten verfügbar,

aufeinander abgestimmt und hochskaliert werden.


Zudem mussten für die neuen Fertigungsverfahren

neue Maschinen entwickelt werden. Entsprechend

hoch waren die Investitionen für die ersten Linen.

Nachdem diese nun in Betrieb sind, können analog

zur Wafer-Technologie Teilprozesse optimiert oder

neue Teilprozesse in produzierende Linien integriert

werden. Die neue Situation schlägt sich auch in den

beantragten Forschungsvorhaben nieder.

CIS/CIGS-Technologie

Das BMU fördert am Laserzentrum der Hochschule

München (LHM) ein Projekt zur Effizienzsteigerung

des Produktionsprozesses von CIS-Solarmodulen.

In Zusammenarbeit mit dem Unternehmen

AVANCIS GmbH & Co. KG sollen die Solarmodule in

der Herstellung kostengünstiger werden, gleichzeitig

soll sich durch Erhöhung der Prozess-Reproduzierbarkeit

ihr Wirkungsgrad erhöhen. Im Vordergrund

steht die Schichtstrukturierung mittels Laser.

Bislang führt die industrielle Strukturierung der

Dünnschichten mit Nanosekunden-Lasern oder mit

mechanischen Ritzwerkzeugen zur Schädigung der

einzelnen Schichten. Bei Pikosekunden-Lasern hingegen,

die bei dem Projekt am Laserzentrum Hochschule

München eingesetzt werden sollen, ist die

Dauer der Lichtimpulse so kurz, dass die einzelnen

Schichten selektiv strukturiert werden können. So

kann die obere Schicht aus dem transparenten Zinkoxid

strukturiert werden, ohne die darunter liegende

CIS-Schicht durch Wärmeeinwirkung zu zerstören.

In dem Projekt gilt es, die Prozessgeschwindigkeit

für eine industrielle Anwendung zu verbessern

und am Ende der Projektlaufzeit einen industrietauglichen

Pikosekunden-Laserprozess in die Produktion

zu implementieren (Fördersumme BMU:

rund 1,2 Mio. Euro).

Silizium-Dünnschichttechnologie

Die siliziumbasierte Dünnschicht-PV-Technologie

hat in den letzten Jahren neue Attraktivität erlangt.

Ein wesentliches Merkmal der Dünnschichttechnik

ist der geringe Materialverbrauch. Den vorteilhaften

Eigenschaften steht jedoch der moderate stabilisierte

Wirkungsgrad von a-Si-Modulen gegenüber, der

typischerweise bei 6 % liegt. Mit dem mikromorphen

Zellkonzept werden Modulwirkungsgrade von

zunächst 8 bis 10 % erwartet, wobei jedoch langfristig

durchaus 12 % realisierbar erscheinen.

SCHOTT Solar verfolgt seit zwei Jahrzehnten die

Entwicklung von Dünnschichttechnologien auf Basis

von amorphem und mikrokristallinem Silizium.

Das Unternehmen hat kontinuierlich seine Pilotent-

präparation von silizium-Dünnschichtsolarzellen in der

Laborumgebung des Forschungszentrums Jülich

wicklungsanlage in Putzbrunn auf eine Kapazität

von 3 MW/a auf Basis der a-Si/a-Si-Technologie ausgebaut.

Dabei wurde es auch durch Fördermittel des

Bundes unterstützt. Im November 2007 wurde eine

Fertigungsanlage für Dünnschicht-PV-Module in Jena

mit einer Produktionskapazität von 33 Megawatt pro

Jahr eingeweiht. Im Januar 2008 wurden die ersten

86-Watt-Module ausgeliefert. Bis Oktober 2008 konnte

eine Leistungssteigerung auf 100 Watt erreicht

werden, entsprechend 7 % stabilisiertem Wirkungsgrad

auf 1,43 m2 Modulfläche. Am Produktionsstandort

Jena wurden mittlerweile 200 hoch qualifizierte

Arbeitsplätze geschaffen. Es wird angestrebt, die Ergebnisse

aus der laufenden Forschung zur mikromorphen

Si-Technologie bereits bei der nächsten Ausbaustufe

in die Produktion zu übertragen.

Das derzeit laufende Forschungsvorhaben fokussiert

auf vier Schwerpunkte: Erstens werden die Prozessgrenzen

bei der Herstellung der Siliziumschichten

evaluiert mit dem Ziel, hohe Abscheideraten, gute

Homogenität, eine schnelle Reinigungsprozedur

und hohe Reproduzierbarkeit zu erreichen. Zweitens

werden Konzepte und Anlagen weiterer alternativer

Anlagenanbieter geprüft und evaluiert. Drittens

werden Aufbau und Design für mikromorphe Zellen

entwickelt. Und viertens befassen sich die Wissenschaftler

mit der für mikromorphe Zellen notwendigen

Modultechnologie, mit den Schwerpunkten

Laserstrukturierung und Verkapselung.

25


Mit produktionsrelevanten Beschichtungsprozessen

auf 1,4 m 2 Fläche wurden bereits Module mit 9 %

Initial-Wirkungsgrad erreicht (Fördersumme BMU:

rund 3,1 Mio. Euro).

Das Forschungszentrum Jülich und die VON

ARDENNE Anlagentechnik GmbH entwickeln gemeinsam

einen alternativen Depositionsprozess für

die Abscheidung von amorphem und mirkrokristallinem

Silizium. Neu ist die Depositionsmethode, die

kontinuierliche (dynamische) Beschichtung mit Hilfe

einer „Very High Frequency“ (VHF)-Linienquelle.

Diese Methode, bei der das zu beschichtende Substrat

an einer oder mehreren Plasmaquellen vorbeifährt,

erscheint vielversprechend.

Es ermöglicht auf elegante Weise die Aufskalierung

der VHF-Deposition auf quadratmetergroße Flächen.

Eine kontinuierliche Beschichtung könnte zu einer

deutlichen Produktivitätssteigerung und Kostenreduzierung

der Dünnschicht-Si-Solarzellen führen.

Die Herausforderung des Vorhabens liegt darin, die

Quellen und den Reaktionsraum so zu konstruieren

und die Prozesse so zu optimieren, dass hohe Schichtqualitäten

und eine hohe Produktivität erreicht werden

(Fördersumme BMU: rund 1,4 Mio. Euro).

3. konzentrierende Solarzellen

Die Concentrix Solar GmbH in Freiburg hat im Dezember

2008 eine 25 MW-Produktionslinie in Betrieb

genommen. Concentrix ist auch ein Ergebnis

der jahrelangen Forschungsförderung des BMU zur

FLATCON® module mit einer zweiten optischen Konzentratorstufe, hergestellt am Fraunhofer isE

26

Entwicklung konzentrierender Photovoltaik beim

Fraunhofer ISE. 2008 konnte das Fraunhofer ISE die

Rekordwirkungsgrade von Solarzellen für Konzentratoranwendungen

sukzessive steigern. Anfang 2009

wurde schließlich ein neuer Weltrekord von 41,1 %

erzielt. Hierzu wurde das Sonnenlicht 454-fach auf

eine fünf Millimeter kleine, sogenannte Mehrfachsolarzelle

aus den III-V-Halbleitern GaInP/GaInAs/Ge

(Gallium-Indium-Phosphid/Gallium-Indium-Arsenid/

Germanium) konzentriert. Die hohen Konzentrationsfaktoren

können technisch einfach – beispielsweise

im Fokus einer Fresnellinse – erreicht werden.

Hohe Zellwirkungsgrade allein reichen allerdings

nicht aus, um die konzentrierende Photovoltaik im

PV-Markt zu etablieren. Es müssen letztlich kostengünstige

Konzentratorsysteme produziert werden.

Dies ist eine wesentliche Aufgabe des Fördervorhabens

ProKonPV am Fraunhofer ISE. Darin wurden

unterschiedliche Herstellungsprozesse untersucht

und bewertet. Aspekte wie Durchsatz, Stückkosten

und vor allem Zuverlässigkeit im Produktionsprozess

stehen im Vordergrund. Die Erkenntnisse aus diesen

Forschungsarbeiten werden von Concentrix weiter

genutzt (Fördersumme BMU: rund 2,4 Mio. Euro).

4. Systemtechnik /

komponentenentwicklung

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme

(ISE) untersucht im Vorhaben „Ultra kompakter PV-

Wechselrichter mit Siliziumcarbid-Halbleitern und

hohem Wirkungsgrad“ die Verwendung von Transi-


Der Einsatz von siliziumcarbid-Bauteilen in photovoltaik-Wechselrichtern kann deren Verlustleistung um über 50 % reduzieren

storen aus Siliziumcarbid (SiC) in Photovoltaik-Wechselrichtern.

Transistoren aus SiC sind derzeit kommerziell

noch nicht verfügbar. Sie könnten aber die

Leitungselektronik insgesamt revolutionieren, da

sie ein besseres Durchlassverhalten als herkömmliche

Bauelemente aufweisen, schneller schalten

und insgesamt verlustärmer arbeiten. Ziel ist es, den

Schaltungsaufbau der Wechselrichter auf die Eigenschaften

der SiC-Transistoren anzupassen und zu optimieren,

um höhere Wirkungsgrade, geringere Verluste,

weniger Gewicht und niedrigere Kosten zu erreichen.

In ersten Versuchen konnte der Wirkungsgrad

eines dreiphasigen Wechselrichters bereits von

96 % auf 98 % erhöht werden. Das entspricht einer

Halbierung der Verlustleistung. Mit dem gesteigerten

Ertrag gehen ein reduzierter Ressourceneinsatz

sowie höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer einher,

so dass die Kosten des Gesamtsystems sinken.

Anhand von Labormustern werden die technischen

Grenzen bezüglich Wirkungsgrad und Leistungsdichte

von PV-Wechselrichtern neu bestimmt (Fördervolumen

BMU: rund 1,3 Mio. Euro).

In dem neuen Forschungsprojekt MULTIELEMENT

befasst sich das ISET (Institut für Solare Energieversorgungstechnik

e.V.) zusammen mit 14 Partnern

aus Industrie und Wirtschaft mit „Untersuchungen

zur Entwicklung von Fertigungs-, Prüf- sowie Einbaumethoden

von multifunktional nutzbaren Photovoltaik

Bauelementen/Baugruppen in der Gebäudetechnik“.

Photovoltaische Bauelemente werden heute

noch in erster Linie als „Stromproduzent“

gesehen. Sie können aber durch zusätzliche

Funktionen ergänzt werden, wie zum Beispiel Wetterschutz,

Schallschutz, Wärmedämmung, Abschattung,

Gebäudeklimatisierung oder Heizung.

Die Umsetzung dieser vielfältigen Funktionen in

Bauvorhaben wird oft durch Informationsdefizite sowie

fehlende Planungsunterlagen, Bauteilbeschreibungen

und Prüfzertifikate des „PV-Bauelements“

erschwert. Dies liegt zum großen Teil daran, dass

die beiden Disziplinen Architektur bzw. Bautechnik

einerseits und Energieversorgung bzw. Photovoltaik

andererseits noch unzureichend aufeinander abgestimmt

sind. Ziel des Projekts ist es, die technischen

und wirtschaftlichen Potenziale für PV-Bauelemente

in Zusammenarbeit mit den Industriepartnern, Bauingenieuren

und Architekten zu erschließen und damit

die Kosten zu senken. Dies umfasst auch die

Erstellung und Überprüfung von Grenzwerten sowie

die Spezifikation von Messinstrumenten und die Erarbeitung

von Prüfprozeduren (Fördersumme BMU:

rund 1,4 Mio. Euro).

27


WINDeNeRGIe

markt- und Technologieentwicklung

Die Windenergie wird auf absehbare Zeit den größten

Beitrag zum Ausbau der erneuerbaren Energien

im Stromsektor leisten. 2008 betrug die Windstromerzeugung

rund 6,5 % des deutschen Bruttostromverbrauchs.

Damit zählt sie bereits heute neben den

konventionellen Technologien zu den Haupterzeugern

von Strom in Deutschland. Ende 2008 waren

in Deutschland 20.301 Windenergieanlagen mit einer

Leistung von rund 23.902 Megawatt installiert

(Ende 2007: 22.250 MW). Weltweit wurde 2008 die

100-Gigawatt-Grenze bei der installierten Nennleistung

überschritten. Trotz enormer Steigerungsraten

in vielen Ländern entfallen noch immer

22 % der installierten Leistung allein auf Deutschland.

Beim Zubau neuer Anlagen belegte Deutschland

mit 1.665 MW hinter den USA (8.358 MW) und

China (ca. 6.000 MW) im internationalen Vergleich

weiterhin einen führenden Platz.

Die deutschen Windanlagenhersteller und Zulieferer

haben einen Weltmarktanteil von mehr als

einem Drittel. Grundlage dafür sind ausgereifte

Multi-Megawattanlagen, die sich über Jahre auf

dem deutschen Markt bewährt haben. Die deutsche

Windindustrie hat im Jahr 2007 allein mit Anlagen

und Komponenten 7,6 Milliarden Euro erwirtschaftet.

Die Exportquote lag nach Angaben des

Verbandes deutscher Maschinen und Anlagenbauer

(VDMA) bei 83 %. 2008 arbeiteten in Deutschland

mehr als 90.000 Menschen in der Windenergiebranche.

Nach einer aktuellen Prognose des Deutschen Windenergie-Institutes

(DEWI) werden bis 2014 weltweit

rund 210.000 Megawatt Windleistung installiert

sein. Das bedeutet ein Investitionsvolumen von etwa

mW

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

Durchschnittliche leistung (mW) neu installierter Windenergieanlagen, mW/WeA

28

1,11

2000

1,28

1,39

1,55

1,70

130 Milliarden Euro. Sowohl Offshore-Technologie

als auch Repowering werden dabei an Bedeutung

gewinnen. Sobald der Ausbau auf See an Fahrt gewinnt,

erwartet auch die maritime Wirtschaft einen

neuen Boom. Standorte wie Bremerhaven und Cuxhaven

haben sich bereits durch Infrastrukturinvestitionen

dafür gerüstet. Durch Forschung und Entwicklung

gilt es, die Windstromerzeugung voranzubringen

und dadurch die Position der deutschen Industrie

in diesem expandierenden Markt zu festigen

und zukunftssicher zu machen.

Ziele, Schwerpunkte und Umfang

der Forschungsförderung

Forschung und Entwicklung tragen dazu bei, die

Kosten für die Herstellung und den Betrieb von

Windenergieanlagen und damit zur Erzeugung

von Windstrom zu senken und die technologischen

Voraussetzungen für den naturverträglichen Ausbau

der Windenergie kontinuierlich zu verbessern.

Im Jahr 2008 hat das BMU einschließlich Aufstockungen

32 Projekte mit einem Gesamtvolumen von

40,1 Mio. Euro bewilligt. Die Projekte haben in der

Regel eine Laufzeit von drei Jahren. In laufende Projekte

flossen 2008 29,9 Mio. Euro.

Die Ziele und Schwerpunkte für die Windenergieforschung

legt das BMU in regelmäßigen Strategiegesprächen

mit Experten fest. Das jüngste Strategiegespräch

fand am 3. und 4. November 2008 in Berlin

statt. Staatsekretär Matthias Machnig eröffnete

die Diskussion. Die Ergebnisse fanden ihren Niederschlag

in der neuen Förderbekanntmachung des

BMU vom 20. November 2008. Die wichtigsten

2001 2002 2003 2004 2005 2006

2007 2008

1,72

1,85

1,89

1,92

Quelle: DeWI


Struktur der Windenergieforschung in Deutschland

Das Internationale Wirtschaftsforum Regenerative

Energien (IWR) hat im Auftrag des BMU die

Studie „Zur Struktur der Windenergieforschung in

Deutschland“ erstellt. Die deutsche Windenergieforschung

ist durch viele dezentrale Einrichtungen gekennzeichnet.

Damit unterscheidet sie sich sowohl

von anderen Bereichen der Energieforschung, wie

der Photovoltaik, als auch von den Forschungsstrukturen

in anderen Ländern. Die Autoren empfehlen,

international sichtbare und schlagkräftige Akteure

in der Windforschung zu schaffen. Dazu solle man

an vorhandene regionale Schwerpunkte anknüpfen

und diese gezielt ausbauen, so die Studie. Als regionale

Cluster identifizieren die Autoren

die Region um Bremen und Bremerhaven

im Norden sowie den Rhein-Ruhr-

Raum im Westen Deutschlands.

Die Studie hat Denkanstöße gegeben

und Bewegung in die Windenergieforschungsszene

gebracht. Sie hat dazu beigetragen,

dass sich die Strukturen der

Windenergieforschung künftig weiterentwickeln

werden. Von zentraler Bedeutung

ist in diesem Zusammenhang

die Gründung des Fraunhofer-Instituts

für Windenergie und Energiesystemtechnik

(FhG-IWES) am 1. Januar 2009.

Keimzelle des Instituts ist das Fraunhofer-Center

für Windenergie und Meerestechnik

(CWMT) in Bremerhaven, an

dem das vom BMU und dem Land Bremen

geförderte Rotorblattkompetenzzentrum

angesiedelt ist. Mit der Einbindung

des Instituts für Solare Energieversorgungstechnik

(ISET) im Laufe des

Jahres 2009 erhält das FhG-IWES ein

zweites Standbein in Kassel und bezieht

so die dort vorhandenen langjährigen

Erfahrungen in der Windenergieforschung

ein. Vorgesehen ist außerdem

eine enge Kooperation des FhG-IWES

mit den Universitäten Hannover, Oldenburg

und Bremen.

Forschungsschwerpunkte der nächsten Jahre sind

demnach:

˘ Beiträge zur Senkung der Kosten, Ertragssteigerungen

und Erhöhung der Verfügbarkeit von

Windenergieanlagen,

Diese haben sich zum Universitären Windenergiezentrum

ForWind zusammengeschlossen.

Die enge Kooperation wird u.a. durch die Einrichtung

von zwei Fraunhofer-Projektgruppen an den

Universitäten Hannover und Oldenburg gewährleistet.

Auch die Universität Kassel wird mit dem

IWES kooperieren. Gemeinsam decken IWES und

die beteiligten Universitäten nahezu das gesamte

Spektrum der Windenergieforschung ab. Mit dieser

Konstellation wurde ein Spitzencluster für die

Windenergieforschung in Deutschland geschaffen,

der auch international eine führende Rolle spielen

kann.

˘ Technologien zum Ausbau der Offshore-Windenergie

(einschließlich der Forschung im Testfeld

„alpha ventus“),

˘ Ökologische Begleitforschung sowie technologische

Optimierung von Windenergieanlagen im

Hinblick auf ökologische Auswirkungen.

29


multibrid-Windenergieanlage der 5-megawatt-Klasse

projekte

Im Jahr 2008 förderte das BMU 123 laufende Forschungsvorhaben

zur Windenergie. Im Mittelpunkt

stand die Entwicklung der Offshore-Windenergie.

Die 28 neu begonnen Vorhaben befassen sich mit

folgenden Schwerpunkten:

˘ Inhaltliche Komplettierung der RAVE-Forschungsvorhaben

im Testfeld im Gründungsbereich, zur

Netzintegration, zur ökologischen Begleitforschung

und durch ein zentrales Messprojekt,

˘ Entwicklung neuer Gründungsvarianten und

Tragstrukturen sowie von Technologien für ihre

mio. €

40

35

30

25

20

15

10

5

0

entwicklung des Neubewilligungsvolumens

(Windenergie)

30

2004 2005 2006 2007 2008

Herstellung einschließlich Schallminderung beim

Offshore-Ausbau,

˘ Weiterentwicklung des Designs von Rotorblättern

und Einsatz neuer Materialien,

˘ Neuentwicklung von Multimegawattanlagen und

Demonstration unter Nearshore-Bedingungen.

1. Offshore-Windenergie

1.1 Testfeld „alpha ventus“

45 Kilometer nördlich der Nordseeinsel Borkum entsteht

der erste deutsche Offshore-Windpark „alpha

ventus“. Die DOTI GmbH, eine Gesellschaft der Energieversorgungsunternehmen

EWE, E.ON, und Vattenfall,

soll dort 12 Windenergieanlagen der Firmen

Multibrid und REpower mit einer installierten Leistung

von insgesamt 60 Megawatt errichten und betreiben.

Mit dem Bau der Trafostation wurde 2008

bereits das erste Bauwerk für den Offshore-Windpark

„alpha ventus“ errichtet. Mit einer Höhe von

60 Metern und einem Gewicht von über 1.300 Tonnen

bildete es das Herzstück des Windparks, da

es den Transport des auf See erzeugten Stroms an

Land ermöglicht. Das Umspannwerk steht rund

zwei Kilometer Luftlinie von der BMU-Forschungsplattform

FINO 1 entfernt. 2008 wurde außerdem

das Seekabel verlegt. Dagegen musste die Errichtung

der 12 Windenergieanlagen, mit der ursprünglich

im August 2008 begonnen werden sollte, aufgrund

ungünstiger Witterung auf 2009 verschoben

werden. Als Test- und Demonstrationsprojekt wird

Quelle: bmU Quelle: bmU

52

40

35

30

25

20

15

10

5

0

23

24

2004 2005 2006 2007 2008

Anzahl der neu bewilligten Vorhaben (Windenergie)

29

32


Ausgaben in mio. €

30

25

20

15

10

5

0

1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992

Jährliche Ausgaben im bereich Windenergie zwischen 1974 und 2008

1994 1996

Wind 250 mW-Windprogramm Zip (Zukunftsinvestitionsprogramm)

„alpha ventus“ die Initialzündung für die Nutzung

der Windenergie in der Nord- und Ostsee sein.

Die Forschungsinitiative RAVE startete bereits im

Mai 2008 mit einer Auftaktveranstaltung in Berlin.

Dort wurden einzelne Forschungsprojekte im Windpark

„alpha ventus“ erstmals einem breiten Fachpublikum

vorgestellt. Schwerpunkte von RAVE sind

die Erkundung des „Rohstoffs“ Wind, technische

Anforderungen an die Windenergieanlagen und

deren Gründungen sowie Netzintegration und ökologische

Begleitforschung. An der messtechnischen

Umsetzung und Datenerhebung sind das Bundesamt

für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) und das

Deutsche Windenergieinstitut (DEWI) beteiligt.

Transport von Fundamenten für Offshore-Windenergieanlagen

1998 2000 2002

Quelle: bmU

2004 2006 2008

Das Institut für Solare Energieversorgungssysteme

(ISET) in Kassel koordiniert die RAVE-Projekte. Das

BMU hat bis Ende 2008 20 Projekte im Umfang von

33,7 Millionen Euro für die Forschung im Testfeld

bewilligt.

Die Initiative hat ursprüngliche Wettbewerber zusammengebracht.

Mit der Unterzeichnung eines Kooperationsvertrages

haben sie sich das gemeinsame

Ziel gesetzt, möglichst umfassende Erkenntnisse

und Erfahrungen aus dem Betrieb des Offshore-Testfeldes

zu gewinnen, die der künftigen Windenergienutzung

auf hoher See zu Gute kommen.

Weitere Informationen:

http://rave.iset.uni-kassel.de/rave/pages/welcome

31


22 Vorhaben, offshore

6 Vorhaben, onshore

4 Vorgaben, übergreifend

Neu bewilligte Forschungsvorhaben im bereich Wind

Das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie

(BSH) hat als zuständige Behörde für die Genehmigung

von Offshore-Windparks ein Standarduntersuchungskonzept

(StUK) erarbeitet. Dieses gibt den

Rahmen für die ökologischen Untersuchungen vor,

welche für die Genehmigung, den Bau und Betrieb

eines Offshore-Windparks erforderlich sind. Erstmals

wird das StUK auch in der Bauphase eines Windparks,

„alpha ventus“, angewendet. Um zu überprüfen,

ob die definierten Methoden und festgelegten

Standards ausreichend, angemessen und wirkungsvoll

sind, wird das Untersuchungskonzept im Pro-

32

Quelle: bmU

michael müller, parlamentarischer staatssekräter im

Bundesumweltministerium, eröffnet die rAVE-Auftaktveranstaltung

jekt StUKplus durch breit angelegte ökologische

Forschungsaktivitäten evaluiert. Die Arbeiten werden

vom BSH koordiniert und befassen sich mit den

möglichen Auswirkungen des Windparks auf die

verschiedenen Schutzgüter (marine Säugetiere, Rast-

und Zugvögel, Fische und Lebensgemeinschaften

des Meeresbodens). Sie gehen dabei über die im

StUK festgelegten Anforderungen weit hinaus. Anhand

der Ergebnisse wird das BSH das StUK für die

Genehmigungen weiterer Windparks optimieren.

Die Evaluierung des StUK ist bislang das größte Projekt

zur ökologischen Begleitforschung. Bei der Auftaktveranstaltung

im November 2008 informierten

sich rund 70 Experten aus Wissenschaft und Forschung,

Windindustrie, Politik und Behörden über

die ersten vorliegenden Ergebnisse (Fördersumme

BMU: 5 Mio. Euro).

Das BSH leitet und koordiniert im Auftrag des Testfeldbetreibers

DOTI auch die Installation der Messtechnik

sowie die Wartung und Betreuung der Messungen

aller Forschungsvorhaben. Mit der Installation

und Wartung der Messtechnik an den Multibrid-

Anlagen hat das BSH wiederum die DEWI GmbH

beauftragt. Diese Arbeiten konnten 2008 termingemäß

abgeschlossen werden. Am Fundament einer

der Windenergieanlagen wurden über 200 Sensoren

installiert. Sie sollen Auskunft geben über Kräfteverteilung,

Dynamik, Lage, Wassertemperaturverläufe

und Sedimentdeformationen im Bereich des Fundamentes.

Das mit Sensoren bestückte dreibeinige (Tripod-)Fundament

wird nach seiner Aufstellung im

Windpark „alpha ventus“ nur etwa 850 Meter von

der Forschungsplattform FINO 1 entfernt sein.

Offshore-umspannwerk „alpha ventus“


Belastungstest eines rotorblattes

1.2 Technologieentwicklung

Das Fraunhofer-Center für Windenergie und Meerestechnik

(CWMT) hat im Januar 2008 mit dem Bau

des Rotorblatt-Kompetenzzentrums in Bremerhaven

begonnen. Mit der Halle für 70 Meter lange Rotorblätter

wurde der erste Bauabschnitt des Prüfzentrums

fertig gestellt. In der 17 Meter breiten,

84 Meter langen und 20 Meter hohen Halle können

diese Blätter auf Herz und Nieren geprüft werden.

Dazu werden sie in ein Fundament aus 4.000 Tonnen

Stahlbeton geschraubt und monatelang in

Schwingung versetzt. Die Flügelspitzen werden dabei

bis zu 17 Meter ausgelenkt. Hochmoderne Messverfahren

begleiten die Tests. Ziel ist es, die Rotorblätter

für ihren 20-jährigen Einsatz auf See und an

Land fit zu machen. Um auch künftig für die besonders

langen Rotorblätter von Offshore-Windenergie-

Ausgaben in mio. €

30

25

20

15

10

5

0

2001

Ökologische Begleitforschung

2002 2003 2004 2005

2006 2007 2008

plattformen, Bau und Bertrieb

Verteilung der Fördermittel im bereich Windenergie zwischen 2001 und 2008

anlagen gerüstet zu sein, befindet sich der zweite

Bauabschnitt für Blattlängen bis zu 90 m gegenwärtig

in der abschließenden Planung. Die Prüfstände

sind Teil des vom Bundesumweltministerium geförderten

Projektes InnoBladeTeC. Darin entwickelt

das Fraunhofer-CWMT gemeinsam mit der Industrie

neue Prüfmethoden für Rotorblätter, um diese für

die extremen Belastungen auf dem Meer zu wappnen.

