Der Energiewandel, den die europäischen Länder in den kommenden Jahren vollziehen müssen, ist eine große Herausforderung. Wie können wir den Energiebedarf unserer Gesellschaft decken und gleichzeitig unsere CO₂-Emissionen senken? In der Abteilung ,,Umweltforschung und Innovation" des LIST werden die Energiesysteme von morgen erdacht und konzipiert. Lucien Hoffmann, Leiter des Instituts, spricht mit uns über diese Herausforderungen.

Wie lässt sich das Ausmaß der Herausforderung, die die Energiewende darstellt, zusammenfassen?

Es handelt sich nicht nur um eine luxemburgische oder europäische Herausforderung, sondern um eine globale. Zunächst einmal wird die globale Energienachfrage weiter deutlich ansteigen, in den nächsten zehn Jahren um etwa acht Prozent. Dabei ist nicht zu vergessen, dass rund eine Milliarde Menschen noch immer keinen Zugang zu Elektrizität haben. Um die Wirtschaft dekarbonisieren zu können, wird sich die Art der Energieerzeugung erheblich ändern, wobei der Anteil der erneuerbaren Energien bis 2030 um mehr als 50% steigen wird, was hauptsächlich auf die Entwicklung der Photovoltaik und der Windenergie zurückzuführen ist.

Während erneuerbare Energien CO₂-arm sind, ist die Produktion von Windkraft oder Photovoltaik fluktuierend. Wie kann der Energiebedarf gedeckt werden, wenn es dunkel ist oder kein Wind weht?

Eine der Antworten auf diese Herausforderung ist die Entwicklung von Speichereinheiten, insbesondere von Batterien, um die erzeugte Energie, die nicht verbraucht wird, zu speichern und sie später wieder abzugeben. Die Demokratisierung von Batterien hat dazu geführt, dass in den letzten Jahren eine konsequente Verbreitung von Speichermedien stattgefunden hat. Mit diesen Entwicklungen wird der Verbraucher auch immer mehr zum Produzenten, indem er zu Hause Photovoltaikanlagen installiert. Er wird zum Prosumer (producer/consumer = Erzeuger/Verbraucher). All dies bedeutet, dass das Stromsystem und insbesondere das Stromnetz stark verändert werden müssen, damit sie in der Lage sind, die mit der Produktion von erneuerbaren Energien verbundenen größeren Produktionsspitzen zu bewältigen, und dass neue Ansätze zur Bewältigung dieser Spitzen entwickelt werden müssen.

Wie wird dies in Luxemburg umgesetzt?

Im Rahmen des Übergangs hat sich das Land ehrgeizige Ziele gesetzt, die bis 2030 erreicht werden sollen. Dazu gehören eine Senkung der Treibhausgasemissionen um 55%, eine Steigerung der Produktion erneuerbarer Energien um 25%, eine Verbesserung der Energieeffizienz von 40 auf 44%, insbesondere durch Gebäudesanierungen, und eine Erhöhung des Anteils von Elektrofahrzeugen auf der Straße auf 48%. Der Übergang wird bedeuten, die Art und Weise, wie wir Energie verbrauchen, zu verbessern, indem wir Verschwendung vermeiden und die Effizienz der Nutzung steigern. Andererseits muss er auf technischen und technologischen Entwicklungen beruhen, um ein besseres Energiemanagement zu erreichen.

Ist das Land auf diese Veränderungen vorbereitet?

Es gibt Pläne und Strategien, um sich auf diese Entwicklungen einzustellen. Dies begann mit dem Rifkin-Prozess, der sich mit der dritten industriellen Revolution und der Notwendigkeit befasst, eine Art Internet der Energie zu schaffen, d.h. ein Modell für dezentralisierte, gemeinsam genutzte, aber vor allem nachhaltige und sparsame Energie. Weitere Beispiele sind der Nationale Plan für nachhaltige Entwicklung, die nationale Innovationsstrategie,, data driven", das Szenario ,,report 2040" von Creos oder der integrierte nationale Energie- und Klimaplan.

Was sind die größten technischen und technologischen Herausforderungen im Zusammenhang mit dieser Transformation?

Die größte Herausforderung ist der Umbau der Netze. Er muss all diese Aspekte berücksichtigen: mehr lokale erneuerbare Energien, Dezentralisierung der Produktion, Entwicklung von Energiegemeinschaften, mehr Elektromobilität oder auch die Integration von Wasserstoff in den Energiemix... Wir brauchen dafür ein intelligenteres Energiemanagement, das auf einer gründlichen Analyse der aktuellen und zukünftigen Produktions- und Verbrauchsdaten beruht, damit wir die Energie effizienter produzieren, speichern und über das Netz verteilen können.

Wie werden diese Herausforderungen im LIST und in den von Ihnen geleiteten Projekten angegangen?

In unseren Projekten arbeiten wir an der Entwicklung des Energiesystems der Zukunft. Die Einheit ,,Intelligent Clean Energy Systems" (ICES) hat das Ziel, innovative, marktorientierte Lösungen und Dienstleistungen für saubere Energiesysteme zu entwickeln, bei denen verteilte und flexible Märkte und Netze, die auf sauberen und effizienten Anlagen basieren, digitale Technologien nutzen, um alle Akteure in den Systemen auf optimale, transparente und demokratische Weise zu integrieren. Wir arbeiten mit einem ganzheitlichen Ansatz, von der Konzeptualisierung der Systeme der Zukunft bis hin zu ihrer Umsetzung und Validierung durch Projekte vor Ort.

Wie weit ist diese Arbeit fortgeschritten?

Anfang März haben wir ein neues Labor eingeweiht, das sich diesen Herausforderungen widmet. Es wird zur Entwicklung innovativer Energiesysteme beitragen. Mithilfe einer Datenanalyseplattform, die sich auf Lösungen für künstliche Intelligenz stützt, können wir verschiedene Arten von Netzen virtuell in Echtzeit simulieren und die Interaktion zwischen den verschiedenen Elementen, aus denen sie bestehen, bewerten. Mithilfe der Daten und Modelle können wir einen virtuellen Zwilling der Netzwerke und ganz allgemein Luxemburgs entwerfen. Auf der Grundlage dieses Zwillings und unter Einsatz von Technologien der künstlichen Intelligenz können verschiedene Szenarien durchgespielt werden, die es ermöglichen, die geeignetsten Umbauten und Investitionen zu konzipieren, um den Bedürfnissen gerecht zu werden, oder auch Preisstrategien zu entwerfen, die dazu beitragen, das Verhalten der Nutzer zu ändern, um die Zeiten von Produktion und Verbrauch aufeinander abzustimmen.

Vor Ort setzen wir außerdem Konzepte der Energiegemeinschaft um, indem wir sechs Projekte zur Installation von Batterien in sechs luxemburgischen Gemeinden durchführen, die den Verbrauchsbedarf eines Dorfes während eines bestimmten Zeitraums decken können. Diese Batterien können überschüssige Energie speichern, wenn die Sonne auf die Photovoltaikanlagen scheint oder der Wind die Windräder antreibt, und sie zu Zeiten abgeben, in denen diese Quellen versiegen. Sébastien Lambotte