Jubiläumsfeier ISET IWES IEE

30 Jahre ISET | IWES | IEE

Die umfangreiche Bilanz aus 30 Jahren Forschung und Entwicklung für die Nutzung der erneuerbaren Energien hat das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE in Kassel kürzlich mit rund 250 Gästen aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik gefeiert und in einem vorgelagerten Zukunftsforum »Energiewende gestalten« Perspektiven für die Weiterentwicklung der Energiewende diskutiert.   

Der Hessische Staatsminister für Wissenschaft und Kunst Boris Rhein würdigte in seinen Grußworten die 30 jährige Forschungsbilanz des heutigen Kasseler Fraunhofer-Instituts sowie die Entwicklung auf über 350 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Rhein unterstrich dabei die Bedeutung der Forschung für die Gesellschaft und als Motor für die Wirtschaft.

1988 gründete das Land Hessen auf Initiative von Prof. Dr. Werner Kleinkauf das Institut für Solare Energieversorgungstechnik ISET als eigenständiges An-Institut der Universität Kassel. »Mein Ziel war es, dass neben der deutschlandweit in mehreren Forschungsinstitutionen betriebenen Grundlagenforschung auch die Systemtechnik –  das ingenieurmäßige Erfassen der Komplexität dieser neuen Versorgungsanlagen und -strukturen – vorangetrieben wird«, so Werner Kleinkauf im Rückblick.

Universitätspräsident Prof. Dr. Reiner Finkeldey stellte fest: »Hier wurde ein Zukunftsthema recht früh identifiziert und eine nachhaltige Entwicklung in Gang gesetzt«, zu der auch die enge Kooperation zwischen der Universität Kassel und dem anwendungsorientiert forschenden ISET maßgeblich beigetragen hat. »Wir bilden die kommenden Generationen von Ingenieurinnen und Ingenieuren, von Ökonominnen und Ökonomen, von Stadtplanern und Wirtschaftsingenieuren aus, die Expertinnen und Experten der Energiewende werden.«

2009 hat die Fraunhofer-Gesellschaft das ISET als einen von zwei Institutsteilen in das neue Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES aufgenommen. Unter der Leitung von Prof. Jürgen Schmid wurde der Schwerpunkt Energiesystemtechnik weiter ausgebaut und die Mitarbeiterzahl wuchs schnell von 180 auf 350.

2018 trug die Fraunhofer-Gesellschaft der erfolgreichen Entwicklung der beiden Institutsteile des Fraunhofer IWES Rechnung und wandelte sie in eigenständige Institute um. In Kassel entstand das neue Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, das seit 2012 von Prof. Dr. Clemens Hoffmann geleitet wird: »Im Rahmen eines umfangreichen Strategieprozesses haben wir das Profil des Instituts in den vergangenen Jahren systematisch geschärft und weiterentwickelt. Das Portfolio umfasst nun neben der Energiesystemtechnik auch den Geschäftsbereich Energiewirtschaft. Das ist wichtig, denn für den Prozess der Transformation der Energieversorgungssysteme sind neben Technologien auch die Finanzierbarkeit und neue Geschäftsmodelle von entscheidender Bedeutung.«

Peter Caselitz mit Fraunhofer-Taler ausgezeichnet

Im Rahmen der Feierstunde im Kasseler Kongresspalais zeichnete Dr. Alexander Roth, Direktor Technologiemarketing der Zentrale der Fraunhofer-Gesellschaft, Peter Caselitz mit dem Fraunhofer Taler aus. Diese Ehrung wird an Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter verliehen, die sich um die Fraunhofer-Gesellschaft besonders verdient machen. Peter Caselitz war seit der Institutsgründung zunächst als Abteilungsleiter, dann als Bereichsleiter und zuletzt als Wissenschaftlicher Programmdirektor im Institutsmanagement für die Abstimmung und Weiterentwicklung der sechs Kompetenzfelder verantwortlich. Im März diesen Jahres wurde er in den Ruhestand verbschiedet. In seiner wissenschaftlichen Laufbahn hat Caselitz bemerkenswerte Beiträge zur Modellbildung für die Simulation physikalischer Prozesse in elektrochemischen Speichern sowie zur Entwicklung von Fehlerfrüherkennungssystemen und lastreduzierenden Regelungssystemen in Windkraftanlagen geleistet.

Highlights aus 30 Jahren Forschung für die Transformation der Energiesysteme

1990 beauftragte die Bundesregierung das ISET mit dem wissenschaftlichen Mess- und Evaluierungsprogramm »250 MW Wind«. Bis 2006 wurden die Daten von 1500 Anlagen systematisch ausgewertet und in einer der weltweit größten Datenbanken über die Windenergie zusammengetragen und aufbereitet.