Die Messungen an ganzen Rotorblättern werden

ergänzt durch Prüfstände für sehr viel preiswertere

Komponententests sowie durch eine Klimakammer,

die die Simulation von Offshore-Bedingungen

ermöglicht. 2008 wurde eine Erweiterung

des Vorhabens bewilligt. In Zukunft werden die Rotorblätter

in den Belastungstests gleichzeitig vertikal

und horizontal ausgelenkt (Fördersumme BMU

insgesamt: 11,1 Mio. Euro).

Offshore-Testfeld

Technik

Quelle: bmU

33


1.3 Gründungen

Beim Ausbau der Offshore-Windenergie haben die

Gründungen der Anlagen eine - im wahrsten Sinne

des Wortes – „tragende Bedeutung“. In einem aggressiven

Umfeld mit Salzwasser, flexiblem Untergrund,

Strömungen und Wellen sind sie extremen

Bedingungen ausgesetzt. Zudem müssen sie sehr

hohe Lasten von rund 700 bis 1.000 Tonnen tragen.

Es verwundert daher nicht, dass rund 50 % der

Kosten einer Offshore-Windenergieanlage auf die

Tragstruktur entfallen. Unterschiedliche Hersteller

haben verschiedene Konzepte für Gründungsstrukturen

entwickelt. Darunter befinden sich der Monopile

(eine tragende Säule), der Tripod (dreibeiniges

Fundament) und das Jacket (Gitternetzstruktur) sowie

das schwimmende Fundament. Bisher international

noch wenig erprobt ist das so genannte „Suction

Bucket“, bei dem ein oben geschlossener Stahlzylinder

durch einen erzeugten Unterdruck im Inneren

und den äußeren Wasserdruck in den Meeresboden

gedrückt wird. Ein weiteres Gründungsmodell ist der

von der Firma BARD GmbH entwickelte Tripile (s.

Foto). Eine große Herausforderung ist das Aufstellen

der Gründungen auf hoher See. Hierbei geht es unter

anderem darum, die Schallemission möglichst gering

zu halten, damit empfindliche Meerestiere möglichst

wenig beeinträchtigt werden.

34

Im Projekt OGOWIN (Optimierung aufgelöster Gründungsstrukturen

für Offshore-Windenergieanlagen

hinsichtlich Materialeinsatz, Montageablauf und

neuer Fertigungsverfahren) entwickeln mehrere

Unternehmen und Forschungsinstitute ein Baukastensystem

für Gründungsstrukturen von Offshore-

Windenergieanlagen. Ergebnisse aus dem OGOWIN-

Projekt flossen bereits im Februar 2008 in die weltweite

erste Jacket-Gründung mit Gussknoten für

Offshore-Windenergieanlagen ein, welche die

WeserWind GmbH in Bremerhaven als Testgründung

an Land errichtete. Sie trägt eine 5 MW-Anlage

der Firma REpower vom Typ 5M. Das Besondere

an diesem Jacket sind die Gussknoten, die eine hocheffiziente

und stabile Konstruktion ermöglichen.

Das Projekt findet unter Federführung der Weser-

Wind GmbH Offshore Construction Georgsmarienhütte

statt. Beteiligt sind außerdem: die HOCHTIEF

Construction AG und die EUROPIPE GmbH. Als Forschungseinrichtungen

wurden das Fraunhofer-Center

für Windenergie und Meerestechnik (CWMT),

das Institut für Statik und Dynamik der Leibniz Universität

Hannover (ISD) und die Bundesanstalt für

Materialforschung und -prüfung (BAM) eingebunden

(Fördersumme BMU: 2,3 Mio. Euro).

Tripile Fundament von Bard Jacket Gründung der Forschungsplattform Fino 1


In den nächsten Jahren wird sich der Bedarf an

Gründungen für Offshore-Windenergieanlagen vervielfachen.

Daher startet die WeserWind GmbH Offshore

Construction Georgsmarienhütte zusammen

mit anderen Unternehmen und mit dem Fraunhofer-Center

für Windenergie und Meerestechnik

(CWMT) ein Verbundprojekt, in dem die Grundlagen

für eine wirtschaftliche und qualitativ hochwertige

Serienproduktion von Offshore-Gründungen

erarbeitet werden. Bisher gibt es weltweit keine einzige

Fertigungsstätte, die auf die Serienproduktion

derartiger, mehrerere hundert Tonnen schwerer

Stahlstrukturen ausgerichtet ist. Im Vorhaben sollen

Prinzipien der Produktionsautomatisierung und

Qualitätssicherung, wie sie z.B. im Automobilbau

etabliert sind, für die Fertigung von Gründungen angepasst

werden (Fördersumme BMU: 2,8 Mio. Euro).

Bundesumweltminister Sigmar Gabriel gab am

28. Oktober „grünes Licht“ für die Inbetriebnahme

der ersten Multimegawatt-Nearshore-Windenergieanlage

der Firma BARD in Hooksiel nördlich

von Wilhelmshaven. Die hier installierte BARD

VM verfügt über eine Nennleistung von 5 MW bei

einer Gesamthöhe von 152 Metern und einem Rotordurchmesser

von zirka 120 Metern. Sie kann mit

der prognostizierten Stromerzeugung bis zu 4.500

Durchschnittshaushalte pro Jahr mit sauberer regenerativer

Energie versorgen. Bei der Errichtung

der BARD VM wurde erstmals das innovative BARD

„Tripile-Fundament“ eingesetzt. Es besteht aus drei

jeweils 210 Tonnen schweren Rammrohren und

einem aufgesetzten Stützkreuz von rund 490 Tonnen

Gewicht, welches den Turm der Anlage trägt.

Die Nearshore-Anlage wurde in der Nähe des Hooksieler

Außenhafens in etwa 400 Metern Entfernung

zum Festland in einer tidenabhängigen Wassertiefe

von zwei bis acht Metern installiert. Im Rahmen des

Projekts testet BARD die komplette Fertigungs-, Errichtungs-

und Betriebslogistik am Nearshore-Standort

für den späteren Einsatz auf hoher See (Fördersumme

BMU: 1,9 Mio. Euro).

Ziel des Verbundprojekts „Gründung von Offshore-

Windenergieanlagen aus filigranen Betonkonstruktionen

unter besonderer Beachtung des Ermüdungsverhaltens

von hochfestem Beton“ des Instituts für

Massivbau der Leibniz Universität Hannover und der

Ed. Züblin AG ist die Entwicklung einer filigranen,

möglichst leichten Struktur aus hochfestem Beton

(HPC) für die Gründung von Offshore-Windenergieanlagen.

Die Entwicklung erfolgt unter Beachtung

des dynamischen Zusammenwirkens von Gründungsstruktur

und Windenergieanlage. Die Gründung

wird zunächst für eine 5 MW-Anlage ausgelegt.

Jacket-Testgründung entwickelt im Verbundvorhaben OGOWiN

Parallel zur Entwicklung der Gründungsstruktur

werden Herstellverfahren, Transport- und Montagevorrichtungen

sowie die erforderliche Logistik

für die spätere Fertigung und Installation der Gründungsstruktur

in Großserie berücksichtigt, um

damit eine möglichst kostengünstige Gesamtlösung

zu schaffen (Fördersumme BMU: 350.700 Euro).

Die Herrenknecht AG, bekannt als Marktführer bei

der Herstellung von Tunnelbohrmaschinen, prüft

in einer Machbarkeitsstudie, ob die Herrenknecht

Schachtbohrmaschine „Vertical Shaft Machine“

(VSM) für den Bau von Offshore-Windenergieanlagen

eingesetzt werden kann. Eine Bohrung ist gegenüber

einer Rammung weitgehend unabhängig von

der lokalen Geologie und könnte daher Vorteile bei

der Errichtung der Anlagen bringen – beispielsweise

hinsichtlich der entstehenden Schallemissionen.

Weitere Projektpartner sind die IMS Ingenieurgesellschaft

mbH aus Hamburg und das Institut für die

Geotechnik der Technischen Universität Hamburg-

Harburg (Fördersumme BMU: 77.000 Euro).

35


1.4 Montage und Logistik

Die Erfahrungen des Jahres 2008 beim Bau der Forschungsplattform

FINO 3 und des Windparks „alpha

ventus“ haben deutlich gemacht, dass die Technologien

für den Bau und die Errichtung von Offshore-

Windenergieanlagen (wie Bauschiffe, Hubinseln,

Kräne etc.) eine entscheidende Rolle spielen. Ohne

ausreichend verfügbare und für die Anforderungen

der Offshore-Windparks angepasste Errichtungstechnik

auf See wird es nicht möglich sein, den Ausbau

der Offshore-Windenergie mit der geplanten

Dynamik fortzusetzen. Es kommt darauf an, Transport

und Montage effizient abzuwickeln und den

Einfluss von Wellen, Strömung und Wind auf das

Baugeschehen zu minimieren. Aber auch während

des Betriebs der Windparks wird eine Logistik benötigt,

die den Wartungs- und Reparaturteams möglichst

ganzjährig den Zugang ermöglicht.

Ziel eines Vorhabens der Deutschen WindGuard

GmbH war es, die Wirtschaftlichkeit des Betriebs

von Offshore-Windparks durch die Identifizierung

eines optimalen Service-Fahrzeuges zu verbessern.

Dazu wurden die Fahrzeugalternativen SWATH

(Small Waterplane Area Twin Hull), Katamaran,

Crew Boat und Helikopter untersucht. Die Fahrzeuge

sollen Wartungspersonal auch bei höheren

Wellen sicher auf die Windenergieanlage befördern.

Parallel wurde eine Analyse der Störungswahrscheinlichkeiten

von Offshore-Windenergieanlagen

durchgeführt. Eine anschließende Kostenbetrachtung

ergab, dass die Verwendung eines SWATH, insbesondere

für große Offshore-Windparks, die wirtschaftlichste

Alternative darstellt. Um den optimalen

Betrieb von Offshore-Windparks zu sichern, wurde

letztlich die Verwendung eines SWATH-Schiffes

in Kombination mit einem Helikopter identifiziert.

Zusätzlich wurden technische Empfehlungen erarbeitet,

um das SWATH in seiner Eignung für die

Verwendung als Offshore-Servicefahrzeug für Windparks

zu optimieren (Fördersumme BMU:

46.500 Euro).

Der Projektentwickler PTS GmbH hat ein System

entwickelt, mit dem Monteure und Ersatzteile bei

fast jedem Wetter sicher vom Schiff auf die Plattform

von Offshore-Windenergieanlagen gebracht

werden können. Das Personnel-Transfer-System

(PTS) besteht aus einem Kran, der auf der Plattform

der Windenergieanlage montiert wird. Menschen

und Geräte können an einem Haken hängend vom

Schiff auf die Plattform gebracht werden. Mit Hilfe

eines adaptiven Regelungssystems wird dafür gesorgt,

dass der Abstand zwischen Haken und Schiff

auch bei hohem Seegang immer gleich bleibt. Mit

dem System können die Offshore-Windenergieanlagen

fast ganzjährig sicher erreicht werden.

36

Bundesumweltminister Gabriel und der Geschäftsführer der BArD

Engerneering GmbH bei der Einweihung der Bard-Nearshore-Anlage

in Hooksiel

Das steigert ihre Verfügbarkeit sowie Sicherheit und

senkt die Kosten für Montage und Wartung. Die PTS

GmbH ist ein Joint Venture der Teupen Maschinenbau

GmbH und der ep4 offshore GmbH. Teupen hat

2008 einen Prototypen des Systems gebaut und getestet

(Fördersumme BMU: 158.000 Euro).

Das Institut für Seeverkehrswirtschaft und Logistik

beschäftigt sich im Rahmen einer Studie mit der

Fragestellung, inwieweit moderne koordinierte Logistikkonzepte

und Modelle aus anderen Branchen

auf die Windenergiebranche übertragbar sind. Im

Fokus der Untersuchung stehen dabei die Offshore-

Logistik und der Exportmarkt. Hierzu werden konkrete

Fallbeispiele betrachtet. Ziel des Vorhabens ist

es, die Logistikkosten zu ermitteln und aufzuzeigen,

durch welche Maßnahmen Kostensenkungen erzielt

werden können. Da der geschätzte Anteil der Logistikkosten

an einer Offshore-Windenergieanlage

bei 15 bis 20 % liegt, kann das Projekt entscheidend

dazu beitragen, die Wirtschaftlichkeit von Offshore-

Windparks zu verbessern (Fördersumme BMU:

296.000 Euro).

Die Ed. Züblin AG entwickelt für die Endmontage

der bis zu 500 Tonnen schweren Maschinengondeln

von Offshore-Windenergieanlagen eine innovative

vertikale Hubeinrichtung, die die Gondeln vom

Transportschiff auf den Turm hebt. Damit könnte –

zumindest für Teile des Montageprozesses – auf den

Einsatz der bislang nur sehr begrenzt verfügbaren

und teueren Montageeinheiten, wie Schwimmkran

oder Hubinsel, verzichtet werden. Das Verbundvorhaben

soll eine kosteneffizientere Realisierung von

Offshore-Windparks, insbesondere bei größeren

Wassertiefen und wenig tragfähigen Baugründen,

ermöglichen. Es wird zusammen mit der Berg-idl


GmbH, der Hochschule Offenburg sowie der Universität

Karlsruhe durchgeführt (Fördersumme BMU:

475.000 Euro).

Die F+Z-Baugesellschaft mbH hat in einer theoretischen

Studie die Einsatzbedingungen und Anforderungen

an eine Hubinsel für den Bau von Offshore-

Windenergieanlagen definiert. In dem 2008 abgeschlossenen

Folgevorhaben hat das Unternehmen

dafür ein konkretes und zertifiziertes technisches

Design erarbeitet. Die neuartige Hubinsel soll in der

Lage sein, Wellenhöhen von bis zu 2,5 Metern zu widerstehen.

Damit wäre sie in mindestens 75 % aller

Wettersituationen über das gesamte Jahr einsetzbar

(Fördersumme BMU: 93.000 Euro).

2. Onshorebezogene Technologieforschung

Auch wenn die Offshore-Windenergienutzung gegenwärtig

die größte technologische Herausforderung

für die Windenergieentwicklung ist, besteht

das größte Ausbaupotenzial bei globaler Betrachtung

an Land. Hier werden ältere Anlagen zunehmend

durch leistungsfähigere Technik ersetzt (Repowering),

um die energetischen und wirtschaftlichen

Potenziale der Windenergie optimal zu nutzen.

Die Deutsche WindGuard GmbH hat im Februar 2008

ein Windkanalzentrum in Bremerhaven in Betrieb

genommen. Dort können hohe Windgeschwindigkeiten

von bis zu 250 km/h erzeugt werden. Auf

einer Messtrecke von 14 Metern werden Untersuchungen

an Modellen und Originalteilen von Windenergieanlagen

durchgeführt.

Der akustisch optimierte Windkanal dient der Verbesserung

der aerodynamischen Komponenten von

Windenergieanlagen. Dabei sollen in Zusammenarbeit

mit der Windanlagenindustrie vor allem wissenschaftlich-technische

Fragestellungen bearbeitet

werden. Insbesondere geht es um die Optimierung

von Rotorblattprofilen zur Effizienzsteigerung von

Windenergieanlagen, um akustische Optimierung

von Rotorblattprofilen zur Minimierung der Schallabstrahlung

und um die Ermittlung und Optimierung

von Lastprofilen an Windrotoren (Fördersumme

BMU: 753.000 Euro).

Am 9. Dezember 2008 hat die EADS Deutschland

GmbH (European Aeronautic Defence and Space

Company) Ergebnisse eines einjährigen Forschungsvorhabens

zur Verbesserung der Verträglichkeit von

Windenergieanlagen mit den Belangen ziviler und

militärischer Luftraumüberwachung im Bundesumweltministerium

vorgestellt. Im Rahmen des Projektes

wurden Technologien für die Radartechnik

entwickelt, mit denen für die Luftraumbeobachtung

störende Signale von Windenergieanlagen detektiert

und unterdrückt werden können. Für die

Ausstattung der Windenergieanlagen wurden Empfehlungen

erarbeitet, wie Radar-Reflektionen der

WEA vermindert werden können. Solche reflektionsarmen

Windenergieanlagen haben auf dem weltweit

expandierenden Markt einen Wettbewerbsvorteil,

da geringere Auflagen für ihre Aufstellung zu

erwarten sind (Fördersumme BMU: 1 Mio. Euro).

Die PN Rotor GmbH arbeitet an der Entwicklung

und Konstruktion einer teilautomatisierten Oberflächenbeschichtung

für Rotorblätter.

Der Kran des personnel-Transfer-systems (pTs) bringt monteure sicher vom schiff auf die Offshore-Windenergieanlage

37


Luftbild vom Blasenschleier zur schallminderung um die Baustelle der Forschungsplattform Fino 3

Diese soll den Verschleiß der Rotorblätter während

des Betriebes verringern und die Arbeitsaufwendungen

in der Oberflächenbearbeitung minimieren.

Gemeinsam mit Zulieferern werden Beschichtungssysteme

ausgewählt und getestet. Im nächsten

Schritt sollen geeignete und automatisierbare Applikationstechniken

entwickelt werden. Die Endkanten

des Rotorblattes erhalten dabei einen speziellen

Kantenschutz. Das teilautomatisierte Finish soll in

der neuen Rotorblattproduktion von PN Rotor beim

Bau großer Offshore-Rotorblätter zum Einsatz kommen

(Fördersumme BMU: 846.600 Euro).

UpWind heißt das derzeit größte von der Europäischen

Union geförderte Projekt im Windenergiebereich.

In ihm arbeiten seit 2006 europaweit 40

Unternehmen und Forschungseinrichtungen zusammen,

um Modelle für wichtige Komponenten großer

Windenergieanlagen mit Leistungen von bis zu

10 Megawatt zu entwickeln. Das neu gegründete

Fraunhofer-Institut für Windenergieforschung und

Systemintegration (IWES, bisher CWMT) arbeitet in

einem vom BMU geförderten Forschungsprojekt als

assoziierter Partner eng mit dem UpWind-Netzwerk

zusammen. Dabei werden vom IWES auch neue

Testmethoden für Rotorblätter entwickelt. Durch

statische und dynamische Belastungstests der Rotorblatt-Holmen

soll die Prüfung der Schwingungsfestigkeit

ganzer Rotorblätter ersetzt werden.

38

Gleichzeitig trägt das IWES zur Erweiterung der

Material-Datenbank „OptiDAT“ im Rahmen von Up-

Wind und zur Definition einer Kennzeichnungsmethodik

für Rotorblattmaterialien bei (Fördersumme

BMU: 597.200 Euro).

3. Forschungsplattformen

Auf der Forschungsplattform FINO 1 werden seit

Sommer 2003 zuverlässig Daten zu Wind, Wellen,

Strömungen sowie zum Vogelzug erfasst und weitere

ökologische Forschungsprojekte durchgeführt.

Bisher wurden rund 150 Datennutzungen aus Industrie

und Forschung beim Bundesamt für Seeschifffahrt

und Hydrographie (BSH) registriert. Eine neue

Bedeutung bekommt FINO 1 durch das nur wenige

Hundert Meter von der Forschungsplattform

entfernte Offshore-Testfeld „alpha ventus“. FINO 1

wurde bereits Anfang 2002 in der Hauptanströmungsrichtung

dieses Pilotwindparks geplant, um

die Messdaten später in Kombination mit Daten der

Windenergieanlagen, wie Leistung und Lasten aus

Wind- und Wellen, auswerten zu können. FINO 1 ist

ein wichtiges Forschungsinstrument für die 20 Forschungsprojekte

im Testfeld „alpha ventus“, die inzwischen

im Rahmen der RAVE-Forschungsinitiative

bewilligt wurden. Je eine Anlage der Firmen

Multibrid GmbH und REpower Systems AG werden


im Rahmen von RAVE intensiv mit Forschungstechnik

ausgerüstet. Mit Hilfe der FINO-1-Windmessdaten

sollen dann Leistungskurven der Anlagen

bestimmt und Lastuntersuchungen durchgeführt

werden.

Auf der 45 Kilometer nördlich von Rügen gelegenen

Forschungsplattform FINO 2 werden seit Sommer

2007 Winddaten erfasst und ökologische Forschungsprojekte

durchgeführt. Die Windmessungen

erfolgen nach dem gleichen Regime wie auf FINO 1.

Seit 2008 werden die Daten ebenfalls in die ODIN-

Datenbank des BSH eingespeist und sind dort, ebenso

wie die FINO-1-Daten, abrufbar.

Ende Juli 2008 haben die Offshore-Arbeiten zum

Aufbau der Forschungsplattform FINO 3 zirka 80 km

nordwestlich von Sylt begonnen. Dazu wurde ein

55 Meter langes Stahlrohr (Monopile) in 23 Meter

tiefem Wasser in den Meeresboden gerammt. Der

Monopile ist an seiner Oberfläche mit umfangreicher

Sensorik der Universität Braunschweig bestückt,

die später vor allem die Festigkeit der Einbettung

des Pfahles im Meeresboden erfassen soll.

Mit Spannung wurde verfolgt, wie die empfindliche

Messtechnik den Rammvorgang übersteht. Dank

spezieller Schutzabdeckungen konnten fast alle Sensorhalterungen

funktionstüchtig mehr als 20 Meter

tief in den Boden eingebracht werden. Um Meeressäuger

vor Beeinträchtigungen durch den Bau zu

schützen, wurde ein umfangreiches Schutzkonzept

umgesetzt und erprobt (Fördersumme BMU:

1,8 Mio. Euro).

Zur Reduktion der Schallemissionen verlegte die Firma

Hydrotechnik Lübeck GmbH im Auftrag der Forschungs-

und Entwicklungszentrum FH Kiel GmbH

einen Blasenschleier mit einem Radius von 70 Metern

um die Baustelle. Wissenschaftler der Universität

Hannover und des Instituts für technische und

angewandte Physik GmbH (itap) überprüften die

Wirksamkeit der Maßnahme und erfassten dazu

permanent den Schalldruckpegel an verschiedenen

Positionen um die Baustelle.

Nach einer ersten Datenanalyse konnte durch den

Blasenschleier insgesamt eine Schallminderung um

12 Dezibel und im Frequenzbereich zwischen 1 bis

7 Kilohertz sogar eine Reduktion um 30 bis 35 Dezibel

erreicht werden. Weiterhin überprüften Biologen

über mehrere Tage hinweg die Wirksamkeit der

getroffenen Vergrämungsmaßnahmen auf Schweinswale.

Erste Ergebnisse zeigten, dass sich während

der Errichtung keine Schweinswale im Gefahrenbereich

der Baustelle aufhielten. Zwei Wochen später

entsprach die Anzahl der Schweinswale wieder dem

Wert vor Beginn der Bauaktivitäten.

4. ökologische begleitforschung

und ökologische Optimierung von

Windenergieanlagen

Der Ausbau der Windenergienutzung auf See wird

durch eine Vielzahl von Projekten zu ökologischen

Fragestellungen begleitet. Dabei werden Auswirkungen

auf Vögel, Meeressäuger, Fische und Kleinstlebewesen

untersucht sowie rechtliche Aspekte

betrachtet.

Das Forschungsvorhaben „Marine Warmblüter in

Nord- und Ostsee“ (MINOS+) wurde Anfang 2008 erfolgreich

abgeschlossen. An dem Verbundprojekt

waren das Leibniz-Institut für Meereswissenschaften

an der Universität Kiel (IFM-GEOMAR), das Forschungs-

und Technologiezentrum Westküste

(Büsum), das Deutsche Meeresmuseum Stralsund

und das Nationalparkamt Schleswig-Holsteinisches

Wattenmeer in Tönning beteiligt. Es stellt einen

Meilenstein in der ökologischen Begleitforschung

dar. Zum einen wurden die Aufenthaltsgebiete,

Wanderrouten und Verteilungsmuster von Schweinswalen,

Seehunden sowie Seevögeln und zum anderen

die Empfindlichkeit des Gehörs von Schweinswalen

und Seehunden untersucht. Dieser einzigartige

Datensatz bildet die Grundlage für zahlreiche neue

Erkenntnisse zu Verteilung, Verhalten, Saisonalität

und Empfindlichkeit dieser Arten.

Transportbereites Deck von FiNO 3 am Kai in Cuxhaven

39


Die entwickelten Methoden werden künftig im deutschen

Meeresmonitoring und für Begleituntersuchungen

Anwendung finden. Durch das Vorhaben

konnten die Kenntnisse über die deutschen Meeresgebiete

entscheidend vertieft und das Verständnis

der ökologischen Zusammenhänge deutlich verbessert

werden. Hierdurch wurde eine belastbare

wissenschaftliche Grundlage für die Genehmigungspraxis

von Offshore-Windparks geschaffen. Bereits

während der Projektlaufzeit wurden die MINOS+-Daten

mehrfach vom BSH, dem Bundesamt für Naturschutz

und dem Landesamt für Umwelt, Naturschutz

und Geologie Mecklenburg-Vorpommern abgefragt.

Mit dem Aufbau einer Datenbank im Nationalparkamt

werden sie langfristig gesichert (Fördersumme

BMU: 3,4 Mio. Euro).

Das Institut für Vogelforschung „Vogelwarte Helgoland“

hat im Projekt Finobird bereits umfangreiche

Untersuchungen zu möglichen Beeinträchtigungen

von Zugvögeln durch Offshore-Windenergieanlagen

durchgeführt. Um den Flug von See- und Zugvögeln

genauer verfolgen zu können, soll nun im Rahmen

des Vorhabens „Finorad“ ein ausgemustertes Wetterballon-Verfolgungsradar

der Bundeswehr für die

ökologische Begleitforschung umgerüstet werden.

Mit dessen Hilfe wird es möglich sein, selbst kleine

Vögel auf etliche Kilometer Entfernung zu beobachten

und Hinweise auf das Artenspektrum abzuleiten.

Das neue Radar definiert damit einen völlig

neuen Standard in der ornithologischen Offshore-

Radartechnik und soll dabei helfen, die Kenntnisse

zum Vogelzug über See zu vertiefen. Mit seiner Hilfe

sollen mögliche Auswirkungen von Windparks auf

den Vogelzug quantifiziert werden. Bei einem erfolgreichen

Projektverlauf ist eine erste Anwendung

der neuen Technik im Umfeld des Offshore-Testfelds

vorgesehen (Fördersumme BMU: 175.000 Euro).

40

Die Leibniz Universität Hannover, die Universität

Erlangen, die Firma Enercon GmbH und das Forschungsinstitut

für Optronik und Mustererkennung

(FOM) entwickeln im Rahmen eines Verbundprojektes

Methoden, mit denen Kollisionsrisiken von

Fledermäusen an Onshore-Windenergieanlagen untersucht

und reduziert werden können.

Aus den Vorhersagen werden praxistaugliche Maßnahmen

abgeleitet, die den Fledermausschlag vermindern

und vermeiden sollen. Im Februar 2008

wurden erste Ergebnisse des Projektes auf einem Expertenworkshop

an der Leibniz Universität Hannover

vorgestellt und diskutiert (Fördersumme BMU:

1,1 Mio. Euro).

