2050年能源系统:能源转型解决方案

为全球气候保护做出贡献,德国必须迅速而全面地减少化石能源的使用,并相应地改变能源系统。亥姆霍兹协会的研究计划“ 2050年能源系统”研究了如何以及通过何种方式实现能源转型这一目标。合作伙伴之一是卡尔斯鲁厄技术学院(KIT)。在柏林举行的最后会议上,与会研究中心的科学家介绍了他们的研究结果。

决定到2050年实现气候中和的德国,作为一个工业化国家,面临着巨大挑战:组织能源系统的全面和可持续转型,同时确保我们日常生活,工业和中央通信运营的稳定能源供应和运输基础设施。在研究计划“ 2050能源系统”(ES2050)的框架内,亥姆霍兹协会的科学家们制定了具体的战略和技术方法,以改善气候保护和加强供应安全。

“能源系统的气候友好型转型需要适当的技术和清晰的系统解决方案。在“ 2050能源系统”中,我们不仅成功开发了技术框架,而且还在实际操作中对其进行了测试,并详细阐述了使用它们的灵活策略。”研究计划的协调员,亥姆霍兹协会能源研究领域的协调员兼KIT主席Holger Hanselka教授说。“我们的研究计划汇集了八个研究中心的能力,以使能源转型取得成功。”

能源转型战略,技术和开源工具

该研究计划于2015年启动,旨在为能源系统的转型做出重要的前瞻性贡献。170位科学家在研究小组中进行了研究,每个研究小组专注于一个能量过渡难题。在对德国能源供应系统进行系统分析的基础上,他们开发了经济高效且气候友好的转型途径,直至2050年。这项工作得到了对未来电网的架构和安全性以及氢和生物能源系统整合的研究补充。此外,电网部件,例如氧化还原流存储系统,沼气设施或用于合成气和沼气再转化的燃气轮机也是研究的对象。研究人员详细测试了这些技术,并系统地分析了它们之间的相互作用。结果,找到了用于部门耦合的最佳“团队参与者”,包括将热量和电源结合起来的技术。此外,还进行了面向生命周期的可持续性分析。例如,除了成本和二氧化碳排放量之外,此类分析还考虑了从生物残渣生产燃料时的其他生态和社会因素。

为了在系统级别进行动态实验,ES2050的研究人员建立了大规模的研究基础架构网络,包括KIT校园内的Energy Lab 2.0和ForschungszentrumJülich(FZJ)的Living Lab能源校园。同时,这些详细的能源系统模型配备了自己的电网基础设施和Power-to-x设施,住宅建筑和运输系统组件。物理模型与虚拟结构紧密相连,以实现能源系统的智能扩展。借助“数字孪生”技术,可以将系统组件集成到实验中,尽管它们尚不存在,例如未来的氢基础设施。研究计划了解其建模工具,数据集,和基准作为开放式生态系统的一部分,并将其作为开放源提供。大型输电网运营商已经使用了这种“能源过渡工具包”。

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2050年能源系统:能源转型解决方案
KIT校园内的Energy Lab 2.0是欧洲最大的可再生能源研究基础设施。研究重点关注环境友好的能源生产商和存储方法之间的智能互连。

对能源转型的可持续贡献

能源领域要实现气候中和还有很长的路要走,但变革已经开始:例如,根据2019年的数据,可再生能源在总功耗中所占的比例为42.1%,而前一年为37.8%。“ 2050能源系统”研究计划的结果可以增强这种动态趋势,并将其扩展到涵盖住房,交通运输和工业领域。亥姆霍兹协会的能源研究领域发起了“能源系统2050”研究计划。

更多信息:https://www.helmholtz.de/en/research/energy/energy_system_2050/

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