Das ISET hat die Entwicklung der Stromrichtertechnik für die Photovoltaik von den 1990er Jahren bis heute maßgeblich begleitet und wesentliche Impulse für industrielle Innovationen und Standards gegeben, z. B. patentierte spannungseinprägende Stromrichter, die zukünftig das Verbundnetz stabilisieren können.

Mit Hilfe von physikalischen Modellen und modernen Simulationsmethoden gelingt es dem ISET, Bleiakkumulatoren und heute auch Lithiumakkus auf dem Computer in ihrem Verhalten mit hoher Genauigkeit nachzubilden. Die Simulations-Software wird inzwischen weltweit in der Automobil- und Zulieferindustrie eingesetzt.

Das Prognosesystem des ISET ermöglicht Netzbetreibern eine zuverlässige Netz- und Marktintegration von Windenergie und trägt durch seine präzisen Vorhersagen zu einem sicheren Netzbetrieb bei. Das spart zudem Kosten für Ausgleichsenergie und Regelleistung.

Das ISET war als Systemforschungsinstitut entscheidend an der Entwicklung, am Bau und am Betrieb der weltweit ersten großen Meeresströmungsturbinen-Pilotanlage vor der englischen Westküste beteiligt. Das ISET hat die Regelungstechnik entwickelt und mit Simulationen zur Konzeption und Dimensionierung bei diesem und weiteren Projekten beigetragen.

Das ISET erkennt früh das Flexibilitätspotential von Biogasanlagen und entwickelt Verfahren zur bedarfsgerechten Gasproduktion. Für Power-to-Gas als Langzeitspeicher entwickeln wir Reaktor- und Anlagenkonzepte sowie Betriebsmodelle und Optimierungsverfahren.

Das Fraunhofer IWES begegnet mit dem Projekt »Regeneratives Kombikraftwerk Deutschland« der Skepsis, dass eine Stromversorgung auch mit 100 Prozent erneuerbaren Energien stabil sein kann. Auf dieser Basis entwickelt es Systemdienstleistungen für die Stabilität der Stromnetze und virtuelle Kraftwerke mit vielen dezentralen Erzeugern.

Der Ausbau von Übertragungs- und Verteilungsnetzen erhöht die Flexibilität zum Ausgleich der schwankenden Erzeugung und Lasten und reduziert damit den Speicherbedarf. Das Fraunhofer IWES entwickelt Ausbauszenarien und konkrete regionale Ausbaukonzepte sowie neue Verfahren zur kostenoptimierten Netzausbauplanung.

Die Systemkopplung von Strom, Wärme, Gas und Mobilität ermöglicht die Flexibilisierung von Erzeugung und Verbrauch in einem System mit stark volatilen Komponenten. Das Fraunhofer IEE entwickelt Verfahren, Komponenten und Geschäftsmodelle für sektorenübergreifende Versorgungsstrukturen und Speichersysteme.

Peter Caselitz mit Fraunhofer-Taler ausgezeichnet

© Fraunhofer IEE | V. Beushausen

Das Fraunhofer IEE in Kassel hat am 24. Sept. 2018 sein 30 jähriges Bestehen gefeiert. Im Rahmen der Feierstunde im Kasseler Kongresspalais zeichnete Dr. Alexander Roth von der Fraunhofer-Gesellschaft in München Peter Caselitz mit dem Fraunhofer Taler aus.

Diese Ehrung wird an Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter verliehen, die sich um die Fraunhofer-Gesellschaft besonders verdient gemacht haben.  Peter Caselitz war seit der Institutsgründung zunächst als Abteilungsleiter, dann als Bereichsleiter und zuletzt als Wissenschaftlicher Programmdirektor im heutigen Fraunhofer IEE tätig. Im März dieses Jahres wurde er in den Ruhestand verabschiedet.

Ingenieurwissenschaftler mit starker Neigung zu Mathematik und Physik

Dipl.-Ing. Peter Caselitz ist Jahrgang 1952. Nach einer Ausbildung zum Radio- und Fernsehtechniker studierte er zunächst Elektrotechnik/Nachrichtentechnik in Kassel (Ing.-Grad.) und anschließend Elektrotechnik/Regelungstechnik an der Technischen Universität Braunschweig (Dipl.-Ing.). Von 1983 an arbeitete er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Professor Dr. Werner Kleinkauf im Fachbereich Elektrotechnik der Universität Gesamthochschule Kassel. Mit der Gründung trat er 1988 als Leiter der Abteilung Regelungstechnik in das ISET ein. Seit 1999 war er Leiter des FuE-Bereichs Energiewandlung und Regelungstechnik. Und von 2014 bis zum Eintritt in den Ruhestand im März 2018 war er als Wissenschaftlicher Programmdirektor Mitglied im Institutsmanagement und für die Abstimmung und Weiterentwicklung der sechs Kompetenzfelder verantwortlich.