Das Michael-Otto-Institut im NABU, die Firma Bio-

Consult SH und das Leibniz-Institut für Zoo- und

Wildtierforschung untersuchen Ursachen für die

Kollision von Greifvögeln mit Windenergieanlagen.

Im Fokus stehen Rotmilane, Seeadler und Wiesenweihen.

Um das Verhalten der Vögel in verschiedenen

Teilen Deutschlands systematisch untersuchen

zu können, werden die Greifvögel mit kleinen

Empfängern für Satellitensignale – ähnlich wie bei

den bekannten Navigationssystemen – und terrestrischen

Ultrakurzwellen-Sendern ausgestattet. So

werden die Flugbewegungen in der Nähe von Windparks

erfasst und mit standardisierten Verhaltensprotokollen

abgeglichen. Die Beobachtungen geben

Hinweise darauf, wie Vermeidungs- und Verminderungsmaßnahmen

aussehen könnten. Ende Oktober

2008 wurden die Zwischenergebnisse auf einem

internationalen Workshop zum Thema Greifvogelschutz

und Windenergie vorgestellt (Fördersumme

BMU: 802.000 Euro).

seehund mit sender


GeOTHeRmIe

markt- und Technologieentwicklung

Der positive Trend zur Nutzung der Erdwärme hat

sich 2008 weiter fortgesetzt. Zu den Erfolgen zählt

das Geothermiekraftwerk in Unterhaching bei München.

Es wurde zum Jahresende mit dem Europäischen

Solarpreis ausgezeichnet. In Unterhaching

wird seit Ende 2007 Wärme für das Heizungsnetz

erzeugt. Ende 2008 wurde die Stromproduktion aufgenommen.

Das Vorbild Unterhaching hat rund um

München einen Boom zur Nutzung der tiefen Geothermie

ausgelöst. München liegt – geologisch betrachtet

– im bayerischen Molassebecken, einer

der für die Geothermie ergiebigsten Regionen in

Deutschland: Im bayerischen Sauerlach wurde die

bisher tiefste Geothermiebohrung in Deutschland

mit über 4.700 Metern abgeschlossen. Die dort entstehende

Anlage soll bereits 2009 in Betrieb gehen

und voraussichtlich acht Megawatt elektrische

Leistung, gekoppelt mit einer Fernwärmeversorgung,

erbringen. Im April 2008 begannen zudem Bohrarbeiten

für ein Geothermieprojekt in Garching und

seit November wird auch in Unterföhring gebohrt.

Dort soll künftig 80 Grad heißes Thermalwasser aus

2.500 Metern Tiefe gefördert werden. Schließlich haben

sich die Gemeinden Aschheim, Feldkirchen und

Kirchheim zusammengetan, um eine geothermische

Wärmeversorgung aufzubauen. Die Bohrarbeiten

begannen im Juni.

Eine weitere Geothermieregion in Deutschland ist

der Oberrheintalgraben. Dort ist seit Ende 2007 der

erfolgreiche Betrieb des Geothermiekraftwerks in

Landau Vorbild für weitere Aktivitäten. Im Januar

2008 wurde in Bruchsal der Grundstein zu einem

Geothermiekraftwerk mit einer Leistung von

550 Kilowatt gelegt. Das Bruchsaler Geothermieprojekt

hat ein Gesamtinvestitionsvolumen von rund

17 Millionen Euro. Es wurde bereits 1983 von der

Europäischen Union, dem Bund, dem Land Baden-

Württemberg sowie der Energie- und Wasserversorgung

Bruchsal ins Leben gerufen. Die ersten Bohrungen

fanden schon in den 1980er Jahren statt.

Seit 2001 wird das Vorhaben fortgesetzt, da die Förderung

aus dem Erneuerbare-Energien-Gesetz die

Geothermie wirtschaftlich attraktiv macht. Südlich

von Landau, in Insheim, ist man auf ein Wasserreservoir

in ca. 3.600 Metern Tiefe gestoßen. Ersten

Messungen zufolge handelt es sich um Thermalwasser

mit einer Temperatur von mehr als 155° C. Anfang

2009 soll mit der zweiten Bohrung begonnen

werden. Wenn das in Insheim geplante Kraftwerk

Ende 2010 mit einer elektrischen Leistung von vier

bis fünf Megawatt in Betrieb gehen kann, wäre es

Förderpumpe des Geothermiekraftwerks Landau

neben Landau das zweite industriell betriebene hydrothermale

Kraftwerk in der Südpfalz.

Deutschlandweit waren Ende 2008 rund 15 Geothermieprojekte

in der praktischen Umsetzung und

für etwa 150 weitere Felder wurden Aufsuchungserlaubnisse

beantragt. Die starke Marktentwicklung

der tiefen Geothermie in Deutschland ist maßgeblich

auf das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) zurückzuführen,

das über die Einspeisevergütung für

Strom gute wirtschaftliche Rahmenbedingungen

für den Betrieb von Geothermieanlagen schaffte.

Mit der Verabschiedung der EEG-Novelle am 6. Juni

2008 hat der Deutsche Bundestag die Voraussetzungen

für die Geothermie in Deutschland nochmals

erheblich verbessert. Wurden bisher abhängig

von der Anlagengröße höchstens 15 Cent/kWh vergütet,

so wird die Grundvergütung nach der neuen

Regelung ab 1. Januar 2009 auf 16 Cent pro eingespeister

Kilowattstunde angehoben (ab einer Anlagenleistung

von 10 Megawatt wird die Kilowattstunde

mit 10,5 Cent vergütet). Für Strom aus Anlagen,

die bis 2015 ans Netz gehen, wird ein zusätzlicher

Bonus von 4 Cent gezahlt.

41


Geothermiebohrung in insheim

Wer auch die Abwärme seiner Anlage nutzt, bekommt

weitere 3 Cent extra. Der Markteintritt innovativer

Technologien soll mit einem weiteren Bonus

für petrothermale Techniken (Nutzung des heißen

Gesteins) in Höhe von 4 Cent/kWh forciert werden.

Eine umfangreichere Nutzung der Abwärme bei der

Erzeugung von Geothermie-Strom sollte nicht nur

durch den KWK-Bonus des EEG, sondern auch durch

Ausgaben in mio. €

14

12

10

8

6

4

2

0

Jährliche Forschungsausgaben im bereich Geothermie zwischen 1974 und 2008

42

1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992

das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG)

induziert werden, das ebenfalls am 6. Juni

2008 vom Bundestag verabschiedet wurde und am

1. Januar 2009 in Kraft getreten ist. Demnach sind

alle Eigentümer neuer Gebäude verpflichtet, einen

Teil der Wärmenachfrage aus erneuerbaren Quellen

zu beziehen.

Ein weiteres Instrument zur Entwicklung des

Marktes für Tiefengeothermie ist das Marktanreizprogramm

(MAP) des BMU. In diesem Programm

stehen 2009 400 Millionen Euro für die Förderung

erneuerbarer Energien im Wärmemarkt zur Verfügung.

Das ist deutlich mehr als in den Jahren

zuvor. Als Teil des integrierten Energie- und Klimaprogramms

der Bundesregierung hat das BMU

eine neue Förderrichtlinie für das Marktanreizprogramm

erlassen. Das Programm gewährt Zuschüsse

für die Installation des Kraft- oder Heizwerkes,

der Tiefbohrungen und der Wärmeauskopplung.

Im MAP werden darüber hinaus auch Fernwärmenetze,

die mit regenerativen Ressourcen betrieben

werden, gefördert.

Das BMU hat als Teil des MAP und gemeinsam mit

der KfW ein neues Kreditprogramm zur langfristigen

Finanzierung von geothermalen Tiefbohrungen

geschaffen. Als Kooperationspartner unterstützt

die Münchener Rück die KfW. Mit dem Kreditprogramm

wird das Fündigkeitsrisiko – also das

Risiko, bei einer Bohrung nicht auf ausreichende

1994 1996

Geothermie Zip (Zukunftsinvestitionsprogramm)

Quelle: bmU

1998 2000 2002 2004 2006 2008


mio. €

25

20

15

10

5

0

Quelle: bmU

2004 2005 2006 2007 2008

entwicklung des Neubewilligungsvolumens im bereich

Geothermie seit 2004

Temperaturen oder Wassermengen zu stoßen –

weitgehend abgesichert. Damit wird ein entscheidendes

Hemmnis für eine schnellere Marktentwicklung

tiefer Geothermieprojekte minimiert. Der zur

Verfügung stehende Darlehensrahmen wird bis zu

60 Mio. Euro betragen. Über spezielle Darlehen der

KfW sollen bis zu 80 % der Bohrkosten inklusive

Stimulationsmaßnahmen eines Projekts finanziert

werden. Diese Darlehen müssen im Fall der Nichtfündigkeit

nicht zurückgezahlt werden. Bei Fündigkeit

werden die frei werdenden Mittel wieder neu

eingesetzt. Um mit dem Kreditprogramm möglichst

viele Bohrprojekte finanzieren zu können, wird

das Ausfallrisiko durch strenge Antragsvoraussetzungen

und Prüfverfahren begrenzt.

Von einer positiven Entwicklung der Tiefengeothermie

in Deutschland geht auch die im Auftrag des

BMU erstellte Leitstudie 2008 für erneuerbare

Energien aus. Die Autoren der Studie rechnen mit

einer rasanten Abnahme der Stromgestehungskosten

bei Geothermiekraftwerken bis 2020. Sie gehen

von einem erfolgreichen Einstieg zunächst auf

der Basis hydrothermaler Anlagen und später mittels

petrothermaler Anlagen aus. Damit soll die

installierte Leistung bis 2015 auf 100 Megawatt

und bis 2020 auf 280 Megawatt ansteigen. Das entspräche

einer jährlichen Stromproduktion von

1,8 Terrawattstunden (TWh/a). Demnach beliefe

sich der Anteil der Geothermie an der aus erneuerbaren

Energien erzeugten Endenergie im Jahr 2020

auf fünf Prozent. Ein wesentliches Kriterium für

den Erfolg der Geothermie ist gemäß Leitstudie

2008 neben der Stromerzeugung die Nutzung der

Abwärme in entsprechenden Nahwärmenetzen.

Ziele, Schwerpunkte und Umfang der

Forschungsförderung

Der Forschungsbeirat Geothermie hat in seiner

Herbstsitzung am 2. September 2008 die zunehmende

Dynamik bei der Entwicklung und

Umsetzung von Forschungsvorhaben zur tiefen

Geothermie hervorgehoben. Die Wissenschaftler

betonten, dass erfolgreiche Projekte, wie das Geothermiekraftwerk

in Landau, vermehrt Investoren

motivieren, sich bei der Entwicklung weiterer Kraftwerksprojekte

zu engagieren. Weiterhin besteht

ein hoher Bedarf an Demonstrationsprojekten sowie

an Forschung und Entwicklung. Bedarf besteht

insbesondere bei der Weiterentwicklung einer detaillierten

Explorationstechnik, denn die genaue

Kenntnis des tiefen Untergrunds ist eine wichtige

Voraussetzung für den Erfolg eines Projekts. Ebenso

wichtig ist die Entwicklung leistungsfähiger Tiefpumpen,

die den spezifischen Anforderungen der

Geothermie entsprechen. Die heute verfügbaren modifizierten

Tiefpumpen aus der Erdölförderung sind

nicht für aggressive Thermalwässer mit wechselnden

Lastanforderungen ausgelegt und stoßen in der Praxis

immer wieder an ihre technischen Grenzen.

Das BMU hat in seiner jüngsten Förderbekanntmachung

vom 20.11.2008 die Schwerpunkte der Forschungsförderung

im Bereich der Geothermie

beschrieben. Ziel ist es, die Kosten zur Gewinnung

und Nutzung von Wärme und Strom aus geothermischen

Reservoiren kontinuierlich zu reduzieren.

Daher sind insbesondere folgende Themen und Aufgaben

Gegenstand der Förderung:

˘ Entwicklung von Methoden und Verfahren, die

im Zuge der Exploration das Fündigkeitsrisiko für

Bohrungen vermindern,

˘ Entwicklung von Messverfahren und -geräten, die

unter den für Geothermieprojekte typischen hohen

Temperaturen, Drücken und korrosiven Rahmenbedingungen

verlässliche Daten während

der Bohrung und für das Lagerstättenmanagement

liefern und auch für Prognose- und Lagerstättenmodelle

genutzt werden können,

˘ Entwicklung und Verbesserung von Bohrtechniken,

die speziell zur Erschließung geothermischer

Reservoirs zum Einsatz kommen,

˘ Entwicklung und Verbesserung von Methoden

und Verfahren, die das Lagerstättenmanagement

optimieren und die Produktivität beeinflussen,

z.B. Stimulationsverfahren, Frac-Verfahren,

Monitoring-Systeme,

43


Teil der OrC-Anlage des Geothermiekraftwerkes im elsässischen soultz-sous-Forêts, Frankreich

˘ Entwicklung von Geräten, Apparaten und Maschinen,

die unter den typisch geothermal hohen

Temperaturen, Drücken und korrosiven Rahmenbedingungen

verlässlich und wartungsarm funktionieren,

insbesondere Pumpen,

˘ Untersuchung, Optimierung und Entwicklung

von Verfahren und Techniken zur Wandlung von

geothermischer Energie (Heißwasser und Dampf)

in nutzbare Wärme und Strom, z.B. Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung,

ORC- und Kalina-Prozess oder

neuartige Verfahren, auch in Kombination mit

anderen erneuerbaren Energien,

˘ grundlegende technische Fragen der Einbindung

der Geothermie in lokale Versorgungssysteme

(Wärme/Strom) – auch in Kombination mit anderen

erneuerbaren Energien – bei hohem Multiplikationspotenzial.

Das BMU hat 2008 18 Projekte mit einem Fördervolumen

von 16,4 Mio. Euro neu bewilligt. Gleichzeitig

flossen rund 7,4 Mio. Euro in laufende Forschungsvorhaben.

44

Bohrmeißel für Geothermie-Bohrungen (Ausschnitt)

projekte

1. Vorbereitung und planung

Ein Haupthemmnis für die Nutzung der hydrothermalen

Geothermie bleibt das Fündigkeitsrisiko. Die

Fündigkeit bei geothermischen Bohrungen wird

über den erwarteten Mengenstrom, die Temperatur

des Thermalwassers und die notwendige Förder-

oder Pumpenleistung definiert. Da der Mengenstrom

(bezeichnet als Schüttung) und die Temperatur

des Wassers nicht sicher vorhergesagt werden

können, verbleibt ein Risiko. Um dieses zu verringern

fördert das BMU verschiedene Projekte.


Digitaler Geothermie-Atlas reduziert das Fündigkeitsrisiko

Um die Qualität bei der Projektierung geothermischer

Anlagen zu verbessern und das Fündigkeitsrisiko

zu minimieren, hat das Institut für Geowissenschaftliche

Gemeinschaftsaufgaben in Hannover

(GGA) ein bislang einzigartiges Informationssystem

erarbeitet. Das Geothermische Informationssystem

(GeotIS) ist eine Zusammenstellung von Daten und

Informationen über tiefe Aquifere (wasserführende

Schichten) in Deutschland, die für eine geothermische

Nutzung in Frage kommen. GeotIS funktioniert

wie die digitale Variante eines Geothermie-

Atlasses. Dabei ist es weitgehend maßstabsunabhängig

und stets in der aktuelle Auflage verfügbar.

Bereitgestellt werden sowohl geowissenschaftliche

Basisdaten als auch aktuelle Erkenntnisse und Ergebnisse.

Diese werden kontinuierlich ergänzt. Datengrundlage

sind zum einen mehr als 30.000 Bohrungen

in Deutschland. Diese sind überwiegend

Erdöl- und Erdgasbohrungen. Hinzu kommen Bergbau-,

Geothermie-, Thermal- und Mineralwasserbohrungen.

Zum anderen speist sich das System aus

diversen verfügbaren Datenbanken und Untersuchungen

der insgesamt sechs Projektpartner. Trotz

der vielen aktuellen Daten wird GeotIS allerdings

keine lokale Machbarkeitsstudie ersetzen können.

Die Recherche in GeotIS erfolgt ausschließlich über

das Internet. Sobald die Test- und Entwicklungsphase

abgeschlossen ist, wird das System unter www.

geotis.de frei zur Verfügung stehen. Die Recherche-

Oberfläche ermöglicht die dynamische Generierung

von interaktiven Karten, in denen Fachinformationen

mit topographischen und statistischen Daten

kombiniert werden. Einen detaillierten Einblick in

den Untergrund bieten dynamisch generierte Vertikal-

und Horizontalschnitte bis in eine Tiefe von

5.000 Metern. Der Vertikalschnitt ist im Prinzip ein

geologisches Profil. Neben dem Verlauf geothermisch

relevanter Gesteinsschichten werden auch in

der Nähe liegende Bohrungen abgebildet. Zusätzlich

kann der Temperaturverlauf in Form von Isolinien

eingeblendet werden. Der Horizontalschnitt ermöglicht

einen Blick sowohl auf die flächenmäßige Temperaturverteilung

als auch auf die Schichtenabfolge

in einer bestimmten Tiefe. Des Weiteren ist es möglich,

die Temperaturverteilung an Basis oder Top

einer Gesteinsschicht darzustellen.

Das Projekt wurde im Januar 2006 begonnen. Die

offizielle Freischaltung wird im Mai 2009 erfolgen.

Projektpartner sind das Bayerische Landesamt für

Umwelt (LfU) in München, das Landesamt für Bergbau,

Energie und Geologie (LBEG) in Hannover, die

Abteilung Umwelt im Regierungspräsidium Freiburg

(RPF), das Landesamt für Umwelt, Naturschutz

und Geologie Mecklenburg-Vorpommern (LUNG) in

Güstrow, die Arbeitsgruppe Hydrogeologie an der

Freien Universität (FU) Berlin und die Geothermie

Neubrandenburg GmbH (GTN) (Fördersumme BMU:

rund 2,3 Mio. Euro).

Beispiel einer Anwendung im Geothermischen informationssystem: Die Abbildung zeigt einen Tiefenlinienplan einer stratigraphischen Einheit.

in Farbe wird die Temperaturverteilung dargestellt.

45


Ziel des Projekts „Evaluierung von Methoden und

Instrumenten geothermischer Technologie zur

Bereitstellung von Strom und Wärme“ des Helmholtz-Zentrums

Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum

(GFZ) ist es, Qualitätssteigerungen

technologischer Entwicklungen in der Geothermie

in einer Lernkurve darzustellen. Dazu werden Lerneffekte

und Erfahrungswerte geothermischer

Referenzprojekte, z.B. des GFZ-Projektes Groß Schönebeck

und anderer - auch internationaler - Projekte,

einbezogen und evaluiert. Erkundungsverfahren

in der geothermischen Exploration dienen dazu,

das Fündigkeits- und Aufschlussrisiko einer geothermischen

Lagerstätte zu minimieren und die Planung

bis zur Reservoirgestaltung zu optimieren. Die

vorhandenen Methoden sind nicht einheitlich, sondern

richten sich stets an der Geologie einer Region

aus. In Deutschland werden bislang mit dem Norddeutschen

Becken, dem Oberrheingraben und dem

Molassebecken drei geologische Großstrukturen genutzt.

Zu jeder dieser drei Großstrukturen existieren

verschiedene Erkundungs- und Arbeitsansätze sowie

Erfahrungen, die gegeneinander abgeglichen und

auf die spezifischen Charakteristika bezogen werden

müssen. Im Ergebnis des Vorhabens sollen ein

Status Quo der Technologieentwicklung definiert

und neue wissenschaftliche Ansätze zur Effizienzsteigerung

und zur Kosten- und Risikominimierung

generiert werden. Schlussfolgernd soll – unter der

Zielsetzung einer wirtschaftlichen Nutzung einheimischer

geothermischer Ressourcen – aktuell anstehender

Forschungsbedarf aufgezeigt werden. Im

Mittelpunkt stehen die Kriterien Fündigkeitsprognose,

Reservoirgestaltung und Systemverlässlichkeit geothermischer

Anlagen, die großes Optimierungspotenzial

bergen (Fördersumme BMU: rund 1,5 Mio. Euro).

Blick auf den Ventilator der Luftkühlung beim Geothermiekraftwerk

Landau

46

2. Technologieentwicklung

Aufgrund der relativ niedrigen Temperaturen (ca.

110° C – 150° C) der Geothermie in Deutschland sind

zur Stromerzeugung spezielle Kraftwerksprozesse

notwendig, wie das Kalina- oder das ORC-Verfahren.

Das Forschungsvorhaben „Kraftwerksoptimierung –

Optimierung der Stromerzeugung“ der Technischen

Universität Hamburg-Harburg beschäftigt sich mit

der Optimierung dieser Kraftwerksprozesse. Durch

Simulationen werden Optimierungen für unterschiedliche

Prozessschaltungen und Arbeitsmittel

unter Berücksichtigung des elektrischen Eigenbedarfes

und einer gleichzeitigen Erzeugung von

Strom und Wärme durchgeführt.

Bisher wurden verschiedene Schaltungsvarianten

des Organic-Rankine-Cycle (ORC) mit unterschiedlichen

Arbeitsfluiden und einfache ORC-Kreisläufe

mit und ohne Wärmerückgewinnung, aber auch

Mehrdruckprozesse optimiert. Darüber hinaus sind

Kreisläufe mit anorganischen Arbeitsmitteln untersucht

worden. Neben Rankine-Kreisläufen mit Reinstoffen

wurden auch Kalina-Kreisläufe mit Arbeitsfluidmischungen

abgebildet. Durch Simulationen

von Kalina-Kreisläufen mit Wasser und Ammoniak

sind unterschiedliche Schaltungsvarianten einander

gegenübergestellt und hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades

der Anlage optimiert worden. Bei allen

Untersuchungen werden sowohl der elektrische

Eigenbedarf des Kraftwerkes als auch der des Thermalwasserkreislaufes

bei der Gesamtbilanz berücksichtigt.

Die Untersuchungen liefern Bewertungen

der unterschiedlichen Kraftwerksprozesse und der

optimierten Schaltungen hinsichtlich einer energetisch

effizienten und wirtschaftlichen geothermischen

Stromerzeugung in Deutschland (Fördersumme

BMU: rund 160.000 Euro).

3. Demonstrationsprojekte

3.1 Landau

Das Geothermiekraftwerk in Landau wurde im November

2007 in Betrieb genommen. Es ist die erste

ganzjährig industriell arbeitende Geothermieanlage

in Deutschland. Das Kraftwerk hat eine elektrische

Leistung von rund drei Megawatt. Damit können

rund 6.000 Haushalte mit Strom versorgt werden.

Mit der überschüssigen Wärme kann derzeit der

Bedarf von rund 300 und perspektivisch von rund

1.000 Haushalten gedeckt werden. Zur Stromerzeugung

wird eine ORC-Anlage (Organic-Rankine-Circle)

verwendet. In diesem Verfahren wird die Wärme

auf ein organisches Lösungsmittel übertragen,

das einen höheren Dampfdruck als Wasser hat. Das


OrC-Anlage im Geothermiekraftwerk Landau

Lösungsmittel zirkuliert in einem geschlossenen

Sekundärkreislauf. Bei Temperaturen um die 90° C

wird es in einer Dampfturbine eingesetzt, die zur

Stromerzeugung dient.

3.2 Unterhaching

Die Geothermie Unterhaching GmbH & Co. KG am

südlichen Rand von München hat die Kombination

von geothermischer Wärme- und Stromversorgung

in ihrer Gemeinde umgesetzt. Hier stehen in

einem Temperaturbereich zwischen 60 und 122° C

ganzjährig zirka 38 Megawatt thermische Energie

zur Verfügung. Diese lassen sich je nach Witterung

entweder zur Produktion von Fernwärme oder von

Strom (bis zu 3,4 Megawatt) oder kombiniert nutzen.

Bei dem Projekt handelt es sich um die bisher

größte geothermale Tiefbohrung in Deutschland:

Die Anlage kann aus über 3.300 Metern Tiefe bis zu

150 Liter je Sekunde heißes Thermalwasser an die

Oberfläche befördern. Bis zum Ende des Jahres 2008

soll die Anschlussleistung für das Fernwärmenetz

mit etwa 27 Kilometer Leitungen rund 31,5 MW betragen.

Das entspricht einer Versorgung von 1.700

Einzelhäusern oder rund 3.900 Geschosswohnungsbauten.

Zur Erzeugung von elektrischem Strom

kommt in Unterhaching eine Anlage der Siemens

AG mit der Kalinatechnik zum Einsatz. Die Geother-

mie Unterhaching rechnet durch die Substitution

von herkömmlichen Strom- und Wärmeproduktionsanlagen

mit einer Einsparung der Kohlendioxid-

Emmissionen von mehr als 30.000 Tonnen pro Jahr.

Langfristiges Ziel ist die Bereitstellung von

70 MWth Anschlussleistung.

modell des Geothermiekraftwerkes in unterhaching

47


Blick auf den Luftkühler des Geothermiekraftwerks in soultz-sous-Forêts

3.3 Soultz-sous-Forêts

Am 13. Juni 2008 wurde im elsässischen Soultz-sous-

Forêts ein Kraftwerk mit 1,5 MW Anlagenleistung

zur Stromerzeugung aus Erdwärme eingeweiht. Das

europäische Geothermieprojekt wurde über viele

Jahre von Deutschland, Frankreich und der EU-Kommission

gefördert. Seit 1987 wird hier das Verfahren

der Gewinnung von Energie aus heißen, trockenen

Tiefengesteinen entwickelt. Der 50 km nördlich von

Straßburg gelegene Standort befindet sich im Zen-

48

trum einer Wärmeanomalie. Dort werden in 5.000

m Tiefe Temperaturen von 200° C angetroffen. Betrieben

wird das Kraftwerk in Soultz durch die Europäische

Wirtschaftliche Interessensvereinigung

„Wärmebergbau“ (EWIV). Ziel der EWIV ist es, auf

der Grundlage des Forschungsprojekts Erfahrungen

über Management und Langzeitverhalten eines

Wärmetauschers im tiefen Untergrund zu sammeln.

An der Einweihung des Kraftwerks nahmen der

französische Premierminister Francois Fillon und

Vertreter des BMU teil. Im weiteren Verlauf des Projekts

wird das Betriebsverhalten des Systems bewertet

und optimiert.

Veranstaltungen

Unter der Schirmherrschaft von Bundesumweltminister

Sigmar Gabriel fand im April 2008 die 4. Internationale

Geothermiekonferenz in Freiburg statt.

Schwerpunkt der Konferenz war die Finanzierung

von geothermischen Projekten. Es wurde festgehalten,

dass Geothermieprojekte mit kalkulierbarem Risiko

finanziert werden können, wenn sie sorgfältig

vorbereitet und geplant werden. Zur Auslegung von

geothermischen Systemen stehen umfangreiche aktuelle

Forschungsergebnisse zur Verfügung.

reinhard Kaiser, unterabteilungsleiter im Bmu, bei der Einweihung

des Geothermiekraftwerkes in soultz-sous-Forêts.


NIeDeRTempeRATUR-SOlARTHeRmIe

markt- und Technologieentwicklung

Der Solarthermiemarkt hat sich – nach zwischenzeitlichem

Rückgang im Jahr 2007 – sowohl in

Deutschland als auch in Europa sehr dynamisch

entwickelt. 2008 wurden in Deutschland nach Angaben

des Bundesverbands Solarwirtschaft rund

2 Millionen Quadratmeter neue Kollektorfläche installiert.

Das entspricht einem Leistungszuwachs

von etwa 1,4 Gigawatt thermisch (GWth). Damit beträgt

die insgesamt installierte Solarkollektorfläche

in Deutschland über 11 Millionen Quadratmeter und

erzeugt eine Leistung von gut 8 GWth.

