Fusion im Energiesystem 2050+

Herausforderung Energiewende / Zukunftsthema Energie­system­integration / Rolle der Fusion

Schema eines Tokamak-Demonstra­tions­kraftwerks. Von innen nach außen: Magnetspule zur Induktion des Plasmastroms (braun), Hauptfeldspulen (lila), Plasmagefäß mit Stutzen (grün), Blanket (blau), Divertor (magenta), Zusatzspulen (braun), Kryostat (grau), Abschirmung (grau). © EFDA Schema eines Tokamak-Demonstra­tions­kraftwerks. Von innen nach außen: Magnetspule zur Induktion des Plasmastroms (braun), Hauptfeldspulen (lila), Plasmagefäß mit Stutzen (grün), Blanket (blau), Divertor (magenta), Zusatzspulen (braun), Kryostat (grau), Abschirmung (grau). © EFDA

Um die Energiewende zu meistern, sind im künftigen Energiesystem unter­schiedlichste Energiequellen miteinander in Einklang zu bringen, dezentrale und zentrale, wetterabhängige und dauer­betriebsfähige. Den technologischen und ökonomischen Wechselwirkungen aller Systembausteine – Erzeuger, Speicher, Verbraucher und Transportsysteme – und ihrer intelligenten Vernetzung widmet sich das Projekt „Energiesystemintegra­tion“, das die Helmholtz-Gemeinschaft als neues „Zukunftsthema“ in den kommenden drei Jahren im Rahmen ihres Impuls- und Vernetzungsfonds mit fünf Millionen Euro fördert. Die beteiligten Partner, darunter das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching und Greifswald, steuern weitere Mittel bei. Ziel des Forschungs­projektes ist es, die Architektur für ein umweltverträgliches, effizientes und gleichzeitig stabiles Energiesystem der Zukunft zu modellieren.

Als neue Primärenergiequelle werden in der zweiten Jahrhunderthälfte Fusionskraftwerke erwartet, umwelt- und klimafreundliche Stromerzeuger einer elektrischen Leistung von rund einem Gigawatt. Der Beitrag des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik wird es daher sein, die physikalischen und technischen Eigenschaften dieser Anlagen – vom Typ Tokamak oder Stellarator – zu erarbeiten.

Schematischer Aufbau eines Stellarator-Demonstrationskraftwerks. Von innen nach außen: Stützring (grau), Magnetspulen (blau), Plasmagefäß mit Stutzen (grau), Blanket (grün), Plasma (rot). Nicht eingezeichnet sind der Divertor und der Kryostat, der den Anlagenkern umschließt. © IPP Schematischer Aufbau eines Stellarator-Demonstrationskraftwerks. Von innen nach außen: Stützring (grau), Magnetspulen (blau), Plasmagefäß mit Stutzen (grau), Blanket (grün), Plasma (rot). Nicht eingezeichnet sind der Divertor und der Kryostat, der den Anlagenkern umschließt. © IPP

Sind nach 2050 Fusionskraftwerke verfügbar, könnten sie an die Stelle der heutigen Kohlekraftwerke treten. Der in das Stromnetz einzuspeisende Fusions­strom wäre planbar; Fusionskraftwerke könnten daher zur Sicherung der Netzstabilität beitragen. Auch die Erzeugung von Prozesswärme bei hohen Temperaturen wäre denkbar, etwa für die Synthese von Treibstoffen. Systemstudien sollen all dies genauer analysieren. Sie sollen die Basis dafür liefern, die Fusion in die Modelle des künftigen Energiesystems einzubinden und seinen Anforderungen gemäß zu optimieren.

Insgesamt sind am Forschungsprojekt „Energiesystemintegration“ sieben Helmholtz-Einrichtungen beteiligt: das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, das Forschungszentrum Jülich, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, das Deutsche GeoForschungsZentrum Potsdam und das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, das der Helmholtz-Gemeinschaft assoziiert ist. Die Projektleitung hat das Karlsruher Institut für Technologie übernommen.