Innovative Lösungen für hohe Wärme- und Kühlbedarfe in Städten und Industrien  

Gebiete mit hohem Wärme- und Kühlbedarf, wie dicht besiedelte urbane Bereiche und große Industrie- und Gewerbekunden , sind derzeit überwiegend auf fossile Energieträger angewiesen. Um diese Anforderungen zukünftig nachhaltig zu erfüllen, sind neue Technologien und Konzepte erforderlich, die große thermische Energiemengen effizient bereitstellen können. Dies ist oft für einzelne Verbraucher wirtschaftlich und technisch nicht machbar, kann aber durch gemeinschaftliche und kaskadische Nutzung sowie durch Sektorkopplung effiziente Lösungen bieten.

Forschungsschwerpunkte

Oberflächennahe und tiefe Geothermie  

Geothermie ermöglicht die Nutzung der Erdwärme zur nachhaltigen und CO₂-freien Wärme- und Kälteversorgung sowohl für Gebäude als auch industrielle Anwendungen. Durch die Einspeisung in thermische Netze und die kaskadische Nutzung bei unterschiedlichen Temperaturniveaus kann diese Energiequelle optimal genutzt werden. Erdwärmesysteme machen es außerdem möglich, klimaneutral und ohne Ausstoß von Aerosolen, Gasen und Lärmemissionen nachhaltige Wärme für Heiz- und Kühlzwecke zu gewinnen.

• Thermische Grundwassernutzung, Erdsondenfelder und Erdwärmekollektoren
• Wärmegewinnung aus Infrastrukturbauten und -flächen (bspw. Tunnel, Asphaltkollektoren)
• Potentiale und Machbarkeiten von Hydrogeothermie 
• Hydrochemie  der Geofluide
• Innovative Konzepte und optimale Einbindung in Versorgungssysteme

Nutzung von Umgebungs- und Abwärme

Die Nutzung von Umgebungs- und Abwärme ist ein wesentlicher Bestandteil zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Förderung erneuerbarer Energien. Durch Integration dieser Wärmequellen in thermische Netze sowie die kaskadische  Nutzung können urbane Gebiete und Industrien nachhaltiger gestaltet werden. 

• Nutzung von Umgebungswärme (Luft, Oberflächengewässer ) 
• Abwärmenutzung aus Industrie, Rechenzentren, Elektrolyseuren und H2- bzw. CO2-Infrastruktur 
• Innovative Erschließung und Integration in thermische Netze
• Einsatz von Großwärmepumpen

Thermische Speicher für Wärme und Kälte

Speichertechnologien sind entscheidend für die Flexibilisierung der Energieversorgung und die Optimierung der Nutzung erneuerbarer Energiequellen. Für die versorgungssichere Bereitstellung erneuerbarer Wärme und Kälte benötigen wir zukünftig große, thermische Speicher. Wärme- und Kältespeicher, sowohl oberirdisch als auch unterirdisch, die saisonale Verschiebung von überschüssiger thermischer Energie, beispielsweise zur Nutzung von ganzjährig verfügbarer Erdwärme in kälteren Monaten. 

• Aquiferspeicher 
• Erdsondenspeicher
• Kavernenspeicher 
• Erdbecken
• Behälterspeicherspeicher
• Innovative Speicherformen

Materialien für eine flexible und resiliente Energieversorgung 

Durch Energiespeicher (Wärme, Strom, grüne Gase) können die Effizienz und Zuverlässigkeit von Energiesystemen verbessert werden. Für verlässliche und effiziente Systeme benötigen wir Speichermaterialien und Komponenten mit optimierten Eigenschaften. Dies umfasst die Charakterisierung und Auswahl geeigneter Materialien sowie die Entwicklung innovativer Einsatzmöglichkeiten zur Maximierung der Energieausbeute. Für neue Isolations- und Speichermaterialien sowie geologische Materialien ist die Messung der thermischen Eigenschaften und der Kinetik ausschlaggebend für erzielbare Performance, und erlaubt weiterführende Simulationen in Komponenten und Systemen.  Durch (Weiter-)Entwicklung von Messverfahren können eine Vielzahl von Fragestellungen in thermischen Energiespeicher-, Wasserstoff- oder Batterietechnologien beantwortet werden.

• Entwicklung von Materialien, Komponenten und Systemen zur Energieversorgung und -speicherung (thermische Energie, Wasserstoff, Batterien)
• Methodenentwicklung und Charakterisierung von Energiespeichermaterialien (Stoff- und Wärmetransport, thermophysikalische Eigenschaften) 
• Prozessentwicklung und Systemintegration

Innovative Wärme- und Kälteversorgungskonzepte

Unsere innovativen Konzepte zur Wärme- und Kälteversorgung zielen darauf ab, die Energieversorgung in städtischen Gebieten und Verbänden nachhaltig und effizient zu gestalten. Die Nutzung lokaler Wärmequellen in bestehenden sowie neuen Versorgungsgebieten verringert die Abhängigkeit. Durch die Implementierung von Niedertemperatur-/Anergienetzen sowie die Integration von Speichersystemen können diese Konzepte einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende leisten. Die verfügbaren Energiequellen werden durch die kaskadische Nutzung Energiequellen bestmöglich nutzbar. Damit werden regionale Synergien geschaffen, der Autarkiegrad erhöht und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit des Systems deutlich erhöht.

• Lösungen für Gebäudeverbände, Quartiere und urbane Gebiete
• Integration lokaler Wärmequellen und Speicher
• Kaskadische Nutzung von Wärme und Kälte
   

Transformation thermischer Kraftwerke

Die Transformation thermischer Kraftwerke ist ein wichtiger Schritt zur Reduktion von CO2-Emissionen und zur Integration erneuerbarer Energien. Dafür werden zukünftig eine Reihe innovativer Technologien wie Wärmepumpen, elektrische und Hochtemperaturspeicher, Carbon Capture und Wasserstoff sowie Power-to-Heat und Power-to-X-to-Power (z.B. Carnot Batterien) notwendig sein, die intelligent und optimiert in bestehende Infrastrukturen integriert werden. Sektorkopplung spielt hierbei eine zentrale Rolle, um eine umfassende und nachhaltige Energieinfrastruktur zu schaffen.

• Dekarbonisierung und Integration erneuerbarer Technologien
• Sektorkopplung (Strom, thermische Energie, erneuerbare Energieträger ) für eine nachhaltige Energiezukunft

Angebote und Services 

Unsere Leistungen decken den gesamten Prozess von der ersten Konzeptentwicklung bis zur praktischen Umsetzung ab:

• Technologievergleiche, Potenzial- und Machbarkeitsstudien
• Technologieentwicklung 
• Pre-Basic Engineering, Planung, Design- und Materialoptimierung
• Systemintegration und Betriebsoptimierung
• Wissenschaftliche Umsetzungsbegleitung und Betriebsmonitoring und Auswertung
• Modellierung, Simulationen und Optimierung von Einzelkomponenten und gesamten Systemen
  • stationäre und dynamische Modelle und Simulationen (0D-3D)
  • Multi-physikalische, detaillierte Modelle und Simulationen 
• Experimentelle Untersuchungen und Methodenentwicklung
  • Thermophysikalische Materialcharakterisierung
  • Wärme- und Stofftransferanalysen
  • Charakterisierung hydrochemischer Vorgänge in Geofluiden
  • Entwicklung von Laborprototypen
     

Lösungen