In Deutschland wurde das Wachstum insbesondere

durch die verbesserten Förderbedingungen im

Marktanreizprogramm möglich. Günstige Förderbedingungen

haben auch in anderen Ländern der Europäischen

Union, wie Österreich, Frankreich, Spanien

und Italien, deutliche Marktzuwächse ausgelöst.

Der Trend zu Solaranlagen zur kombinierten Warmwassererzeugung

und Heizungsunterstützung setzte

sich auch 2008 fort. Solche Kombianlagen machen

über 50 % der neu installierten Anlagen aus. Hausbesitzer

verbinden in zunehmendem Maße die Erneuerung

der Heizung mit der Integration einer Solaranlage.

Der Anteil von Vakuumröhrenkollektoren

erhöhte sich auf rund 12 %.

Etwa 90 % der installierten Solaranlagen sind Kleinanlagen

mit Kollektorflächen unter 20 Quadratmetern

auf Ein- und Zweifamilienhäusern. Große und

bisher kaum genutzte Potenziale hingegen gibt es

im Bereich der Großanlagen. Hierfür bieten sich

der mehrgeschossige Wohnungsbau, aber auch

Hotels, Krankenhäuser oder Schulen an. Die technische

Machbarkeit und Umsetzung von Großanlagen

konnte mit Hilfe von Pilot- und Demoanlagen

im Rahmen der Forschungsförderung nachgewiesen

werden. Gerade beim Bau oder der Sanierung von

Wohngebäuden bietet sich die Solarthermie zur Einsparung

von Energiekosten an. Hemmnisse stellen

das „Investor-Nutzer-Verhältnis“ im Mietwohnungsbau

und mangelnde Kenntnisse bei Planern und

Installateuren zur Großanlagentechnik dar. Diese

müssen zügig abgebaut werden. Deshalb fördert das

BMU im Marktanreizprogramm auch den Aufbau

entsprechender Kompetenzzentren und eine zielgruppenorientierte

Öffentlichkeitsarbeit zum verstärkten

Know-How-Transfer an Planer und Installateure.

Die Technologieentwicklung geht verstärkt in Richtung

integrierte solarunterstützte Heizungssysteme

und CO 2 -neutrale Versorgungssysteme, in denen

Solarthermie mit Biomasse oder Erdwärme und

Wärmepumpen kombiniert wird. Mit solchen Systemen

kann eine deutlich höhere Einsparung fossiler

Brennstoffe als mit reinen solaren Warmwasseranlagen

erreicht werden.

Solare Klimatisierung und Prozesswärmebereitstellung

sind weiterhin Nischenmärkte. Hier besteht

Forschungsbedarf in Bezug auf die Standardisierung

von Komponenten, die Vereinfachung der Regelungskonzepte

sowie den Know-how-Transfer zu Planern,

Architekten und Installateuren.

Im Bereich der Kollektor- und Speichertechnik stehen

eine anwenderorientierte Effizienzsteigerung

und weitere Kostensenkungen im Mittelpunkt. Vor

dem Hintergrund der langfristigen Preisentwicklung

auf den Rohstoffmärkten umfasst dies auch die

Suche nach alternativen Werkstoffen für Stahl, Kupfer

und Aluminium.

solarkollektoranlage Wohngebäude Hannover-Vahrenheide

49


Ziele, Schwerpunkte und Umfang der

Forschungsförderung

Um den Beitrag der Solarthermie an der Wärmeversorgung

signifikant zu erhöhen, sind weitere massive

Forschungsanstrengungen notwendig. Die im

Jahr 2006 vom BMU und Experten entwickelte Roadmap

und die von der Europäischen Solarthermie-

Plattform (ESTTP) formulierten Ziele sehen bis 2020

eine Steigerung der Kollektorfläche auf rund 80 Mio.

Quadratmeter vor. Um diese Ziele zu erreichen, setzt

das BMU folgende Förderschwerpunkte, die sich

auch in der Förderbekanntmachung vom 20.11.2008

niederschlagen:

˘ Effizienzsteigerung und Kostensenkung bei Komponenten,

insbesondere bei Kollektoren und Speichern,

Systemen und Fertigungsprozessen,

˘ Entwicklung und Optimierung von Technologien

für neue Anwendungsgebiete wie solare Klimatisierung,

solare Prozesswärme, Solarisierung von

Wärmenetzen,

˘ Entwicklung von Solarsystemen als integraler Bestandteil

der Heizungs- und Gebäudetechnik,

˘ Ausbau der Technologieführerschaft im Bereich

der Kollektor- und Speichertechnik.

2008 hat das BMU 20 neue Projekte im Bereich der

Niedertemperatur-Solarthermie mit einem Fördervolumen

von 10,1 Mio. Euro bewilligt. In laufende

Forschungsprojekte flossen im selben Zeitraum

5,7 Mio. Euro.

Kollektorfeld Holzgerlingen

50

mio. €

10

8

6

4

2

0

2004 2005 2006 2007 2008

entwicklung des Neubewilligungsvolumens

(Niedertemperatur-Solarthermie)

projekte

Quelle: bmU

1. Technologieentwicklung für Solarkollektoren

Die Technologieentwicklung bei Solarkollektoren

konzentrierte sich 2008 erstens auf weitere Effizienzsteigerungen,

zweitens auf höhere Betriebstemperaturen

zum Einsatz für die solare Klimatisierung

und die solare Prozesswärme, drittens auf Kostensenkungen

in der Fertigung und viertens auf den

Einsatz neuer Werkstoffe.

Am Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme

(ISE) in Freiburg wurde ein Vorhaben zur Kollektorentwicklung

und -testung für Prozesswärme abgeschlossen.

Dazu wurden ein Mitteltemperatur-Teststand

(MTTS) für Wirkungsgradmessungen im Temperaturbereich

von 100 – 250° C entwickelt und

gebaut sowie Kollektortests und Materialuntersuchungen

durchgeführt. Das Vorhaben war Teil internationaler

Aktivitäten zur Kollektorentwicklung

im Rahmen des IEA-Solar-Heating-and-Cooling-Programms

(SHC). Die Ergebnisse der Untersuchungen

und Kollektortests wurden in einer Broschüre zu

Prozesswärmekollektoren zusammengefasst (Fördersumme

BMU: rund 520.000 Euro).

Die Firma Phönix Sonnenwärme AG und die TU Berlin

entwickeln transparente Absorber aus Kunststoff

für Flachkollektoren. Angesichts steigender Preise

für Kupfer, Stahl und Aluminium suchen Forscher

nach alternativen Werkstoffen für Kollektoren und

Fertigungsverfahren. So können sowohl die Herstellungskosten

gesenkt als auch das Gewicht reduziert

werden. Dadurch wird auch die Montage

erleichtert. Allerdings weisen die Kunststoffe derzeit

noch eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit so


wie eine geringere Temperatur-, Druck-, UV- und

Langzeitbeständigkeit auf (Fördersumme BMU: rund

200.000 Euro).

Auch das Fraunhofer ISE in Freiburg befasst sich mit

Kunststoffabsorbern, polymerfreundlichen Anlagenkonzepten

und der Qualifizierung der Gebrauchsdauereigenschaften

polymerer Werkstoffe für Solarkollektoren.

Ziel ist es, Anlagenkonzepte und

Methoden zur Gebrauchsdauerabschätzung durch

beschleunigte Prüfverfahren zu entwickeln. Der

Einsatz neuer polymerer Werkstoffe für Solarkollektoren

ist auch ein wichtiger Forschungsschwerpunkt

im Rahmen des Solar-Heating-and-Cooling-Programms

der Internationalen Energieagentur (IEA).

Das Fraunhofer ISE leitet parallel zu dem Vorhaben

die neue IEA-Arbeitsgruppe „Polymeric materials

for solar thermal applications“ (Fördersumme BMU:

rund 510.000 Euro).

Das Institut für Baukonstruktion und Entwerfen der

Universität Stuttgart hat mit Industriepartnern innovative

Konzepte zur Integration von Vakuumröhrenkollektoren

in Glasfassaden von Bürogebäuden oder

Hotels entwickelt. In modernen Gebäuden reicht die

Dachfläche für Solarkollektoren meist nicht aus. Die

Integration von Vakuumröhrenkollektoren in die

Fassade ermöglicht eine Kombination von solarer

Energiegewinnung für Heizung und Kühlung, Sonnenschutz

und Tageslichtnutzung. Sie verbindet außerdem

interessante architektonische Lösungen mit

der Einsparung fossiler Energien. Der Prototyp eines

Ausgaben in mio. €

7

6

5

4

3

2

1

0

solarfassadenelement mit Vakuumröhrenkollektoren

Fassadenelements wurde auf der glasstec-Messe in

Düsseldorf im Oktober 2008 erfolgreich präsentiert

(Fördersumme BMU: rund 230.000 Euro).

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Jährliche Forschungsausgaben im bereich Niedertemperatur-Solarthermie zwischen 1991 und 2008

Quelle: bmU

51


2. Solare Heizungsunterstützung

Solaranlagen zur reinen Warmwassererzeugung

können bedarfsbedingt nur einen geringen Anteil

(zwischen 3 –10 %) am Gesamtwärmebedarf decken.

Demgegenüber können Solaranlagen, die auch zur

Gebäudeheizung beitragen, den Bedarf an fossilen

Brennstoffen deutlich reduzieren. Kombiniert man

zudem solarthermische Anlagen mit anderen erneuerbaren

Energien wie Biomasse oder Geothermie

kann sogar eine CO 2 -neutrale Wärmeversorgung

erreicht werden. Die Technische Universität Braunschweig

hat Studien und Energiekonzepte zur CO 2 -

neutralen Wärmeversorgung erstellt. Mehrere Anlagen

zur Wärmeversorgung mit Solarthermie und

Biomasse ohne fossile Zusatzheizung wurden bereits

umgesetzt:

Darunter ist ein Pilotprojekt der Gesellschaft für

Bauen und Wohnen Hannover mbH (GBH), die einen

Wohnkomplex mit ehemals 56 Wohnungen aus den

60er Jahren von Grund auf saniert, wärmegedämmt

und zu 36 familiengerechten Wohnungen mit insgesamt

3.500 m 2 Wohnfläche umgebaut hat. Dabei

wurden eine 124 m 2 große solarthermische Anlage

und ein 150-Kilowatt-Holzpelletkessel eingebaut. Mit

diesem Gesamtkonzept werden die Vorgaben der

Energieeinsparverordnung (EnEV) um 20 % unterboten.

Die Solaranlage hat im ersten Messjahr einen

Solarsystemertrag von 43.300 kWh geliefert und

52

damit 18 % des Gesamtwärmebedarfes der Gebäude

solar gedeckt. Der restliche Wärmebedarf wurde

durch den Holzpelletkessel gedeckt (Fördersumme

BMU, inklusive Monitoring: 74.000 Euro).

In einem weiteren Pilotprojekt in Holzgerlingen-Hülben

hat die Firma ImmoTherm GmbH Stuttgart im

Rahmen eines Wärmecontractings die CO 2 -neutrale

Nahwärmeversorgung eines Neubaugebietes mit

47 Einfamilienhäusern, 33 Wohnungen und einer

Kindertagestätte umgesetzt. Die Energie stammt aus

einer rund 250 Quadratmeter großen Solarkollektoranlage

mit einem 15-Kubikmeter-Solarpufferspeicher

und einem 540-Kilowatt-Holzpelletkessel. Die

Solaranlage deckt 11 % des Heizenergiebedarfs. Sie

soll 2009 rund 99.200 kWh thermische Energie liefern.

Die solaren Wärmegestehungskosten würden

0,14 Euro/kWh betragen. Durch das CO 2 -neutrale

Wärmekonzept können 108.000 m 3 Erdgas eingespart

und etwa 215 Tonnen CO 2 pro Jahr vermieden

werden (Fördersumme BMU, inklusive Monitoring:

rund 90.000 Euro).

Auf einem ehemaligen Schlachthofgelände in

Speyer hat die Gemeinnützige Wohnungsbau- und

Siedlungsgesellschaft mbH mit dem Planungsbüro

egs-plan Stuttgart ein Energiekonzept mit einer solaren

Nahwärmeversorgung für ein Siedlungsprojekt

mit 62 Niedrigenergiehäusern realisiert. In dem

ehemaligen Kesselhaus des Schlachthofes befinden

sich heute die Heizzentrale und ein 100 m3-Solarpufferspeicher.

Auf dem Kesselhaus wurde zudem ein

Großteil der insgesamt 545 m2 Solarkollektoren installiert.

Im Juni 2008 erhielt das Projekt den deutschen

Energiekonzeptpreis E-coco 2008. Der kostengünstige

Mehrtagesspeicher und die großflächigen

Kollektordachelemente hatten es der Jury angetan

(Fördersumme BMU, inklusive Monitoring: rund

200.000 Euro).

Die Gesellschaft zur Entwicklung und Förderung

Geothermer Anlagen (GEFGA) mbH Limburg und

das Institut für Solarenergieforschung Hameln

(ISFH) entwickeln ein dezentrales 100%ig solares

und emissionsfreies Heizsystem (BiSolar-WP-System)

für Ein- und Zweifamilienhäuser. Das System wird

in einer Pilotanlage erprobt und mit einem Monitoringprogramm

vermessen und evaluiert. Hauptkomponenten

des Systems sind unverglaste Photovoltaisch-Thermische-Module

(PVT-Module), Erdwärmesonden

und eine Wärmepumpe. Die PVT-Module

sind thermisch mit den Erdwärmesonden gekoppelt

und dienen sowohl zur Strombereitstellung für

die Wärmepumpe als auch als Quelle/Senke für die

Erdwärmesonden (Fördersummen: GEFGA 106.000

Euro, ISFH 299.000 Euro).

Kollektorfeld Hannover


Bohrung des Erdsondenfeldes in Crailsheim

3. Speicherung

Die thermische Energiespeicherung ist ein Schlüssel

zur Effizienzsteigerung und zum Ausbau erneuerbarer

Energien im Wärmebereich. Speicher überwinden

die zeitliche Diskrepanz zwischen Energieangebot

und -nachfrage. Zudem ermöglichen sie die

effiziente Nutzung von Abwärme. Es gibt vielfältige

Varianten (z.B. Wasserspeicher, Latentwärmespeicher

und chemische Speicher) für unterschiedliche

Anforderungen (z.B. Kurzzeitspeicher, saisonale Speicher).

Im Solarprojekt der Stadtwerke Crailsheim wurde

2008 der Erdsondenwärmespeicher mit 80 Sonden

und einem Speicher von 37.500 m3 errichtet. Die

Sonden wurden 55 Meter tief in den Erdboden abgeteuft.

Der Crailsheimer Speicher kann im Vergleich

zu den Speichern der ersten Generation (Neckarsulm,

Attenkirchen) so erweitert werden, dass die optimale

Durchströmung beibehalten wird und sich

die heißesten Bereiche des Speichers stets im Zentrum

des Speichers befinden. Durch diese Temperaturverteilung

und die rotationssymetrische Form

können Speicherverluste reduziert werden. Das Pilotprojekt

des Erdsondenwärmespeichers wird im

Rahmen eines Forschungsprojekts wissenschaftlich

begleitet: Das Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik

(ITW) der Universität Stuttgart und die

Ingenieurgesellschaft für wasserwirtschaftliche Planung

und Systemforschung (WASY) mbH Berlin untersuchen

den Einfluss von Grundwasserströmung

auf die Speichereffizienz, insbesondere die Wärmeverluste.

Durch Kombination zweier Simulationsprogramme

TRNSYS (zur Speichersimulation) und

FEFLOW (wasserwirtschaftlich) entwickeln die Projektpartner

ein Modell zur Bestimmung der Wärme-

und Stofftransporte in Erdsondenwärmespeichern

unter Berücksichtigung von Grundwassereinflüssen.

Dieses wird mit den realen Messwerten in Crailsheim

validiert. Ziel ist es, die Auslegung und Berechnung

von Erdsondenwärmespeichern zu verbessern

(Fördersumme BMU: 205.000 Euro).

Die E.ON Hanse Wärme GmbH Hamburg baut einen

solaren 4.500 m 3 großen Betonbehälterspeicher

zu einem Multifunktionsspeicher um, wodurch

die Speichereffizienz erhöht werden soll. E.ON wird

den Speicher betreiben und an das Fernwärmenetz

Hamburg-Ost anschließen. Dort wird er in den Wintermonaten

auch als Pufferspeicher für Abwärme

aus dem benachbarten Müllheizkraftwerk dienen.

Durch eine neuartige Innendämmung werden die

Speicherverluste weiter reduziert. Im Rahmen des

Forschungsprojekts wird zudem das Fernwärmenetz

hydraulisch und regelungstechnisch optimiert, so

dass es die dezentrale Direkteinspeisung von bis zu

25.000 m 2 Solarkollektorfläche mit einer Leistung

von 10.000 MWh Solarenergie pro Jahr ermöglicht.

Das gemeinsam mit der Hamburger Wohnungsbaugesellschaft

SAGA geplante Projekt ist ein Modellbeispiel

zur Solarisierung von Wärmenetzen durch

Solareinspeisung mit Bilanzausgleich (Hamburger

Netznutzungsmodell) (Fördersumme BMU: rund

2,8 Mio. Euro).

Erdsondenspeicher in Crailsheim

53


4. Solare klimatisierung

In Deutschland werden etwa 5 % des Primärenergiebedarfs

für die technische Kälteerzeugung aufgewendet.

Die Standardlösung hierfür sind elektrisch

angetriebene Kompressionskältemaschinen. Sie verbrauchen

jährlich rund 65.000 Gigawattstunden

Strom. Eine interessante Alternative bieten Anlagen

zur solaren Kühlung und Klimatisierung, zumal der

Bedarf an Kühlung in der Regel mit dem Angebot

an Solarstrahlung zusammenfällt. Solare Klimatisierung

ist nicht nur für südliche Länder attraktiv. Systeme,

die Heizung und Kühlung miteinander kombinieren,

können auch in Deutschland den CO 2 -Ausstoß

deutlich verringern. Forschungs- und Demonstrationsbedarf

besteht insbesondere bei solargestützten

Anlagen mittels Absorptions- und Adsorptionstechnik

im kleinen Leistungsbereich und bei der

Rückkühlung.

In einem Demonstrationsvorhaben an der Technikerschule

Butzbach im Wetteraukreis wurde das bereits

bestehende Niedrigenergiegebäude der Schule

um ein solares Kühlsystem ergänzt. Ein 60 m 2

großes Vakuumröhrenkollektorfeld stellt solare Wärme

für den Antrieb von zwei Absorptionskältemaschinen

auf Basis Lithiumbromid / Wasser mit einer

Leistung von je 10 kW bereit. Mit der erzeugten Kälte

werden die Seminarräume gekühlt und die Außenluft

entfeuchtet. Die Prototypen von Kältemaschinen

der Firma SK SonnenKlima werden in einem

mehrjährigen Monitoring vermessen und bewertet.

Volumenröhrenkollektoranlage zur solaren Klimatisierung auf der Technikschule Butzbach.

54

Die Pilotanlage wurde im Dezember 2008 in Betrieb

genommen. Sie dient als Studienobjekt für die auszubildenden

Umweltschutztechniker/innen. Für das

Projekt wurde die Schule vom hessischen Kultusministerium

mit dem Titel „Umweltschule 2008 – Lernen

und Handeln für unsere Zukunft“ ausgezeichnet

(Fördersumme BMU: 316.000 Euro).

Die SK SonnenKlima GmbH hat im Juli 2008 eine

Solaranlage auf einem Ärztehaus in Berlin-Schöneberg

in Betrieb genommen. Mit der Anlage werden

medizinische Geräte in einer radiologischen Praxis

gekühlt und die Praxisräume klimatisiert. Das Kühlsystem

besteht aus einer solarthermischen Anlage,

einer thermisch angetriebenen Kältemaschine und

einer Einheit zur Wärmeabführung. Eine Besonderheit

stellt die Außenaufstellung der Kältemaschine

in einem Container auf dem Dach des Gebäudes dar.

Durch die Bereitstellung solarer Kälte werden die

Betriebskosten gesenkt und CO 2 -Emissionen eingespart

(Fördersumme BMU: rund 160.000 Euro).

Die im Aufbau befindliche Kulturbegegnungsstätte

in der ehemaligen Schulheiss-Brauerei in Dessau

bekommt mit der Erneuerung der Energie- und

Haustechnik ein zukunftsweisendes Wärme- und

Kälteversorgungskonzept. Vorgesehen ist eine CO 2 -

neutrale Kombination aus Solarthermie und Biomasse.

Die ehemaligen Gärkeller sollen als Depots für

Kunstgüter der Kulturstiftung Dessau-Wörlitz sowie

der Stiftung Bauhaus Dessau genutzt werden.

Das stellt besondere Herausforderung an Tempera-


Test eines parabolrinnenkollektors zur Erzeugung solarer prozesswärme im Deutschen Zentrum für Luft- und raumfahrt

tur und Luftfeuchtigkeit. Die Wärmeversorgung des

Gesamtkomplexes wird durch eine solarthermische

Großanlage mit 500 Quadratmeter Kollektorfläche

sowie durch zwei Holzpelletkessel mit je 500 Kilowatt

Leistung sichergestellt. Die solare Klimatisierung

erfolgt über Luftkollektoren und sorptive Kühlung.

Da das Mauerwerk der alten Brauerei teilweise

vierschalig und zusätzlich mit Kork gedämmt ist,

kann die Temperatur weitgehend konstant gehalten

werden. Die Gewölbe des ehemaligen Bierkellers sollen

zum Teil als Pufferspeicher für die regenerativ

erzeugte Wärmeenergie genutzt werden. Das Projekt

wird durch die Technische Universität Ilmenau

wissenschaftlich begleitet (Fördersumme BMU: rund

1,1 Mio. Euro).

5. Solare prozesswärme

Die solarbasierte Wärmeerzeugung für industrielle

Prozesse spielt in Deutschland und anderen Industrieländern

derzeit kaum eine Rolle. Der Bedarf an

Prozesswärme liegt in Deutschland zwischen 600 –

700 Petrajoule pro Jahr. Er wird bislang fast ausschließlich

mit fossilen Energieträgern gedeckt. Allerdings

liegt etwa ein Drittel des Prozesswärmebedarfs

im Temperaturbereich bis 250° C und etwa

10 % im Bereich bis 100° C. In diesen niedrigeren

Temperaturbereichen können hocheffiziente Flachkollektoren,

Vakuumröhrenkollektoren sowie konzentrierende

Systeme wie Parabolrinnen- und Fresnelkollektoren

signifikante Beiträge zur Einsparung

fossiler Brennstoffe leisten.

Die Anwendungsmöglichkeiten für solare Prozesswärme

liegen insbesondere im Bereich der Lebensmittel-

und Getränkeindustrie, der Metall verarbeitenden

und chemischen Industrie, der Landwirtschaft

sowie bei Wasch- und Reinigungsprozessen.

Von besonderer Bedeutung für den effizienten Einsatz

sind Prozessanalysen und Maßnahmen zur

Energieeinsparung und Wärmerückgewinnung.

Die mittelständische Hütt-Brauerei in Kassel-Baunatal

setzt auf ein neues Energiekonzept mit einer

Kombination aus Energieeinsparung und solarer

Prozesswärmeerzeugung. Dazu wird eine Solaranlage

mit 220 Quadratmetern Hochleistungsflachkollektoren

auf dem Brauereidach installiert. Gleichzeitig

wird ein effizienteres Würzekochverfahren

eingeführt, wodurch der Energieverbrauch des Südhauses

(dort fallen 40 – 50 % des gesamten Wärmebedarfes

an) signifikant reduziert wird. Die Solaranlage

hat einen Energieertrag von rund 110 Megawattstunden

pro Jahr. Mit dem neuen Konzept wird

die Brauerei rund 5 % ihres Jahresbedarfs an Prozesswärme

decken und so 25 Tonnen CO 2 /Jahr vermeiden.

Das Projekt wird von der Universität Kassel

wissenschaftlich begleitet. Die Größe und Technik

dieser mittelständischen Brauerei ist beispielgebend

für viele andere ähnliche Brauereien in Deutschland

und lässt daher eine große Multiplikatorwirkung erwarten

(Fördersumme BMU inklusive Messtechnik:

106.000 Euro).

55


An der Universität Kassel wurde ein Begleitforschungsprojekt

gestartet, mit dem neben der wissenschaftlichen

und messtechnischen Begleitung

bereits errichteter Anlagen eine gezielte Potenzialstudie

für Hauptanwendungsbereiche solarer Prozesswärme

im Temperaturbereich bis 250° C erstellt

und ausgewählte Branchenkonzepte erarbeitet werden

sollen. Die Studie baut auf Ergebnissen der IEA-

Arbeitsgruppe Solar Heat for Industrial Processes

auf. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass

für den Einsatz solarer Prozesswärme insbesondere

˘ detaillierte Energiekonzepte zu den Prozessabläufen,

˘ Machbarkeitsabschätzungen für eine sinnvolle

Integration der Solartechnik sowie

˘ standardisierte Planungskonzepte

erforderlich sind

(Fördersumme BMU: rund 250.000 Euro).

6. Qualitätssicherung

Die Prüfung und Qualitätssicherung von Solaranlagen

ist eine wichtige Voraussetzung für die Weiterentwicklung

der Technologie. Gleichzeitig dient sie

der Information der Endkunden und trägt dazu bei,

Solaranlagen weiter im Wärmemarkt zu etablieren.

Das Forschungs- und Testzentrum für Solaranlagen

(TZS) am Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik

der Universität Stuttgart ist das größte Prüfzentrum

für thermische Solaranlagen in Europa.

Nun wird es einen völlig neuartigen dynamischen

Sonnensimulator entwickeln und in Betrieb nehmen.

Damit können Solarkollektoren künftig unabhängig

von Witterungseinflüssen und jahreszeitlichen

Schwankungen des Solarstrahlungsangebots

getestet werden. Der neue dynamische Sonnensimulator

hat eine Fläche von 10 m 2 . Er ist so konzipiert,

dass er eine normkonforme Leistungsprüfung

von Kollektoren wie auch kompletten Solaranlagen

im Innentest ermöglicht. Zu diesem Zweck ist er

mit einer Klimakammer und einer Temperiereinrichtung

ausgestattet. Außerdem besteht die Möglichkeit,

computergesteuert dynamisch wechselnde

Strahlungsprofile vorzugeben. Damit die Wärmestrahlung

der Scheinwerfer die Messergebnisse nicht

verfälscht, wird zwischen Lichtquelle und Kollektor

eine gekühlte Glasscheibe (ein sogenannter „kalter

Himmel“) installiert. Der neue dynamische Simulator

bietet nicht nur die Möglichkeit einer ganzjährigen

und wetterunabhängigen Prüfung, sondern

auch die einer deutlich kürzeren Prüfdauer und

beschleunigter Alterungstests (Fördersumme BMU:

rund 1 Mio. Euro).

56

mechanischer Belastungsteststand zur prüfung von

sonnenkollektoren

Veranstaltungen

Am 24. September 2008 fand die Mitgliederversammlung

der Deutschen Solarthermie Technologie

Plattform (DSTTP) in Frankfurt statt. Die anwesenden

Experten aus Wissenschaft und Industrie

verschafften sich Einblicke in die Arbeit der sieben

Arbeitsgruppen zu Kollektoren, Speicherung, solarer

Kühlung, Prozesswärme, Systemtechnik, Aus-

und Weiterbildung sowie Marktentwicklung. Zudem

stellten die Teilnehmer erste Arbeitsergebnisse für

eine Forschungsvision und -strategie zur Solarwärmeentwicklung

in Deutschland bis 2030 vor. Weitere

Ergebnisse sollen auf der 1. Solarthermie-Technologiekonferenz

am 10./11. Februar 2009 in Berlin

präsentiert und vertieft werden. Die offene DSTTP-

Plattform wird vom BMU im Rahmen des TechnoSol-

Projektes des BSW gefördert (Fördersumme BMU:

310.000 Euro).


SOlARTHeRmISCHe kRAFTWeRke

markt- und Technologieentwicklung

Die Stromerzeugung in solarthermischen Kraftwerken

birgt enorme Potenziale. Schätzungen gehen

davon aus, dass im Jahr 2020 allein in Nordafrika

20 Gigawatt Strom solarthermisch erzeugt werden

können. Weltweit könnten es bis zu 50 Gigawatt

sein. Wie sich der Markt entwickelt, hängt entscheidend

von den Rahmenbedingungen ab. Hier spielt

der Ölpreis ebenso eine Rolle wie die Einführung

wirksamer Fördermechanismen in den relevanten

Regionen. In Spanien beispielsweise schaffen Fördermechanismen

nach dem Vorbild des Erneuerbare-

Energien-Gesetzes (EEG) derzeit günstige Voraussetzungen

für einen beschleunigten Ausbau solarthermischer

Kraftwerke.

Auch wenn die Kosten weiter sinken werden, geht

die Industrie derzeit von einer etwas langsameren

Entwicklung aus als noch vor zwei Jahren. Die

European Solar Thermal Electricity Association

(ESTELA), ein Zusammenschluss europäischer Industrie-

und Energieversorgungsunternehmen, rechnet

2020 mit einem Preis von 14 – 19 Cent pro Kilowattstunde

für solarthermischen Strom. Die Kosten hängen

stark von der Höhe der Einstrahlung am Kraftwerksstandort

und von der allgemeinen Ausbaugeschwindigkeit

der Kraftwerkskapazitäten bis 2020

ab. Die Investitionskosten für die Realisierung von

20 GW an Kraftwerksleistung werden mit insgesamt

81 Mrd. Euro angegeben. ESTELA schätzt, dass

235.000 neue Arbeitsplätze in Europa und Nordafrika

bis zum Jahr 2020 entstehen könnten, davon ungefähr

40.000 in der europäischen Produktion.

Die effiziente Nutzung des direkten Solarstrahlungsanteils

zur Stromerzeugung geschieht bei solarthermischen

Kraftwerken in großtechnischem Maßstab.

Dazu wird die Strahlung mit Hilfe von speziellen

Spiegeln, die der Sonne nachgeführt werden, konzentriert.

In Abhängigkeit von der Spiegelform unterscheidet

man Parabolrinnen-, Fresnel- oder Turm-

Kraftwerke und Paraboloid-Anlagen (Dish Stirling).

Je nach Kraftwerkstyp und -auslegung kann sich

das Spiegelfeld über mehrere Quadratkilometer erstrecken.

Die Spiegel lenken die einfallenden Strahlen

auf einen Absorber. Dort erzeugen sie sehr hohe

Temperaturen, im Falle eines Parabolrinnenkraftwerks

gewöhnlich bis 400° C. Die Hochtemperaturwärme

erzeugt Wasserdampf, der wiederum wie in

konventionellen Kraftwerken eine Turbine antreibt.

In Turmkraftwerken werden durch die Fokussierung

der Strahlen auf einen zentralen Absorber sogar

Temperaturen von 1.000° C erreicht, womit sich die

Solarwärme dann bei höheren Wirkungsgraden direkt

in einer Gasturbine zur Stromerzeugung nutzen

lässt. Typische derzeit gebaute Anlagen haben

eine Leistung von 50 Megawatt elektrischer Leistung

(MW el ). Zusammengelegt können sie mehrere

hundert MW el erreichen.

Solarthermische Kraftwerke können flexibel betrieben

werden. So kann ein Solarfeld mit einem konventionellen,

fossil gefeuerten Kraftwerk gekoppelt

werden. Auch der Einsatz von solarthermischen

Kraftwerken zur Erzeugung von Wärme, Kälte und

Trinkwasser ist möglich. Letzteres ist gerade in

wasserarmen Klimazonen sehr gefragt. Eine besondere

Eigenschaft solarthermischer Kraftwerke ist,

dass die solare Wärme gespeichert werden kann. So

kann auch nach Sonnenuntergang oder bei Wolkendurchzug

Solarstrom geliefert werden.

Bereits heute bieten solarthermische Kraftwerke in

sonnenreichen Regionen die kostengünstigste Möglichkeit,

Strom aus Sonnenenergie zu gewinnen.

Weltweit werden daher immer mehr Projekte geplant.

Viele befinden sich bereits in der Umsetzung.

Einweihung des FrEsDEmO-projekts auf der plataforma solar de

Almería (psA)

57


Deutsche Hersteller sind als wichtige Zulieferer von

Komponenten wie parabolisch gekrümmten Spiegeln

(Flabeg GmbH), Absorberrohren (Schott Solarthermie

GmbH) und Dampfturbinen (Siemens AG

und MAN Turbo AG) an den weltweiten Kraftwerksprojekten

beteiligt. Viele der Komponenten wurden

innerhalb von BMU-Verbundprojekten entwickelt,

an denen auch das Deutsche Zentrum für Luft- und

Raumfahrt (DLR) sowie diverse Fraunhofer-Institute

beteiligt waren.

˘ Die spanischen Parabolrinnenkraftwerke werden

sämtlich mit dem EuroTrough-Kollektor oder dessen

Weiterentwicklung ausgestattet. Der Euro-

Trough wurde von einem europäischen Konsortium

entwickelt, dem die Flabeg GmbH, das Ingenieurbüro

Schlaich Bergermann und Partner (SBP)

und das DLR angehören.

˘ Beim Kraftwerk Andasol III tritt die MAN Solar

Millennium GmbH als Generalunternehmer auf.

Das Kraftwerk soll wie seine Schwestern rein solar

betrieben werden und über einen Flüssigsalzspeicher

mit einer Kapazität von ca. 7,5 Stunden

verfügen. Der eingesetzte sogenannte SKAL-ET-

Kollektor ist die Weiterentwicklung des Euro-

Trough und liefert im Vergleich zu diesem eine

bis zu 10 % höhere Leistung. Er wurde von einem

deutschen Konsortium bestehend aus DLR, Flabeg

GmbH, Solar Millennium AG und SBP realisiert.

˘ In den nordafrikanischen Ländern Ägypten, Algerien

und Marokko werden derzeit hauptsächlich

Hybridkraftwerke (ISCCS) gebaut, die durch die

Kopplung von Solarenergie und fossilen Brennstoffen

rund um die Uhr betrieben werden können.

Auch hier kommt der EuroTrough-Kollektor

zum Einsatz.

Aktuelle kraftwerksprojekte mit beteiligung deutscher Unternehmen

projekt Standort Technologie leistung betriebsbeginn

Andasol I Spanien parabolrinne 50 mW 2009

Andasol II Spanien parabolrinne 50 mW 2009

extresol Spanien parabolrinne 50 mW 2009

Ibersol Spanien parabolrinne 50 mW 2009

Solnova 1 Spanien parabolrinne 50 mW 2009

kuraymat Ägypten parabolrinne 20 mW 2010

Hassi R’mel Algerien parabolrinne 20 mW 2010

Ain ben mathar marokko parabolrinne 20 mW 2010

Andasol III Spanien parabolrinne 50 mW 2011

58

parabolrinnenkraftwerk in Andasol, spanien

Darüber hinaus laufen verschiedene Machbarkeitsstudien

für mögliche Kraftwerksstandorte in China

und Abu Dhabi. Die Solar Millennium AG plant ein

50 MW-Kraftwerk in der Inneren Mongolei, das den

Auftakt für die Installation von insgesamt 1.000 MW

bis zum Jahr 2020 darstellen soll. In der Nähe von

Abu Dhabi soll im Rahmen der Masdar-Initiative die

erste CO 2 -freie Stadt entstehen. Eine interessante

Möglichkeit ist dabei die Erzeugung von Strom und

Kälte durch solar-hybride Gasturbinensysteme der

Turmtechnologie mit Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung.

Hierfür erarbeitet das DLR in Zusammenarbeit mit

dem Masdar Research Network derzeit eine Machbarkeitsstudie

für ein 5 MW-Demonstrationskraftwerk.


Eine konzertierte Aktivität der EU sowie der Mittelmeeranrainer

zur Förderung erneuerbarer Energien

ist der Mediterranean Solar Plan (Solarplan) im

Rahmen der Union für das Mittelmeer. Ein Schwerpunkt

ist der Ausbau solarthermischer Kraftwerke.

In diesem Zusammenhang geht es auch um die erforderlichen

Voraussetzungen für den Import von Solarstrom

aus den sonnenreichen Ländern des Südens.

Eine ausführlichere Darstellung findet sich im Kapitel

Internationale Zusammenarbeit und Querschnittsforschung.

Ziele, Schwerpunkte und Umfang der

Forschungsförderung

Die Weiterentwicklung von Technologien zur solarthermischen

Stromerzeugung hat mittelfristig

das Ziel, solarthermische Kraftwerke an geeigneten

Standorten konkurrenzfähig mit konventionellen

Kraftwerken zu machen. Dann können sie einen

wichtigen Beitrag zum globalen Klimaschutz leisten.

Derzeit sind deutsche Unternehmen auf dem Weltmarkt

führend bei Entwicklung, Herstellung und

Export von Einzelkomponenten und Kraftwerkskonzepten.

Die Forschungsförderung des Bundesumweltministeriums

trägt dazu bei, dass Unternehmen und

Institute in Deutschland diese Technologieführerschaft

weiter ausbauen können.

Am 7. Juli 2008 lud das BMU Experten aus Forschung

und Industrie zum Strategiegespräch mit Staatssekretär

Matthias Machnig nach Berlin ein. Themen

waren die strategische Ausrichtung der Forschungsförderung

vor dem Hintergrund der Marktentwicklung.

Die Schwerpunkte für die nächsten Jahre finden

ihren Niederschlag in der Förderbekanntmachung

vom 20.11.2008. Diese sind:

˘ Parabolrinnenkraftwerke und Fresnelspiegelanlagen:

Kostensenkung und Qualitätssicherung, Entwicklung

und Erprobung alternativer Wärmeträgermedien

für hohe Betriebstemperaturen, z. B.

Direktverdampfung,

˘ Turmkraftwerke: Steigerung der Wirkungsgrade

und Verringerung der Stromgestehungskosten,

˘ Mess- und Qualifizierungsmethoden,

˘ Speichertechnologien,

˘ Anpassung von konventionellen Kraftwerkskomponenten

an die Betriebsweise solarthermischer

Kraftwerke.

2008 wurden 15 Projekte mit einem Gesamtvolumen

von über 8 Mio. Euro bewilligt. Gleichzeitig flossen

rund 7 Mio. Euro in laufende Projekte.

projekte

1. parabolrinnenkraftwerke

Parabolrinnenkraftwerke sind die am weitesten entwickelte

Variante solarthermischer Kraftwerke. Parabolspiegel,

die einachsig der Sonne nachgeführt

werden, konzentrieren die Solarstrahlung auf ein

Receiverrohr, das sich in der Brennlinie befindet. Im

Receiver zirkuliert ein Wärmeträgermedium (Thermoöl

oder Wasser), das die entstehende Wärme abführt.

Mit der Wärme wird Dampf erzeugt, der eine

Turbine antreibt. Die vom BMU geförderten Projekte

decken das gesamte Spektrum der Wertschöpfungskette

bei der Parabolrinnentechnologie ab: Von der

Neuentwicklung von Kollektoren über Innovationen

zur Steigerung des Wirkungsgrades, wie die Direktverdampfung

im Absorberrohr, bis hin zur Entwicklung

von Turbinen speziell für den Einsatz in Parabolrinnenkraftwerken.

Die Flagsol GmbH aus Köln, ein Tochterunternehmen

der Solar Millennium AG, und die SBP GmbH

haben einen neuen Typus von Parabolrinnenkollektoren

entwickelt. Die Tragstruktur des Kollektors

und der Stützen (Pylone) wurde vereinfacht und die

Anzahl der Komponenten reduziert. Mit einer Länge

von knapp 20 Metern und eine Breite von rund

6,8 Metern sind die Kollektorelemente deutlich größer

als ihre Vorgänger (Länge 12 m, Breite 5.8 m).

Versuchsmuster des neuen parabolrinnenkollektors –

entwickelt von der Flagsol GmbH zusammen mit sBp GmbH

59


Dadurch werden die Anzahl der erforderlichen Kollektorstützen

und Antriebseinheiten sowie der Aufwand

für die Verkabelung und Verrohrung des Solarfelds

reduziert. Der optische Wirkungsgrad konnte

gesteigert werden, indem insbesondere die Lücken

zwischen den Spiegeln verkleinert wurden.

Bei den beiden Versuchsmustern wurde erstmals

die spannungsfreie Befestigung der Spiegel an der

Stahlstruktur mit einem innovativen, toleranzausgleichenden

Fügesystem realisiert, welches im Rahmen

der vom BMU geförderten „Anda“-Projekte entwickelt

wurde. Dieses Verfahren wurde mittlerweile

zum Patent angemeldet. Durch diese Innovationen

können die Investitionskosten der Solarkollektoren

künftig um 15 – 20 % gesenkt werden. Der neue

Kollektor ist insgesamt größer, effizienter und kostengünstiger

im Aufbau als sein Vorgänger. 2009

soll der Kollektor in Kalifornien in ein kommerzielles

Parabolrinnenkraftwerk eingebaut und unter

realen Bedingungen demonstriert werden (Fördersumme

BMU: 821.000 Euro).

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt

(DLR) hat das Forschungsprojekt DIVA zur Optimierung

der solaren Direktverdampfung abgeschlossen.

Bei der Direktverdampfung wird Wasser statt Thermoöl

als Wärmeträgermedium verwendet und ohne

Zwischenkreislauf zur Stromerzeugung genutzt.

Das Ergebnis zeigt, dass Parabolrinnenkraftwerke

mit solarer Direktverdampfung 8 – 11 % geringere

60

Stromgestehungskosten aufweisen als solche, bei denen

Thermoöl verwendet wird. Da mit der Direktverdampfung

wesentlich höhere Temperaturen erzielt

werden, steigen der thermodynamische Wirkungsgrad

und die Stromausbeute. Zudem kann der

Öl-Dampf-Wärmetauscher entfallen. Im Rahmen des

Projekts hat die SCHOTT Solarthermie GmbH in Kooperation

mit dem Fraunhofer ISE in Freiburg auch

neue Vakuum-Absorberrohre mit einer speziellen

Beschichtung entwickelt, die bei Temperaturen

bis zu 500° C die gewünschte Langzeitstabilität gewährleisten

und gleichzeitig geringere thermische

Verluste aufweisen. Mit den Unternehmen Flagsol

GmbH und Siemens wurden Kostensenkungspotenziale

und optimale Betriebsparameter bestimmt.

Die Ergebnisse des Vorhabens tragen dazu bei, die

Stromgestehungskosten für solarthermische Kraftwerke

weiter zu reduzieren (Fördersumme BMU:

921.000 Euro).

Die MAN Turbo AG, das DLR und die FH Flensburg

haben 2008 das gemeinsame Forschungsvorhaben

TURSOL „Dampf-Turbinen für Solarkraftwerke“ gestartet.

Im Rahmen dieses Vorhabens werden erstmals

Dampf-Turbinen speziell für Solar-Kraftwerke

entwickelt. Die Dampfturbine ist eine zentrale Komponente

von Kondensationskraftwerken. In Solarkraftwerken

müssen die Turbinen aufgrund der variablen

Solarstrahlung einen großen Betriebsbereich

abdecken. Somit sind vor allem hohe Teillast-Wir-

Blick auf die Flachspiegel einer Anlage des FrEsDEmO-projekts zum Test von Fresnelkollektoren auf der plataforma

solar de Almería (psA)


kungsgrade von Bedeutung. Die Entwicklung von

Solar-Dampfturbinen unter Einbeziehung und Optimierung

des gesamten Wasser-Dampf-Kreislaufes

stellt einen ganzheitlichen, systemorientierten Ansatz

dar, der die technologische Entwicklung massiv

voranbringen soll. Durch den Einsatz von speziell

für Solarkraftwerke entwickelten Dampfturbinen

sollen zukünftig Anlagen mit einem wesentlich

geringeren Investitionsaufwand gebaut und durch

eine modulare Bauweise mit niedrigeren Betriebs-

und Wartungskosten betrieben werden können

(Fördersumme BMU: 1,9 Mio. Euro).

Im Rahmen des Projekts OPTISIM (Entwicklung

eines Simulationsprogramms zur technisch-wirtschaftlichen

Systemoptimierung von solarthermischen

Kraftwerken) des Fraunhofer-Instituts für

solare Energiesysteme (ISE) werden ein Kraftwerksmodell

und eine Simulationssoftware entwickelt,

mit deren Hilfe Energieertrag, Stromgestehungskosten,

Cash-Flow und Kapitalwert der Anlagenkonfiguration

standortspezifisch errechnet werden können.

Damit soll das Optimierungspotenzial bei der

Auslegung solarthermischer Kraftwerke verbessert

werden, da alle technischen und wirtschaftlichen

Einflussfaktoren adäquat berücksichtigt werden.

Schon heute ist es damit möglich, Energieerträge

kommerzieller solarthermischer Kraftwerke mit Rinnen-

oder Fresnel-Kollektoren zu prognostizieren

oder Auslegungsrechnungen für solarthermische

Kraftwerkskonfigurationen durchzuführen. Im

nächsten Schritt ist die Kollektor- und Speichersimulation

so an die Prozess-Simulation anzubinden, dass

das komplette Kraftwerk ohne den zeitlich aufwändigen

Einsatz eines Programmierers optimiert wird

(Fördersumme BMU: 336.000 Euro).

2. Fresnelkraftwerke

Fresnel-Kollektoren sind eine Sonderform der Parabolrinne.

Bei dieser Technologie wird die Sonnenstrahlung

über einzeln nachgeführte parallele Spiegelreihen

auf ein feststehendes Absorberrohr gelenkt.

So kann wie beim Parabolrinnenkollektor ein

Wärmeträger die Wärme im Absorberrohr aufnehmen

und zur Stromerzeugung nutzen. Im Gegensatz

zu Parabolrinnen-Kollektoren sind die Spiegel kaum

gekrümmt und dadurch billiger in der Herstellung.

Auch muss der Absorber nicht mit der gesamten

Kollektorkonstruktion der Sonne nachgeführt werden,

was eine vereinfachte Verbindung der Rohrleitungen

erlaubt. Oberhalb des Absorberrohrs kann

außerdem ein stark gewölbter Sekundärspiegel angebracht

werden. Dieser lenkt die Sonnenstrahlen,

die den Absorber nicht direkt treffen, in einem zweiten

Reflexionsschritt auf das Rohr.

Dampfturbine der mAN Turbo AG für den Einsatz in solarthermischen

Kraftwerken

Das Fraunhofer ISE, die Freiburger PSE AG und das

DLR haben ein Projekt zur Optimierung von linearen

Fresnel-Kollektoren abgeschlossen. In dem Projekt

wurden die wichtigsten Komponenten eines

linearen Fresnel-Kollektors für die Anwendung bei

Temperaturen bis 450° C experimentell bewertet

und weiterentwickelt. Auf dieser Basis wurden die

Absorber und Sekundärspiegel für den Fresnel-Demonstrations-Kollektor

auf der deutsch-spanischen

Forschungsplattform „Plataforma Solar de Almería“

hergestellt. Systemtechnische Untersuchungen belegen,

dass ein Fresnelkollektor einen geringeren

jährlichen Ertrag pro Spiegelfläche liefert als ein Parabolrinnenkollektor.

Um im Fresnel-Kraftwerk die

gleichen Stromgestehungskosten wie im Parabolrinnensystem

zu erzielen, muss das Fresnelsystem

bei gleicher Spiegelfläche daher deutlich geringere

Investitions- und Wartungskosten aufweisen. Beim

heutigen Stand der Technik und den aktuellen

Kostenstrukturen werden gleiche Stromerzeugungskosten

erreicht, wenn der Fresnelkollektor maximal

50 % der spezifischen Investitionskosten eines Parabolrinnenkollektors

aufweist (Fördersumme BMU:

382.000 Euro).

3. Turmkraftwerke

In solarthermischen Turmkraftwerken wird die Solarstrahlung

mit Hilfe von zweiachsig der Sonne

nachgeführter Flachspiegel (Heliostaten) gebündelt

und auf einen Receiver gelenkt, der sich auf einem

Turm befindet. Mit den dort entstehenden sehr hohen

Temperaturen wird Dampf für einen konventionellen

Dampfprozess oder Heißgas zur Einspeisung in eine

Gasturbine erzeugt und in Strom umgewandelt.

61


Solarturm Jülich geht ans Netz

In Jülich wurde 2008 das erste deutsche „Solarthermische

Demonstrations- und Versuchskraftwerk“

fertig gestellt. Über 2.000 Spiegel (Heliostate) reihen

sich auf einer Fläche von 12 Fußballfeldern aneinander.

Jeder Spiegel hat eine Oberfläche von rund

acht Quadratmetern und wird zweiachsig der Sonne

nachgeführt. Das Spiegelfeld bündelt die einfallende

Sonnenstrahlung in 500- bis 1.000-facher Konzentration

auf eine 22 Quadratmeter große Empfängerfläche

an der Spitze eines 60 Meter hohen Stahlbetonturms.

Hier nimmt der aus einer speziellen Keramik

bestehende „offene volumetrische Receiver“

die Sonnenenergie auf und erhitzt einen durchgeleiteten

Luftstrom auf etwa 680° C. Die Heißluft wird

dann – wie der heiße Abgasstrom einer konventionellen

Feuerung – zur Erzeugung von Wasserdampf

in einem Kessel verwendet. Der trockene heiße Wasserdampf

treibt eine Turbine an und schließlich

wandelt ein Generator die Rotationsenergie der Turbine

in elektrischen Strom (Nennleistung 1,5 MW)

um, der in das öffentliche Netz eingespeist wird.

Ein Hochtemperaturspeicher ermöglicht den Kraftwerksbetrieb

für eine Volllaststunde auch ohne Sonneneinstrahlung.

So können Wolkendurchzüge ausgeglichen

und Anfahrvorgänge optimiert werden.

Die Entwicklung des Projekts begann Ende 2003.

Die Projektgruppe besteht aus der Stadtwerke Jülich

GmbH (SWJ) als Zuwendungsempfänger, Bauherr

und Betreiber, der Kraftanlagen München GmbH

(KAM) als Generalunternehmer sowie dem Deutschen

Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)

und dem Solar-Institut der FH Aachen (SIJ) als Forschungspartner.

Im August 2007 erfolgte der erste

Spatenstich. Die eigentliche Bauzeit betrug 11 Monate.

Mitte Juni 2008 wurde die endgültige Höhe

des Solarturms erreicht. Bis zum Jahresende 2008

wurde der Bau fertig gestellt. Parallel zu den Rohbauarbeiten

begann KAM im Frühjahr 2008 mit der

Montage der Anlagentechnik. In einer auf der Baustelle

errichteten Vorfertigungshalle wurden Rohrleitungsteile,

Armaturen und Tragkonstruktionen

zusammengefügt und mit den großen Komponenten

wie Dampfkessel, Turbine, Generator und Wärmespeicher

im Turm montiert. Die Inbetriebnahme

der einzelnen Anlagenteile begann im Oktober

2008. Stück für Stück wurden zunächst Druckluftstation,

Wasseraufbereitungsanlage, Rückkühlanlage

und die elektrischen Anlagen innerhalb des Turms

sowie die einzeln angesteuerten Heliostate im Feld

davor zum Leben erweckt. Im November 2008 dann

begannen die Warminbetriebnahmen der Kesselanlage

und der Turbinen-Generator-Einheit. Zum Jahresende

folgte die Endmontage des Receivers.

62

Im Januar 2009 beginnt ein sechsmonatiger Testbetrieb.

Mitte 2009 soll der Regelbetrieb aufgenommen

werden. Die Evaluationsphase endet zum Jahreswechsel

2010/11.

Während der Planung und des Baus des Jülicher Solarturms

wurden wichtige Erkenntnisse gewonnen.

Sie bilden eine solide Basis für eine kontinuierliche

Weiterentwicklung von nachhaltigen Energietechnologien

„Made in Germany“ und tragen dazu bei,

die Marktführerschaft deutscher Forschungseinrichtungen

und Unternehmen im stark wachsenden Exportmarkt

auszubauen. Die Projektpartner des Solarturms

arbeiten bereits an der Verbesserung von

Einzelkomponenten und der Effizienz des Gesamtsystems.

Das Vorhaben wurde mit insgesamt 11,6 Mio. Euro

von den Wirtschaftsministerien Nordrhein-Westfalens

und Bayerns sowie dem BMU gefördert. Die Fördersumme

des BMU beträgt 4,1 Mio. Euro.


Ausgaben in mio. €

25

20

15

10

5

0

1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992

1994 1996

solarthermische Kraftwerke Zip (Zukunftsinvestitionsprogramm)

Jährliche Forschungsausgaben im bereich solarthermische kraftwerke zwischen 1974 und 2008

Solarturmsysteme mit Luft als Wärmeträger haben

mittelfristig sehr gute Aussichten, hohe Temperaturen

und damit hohe Verstromungswirkungsgrade

zu erreichen. Luftgekühlte Receiver bringen außerdem

aufgrund vergleichsweise einfacher Betriebsbedingungen

besonders günstige Voraussetzungen

für eine Markteinführung mit (s. Versuchskraftwerk

Jülich). Ein erhebliches Weiterentwicklungspotenzial

steckt in der Nutzung druckbeaufschlagter Receiver.

Diese eröffnen eine Vielzahl neuer Kraftwerksanwendungen

und ermöglichen langfristig weiter

erhöhte Wandlungswirkungsgrade. Ziel des Vorha-

mio. €

10

8

6

4

2

0

2004

entwicklung des Neubewilligungsvolumens (solarthermische kraftwerke)

1998 2000 2002

2005 2006 2007 2008

2004 2006 2008

parabol Fresnel Turm Dish sonstiges

Quelle: bmU

bens HOTSPOT ist es, Entwurfskonzepte für großmaßstäbliche

Hochtemperaturspeicher zur Nutzung

in Solarturmkraftwerken mit offenen und geschlossenen

luftgekühlten Receivern zu erarbeiten und

zu untersuchen. Die technologische Grundlage bilden

Feststoffspeicher auf der Basis von Formsteinen

und Schüttungen. Die Projektpartner DLR und KBA

Metalprint arbeiten daran, Effizienz, Zuverlässigkeit

und Investitionskosten dieses Speichertyps für den

Drucklosbetrieb zu verbessern. Damit legen sie die

Grundlagen für ein Demonstrationsprojekt (Fördersumme

BMU: rund 1,9 Mio. Euro).

Quelle: bmU

63


Die meteorologische messstation erfasst die solare Einstrahlung als Basis der Ertragsprognose solarthermischer Kraftwerke

4. Studien

Die Flagsol GmbH führt in Zusammenarbeit mit der

Muttergesellschaft Solar Millennium AG (SM AG) sowie

der Schlaich Bergermann und Partner GmbH

eine Studie zum Einsatz von Parabolrinnenkraftwerken

in der Inneren Mongolei durch. Die Wissenschaftler

untersuchen regionalspezifische Gegebenheiten

wie lange Frostperioden, Sandstürme, Erdbeben

sowie den Einsatz von Biobrennstoff und Kohle

und entwickeln daraus entsprechende Lösungen wie

z.B. Trockenkühlung. Dazu entwickelt Flagsol erweiterte

Performancemodelle. An potenziellen Standorten

werden Meteostationen aufgestellt, um die Einstrahlungsbedingungen

zu ermitteln. Die erfassten

Daten werden mit Satellitendaten abgeglichen. Dadurch

können die Ergebnisse räumlich und zeitlich

extrapoliert werden. In China werden die Aktivitäten

durch die Joint Venture Gesellschaft von SM

AG und der Inner Mongolia STP Development Company

Ltd (IMSTP) unterstützt (Fördersumme BMU:

rund 265.000 Euro).

64

In einem Verbundprojekt unter der Leitung der

EPURON GmbH werden die Prozesse zur Ertragsprognose

für solarthermische Kraftwerke standardisiert.

Durch höhere Verlässlichkeit der Prognosen

soll die Finanzierung dieser Großanlagen erleichtert

werden. Die zu standardisierenden Abläufe erleichtern

die Projektierung und sorgen so für eine Beschleunigung

des Zubaus an solarthermischen

Kraftwerken. Das DLR und die Universität Oldenburg

stellen dazu aus Satellitendaten bestimmte

Zeitreihen der Solarstrahlung bereit. Mit Hilfe dieser

Daten soll die Dauer aufwändiger meteorologischer

Messungen an den Standorten verkürzt werden.

Dazu entwickelt die Hochschule Magdeburg Verfahren

zur Fusion der meteorologischen Messungen

mit den Satellitendaten. Durch ein dynamisches

Simulationsmodel des DLR wird das Ertragsmodell

von EPURON referenziert. Die im Projekt definierten

Prozesse werden schließlich vom TÜV Rheinland

zertifiziert, um einen hohen Qualitätsstand nachzuweisen

und zu sichern (Fördersumme BMU: rund

550.000 Euro).


OpTImIeRUNG DeR eNeRGIeVeRSORGUNGSSYSTeme

markt- und Technologieentwicklung

Das deutsche Stromnetz steht vor enormen Herausforderungen.

Insbesondere aufgrund der Liberalisierung

der Stromversorgung, der zunehmenden

grenzüberschreitenden Stromlieferungen und der

wachsenden Bedeutung der fluktuierenden Einspeisung

aus erneuerbaren Energien sind eine Modernisierung

und ein Ausbau des Stromversorgungssystems

unabdingbar. Da das bestehende Stromsystem

aufgrund der Altersstruktur der Netze und

des Kraftwerksparks in den kommenden Jahren umfassend

modernisiert werden muss, also ein neuer

Investitionszyklus ansteht, bietet sich eine gute

Gelegenheit für eine Umstrukturierung zu einem

flexiblen, effizienten Energiesystem mit einem hohen

Anteil erneuerbarer Energien.

Der notwendige Netzausbau ist in der Regel ein

langwieriger und kostenintensiver Prozess. Deshalb

müssen Möglichkeiten gefunden werden, die

die Zeit bis zu einem Netzausbau überbrücken oder

einen solchen sogar teilweise überflüssig machen.

Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem Erzeuger

und Verbraucher regional mit Hilfe von Informations-

und Kommunikationstechnologien (IKT)

vernetzt werden. Das schafft Voraussetzungen für

virtuelle Kraftwerke und ermöglicht es, neue Potenziale

für Lastmanagement zu erschließen. Die Netze

können insgesamt zu einem „smart grid“ weiterentwickelt

werden.

Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien wachsen

auch deren Aufgaben: Neben der Stromproduktion

müssen erneuerbare Energien auch Systemdienstleistungen

erbringen. Dazu gehören beispielsweise

die Frequenzhaltung und die Bereitstellung von

Blindleistung.

Ziele, Schwerpunkte und Umfang

der Forschungsförderung

Die Forschungsförderung des Bundesumweltministeriums

(BMU) zielt darauf ab, ein innovatives, zukunftsfähiges

Energiesystem mit einem hohen Anteil

erneuerbarer Energien zu schaffen. Dabei soll

das Gesamtsystem optimiert werden, wobei von der

Stromerzeugung über den Transport der Elektrizität

bis hin zum Verbraucher alle Bereiche zu beachten

sind.

Das Bundesumweltministerium hat die Optimierung der Energieversorgungssysteme zu einem neuen Förderschwerpunkt erklärt

65


Der Windpark Druiberg ist Teil des projekts regenerative

modellregion Harz.

Schwerpunkte der Förderung sind beispielsweise

verbesserte Prognosen für Wind und Photovoltaik,

virtuelle Kraftwerke, Lastmanagement, die verstärkte

Integration und Weiterentwicklung von Speichertechnologien

zur Integration fluktuierender erneuerbarer

Energien, Systemdienstleistungen durch

erneuerbare Energien und innovative Stromübertragungstechnologien.

Das BMU hat 2008 die „Optimierung der Energieversorgungssysteme“

zu einem eigenständigen neuen

Förderschwerpunkt erklärt und 28 neue Projekte mit

einem Gesamtvolumen von rund 30 Mio. Euro bewilligt.

In diese Vorhaben flossen 2008 bereits etwa

820.000 Euro. Auch in den Vorjahren hat das BMU

Projekte zur Optimierung der Energieversorgungssysteme

gefördert. Diese Projekte wurden jedoch

bislang nicht gesondert erfasst, sondern der Windenergie

oder der Photovoltaik zugeordnet. Sie sind

daher in den vergangenen Jahren in den Übersichtstabellen

und -grafiken in den Bereichen Wind und

PV enthalten. Erst ab dem Jahr 2008 werden Zahlen

für die Optimierung der Energieversorgungssysteme

gesondert ausgewiesen.

projekte

1. Systemintegration von Windstrom

Bei der Integration von Windstrom ist die Prognose

der Einspeisung ein wichtiger Kostenfaktor, da

durch sie die benötigte Ausgleichsenergie bestimmt

66

wird. In dem Projekt der Energy & Meteo Systems

„Kombination europäischer Wettervorhersagen zur

Reduktion des Vorhersagefehlers von Windstromertragsprognosen“

konnte der Prognosefehler um

20 % reduziert werden. Im Folgevorhaben „Wetterlagenabhängige

Unsicherheit regional hochaufgelöster

On- und Offshore Windleistungsvorhersagen“

wird eine wichtige zusätzliche Information, nämlich

die Vorhersageunsicherheit für extreme Wetterlagen,

untersucht. Ziel dieser Erweiterung ist es, ein

operationelles Verfahren zu entwickeln, das die Unsicherheit

in Abhängigkeit von der Wetterlage angibt

(Fördersumme BMU: 133.000 Euro).

Im Forschungsprojekt „Netzintegration von Offshore

Windparks“ werden Strategien, Verfahren

und Werkzeuge für die Integration großer in der

Nord- und Ostsee erzeugter Strommengen der Offshore-Windenergie

entwickelt und demonstriert.

Die Forschung wird am ersten deutschen Offshore-

Windpark „alpha ventus“ stattfinden, dessen Bau

und Betrieb von der Forschungsinitiative RAVE (Research

at alpha ventus) des Bundesumweltministeriums

begleitet wird (siehe Kapitel Windenergie).

In dem Forschungsprojekt werden Prognosen für

die Windleistung in Offshore-Windparks und Verfahren

für einen optimierten Betrieb von Offshore-

Windparks entwickelt. Um Windparks ähnlich wie

ein konventionelles Kraftwerk steuerbar zu machen,

wird das „Windpark Cluster Management System“

(WCMS) des ISET für Offshore-Windparks weiterentwickelt.

Das Projekt baut auf den Erfahrungen mit

dem WCMS an Land auf, welches im Rahmen eines

vorangegangenen BMU-Projektes entwickelt wurde

und in einem ersten Feldtest bereits seine Fähigkeiten

bewiesen hat (Fördersumme BMU: rund

1,4 Mio. Euro)

2. Systemintegration von

photovoltaikstrom

Die Firmen Conergy AG und Saft Batterien GmbH

entwickeln netzgekoppelte Photovoltaik-Systeme mit

lithium-Ionenbasierten Speichern zur Verbesserung

der Integration von erneuerbaren Energien ins öffentliche

Stromnetz. Durch Nutzung der Speicher

wird die Einspeisung von PV-Strom durch ein lokales

Energiemanagement optimiert. Außerdem sollen

eine zuverlässige (Eigen-)Stromversorgung bei Netzausfall

und eine gesteuerte Bereitstellung von Spitzenlast

im Bedarfsfall realisiert werden. Das Projekt

wird vom BMU mit rund 2,6 Mio. Euro gefördert. In

Frankreich fördert das Ministerium für Industrie ein

paralleles Vorhaben, wobei beide Vorhaben in enger

Abstimmung miteinander durchgeführt werden.


Im Rahmen des Projekts PV-EMS (Photovoltaische

Energiemanagement Station) der SMA Solar Technology

AG soll eine neue modulare Systemtechnik

für PV-Anlagen in der Größenordnung ab 10 Kilowatt

bis in den Megawatt-Bereich entwickelt werden.

Diese neue Systemtechnik soll zum einen durch

eine optimierte Fertigung die Kosten senken. Ziel

ist es, die Systemtechnikkosten großer Anlagen bis

zum Jahr 2015 zu halbieren. Zum anderen soll sie

eine einfache Einbindung in vorhandene Verteilnetze

gewährleisten und zusätzlich zur reinen Wirkleistungsabgabe

auch weitere Netzdienstleistungen

ermöglichen. Die bisher „passiven“ netzgekoppelten

PV-Wechselrichter werden also stärker den Charakter

„aktiver Netzregelgeräte“ annehmen (Fördersumme

BMU: rund 2 Mio. Euro).

3. Optimierung des Gesamtsystems

Im Forschungsprojekt „Optimierungsstrategien aktiver

Netzbetreiber beim weiteren Ausbau erneuerbarer

Energien zur Stromerzeugung – OPTAN“ hat

das Institut für Zukunftsenergiesysteme (IZES),

mit mehreren Partnern die technischen Anforderungen

einer künftigen Systemoptimierung in ihrer

Wechselwirkung zum regulatorisch-institutionellen

Rahmen der Elektrizitätswirtschaft und zur Anreiz-

struktur der Stromnetzbetreiber analysiert. Zudem

wurden Vorschläge zur Weiterentwicklung der Rahmenbedingungen

erarbeitet. Projektpartner waren

das IZES, das Öko-Institut, das Büro für Energiewirtschaft

und technische Planung GmbH (BET), das

iSuSI – Institute for Sustainable Solutions and Innovations

sowie Dornbach & Partner (Fördersumme

BMU: rund 400.000 Euro).

Für eine optimierte Netzanbindung von erneuerbaren

Stromerzeugungsanlagen ist die Kenntnis

über die Netzimpedanz an der Anschlussstelle wichtig.

Die Impedanz gibt Auskunft über den Wechselstromwiderstand

der Stromleitung. Ist die Impedanz

bekannt, können daraus die maximale Anschlussleistung

und die gewünschten Eigenschaften der anzuschließenden

Energieerzeuger abgeleitet werden.

An der Professur für Elektrische Energiesysteme der

Helmut-Schmidt-Universität Hamburg wurde deshalb

ein Projekt initiiert, das das Ziel verfolgt, ein

neues Verfahren zur Bestimmung der frequenz- und

zeitabhängigen Netzimpedanz auf der Mittelspannungsebene

zu entwickeln. Aus dem Projekt soll ein

Messgerät hervorgehen, mit dessen Hilfe Aussagen

zur maximal anzuschließenden Leistung am Netzknoten

getroffen werden können. Zusätzlich können

Resonanzstellen im Mittelspannungsnetz nachgewiesen

werden (Fördersumme BMU: rund 550.000 Euro).

mit Hilfe der Forschungsförderung des Bmu sollen die Netze intelligent betrieben und insgesamt zu einem „smart grid“ weiterentwickelt werden.

67


e-energy: moderne Informations- und kommunikationstechnologien

unterstützen die energiesysteme der Zukunft

Im Rahmen des Förderprogramms „E-Energy“ der

Bundesregierung werden in sechs Modellregionen

neue Ansätze zur Optimierung der Stromversorgung

durch den Einsatz moderner Informations-

und Kommunikationstechnologien (IKT) entwickelt

und erprobt. In dem vom Bundesministerium

für Wirtschaft und Technologie (BMWi) initiierten

Programm werden in ressortübergreifender Partnerschaft

mit dem BMU Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten

mit insgesamt etwa 60 Mio. Euro

gefördert. Dadurch wird ein Gesamtvolumen von

rund 140 Mio. Euro mobilisiert. Die E-Energy-Aktivitäten

richten sich beispielsweise auf die Koordi-

intelligente Vernetzung von Energieerzeugung, -verteilung und -verbrauch

In dem Projekt „Regenerative Modellregion Harz“

(RegModHarz) werden im Landkreis Harz erneuerbare

Energien, Verbraucher und Energiespeicher zu

einem virtuellen Kraftwerk, dem RegenerativKraftwerk

Harz (RKWH), zusammengeschlossen. Dabei

wird auch die Elektromobilität miteinbezogen. Dadurch

können Erzeugung und Verbrauch optimal

aufeinander abgestimmt werden. Die Verbindung

mit einer elektronischen Marktplattform ermöglicht

den beteiligten Erzeugern, Händlern, Netzbetreibern

und Kunden eine ökologisch und ökonomisch

optimierte Energieversorgung. Durch die kommunikationstechnische

Anbindung von Erzeugern und

68

nation dezentraler Energieerzeuger zu virtuellen

Kraftwerken, die Flexibilisierung der Verbrauchsseite

durch intelligentes Lastmanagement oder auch

Speicher (u.a. Elektroautos) sowie die Optimierung

der Stromflüsse in den Netzen. Das BMU fördert im

Rahmen von E-Energy zwei Projekte (Fördersumme

jeweils ca. 10 Mio. Euro) mit dem Schwerpunkt

Systemintegration erneuerbarer Energien. Die Projekte

sollen zeigen, dass eine zuverlässige und verbrauchernahe

Versorgung mit elektrischer Energie

auch mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien

möglich ist.

pumpspeicherkraftwerk Wendefurth


Verbrauchern können die jeweiligen Last- und Erzeugungscharakteristika

erfasst und koordiniert

werden. Eine Mess- und Steuerinfrastruktur erteilt

Auskunft über den Zustand des Verteilnetzes

und ermöglicht das Bereitstellen von Systemdienstleistungen

durch Erzeuger, Verbraucher und Speicher

zur Stabilisierung und effizienten Nutzung des

Netzes bis hin zur Inselnetzfähigkeit. Parallel dazu

werden Geschäftsmodelle und -prozesse entwickelt,

die den Betrieb des virtuellen Kraftwerks nach

marktwirtschaftlichen Gesichtspunkten ermöglichen.

Hierzu wird eine Internetplattform geschaffen,

auf der sich die unterschiedlichen Kundengruppen

(Haushalte, Gewerbekunden, Netzbetreiber

usw.) mit Energieprodukten versorgen können oder

auf der sie selbst Produkte anbieten können. Das

Projektkonsortium aus 11 Partnern wird durch das

Institut für Solare Energieversorgungstechnik (ISET)

und die RegenerativKraftwerk Harz GmbH (RKWH)

koordiniert.

Das Projekt „Modellstadt Mannheim“ hat einen dezentralen

Ansatz. Es beinhaltet einen großen Feldtest

zur Verbesserung der Energieeffizienz, der Netzqualität

und der Systemintegration erneuerbarer

Energien. Dabei werden 3.000 Energieerzeuger und

-verbraucher miteinander verknüpft. Einbezogen

werden unter anderem Photovoltaikanlagen, Mikro-

Blockheizkraftwerke, Kälteanlagen in Gewerbebetrieben

sowie Haushaltsgeräte. Den Verbrauchern

wird Strom nahe am Erzeugungsort und zum Erzeugungszeitpunkt

zum Verbrauch angeboten. Verlustreiche

Transporte und der Aufbau von Energiespeichern

werden vermieden. Die Kunden können

ihren Verbrauch am variablen Preis ausrichten und

damit durch ihr Verhalten den Energiemarkt unmittelbar

beeinflussen. Echtzeit-Informationen zum eigenen

Energieverbrauch helfen dem Kunden gleichzeitig,

seinen individuellen Beitrag zu mehr Energieeffizienz

zu leisten. Im Zuge des Projekts soll ein

E-Energy-Marktplatz entstehen, an den sich Betreiber

dezentraler Energieanlagen unproblematisch

anschließen können und durch den der Verteilnetzbetreiber

den technischen Netzbetrieb optimieren

und Übertragungsverluste minimieren kann. Das

Gesamtsystem funktioniert dabei wie eine Art „intelligenter

Organismus der Energie“, der aus vielen

selbständig agierenden Zellen, einem Informationsnetz

als Nervensystem sowie einer Gesamtintelligenz

besteht. Ein weiterer Feldversuch in Dresden

ist ebenfalls geplant. An dem Projekt beteiligen sich

sieben Partner unter Führung des Energieversorgers

MVV Energie AG.

in der regenerativen modellregion Harz werden verschiedene

erneuerbare Energien, Verbraucher und Energiespeicher zu einem

virtuellen Kraftwerk zusammengeschlossen.

in der modellstadt mannheim können Kunden ihren Verbrauch

am variablen preis ausrichten und damit durch ihr Verhalten den

Energiemarkt unmittelbar beeinflussen.

Das BMWi fördert vier weitere E-Energy-Projekte.

Im Hinblick auf die Systemintegration erneuerbarer

Energien ist das Projekt „eTelligence“ hervorzuheben.

Darin soll die Energieversorgung der Region

Cuxhaven mit einem Anteil von 50 % erneuerbarer

Energien am Stromverbrauch optimiert werden.

Es soll ein komplexes System zur Ausbalancierung

der Volatilität von Windenergie entwickelt werden,

das den Strom intelligent in die Netze und Märkte

integriert. Kern von eTelligence ist ein regionales

Stromportal, das Erzeuger, Verbraucher, Energiedienstleister

und Netzbetreiber zusammenführt.

Dies soll über eine standardisierte Plug&Play-Vernetzung

erfolgen, die den Eintritt neuer Erzeuger und

Verbraucher vereinfacht.

69


Die Modellregion des Verbunds E-DeMa (Rhein-Ruhr

Gebiet) will durch digitale Stromzähler und Vernetzung

im Haushalt eine höhere Energieeffizienz erreichen.

Außerdem soll die Netzbetriebsführung in

dezentralen Verteilnetzen optimiert werden.

Im Mittelpunkt des Forschungsvorhabens MEREGIO

(Minimum Emission Region) in der Region Karlsruhe/Stuttgart

steht die Entwicklung einer „Minimum

Emission“-Zertifizierung als Instrument, das die

Wirksamkeit regionaler Konzepte zur Erhöhung der

Energieeffizienz und Reduzierung der Treibhausgasemissionen

nach außen kommuniziert.

4. elektromobilität

Batterien von Elektrofahrzeugen können bei der

Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien

zum Lastmanagement oder als Speicher genutzt

werden. Schwankungen bei der Stromerzeugung

aus erneuerbaren Energien, zum Beispiel bei starker

Windleistung, können ausgeglichen werden, indem

der überschüssige Windstrom in Fahrzeugbatterien

zwischengespeichert wird. Essentiell ist dabei ein

geregeltes Laden und Rückspeisen, da es sonst zu

Netzproblemen kommt. Mit Elektrofahrzeugen, die

am Netz angeschlossen sind, können auch Systemdienstleistungen,

wie z.B. Regelenergie, erbracht

und damit das Stromnetz stabilisiert werden. Elektromobilität

kann somit zur Systemintegration und

damit zu einem weiteren Ausbau der erneuerbaren

Energien beitragen.

Die Bundesregierung hat das Thema Elektromobilität

in ihr „Integriertes Energie- und Klimaprogramm“

aufgenommen und damit deren hohen Stellenwert

unterstrichen. Dort wurde auch angekündigt,

einen Flottenversuch mit Plug-In-Hybrid-Fahrzeugen

durchzuführen.

Das BMU fördert deshalb einen auf vier Jahre angelegten

„Flottenversuch Elektromobilität“ unter Federführung

der Volkswagen AG und der E.ON Energie

AG. Gegenstand der Förderung sind die Durchführung

und Auswertung eines Flottenversuches

mit Plug-In-Hybrid-Fahrzeugen zur Nutzung und

Zwischenspeicherung von Strom aus erneuerbaren

Energien. Der „Flottenversuch Elektromobilität“

startete am 26. Juli 2008 im Beisein von Bundesumweltminister

Sigmar Gabriel in Berlin. Die Plug-In-

Hybrid-Fahrzeuge von VW werden mit regenerativem

Strom „betankt“, können bei Bedarf aber auf

den konventionellen Verbrennungsmotor zurückgreifen.

Die Schwerpunkte des Vorhabens sind die

Entwicklung von Verfahren zur Nutzung von Fahr-

70

Im Projekt Smart W@tts in der Region Aachen sollen

intelligente Stromzähler zu einer Energiezentrale

im Haushalt weiterentwickelt werden. Ziel ist,

dass Haushaltsgeräte selbstständig Strom primär

dann verbrauchen, wenn er günstig zur Verfügung

steht (z.B. bei starkem Wind oder Sonnenschein),

ohne den gewohnten Komfort einzuschränken.

Die sechs E-Energy-Modellprojekte werden zusätzlich

durch Monitoring, Evaluation, Verbreitung der

Ergebnisse und Netzwerkbildung begleitet.

Vorstellung des ersten plug-in-Hybrid-prototypen und Bekanntgabe des

Flottenversuchs durch Dr. Klaus-Dieter maubach (Vorstandsvorsitzender

E.ON Energie), Bundesumweltminister sigmar Gabriel und prof. Dr. martin

Winterkorn (Vorstandsvorsitzender Volkswagen AG) (v.l.n.r.)

zeugbatterien für Netzdienstleistungen im Rahmen

des Ausbaus der erneuerbaren Energien und die

Weiterentwicklung der Batteriemanagementsysteme,

um diese Dienstleistungen zu erbringen. Der Flottenversuch

wird durch eine ökologische Begleitforschung

wissenschaftlich begleitet. Dabei geht es unter

anderem um Fragen zu Umweltauswirkungen,

Analysen des Energieverbrauchs und der Emissionen

von Plug-In-Hybrid-Fahrzeugen im Vergleich zu konventionellen

Fahrzeugen. An dem Projekt sind neben

VW und E.ON sechs weitere Partner beteiligt: die

Fraunhofer-Gesellschaft, das Deutsche Zentrum für

Luft- und Raumfahrt (DLR), das ifeu-Institut für

Energie- und Umweltforschung Heidelberg, die Universität

Münster sowie die Batteriehersteller GAIA

und Evonik Litarion (Fördersumme BMU: insgesamt

rund 15 Mio. Euro).


meeReSeNeRGIe

markt- und Technologieentwicklung

Meeresenergie kann auf vielfältige Weise zur Stromerzeugung

genutzt werden. Die Technologien, die

Meerwasser im Energieumwandlungsprozess verwenden,

sind sehr unterschiedlich. Es gibt Anlagen,

die Gezeiten, Meereswellen oder Meeresströmungen

nutzen. Andere Anlagen treiben über den osmotischen

Druck, der aus der Differenz im Salzgehalt

von Süßwasser und Meerwasser entsteht, eine Wasserturbine

an. Wieder andere nutzen die Temperaturdifferenz

zwischen warmem Oberflächenwasser

und kaltem Tiefenwasser, um über einen Niedertemperaturdampfkreislauf

Strom zu erzeugen.

Gezeitenkraftwerke sind eine Variante von klassischen

Wasserkraftwerken. Sie werden bereits seit

Jahrzehnten eingesetzt. Die großen Anlagen nutzen

den Tidenhub, also die unterschiedlichen Wasserstände

von Ebbe und Flut, um mit Hilfe von Wasserturbinen

Strom zu produzieren. Dazu wird in einer

Bucht oder einer Flussmündung eine Staumauer errichtet,

die eine Fallhöhe von wenigen Metern erzeugt.

Die mit 250 Megawatt weltweit größte Anlage

ist zurzeit in Südkorea im Bau. In Großbritannien

wird an innovativen Konzepten für ein Großprojekt

in der Severnmündung gearbeitet. Diese Anlage

könnte bis zu fünf Prozent des britischen Strombedarfs

decken. Mögliche Umweltauswirkungen und

wirtschaftliche Risiken werden derzeit in umfangreichen

Voruntersuchungen abgeklärt.

Meeresströmungen entstehen zum Beispiel durch

Gezeiten und können an den Küsten und in Meerengen

sehr stark sein. Meeresströmungsturbinen

nutzen diese Kräfte zur Stromerzeugung. Dabei drehen

sich unter der Wasseroberfläche Rotoren, die

einen Generator antreiben. Die Technik ist mit der

von Windenergieanlagen vergleichbar, so dass Unternehmen

und Forschungsinstitute von den Erfahrungen

aus der Windenergie profitieren können.

Das Bundesumweltministerium (BMU) fördert

die Entwicklung von Komponenten für Meeresströmungsturbinen

seit 2002.

Im Bereich der Wellenenergienutzung gibt es eine

große Vielfalt. Dabei wird mit schwimmenden, an

der Küste oder dem Meeresgrund verankerten Anlagen

die Bewegungs- und Lageenergie der Wellen

genutzt. Die Energieumwandlung erfolgt in den verschiedenen

Anlagentypen auf vollkommen unterschiedliche

Weise. Sehr verbreitet sind Punktabsorber,

bei denen ein Schwimmkörper durch die Wellen

in Bewegung versetzt wird.

modell der seagen-Anlage mit Doppelrotor

Ein hydraulischer oder elektrischer Antrieb nutzt

diese zur Stromerzeugung.

Schließlich gibt es Systeme, die Wasserstau erzeugen.

Es gibt sie als schwimmende oder an der Küste

installierte Anlagen. Die einlaufenden Wellen werden

über eine Rampe in ein Wasserreservoir geleitet,

das zum Wasserspiegel des Meeres eine kleine Höhendifferenz

aufweist. Für die Energieumwandlung

kommen klassische Wasserturbinen zum Einsatz.

Deutsche Unternehmen sind mit Komponenten

und Anlagen an einer Vielzahl internationaler Projekte

im Demonstrations- und Pilotstadium beteiligt.

Darüber hinaus engagieren sich die größten in

Deutschland ansässigen Energieversorgungsunternehmen

auch finanziell an ersten Anlagenparks der

Meeresenergie in Europa. Komponenten und Anlagen

zur Nutzung der Meeresenergie sind interessante

Exporttechnologien. Insbesondere für Anbieter

von Wind- und Wasserkraftanlagen oder von Antriebstechnik

stellen sie ein neues Marktsegment dar.

Experten schätzen das weltweite Potenzial der Meeresenergienutzung

perspektivisch hoch ein. Auch

bei kritischer Betrachtung und unter Berücksichtigung

von Nachhaltigkeitskriterien könnte Energie

aus Wellen, Strömungen und Gezeiten mindestens

ein Drittel des derzeitigen Strombedarfs decken.

Weltweit gibt es derzeit über 100 Projekte in unterschiedlichen

Entwicklungsstadien zur Meeresenergie.

71


sEAGEN-Anlage vor der britischen Küste

Ziele, Schwerpunkte und Umfang der

Forschungsförderung

Das BMU fördert in begrenztem Umfang Forschung

und Entwicklung von Technologien zur Meeresenergienutzung

mit dem Ziel, die Potenziale der Meeresenergie

für die Energieversorgung in Deutschland

zu erfassen und perspektivisch zu nutzen. Ein

Schwerpunkt liegt dabei auf Technologien, bei denen

Synergien zu anderen, bereits erprobten Arten

der Energiegewinnung, wie Wasserkraft oder Windkraft,

bestehen. Die Forschungsförderung stärkt

auch die Entwicklung von Anlagen und Komponenten

für den weltweiten Export.

projekte

2003 wurde vor der britischen Küste die erste Meeresströmungsturbine

in Betrieb genommen. Die

SEAFLOW-Anlage wurde vom BMU gefördert und

unter Beteiligung des Kasseler Instituts für Solare

Energieerzeugungssysteme (ISET) realisiert. Mit einer

Leistung von 300 Kilowatt war sie bei Inbetriebnahme

die weltweit größte installierte Anlage zur

Nutzung von Meeresströmungen.

72

Das Nachfolgeprojekt, die SEAGEN-Anlage, mit einer

Leistung von 1,2 Megawatt wurde im April 2008

ebenfalls vor der britischen Küste installiert. Im

Juli 2008 speiste der Prototyp erstmals Strom in das

Netz von Stangford Lough, Nord-Irland ein. Das britisch-deutsche

Kooperationsvorhaben SEAGEN umfasst

die Entwicklung, den Bau und Testbetrieb einer

1,2-Megawatt-Doppelrotor-Meeresströmungsturbine.

Die SEAGEN-Anlage besteht aus einem im Meeresgrund

verankerten Turm, an dem jeweils seitlich

ein Rotor montiert ist. Mit dem Übergang auf Doppelrotorsysteme

können die Investitionskosten reduziert

werden, da sich Bohr- und Installationskosten

für den Turm sowie Kosten für den Netzanschluss

annähernd halbieren. Die Rotorgondeln werden an

einem Querträger montiert. Durch diesen seitlichen

Abstand ist eine bessere Ausnutzung der Rückanströmung

möglich.

Eine besondere Herausforderung des Doppelrotorkonzepts

liegt in der komplexen Überlagerung der

Kräfte auf die beiden Rotoren. Das ISET entwickelt

mit Unterstützung des BMU ein Regelungssystem,

das den zuverlässigen Betrieb und eine lange Lebensdauer

der Anlage sicherstellen soll. Dieses wird

an dem Seagen-Prototyp getestet werden. Darüber

hinaus wird unter Mitwirkung des ISET ein


Muster eines neuen Blattverstellantriebs der Firma

LTi REEnergy GmbH, Unna im Dauerbetrieb getestet.

Studie

Die ecofys GmbH untersucht im Auftrag des BMU

die Potenziale der regenerativen Stromerzeugung

aus Meeresenergie in der deutschen Nord- und Ostsee.

Dabei werden die verfügbaren Technologien

zur Meeresenergienutzung aus technischer, wirtschaftlicher,

umwelt- und naturschutzfachlicher

Sicht bewertet und im Hinblick auf ihre Einsatzmöglichkeiten

in deutschen Gewässern untersucht.

Es werden auch mögliche Synergieeffekte von Meeresenergieanlagen

mit Offshore-Windenergieanlagen

betrachtet. Diese könnten entstehen durch die

gemeinsame Nutzung der Infrastruktur wie Kabel,

Umspannstationen, Hafen- und Küstenschutzstrukturen

oder durch eine aufeinander abgestimmte

Netzintegration des in Meeres- und Windenergieanlagen

erzeugten Stroms. Gegenstand der Untersuchungen

sind auch rechtliche Rahmenbedingungen

wie Genehmigungsverfahren und deren

Auswirkungen auf den Ausbau der Meeresenergie in

Deutschland. Die Studie soll Ende 2009 abgeschlossen

und veröffentlicht werden.

Internationale kooperation

Das weltweit wachsende Interesse an der Nutzung

der Meeresenergie manifestiert sich unter anderem

in dem Implementing-Agreement der Internationalen

Energieagentur (IEA) „Ocean Energy Systems“,

dem Deutschland im Januar 2007 beigetreten ist.

Es handelt sich dabei um ein Programm zur internationalen

Forschungskooperation auf dem Gebiet

der Meeresenergienutzung. Unternehmen und Forschungseinrichtungen

können im Rahmen einer

Arbeits- und Kostenteilung daran teilnehmen und

mitarbeiten. Aufgabe des Programms ist es, über

Entwicklung und Stand der Technologie sowie über

nationale und internationale Förderaktivitäten und

Forschungsprogramme zu informieren. In Kooperation

mit internationalen Normungsgremien wird an

der Harmonisierung von Fachbegriffen sowie an der

Durchführung, Darstellung und Aufbereitung von

Messergebnissen gearbeitet. Weitere Themen sind

Netzintegration und Umweltauswirkungen von Meeresenergieanlagen.

Die Ergebnisse werden laufend

veröffentlicht. Mitglieder sind Belgien, Dänemark,

Deutschland, Großbritannien, Irland, Italien, Japan,

Kanada, Mexiko, Neuseeland, Norwegen, Portugal,

Schweden, Spanien, die USA sowie die Europäische

Kommission.

100 Kilowatt Wellsturbine installiert am Testkraftwerk LimpET der schottischen Voith siemens Hydro Tochtergesellschaft Wavegen Ltd.

73


INTeRNATIONAle ZUSAmmeNARbeIT

Internationale Zusammenarbeit

Die internationale Zusammenarbeit im Bereich Forschung

und Entwicklung fördert die Verbreitung

erneuerbarer Energien und dient dem weltweiten

Klimaschutz. Sowohl die internationale Energieagentur

(IEA) als auch die Europäische Union bieten

Möglichkeiten für Austausch und Zusammenarbeit.

Darüber hinaus gibt es zwischenstaatliche Vereinbarungen

wie die deutsch-israelische Forschungskooperation,

die deutsch-dänisch-schwedische Kooperation

zur Offshore-Windenergie oder die 2008 ins

Leben gerufene Union für das Mittelmeer.

Unabhängig von diesen Kooperationsmöglichkeiten

ist das Bundesumweltministerium grundsätzlich

aufgeschlossen gegenüber Förderanträgen, in denen

deutsche und ausländische Forschungseinrichtungen

oder Unternehmen miteinander kooperieren.

In solchen Fällen fördert das BMU in der Regel

den deutschen Partner, während die anderen Beteiligten

von ihren jeweiligen Regierungen unterstützt

werden. Internationale Förderanträge werden nach

denselben Kriterien wie nationale Anträge bearbeitet

und berücksichtigt.

Internationale energie Agentur (IeA)

Die IEA bietet über Kooperationsvereinbarungen

(Implementing Agreements) interessierten Ländern

Gelegenheit, sich auszutauschen und in Forschungs-

Implementing Agreements der IeA im bereich erneuerbarer energien

74

projekten zusammenzuarbeiten. Implementing

Agreements bestehen inzwischen zu allen erneuerbaren

Energietechnologien. Das BMU beteiligt sich

aktiv an mehreren von ihnen.

Renewable energy Technology

Deployment (ReTD)

Auf Initiative und mit finanzieller Unterstützung

des BMU wurde im September 2005 das Renewable

Energy Technology Deployment Implementing

Agreement (RETD) im Rahmen der Internationalen

Energieagentur (IEA) gegründet. Es ist das erste IEA-

Abkommen, das technologieübergreifenden Charakter

hat. Ziel ist es, die Markteinführung erneuerbarer

Energien durch international koordinierte

Aktivitäten zu beschleunigen. Im Rahmen des RETD

werden Hemmnisse für den Ausbau der erneuerbaren

Energien identifiziert und Vorschläge entwickelt,

wie Regierungen und Industrie den Ausbau

positiv beeinflussen können. Diese betreffen gesetzliche

Rahmenbedingungen und Fördersysteme,

Netzintegration, Finanzierung und die Einbettung

der erneuerbaren Energien in das Gesamtenergiesystem.

Im Fokus stehen marktnahe Technologien, die geeignet

sind, die Energieversorgung in den IEA-

Staaten umweltfreundlicher zu gestalten. Die Frage,

welche Rolle erneuerbare Energien in zukünftigen

Energie- und Technologieszenarien spielen, wird

Renewable energy Technology Deployment (ReTD) www.iea-retd.org

photovoltaic power Systems www.iea-pvps.org

Solar Heating and Cooling www.iea-shc.org

Solar power and Chemical energy Systems (SolarpACeS) www.solarpaces.org

Wind Turbine Systems www.ieawind.org

Ocean energy Systems www.iea-oceans.org

Geothermal energy www.iea-gia.org

bioenergy www.ieabioenergy.com


seit 2007 in enger Zusammenarbeit mit dem IEA-Sekretariat

erörtert. Seit dem offiziellen Beitritt Japans

im Herbst 2008 hat RETD zehn Mitglieder. Weitere

Staaten und Einrichtungen sind an einer Zusammenarbeit

interessiert. RETD ist das 10. Implementing

Agreement der IEA im Bereich der erneuerbaren

Energien.

photovoltaic power Systems (pVpS)

Seit seiner Gründung im Jahr 1993 ist Deutschland

im IEA Implementing Agreement on Photovolatic

Power Systems (PVPS) vertreten. PVPS hat den Auftrag,

die internationale Forschungszusammenarbeit

auf dem Gebiet photovoltaischer Systeme zu stärken.

Nach der Aufnahme von Malaysia und Südafrika beteiligen

sich Gruppen aus 22 Ländern, unterstützt

durch die Europäische Kommission und den Europäischen

Industrieverband EPIA (European Photovoltaic

Industry Association). Die Mitgliedsländer tauschen

sich untereinander aus und verbreiten Informationen

zu PV-Systemen. Sie analysieren verschiedene

Einsatzmöglichkeiten wie solare Großkraftwerke,

PV-Systeme im urbanen Umfeld, PV-Hybridsysteme

in Inselnetzen und Energiedienstleistungen

für Entwicklungsländer. Im Jahr 2008 sind deutsche

Forschergruppen einem internationalen Team beigetreten,

das Umweltaspekte, Recycling und Sicherheit

von PV-Systemen untersucht. Außerdem hat

die Arbeitsgruppe „Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit

und Analyse von PV-Systemen“ unter deutscher

Leitung zwei Studien zu den Themen „Kosten- und

Leistungstrends“ und „Leistungsvorhersage von

netzgekoppelten PV-Systemen“ erarbeitet.

Solar Heating & Cooling programme (SHC)

Die Nutzung der Solarstrahlung zu Heiz- und Kühlzwecken

ist Thema des IEA Implementing Agreements

on Solar Heating & Cooling (SHC). Da hier das

Hauptaugenmerk bei den Themen Energieeffizienz

und passive Solarenergienutzung liegt, ist das Bundeswirtschaftsministerium

(BMWi) federführend.

Mit Förderung durch das BMU wurde 2008 für das

Solar-Heating-&-Cooling-Programm am Fraunhofer-

Institut für solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg

eine Broschüre zu Prozesswärmekollektoren erarbeitet.

Die Publikation schließt die Arbeiten der internationalen

Arbeitsgruppe „Solar Heat for Industrial

ocesses – Collectors and Components“ ab.

im rahmen von pVps kooperieren 22 Länder in der photovoltaik-

Forschung.

Wind Turbine Systems

Im Implementing Agreement zur Windenergieforschung

sind deutsche Forschungseinrichtungen an

Arbeitsschwerpunkten zur Offshore-Windenergienutzung,

zur Windenergie in kalten Klimazonen

und zur Netzintegration aktiv beteiligt. Im Ergebnis

eines IEA-Expertenworkshops zu innovativen

Antriebssystemen wurde von einem deutschen Getriebehersteller

der Vorschlag eines neuen gemeinsamen

Arbeitsschwerpunktes zur Erfassung und

Auswertung von Betriebsparametern für Antriebssysteme

an das Executive Committee (ExCo) gerichtet,

der beim nächsten ExCo-Meeting 2009 zur Diskussion

stehen wird.

Dabei sollen durch Zusammenarbeit von Windparkbetreibern

und Komponentenherstellern unter anderem

Daten der Betriebsführung für die Optimierung

der Antriebskomponenten nutzbar gemacht werden.

Im Jahr 2008 hat Deutschland seine Mitarbeit im

neuen gemeinsamen Arbeitsschwerpunkt zur sozialen

Akzeptanz der Windenergie erklärt.

75


solarthermisches parabolrinnenkraftwerk in spanien. im rahmen des

solarplans sollen die enormen potenziale erneuerbarer Energien im

mittelmeerraum erschlossen werden.

Geothermal Implementing Agreement

Das Geothermal Implementing Agreement der IEA

bildet seit 1997 den Rahmen für eine internationale

Zusammenarbeit im Bereich der Geothermieforschung

und -entwicklung. Themenschwerpunkte

der gegenwärtigen Aktivitäten sind der Einfluss

geothermischer Entwicklungen auf die Umwelt,

Enhanced Geothermal Systems (EGS - auch als Hot-

Rock-Technologie bezeichnet), fortschrittliche Bohrverfahren

und die direkte Nutzung geothermischer

Energie. Aufgabe des GIA ist die Verbreitung von Informationen,

um die nachhaltige Nutzung geothermischer

Ressourcen weltweit zu forcieren. Das GIA

erstellt unter anderem einen „Annual Report“, veranstaltet

Workshops und tritt auf Konferenzen mit

Vorträgen auf. Die GIA besteht zurzeit aus 19 Mitgliedern,

davon 12 Länder, 6 Unternehmen und ein

Repräsentant der EU. Deutschland wird vertreten

durch den Projektträger Jülich.

76

SolarpACeS

Das Implementing Agreement »SolarPACES« (Solar

Power And Chemical Energy Systems) bietet

seit nunmehr 30 Jahren ein wissenschaftlich-technisches

Symposium an, auf dem sich internationale

Wissenschaftler aus Forschung und Industrie

mit den neuesten Entwicklungen konzentrierender

Solarkraftwerke befassen. Die Konferenz ist nicht

nur in der wissenschaftlichen Szene etabliert. Aufgrund

des großen internationalen Erfolgs der solarthermischen

Stromerzeugung und der in den vergangenen

Jahren kontinuierlich wachsenden Teilnehmerzahlen

wird die Konferenz ab 2009 jährlich

stattfinden. Vom 15. – 19. September 2009 findet

die Veranstaltung unter der Schirmherrschaft des

Bundesumweltministers in Berlin statt. Gastgeber

ist der nationale Vertreter bei SolarPACES, das Deutsche

Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

Ocean energy Systems (OeS)

Im Januar 2008 ist Deutschland dem Implementing

Agreement zur Meeresenergieforschung Ocean

Energy Systems beigetreten. Eine ausführliche Darstellung

findet sich im Kapitel Meeresenergie.

europäische Union (eU)

Die Europäische Union spielt für die Energieforschung

eine wichtige Rolle. Zum einen werden im

7. Forschungsrahmenprogramm der EU viele multilaterale

Projekte zur Weiterentwicklung von

Energietechnologien gefördert. Zum anderen hat

die EU-Kommission Technologie-Plattformen initiiert,

in denen Akteure grenzübergreifende Ziele

und Strategien für Forschung und Entwicklung erarbeiten.

Deutsche Forschungsinstitute, Unternehmen

und das BMU sind daran aktiv beteiligt. Die von den

Technologie-Plattformen erarbeiteten Strategic Research

Agendas (SRA) bilden eine wichtige Grundlage

für die Forschungsförderung des BMU. Für die erneuerbaren

Energien sind folgende Plattformen von

Interesse:

photovoltaic Technology platform – pVTp www.eupvplatform.org

european Solar Thermal Technology platform – eSTTp www.esttp.org

european Technology platform for Wind energy – TpWind www.windplatform.eu

Technology platform for the electricity Networks of the Future – Smart Grids platform www.smartgrids.eu


Die Regierungen der Mitgliedstaaten sind über so-

genannte Mirror Groups in die meisten Plattformen

eingebunden. Das BMU arbeitet in den Mirror

Groups der Plattformen zu Photovoltaik und Wind

mit. Die Europäische Solarthermie-Plattform ESTPP

unterstützt es indirekt, indem es das Forschungsprojekt

„TechnoSol“ der Deutschen Solarthermie-Technologieplattform

(DSTTP) fördert. Die DSTTP wurde

im August 2007 gegründet. Sie definiert Schwerpunkte

für die Technologieentwicklung und Forschungsförderung

in Deutschland mit dem Ziel, diese

auf europäischer Ebene einzuspeisen.

Um die Energieforschung auf EU-Ebene weiter voranzutreiben,

hat die EU-Kommission einen Strategic-

Energy-Technology-Plan (SETP) vorgeschlagen. Dieser

enthält folgende Kernelemente:

˘ Gemeinsame Planung der Energieforschung

durch eine Steuerungsgruppe (Steering Group)

aus hochrangigen Regierungsvertretern: Die

Gruppe soll die Programme der Mitgliedstaaten

koordinieren und gemeinsame Aktivitäten initiieren.

˘ European Industrial Initiatives: Im Rahmen von

Public-Private-Partnerships unter Führung der Industrie

sollen zu konkreten Technologien Mittel

der EU und der Industrie zusammengeführt und

daraus Forschungs- und Entwicklungsprojekte unterstützt

werden.

˘ European Energy Research Alliance: Hier sollen

große Forschungsinstitute ihre Forschungsprogramme

koordinieren und Kooperationen initiieren.

Im Zusammenhang mit dem Strategic-Energy-Technology-Plan

(SETP) sind auch Überlegungen der

EU-Kommission zu sehen, die Mitgliedstaaten zu

gemeinsamen Forschungsprogrammen (Joint Programming)

einschließlich einer Zusammenführung

von nationalen Fördermitteln (pooling of resources)

zu bewegen. Das BMU steht diesen Überlegungen

zurückhaltend gegenüber. Die 2007 im Auftrag

des BMU durchgeführte Evaluation hat der nationalen

Forschungsförderung im Bereich der erneuerbaren

Energien ein hohes Maß an Effizienz und

Effektivität bescheinigt. Dafür ist nicht zuletzt das

im Vergleich zur Förderung auf EU-Ebene schlanke

und unbürokratische administrative Verfahren verantwortlich.

Eine „Europäisierung“ von nationalen

Programmen und Fördermitteln ist daher aus Sicht

des BMU nicht zielführend. Dagegen steht das BMU

grenzüberschreitenden Kooperationen in konkreten

Projekten positiv gegenüber, wenn dies auf Initiative

der betroffenen Akteure erfolgt („bottom-up“).

Die Förderbekanntmachungen des BMU ermöglichen

solche Projekte. Sie müssen sich allerdings

dem Wettbewerb mit allen übrigen Projektvorschlägen

stellen und erhalten keinen „Bonus“.

Deutsch-Israelische

Forschungskooperation

Im Rahmen der deutsch-israelischen Forschungskooperation

hat das BMU 2008 zwei neue Vorhaben

bewilligt:

˘ In dem Vorhaben “Defect tolerant solar cell materials:

Putting grain boundaries to work in thin

film chalcopyrite solar cells” untersuchen das

Helmholtz-Zentrum Berlin zusammen mit der

Universität Tel Aviv, der Hebräischen Universität

Jerusalem und dem Weizmann Institut die Eigenschaften

von Chalkopyrit-Halbleitermaterialien

(CIS). Die Ergebnisse sollen Rückschlüsse auf die

vorhandene Diskrepanz zwischen dem möglichen

Potenzial und dem bisher erreichbaren Wirkungsgrad

von CIS-Solarzellen ermöglichen und

zu deren Verbesserung beitragen.

˘ Forscher der Universität Stuttgart und der Universität

Tel Aviv befassen sich in dem Vorhaben “Active

flow control for noise reduction and performance

improvement for future generation wind

turbines” damit, wie die Geräuschentwicklung

der Rotorblätter moderner Windenergieanlagen

reduziert werden kann. Ziel ist es, die Laufgeschwindigkeiten

und damit die Erträge der Windenergieanlagen

zu erhöhen. Sollte es gelingen,

die Anlagen leiser zu machen, könnte dies auch

die Akzeptanz der Windenergie verbessern.

mikroskopische Aufnahme des schichtaufbaus einer Cis-solarzelle

77


Mit den beiden bereits 2007 bewilligten Vorhaben

zur solaren Meerwasserentsalzung und zu selbstreinigenden

Photovoltaikanlagen sind damit alle vier

ausgewählten Projekte im Rahmen der Kooperation

bewilligt. Das BMU stellt für diese Projekte insgesamt

rund 1,7 Mio. Euro zur Verfügung. Unterstützt

werden 12 Forschungseinrichtungen in Deutschland,

Israel und Jordanien.

Forschungskooperation

zur Offshore-Windenergie

Deutschland, Dänemark und Schweden haben im

Dezember 2007 ein Abkommen zur Kooperation

bei der Offshore-Windenergieforschung unterzeichnet.

Dieses ersetzt die bisherige deutsch-dänische

Forschungskooperation zur ökologischen Begleitforschung

und erweitert diese auf die Technologieforschung.

Auf dem ersten Treffen des Joint Committee

im Februar 2008 in Brüssel haben sich die Teilnehmer

auf Schwerpunkte der Zusammenarbeit auf

den Gebieten ökologische Begleitforschung, Aufbau

eines Offshore-Netzes und Erfahrungsaustausch zwischen

Offshore-Pilotvorhaben in den Ländern verständigt.

Mit der EU-Kommission wurden Inhalte für

das Offshore-Policy-Seminar 2009 in Stockholm und

für den EU-Aktionsplan für die Offshore-Windenergienutzung

ausgetauscht. An dem Treffen nahmen

auch Vertreter aus Großbritannien, den Niederlanden

und Norwegen teil, die grundsätzliches Interesse

an einer Aufnahme in die Kooperation äußerten.

Im Rahmen der Kooperation läuft gegenwärtig ein

Vorhaben unter Federführung des Meeresmuseums

Stralsund, bei dem einheitliche Methoden zum Monitoring

von Schweinswalen entwickelt werden. In

einem weiteren Vorhaben untersuchten die Universität

Hamburg, die Firma BioConsult S.-H. und die

dänische Umweltagentur die Kollisionsgefahr von

Zugvögeln sowie mögliche Störeinwirkungen auf

Schweinswale in den dänischen Offshore-Windparks

Horns Rev (Nordsee) und Nysted (Ostsee). Das Projekt

wurde 2008 abgeschlossen.

Die Union für das mittelmeer und

der „Solarplan“

Der von Deutschland und Frankreich initiierte

„Mediterranean Solar Plan“ (Solarplan) ist Teil des

am 13. Juli 2008 gestarteten „Barcelona Prozess:

Union für das Mittelmeer“. Initiatoren dieses Prozesses

sind die Staats- und Regierungschefs der EU

78

staatssekretär matthias machnig, auf der Konferenz zum

mediterranean solar plan in paris, November 2008

sowie der meisten Staaten Nordafrikas und des Nahen

Ostens. Im Rahmen der Union für das Mittelmeer

sollen konkrete Projekte wie der Solarplan die

Zusammenarbeit der Mittelmeerländer und der EU

stärken und ihr neue Impulse verleihen. Im Oktober

2008 fand auf Einladung des BMU in Zusammenarbeit

mit dem französischen Energie- und Umweltministerium

ein internationaler Workshop statt.

Ziel war es, den Solarplan voranzubringen und weitere

Staaten in die Initiative einzubinden. Im Rahmen

des Solarplans sollen die enormen Potenziale

der erneuerbaren Energien rund um das Mittelmeer

erschlossen werden. Konkret sollen bis 2020 mindestens

20 Gigawatt an neuen Kraftwerkskapazitäten

auf Basis erneuerbarer Energien initiiert werden.

Auf dem Workshop in Berlin diskutierten die

rund 60 Teilnehmer aus 13 Staaten über Potenziale

und Kosten erneuerbarer Energien, über den erforderlichen

Netzausbau und Fragen der Finanzierung.

Kurz- bis mittelfristig weist die Windenergie aufgrund

der niedrigeren Kosten die besten Voraussetzungen

für die nordafrikanischen Länder auf. Perspektivisch

werden voraussichtlich solarthermische

Kraftwerke an Bedeutung gewinnen. Wichtige Fragen

betreffen geeignete europaweite Anreizmechanismen

für Investitionen in erneuerbare Energien

und den Stromtransport aus dem Mittelmeerraum

nach Europa.


QUeRSCHNITTSFORSCHUNG

Die Querschnittforschung begleitet den Ausbau der

erneuerbaren Energien aus einer übergeordneten

wissenschaftlichen Perspektive, indem sie Antworten

auf übergreifende und interdisziplinäre Fragen

erarbeitet. Diese betreffen zum Beispiel Auswirkungen

auf den Arbeitsmarkt, das globale Klima

oder den Naturschutz, die Akzeptanz erneuerbarer

Energien, Instrumente zur Förderung erneuerbarer

Energien oder die Aus- und Weiterbildung in diesem

Bereich. Die Forschungsergebnisse, die zumeist in

Studien veröffentlicht werden, spielen für die politische

Diskussion und Meinungsbildung zu den erneuerbaren

Energien eine wichtige Rolle. Nachfolgend

werden einige in jüngster Zeit abgeschlossene

Vorhaben kurz umrissen:

Optimierungsstrategien aktiver Netzbetreiber

beim weiteren Ausbau erneuerbarer

Energien zur Stromerzeugung

Je mehr der Anteil erneuerbarer Energien an der

Stromerzeugung wächst, desto stärker müssen sie

zu einem integralen Bestandteil des Stromsystems

werden. Ein hierzu im Rahmen der Querschnittforschung

durchgeführtes Projekt (OPTAN) wird im Kapitel

Systemintegration ausführlich beschrieben.

Wirkungen des Ausbaus der erneuerbaren

Energien auf den deutschen Arbeitsmarkt

Der Ausbau erneuerbarer Energien hat zu einem

starken Wachstum der Unternehmen in dieser Branche

geführt. Daraus resultieren unter anderem

nachhaltige Beschäftigungseffekte. Die Gesellschaft

für Wirtschaftliche Strukturforschung mbH analysiert

in einer laufenden Studie gemeinsam mit dem

Ausgaben in mio. €

6

5

4

3

2

1

0

Jährliche Ausgaben im bereich Querschnittsforschung und Sonstiges zwischen 1998 und 2008

Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung (DIW),

dem Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt

(DLR) und dem Zentrum für Solar- und Wasserstoffforschung

(ZSW) die Beschäftigungseffekte des Ausbaus

erneuerbarer Energien. Zunächst wurden die

Bruttobeschäftigten in allen Bereichen, die direkt

und indirekt mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien

verbunden sind, für das Jahr 2007 ermittelt.

Aufbauend darauf wird das Thema weiter untersucht.

Dabei werden unter anderem die regionalen

Auswirkungen und die Entwicklungen im Bereich

der Biomasse ermittelt. Die Studie soll 2010 abgeschlossen

werden.

Struktur und Dynamik einer Stromversorgung

mit hohem EE-Anteil

Wie hoch kann und sollte der Anteil der einzelnen

Sparten der erneuerbaren Energien im zukünftigen

Energieerzeugungs- und Verteilungssystem sein?

Kann die Stromversorgung auch dann sichergestellt

werden, wenn der Anteil der fluktuierenden Erzeugung

aus Wind- und Sonnenenergie sehr hoch ist?

Diesen Fragen geht das Vorhaben des Solar-Instituts

Jülich an der Fachhochschule Aachen und des Institute

for Sustainable Solutions and Innovations (iSuSI)

nach. Mit einer quasi-dynamischen Simulation wird

unter Verwendung realer Wetter-, Kraftwerks- und

Stromverbrauchsdaten untersucht, unter welchen

Voraussetzungen die Einbindung eines hohen Anteils

erneuerbarer Stromerzeuger in die Stromversorgung

bei gleich bleibender hoher Versorgungssicherheit

möglich ist. Das Projekt endet Mitte 2009.

(Fördersumme BMU: rund 210.000 Euro).

Quelle: bmU

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Querschnittsforschung sonstiges

79


FORSCHUNGSFöRDeRUNG ANDeReR mINISTeRIeN

Neben dem Bundesumweltministerium fördern

auch andere Bundesministerien die Weiterentwicklung

von Technologien zur Nutzung regenerativer

Energien. Dabei gibt es angesichts des umfangreichen

Themas zahlreiche Berührungspunkte und

teilweise fließende Übergänge. Das folgende Kapitel

zeigt auf, welche Bundesministerien parallel zum

BMU Forschung und Entwicklung von erneuerbaren

Energien fördern, wie die Zuständigkeiten verteilt

sind, wo es Überschneidungen gibt und wo Synergien

genutzt werden. Zudem wird ein Überblick

über die Gesamtausgaben der Bundesregierung für

Forschung und Entwicklung im Bereich der erneuerbaren

Energien gegeben.

Die Grundfinanzierung der Forschungszentren in

der Helmholtz-Gemeinschaft (HGF) ist ein wichtiger

Baustein der Forschungsförderung durch die Bundesregierung.

Sie wird zu 90 % vom Bund und zu

10 % von dem jeweiligen Bundesland getragen. Alle

fünf Jahre werden Umfang und Themenschwerpunkte

im Rahmen einer Evaluation festgelegt. Fünf

Forschungszentren der HGF sind im Bereich der erneuerbaren

Energien aktiv:

˘ Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

(DLR): solarthermische Kraftwerke, Systemanalyse

˘ Forschungszentrum Jülich (FZJ): Photovoltaik

˘ Forschungszentrum Karlsruhe (FKZ): Biomasse

˘ Hahn-Meitner-Institut (HMI): Photovoltaik

˘ GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ): Geothermie

Institutionelle Förderung bmbF/bmWi (HGF/FhG) 30,4 mio. euro

projektförderung bmbF (erneuerbare energien u. energieeffizienz) 14,0 mio. euro

projektförderung bmelV (biomasse) 19,4 mio. euro

projektförderung bmU 97,4 mio. euro

Quellen: Bmu, BmBF, BmWi, BmELV, HGF, Fraunhofer-Gesellschaft

* Förderung der HGF 2008 geschätzt: gegenüber 2007 wurde eine steigerung von 2,5 % unterstellt.

Forschungsausgaben der bundesregierung für erneuerbare energien im Jahr 2008 (insgesamt 161,2 mio. €)

80

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

(BMWi) ist für die Grundfinanzierung des DLR

zuständig. Alle anderen genannten Institute sowie

das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme

werden vom Bundesministerium für Bildung und

Forschung (BMBF) grundfinanziert.

BMWi, BMBF und das Bundesministerium für Ernährung,

Landwirtschaft und Verbraucherschutz

(BMELV) fördern zudem auch konkrete Forschungsprojekte

aus dem Bereich der erneuerbaren Energien

oder aus Bereichen, die indirekten Einfluss auf

erneuerbare Energien haben. Dazu gehören Nanotechnologien,

Speicherung oder Integration. Hinzu

kommen themenübergreifende Förderprogramme,

wie der Spitzencluster-Wettbewerb des BMBF oder

der E-Energy-Wettbewerb des BMWi.

Die Gesamtausgaben der Bundesregierung zur Forschung

im Bereich der erneuerbaren Energien im

untenstehenden Diagramm sind als Schätzungen zu

verstehen. Die Zuordnung von einzelnen Projekten

ist nicht immer eindeutig möglich oder wird nicht

statistisch erfasst. So fehlen im Diagramm zum Beispiel

die Angaben des BMWi in den Bereichen Speicher

und oberflächliche Geothermie. Die Online-Datenbank

des Bundes bietet eine Übersicht aller Projekte

(www.foerderkatalog.de).


Dienstleistungs- und Verwaltungszentrum Barnim marktplatz Barnim

bundesministerium für Wirtschaft

und Technologie (bmWi)

Das BMWi ist zuständig für die Koordinierung der

Energieforschungspolitik der Bundesregierung. Die

Weiterentwicklung erneuerbarer Energien unterstützt

das BMWi sowohl über die institutionelle Förderung

des DLR, die unter anderem der Entwicklung

von solarthermischen Kraftwerkstechnologien

zugute kommt, als auch durch die Projektförderung

zum Beispiel im Rahmen der Schwerpunkte „Energieoptimiertes

Bauen“, „Brennstoffzelle, Wasserstoff“

und „E-Energy“.

Die Grundfinanzierung des DLR durch das BMWi

spielt eine entscheidende Rolle beim Aufbau von

Kompetenzen, die auch der Projektförderung des

BMU zugute kommen. Gerade bei den Themen

„Solarthermische Kraftwerke” (inkl. Hochtemperatur-Wärmespeicher)

und “Systemanalyse” ergänzen

sich die beiden Finanzierungen höchst erfolgreich.

Im Rahmen von Vorlaufforschung wird die Grundfinanzierung

des BMWi zudem für Themen eingesetzt,

die noch weiter von der konkreten Anwendung

entfernt sind. Hier ist beispielhaft die Entwicklung

neuer Verfahren zur chemischen Speicherung

der Sonnenenergie zu nennen. Ein weiteres Beispiel

ist der Einsatz von Brenngasen aus Biomasse in Gasturbinen

und Gasmotoren.

Im Bereich der Systemanalyse wird die Grundfinanzierung

sowohl für die wissenschaftliche Weiterentwicklung

systemanalytischer Methoden als auch für

Einzeluntersuchungen zur nachhaltigen Energieversorgung

genutzt. Themen sind alternative Kraftstoffe,

solare Meerwasserentsalzung, solare Wasserstoffop-

tionen sowie Möglichkeiten der CO 2 -Rückhaltung im

Vergleich zum Einsatz erneuerbarer Energien.

2008 flossen in diesen Bereich etwa 16 Mio. Euro.

Gefördert wurden unter anderem Projekte zur oberflächennahen

Geothermie, zur solaren Klimatisierung

sowie Wärme- und Kältespeicher. Ausgaben für

Demonstrationsprojekte sind darin nicht enthalten.

Ein Beispiel aus dem Bereich Energieoptimiertes

Bauen (EnOB) ist das Dienstleistungszentrum Barnim,

das unter dem Namen „Paul Wunderlich Haus“

bekannt ist. Das Neubauensemble in der Innenstadt

von Eberswalde beherbergt neben der Kreisverwaltung

und dem Sitz des Landrates auch Geschäfte,

Büros und ein kleines Museum. Form, Verglasung,

Sonnenschutz, Fassaden und Speichermassen des

Gebäudekomplexes wurden so konzipiert, dass mit

einem geringen Energieaufwand ein hoher Komfort

realisiert wurde. Dazu tragen eine gut gedämmte

Fassade und eine energieeffiziente Beleuchtung bei.

Heizung und Kühlung erfolgen über ein modernes

Erdwärmesystem. Die Förderung durch das EnOB-

Programm betrug 1,8 Mio. Euro.

Gemeinsam starteten 2008 die Bundesministerien

für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS),

BMWi und BMBF das „Nationale Innovationsprogramm

Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologien“

mit den Schwerpunkten Mobilität, Brennstoffzellen

für den industriellen Einsatz sowie zur Hausenergieversorgung

und Spezielle Märkte. Das BMWi

ist hierbei im Rahmen des Programms „Innovation

und neue Energietechnologien“ zuständig für die

angewandte Forschung und die technologische Entwicklung

in den vier genannten Bereichen.

81


Für diese Maßnahmen wurden im Jahr 2008 etwa

22 Mio. Euro zur Verfügung gestellt. Im neueingerichteten

Förderschwerpunkt „Elektrische Energiespeicher“

wurde im Jahr 2008 ein größeres Verbundprojekt

zur Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien

gestartet, die künftig auch zur Einspeisung erneuerbarer

Energien in die Stromnetze interessant

werden können. Darüber hinaus nahm das BMWi

erste Überlegungen zur Einrichtung einer Fördermaßnahme

„Stromnetze der Zukunft“ vor.

Hohe Bedeutung für die Optimierung der Stromversorgung

im Hinblick auf den Ausbau der erneuerbaren

Energien hat der vom BMWi initiierte Wettbewerb

„E-Energy“, dessen Ziel es ist, die Stromversorgung

mit Hilfe moderner Informations- und Kommunikationstechnologien

zu optimieren. Im Frühjahr

2008 wurden im Rahmen des Wettbewerbs

sechs Projekte ausgewählt. Vier davon werden vom

BMWi und zwei vom BMU gefördert. Eine ausführliche

Darstellung der Projekte findet sich im Kapitel

„Optimierung der Energieversorgungssysteme“.

bundesministerium für bildung und

Forschung (bmbF)

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung

(BMBF) fördert die Forschung zu erneuerbaren

Energien sowohl über die institutionelle Förderung

als auch über Projektförderung. Bei der institutionellen

Förderung liegt der Schwerpunkt auf den

Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft

(HGF). Darüber hinaus werden Forschungsinstitute

der Max-Planck-Gesellschaft, der Fraunhofer -Gesellschaft

und der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried

Wilhelm Leibniz vom BMBF unterstützt.

Die Forschungsprogramme der geförderten Institutionen

sind langfristig angelegt. An den Forschungsthemen

in der institutionellen Förderung

hat sich daher im Jahre 2008 gegenüber 2007 nichts

Wesentliches geändert. Schwerpunkte sind der Bereich

Photovoltaik mit Aktivitäten im Helmholtz-

Zentrum Berlin, im Institut für Photovoltaik im

Forschungszentrum Jülich (FZJ) und im Fraunhofer-Institut

für Solare Energiesysteme (ISE). Hinzu

kommen Aktivitäten zur Geothermie beim GeoForschungsZentrum

Potsdam (GFZ).

Im Jahr 2008 hat das BMBF seine Projektförderung

zur Energieforschung ausgeweitet. Die Basis dazu

bildet das im März 2008 veröffentlichte Förderkonzept

„Grundlagenforschung Energie 2020+“. Ziel ist

es, Wissenschaft und Industrie besser zu vernetzen

und Grundlagenforschung mit anwendungsorientierten

Arbeiten zusammenzubringen. Verschiedene

BMBF-Fachprogramme wurden in das Förderkonzept

82

einbezogen. 2008 wurden für die Themen Erneuerbare

Energie und Energieeffizienz etwa 22 Mio. Euro

ausgegeben, 2009 sollen es 33,8 Mio. Euro sein.

Zu den wichtigsten Aktivitäten des neuen Konzeptes

gehören die folgenden Förderinitiativen:

Im Bereich der Solarenergie wurde 2007 die Förderbekanntmachung

„Organische Photovoltaik“ veröffentlicht,

die gemeinsam mit den Fachprogrammen

„Optische Technologien“ und „Werkstoffinnovationen

für Industrie und Gesellschaft - WING“

durchgeführt wird. Für die Ausschreibung wurden

2008 2,2 Mio. Euro bereitgestellt. Auch die Industrie

ist beteiligt. Die Anwendungspotenziale der organischen

Photovoltaik und verwandter Technologien

liegen zunächst im Bereich der netzunabhängigen

Direktversorgung mobiler Kleinverbraucher oder

der Zwischenspeicherung photovoltaisch erzeugter

Elektrizität. Ziel der Förderung ist, die derzeit noch

hohen Herstellungskosten zu reduzieren und die

Wirkungsgrade zu steigern.

Die Ausschreibung „Solarenergietechnik der nächsten

Generation“ umfasst die Themen Dünnschichtphotovoltaik

und photoinduzierte Wasserstofferzeugung:

Dafür werden etwa 16 Mio. Euro über einen

Zeitraum von drei Jahren bereitgestellt. Die Förderung

soll 2009 beginnen.

Im Rahmen des Spitzencluster-Wettbewerbs des

BMBF wurde 2008 der Cluster „Solarvalley Mitteldeutschland“

zur Förderung ausgewählt. In den

Bundesländern Sachsen-Anhalt, Sachsen und Thüringen

haben sich Wissenschaft und Industrie das gemeinsame

Ziel gesetzt, Strom aus Photovoltaikanlagen

wettbewerbsfähig zu machen und den Cluster

zur international führenden Photovoltaik-Region zu

entwickeln. Die Förderung soll zur Technologieentwicklung,

Stärkung des Fachkräftepotenzials, zur

strukturellen Weiterentwicklung der Region und

zum Ausbau ihrer Wettbewerbsfähigkeit beitragen.

Beginnend 2008/2009 sollen über einen Zeitraum

von fünf Jahren rund 40 Mio. Euro Fördermittel zur

Verfügung stehen, weitere 40 Mio. Euro werden von

den Partnern aus der Industrie bereitgestellt.

Die Förderbekanntmachung „BioEnergie 2021 - Forschung

für die Nutzung von Biomasse“ wurde im

Januar 2008 in Zusammenarbeit mit dem BMBF-

Rahmenprogramm „Biotechnologie – Chancen nutzen

und gestalten“ herausgebracht. Die Bekanntmachung

besteht aus den Komponenten „Bioraffinerie

der Zukunft“, „Energiepflanzen – Pflanze als Energie-

und Rohstofflieferant“ und „Ideenwettbewerb

BioEnergie – neue Wege beschreiten“. Für das Programm

stehen in den nächsten fünf Jahren rund 10

Mio. Euro pro Jahr zur Verfügung. Die ausgewählten

Projekte starten 2008 und 2009.


Herstelllung von organischen solarzellen

Im Bereich Energieeffizienz gibt es zwei Förderaktivitäten

des BMBF mit Bezug zu erneuerbaren Energien:

Zum einen wurde 2008 die Innovationsallianz

„Lithium-Ionen-Batterie (LIB 2015)“ ins Leben gerufen.

In diesem Rahmen stellt das BMBF rund 60 Mio. Euro

für kooperative Forschungsarbeiten in Unternehmen,

Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen

zur Verfügung. Weitere 360 Millionen

Euro werden von zahlreichen Industrieunternehmen

investiert. Ziel ist die Entwicklung neuer

Generationen großer, leistungsfähiger und sicherer

Lithium-Ionen-Batterien, die als Energiespeicher in

Hybrid- und Elektrofahrzeugen oder zur Zwischenspeicherung

regenerativer Energie eingesetzt werden

können.

Zum anderen wurde im April 2008 der Wettbewerb

„Energieeffiziente Stadt“ ausgeschrieben. Dieser fördert

neue Ansätze und Ideen zur Steigerung der

Energieeffizienz von Städten und Gemeinden unter

Einbeziehung soziologischer, finanzieller und juristischer

Aspekte und der Dienstleistungsforschung.

Zunächst wird in 10 – 15 ausgewählten Projekten

eine 12 – 18 Monate dauernde Konzeptentwicklungsphase

mit 100.000 – 200.000 Euro pro Projekt

gefördert. Von diesen werden dann 3 – 5 konkrete

Umsetzungsprojekte ausgewählt, die mit einem Umfang

von rund 1 Mio. Euro pro Jahr über 3 – 5 Jahre

unterstützt werden. Je nach thematischer Ausrichtung

können diese Projekte auch im Rahmen der

Programme anderer Ressorts gefördert werden.

bundesministerium für ernährung, landwirtschaft

und Verbraucherschutz (bmelV)

Das BMELV ist für die Forschungsförderung im Bereich

nachwachsender Rohstoffe zuständig. Dazu

gehören Projekte entlang der gesamten Prozesskette

vom Anbau energetisch nutzbarer Biomasse über

die Weiterentwicklung von Technologien zur energetischen

Nutzung von Biomasse bis hin zur sinnvollen

Verwertung von Reststoffen.

Ergänzt werden diese Vorhaben durch Begleitforschungen

zu ökologischen und ökonomischen Fragestellungen.

Biomasse ist ein klimaverträglicher und regionaler

Energierohstoff. Sie ist speicherfähig und steht ganzjährig

zur Verfügung. Mit dem Anbau von Energiepflanzen

und der Mobilisierung von Energieholz

kann die Versorgung mit nachwachsenden Rohstoffen

nachhaltig gesichert werden. Energie aus

land- und forstwirtschaftlicher Biomasse hat in den

letzten Jahren deutlich an Bedeutung gewonnen.

2007 stammten rund 70 % der über erneuerbare

Energieträger in Deutschland bereitgestellten

Energie aus Biomasse. Bioenergieträger deckten

über Raumheizung, Verstromung oder als Kraftstoffe

rund 6 % des Endenergieverbrauchs in

Deutschland. Insgesamt wurden 100 % der regenerativ

erzeugten Kraftstoffe, 93 % der Wärmeerzeugung

aus erneuerbaren Quellen und 22 % des aus

regenerativen Energieträgern erzeugten Stroms auf

der Basis von Bioenergieträgern gewonnen.

83


Durch den Projektträger Fachagentur Nachwachsende

Rohstoffe e.V. (FNR) fördert das BMELV nachwachsende

Rohstoffe und Bioenergie über folgende Programme:

˘ das Förderprogramm „Nachwachsende Rohstoffe“

zur Unterstützung von Forschungs- und Entwicklungsvorhaben,

˘ das Markteinführungsprogramm „Nachwachsende

Rohstoffe“ mit einer Richtlinie zur „Errichtung

von Eigenverbrauchstankstellen“,

˘ die Richtlinie zur „Förderung von Demonstrationsvorhaben

im Bereich der energetischen Nutzung

nachwachsender Rohstoffe“.

2008 wurden nach vorläufigen Angaben

19,4 Mio. Euro für Forschungsvorhaben im Bioenergiebereich

aufgewendet. 2007 waren es 12,1 Mio.

Euro. Im Förderprogramm „Nachwachsende Rohstoffe“

sind die Themenschwerpunkte gegenüber

2007 unverändert:

˘ Anbau von Energiepflanzen

Hierbei geht es um standortangepassten und nutzungsoptimierten

Anbau von Energiepflanzen,

Züchtung und Nutzung von Energiepflanzen und

Gestaltung von Fruchtfolgen unter Berücksichtigung

ökologischer und ökonomischer Faktoren.

7,3 mio. euro für biokraftstoffprojekte

4,3 mio. euro für biogasprojekte

1,2 mio. euro für projekte im bereich

feste biomasse

1,4 mio. euro für sonstige

bioenergieprojekte

(z.b. zur logistik)

5,2 mio. euro für energiepflanzenprojekte

Quelle: bmelV

Aufwendungen des bmelV

für Forschungsvorhaben zur bioenergie 2008

84

˘ Biogas

Vorhaben zur Erzeugung und Verstromung von

Biogas befassen sich mit der Optimierung von

Prozessen und Steuerungssystemen, mit der Biogaskonversion

sowie mit neuen Umwandlungstechnologien,

z.B. durch Brennstoffzellen. Zudem

geht es um die Aufbereitung von Biogas für die

Gaseinspeisung oder die Nutzung als Kraftstoff

sowie um den Einsatz von Gärresten.

˘ Feste Biobrennstoffe

In den Projekten geht es um Normierung, Standardisierung

und Qualitätssicherung von festen

Biobrennstoffen, um Entwicklung und Optimierung

umweltfreundlicher Kleinfeuerungsanlagen

sowie um Demonstration innovativer Konversionstechnologien.

Außerdem werden Maßnahmen

zur Verminderung von Emissionen sowie

zur kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung

entwickelt. Ein wichtiger Punkt dabei ist es, die

Brennstoffquellen zu erweitern. Neben Holz sollen

auch andere landwirtschaftliche Bioenergieträger

wie Stroh und Energiepflanzen genutzt

werden.

˘ Flüssige Biokraftstoffe

Gefördert wird zum einen die Optimierung von

konventionellen Biokraftstoffen (Pflanzenöl, Biodiesel

und Bioethanol). Zum anderen spielen Forschungsansätze

zur Herstellung neuer biogener

Kraftstoffe (insbesondere BtL-Kraftstoffe) eine Rolle.

In Zusammenarbeit mit anderen Bundesministerien

hat das BMELV die Deutsche Biomasse Forschungszentrum

GmbH (DBFZ) gegründet. Das DBFZ hat am

1. Januar 2008 im ehemaligen Institut für Energetik

und Umwelt (IE) in Leipzig seine wissenschaftlichen

Arbeiten aufgenommen. Das DBFZ bearbeitet

aktuelle Fragestellungen auf dem gesamten Gebiet

der Bioenergie. Es wird vom BMELV mit jährlich

4 Mio. Euro institutionell gefördert. Hinzu kommen

Projektmittel anderer Ressorts (BMU, BMBF und

BMVBS). Das BMU hat dem DBFZ 2008 Projektmittel

in Höhe von 420.000 Euro zur Verfügung gestellt.

Ende 2008 hatte das DBFZ etwa 80 Mitarbeiter.


WICHTIGe lINkS

˘ www.bmu.de

Internetseite des Bundesumweltministeriums

˘ www.erneuerbare-energien.de

Internetseite des BMU zu erneuerbaren Energien

˘ www.erneuerbare-energien.de/inhalt/4595

Internetseite des BMU zur Forschungsförderung

im Bereich der erneuerbaren Energien

˘ www.fz-juelich.de/ptj/erneuerbare-energien/

Internetseite des Projektträgers Jülich (PtJ).

Zuständig im Rahmen der Forschungsförderung

des BMU für Windenergie, Photovoltaik, Niedertemperatur-Solarthermie

und Geothermie und

seit Januar 2008 für solarthermische Kraftwerke.

˘ www.solarthermie2000plus.de

Spezielle Informationen zur Fördermaßnahme

Solarthermie2000plus im Forschungsbereich

Niedertemperatur-Solarthermie

˘ www.solar-thermie.org

Internetseite des Projektträgers VDI/VDE-IT.

Bis 2007 zuständig für die Forschungsförderung

des BMU zu solarthermischen Kraftwerken.

˘ www.bine.info

Internetportal des Informationsdienstes BINE zu

Energieeffizienz und erneuerbaren Energien

˘ www.fz-juelich.de/ptj/netzwerkegrundlagenforschung

Projektträger Jülich: Netzwerke zu erneuerbaren

Energien und rationeller Energieumwandlung

˘ www.nkj-ptj.de

Projektträger Jülich: Wasserstoff, Brennstoffzellen

˘ www.bmwi.de

Internetseite des Bundesministeriums für Wirtschaft

und Technologie (BMWi)

˘ www.bmbf.de

Internetseite des Bundesministeriums für Bildung

und Forschung (BMBF)

˘ www.energieforschung-bmbf.de

Internetseite des BMBF zur Energieforschung des

BMBF.

˘ www.bmelv.de

Internetseite des Bundesministeriums für Ernährung,

Landwirtschaft und Verbraucherschutz

(BMELV)

˘ www.helmholtz.de/de/Forschung/Energie.

html

Energieforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft

Deutsches Forschungszentrum (HGF)

˘ www.enob.info

Forschung für energieoptimiertes Bauen

˘ www.fnr.de

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe

˘ www.forschungsrahmenprogramm.de

Deutsches Portal zum 7. Forschungsrahmenprogramm

der EU – Programmübersicht und Übersicht

aller nationalen Kontaktstellen

˘ www.foerderdatenbank.de

Förderdatenbank des Bundes mit Informationen

zu Förderprogrammen des Bundes, der Länder

und der Europäischen Union

˘ www.foerderkatalog.de

Online-Datenbank des Bundes – Informationen

zu den von der Bundesregierung geförderten

Projekten

85


Neu bewilligte projekte

2007 2008

Anzahl 1.000 EUR Anteil in % Anzahl 1.000 EUR Anteil in %

photovoltaik 49 41.653 40,8 38 39.735 26,3

Wind 52 34.713 34,0 32 40.097 26,6

Geothermie 17 8.051 7,9 18 16.381 10,9

Niedertemperatur-

solarthermie 20 7.505 7,3 20 10.129 6,7

solarthermische Kraftwerke 18 5.851 5,7 15 8.217 5,4

systemintegration 26 28.184 18,7

sonstiges 21 4.391 4,3 20 8.070 5,4

summe 177 102.164 100,0 169 150.813 100,0

laufende projekte 2008 Abgeschlossene projekte 2008

Anzahl 1.000 EUR Anzahl 1.000 EUR

photovoltaik 133 150.530 27 28.563

Wind 125 1)

102.414 37 2) 22.230

Geothermie 48 46.327 16 12.454

Niedertemperatur-solarthermie 60 29.294 14 5.481

solarthermische Kraftwerke 41 24.786 11 5.085

systemintegration 26 28.184

sonstiges 51 28.811 11 4.811

summe 484 410.346 116 78.624

1+2) Davon 2 Einzelvorhaben im rahmen des 250 mW-Wind-programms.

mittelabfluss (1.000 euro)

2005 2006 2007 2008

Durchschnitt

2005 – 2008

Durchschnittlicher

Anteil in %

photovoltaik 41.961 37.609 32.108 39.939 37.904 44,1

Wind 16.885 9.765 15.741 29.908 18.075 21,0

Geothermie 10.667 13.985 14.443 7.415 11.628 13,5

Niedertemperatur-

Solarthermie 4.920 6.612 5.676 5.736 5.736 6,7

Solarthermische kraftwerke 5.154 5.906 5.935 7.078 6.018 7,0

Systemintegration 822 206 0,2

Sonstiges 6.229 6.490 6.437 6.460 6.404 7,5

Summe 85.816 80.367 80.340 97.358 85.970 100,0


„Der Staat schützt auch in Verantwortung für die künftigen

Generationen die natürlichen Lebensgrundlagen …“

Grundgesetz, Artikel 20 a

beSTellUNG VON pUblIkATIONeN:

Bundesministerium für umwelt, Naturschutz und reaktorsicherheit (Bmu)

postfach 30 03 61

53183 Bonn

Tel.: 0228 99 305-33 55

Fax: 0228 99 305-33 56

E-mail: bmu@broschuerenversand.de

internet: www.bmu.de

Diese publikation ist Teil der Öffentlichkeitsarbeit des Bundesministeriums für umwelt,

Naturschutz und reaktorsicherheit. sie wird kostenlos abgegeben und ist nicht zum

Verkauf bestimmt. Gedruckt auf recyclingpapier.

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