Simulation physikalischer Prozesse in elektrochemischen Speichern

Peter Caselitz entwickelte u. a. ein hochgenaues einfach zu parametrierendes mathematisches Modell für Blei-Säure-Batterien, das die Abbildung des dynamischen Verhaltens solcher Systeme im kompletten Zustandsraum und unter allen relevanten Betriebsbedingungen erlaubt. Die maßgeblich von ihm entwickelte Software wird seit Jahrzehnten von nahezu allen großen Automobilherstellern in Lizenz genutzt und heute unter der Produktmarke BaSiS – Battery Simulation Studio für Blei- und Lithium-Akkus ständig weiterentwickelt und erfolgreich vom Fraunhofer IEE vertrieben. Eine Erfolgsgeschichte im besten Sinne der anwendungsorientierten Forschung der Fraunhofer-Gesellschaft.  

Fehlerfrüherkennung für Windenergieanlagen

Ein weiterer wissenschaftlicher Schwerpunkt von Peter Caselitz war die Fehlerfrüherkennung. Schon früh verfolgte er das Ziel, Fehlerfrüherkennungsysteme für Windenergieanlagen zu entwickeln. Der frühe Ansatz, sich andeutende Fehler nur aus dem Spektrum der elektrischen Leistung abzuleiten, wurde später durch die Verwendung verschiedener Schwingungssensoren an mechanischen Komponenten erweitert. Dafür hat er mit seinen Mitarbeitern und in Kooperation mit einem Industrieunternehmen Funktionsmuster und Prototypen entwickelt und erfolgreich in Pilot- und Demonstrationsprojekten eingesetzt. Heute sind solche Systeme Standard und von Versicherern vorgeschrieben.

Regelungssysteme für Windenergieanlagen

Peter Caselitz war einer der Vorreiter für lastreduzierende Regelungssysteme für Große Windkraftanlagen. Seine Forschungsarbeiten zielten nicht nur darauf, die Leistung dieser Anlagen zu optimieren und einen sicheren Betrieb bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten zu garantieren, sondern durch die Regelung auch Betriebslasten und Extremlasten der verschiedenen Komponenten zu reduzieren und damit deren Lebensdauer zu verlängern. Für die aktive Dämpfung von Turmkopfschwingungen entwickelte er mit seinen Mitarbeitern, verschiedenen Industrieunternehmen und Windkraftanlagenherstellern schnelle und robuste Reglungssysteme, die durch individuelle Blattverstellung auf äußerst inhomogene und turbulente Windfelder reagieren. Schubkräfte, die auf den Turmkopf heutiger Windenergieanlagen wirken, entsprechen den Schubkräften beim Starten eines Airbus A 380.

Prof. Dr. Werner Kleinkauf

Prof. Dr. Werner Kleinkauf

30 Jahre ISET | IWES | IEE

ein Interview mit dem Institutsgründer Prof. Dr. Werner Kleinkauf

 

Was war Ihre Intention bei der Gründung des ISET in 1988?

Nach der ersten Ölpreiskriese 1973 – mit dem Jom-Kippur-Krieg als Auslöser – begann ein generelles Hinterfragen der fossilen Energieträger. In der vom Bund finanzierten groß angelegten Studie »Energiequellen für morgen?« (Umschau-Verlag, 1975), die gemeinsam von der Kernforschungs-Anlage-Jülich und der Deutschen Luft und Raumfahrt (DLR) durchgeführt wurde, konnte dargelegt werden, dass mit den erneuerbaren Energieträgern (z.B. Wind- und Solarenergie) große, nutzbare Potentiale zur Verfügung stehen. In den Folgejahren entstanden dann auch zahlreiche Anlagen-Prototypen und sogar Kleinserien, die dies unter Beweis stellten. Auch die in 1981 in Kassel aus meinem Fachgebiet an der Universität heraus gegründete SMA Solar Technology AG hat dazu beigetragen.

Mein Ziel nach meinem Wechsel von der DLR zur Uni-Kassel (Ende 1976) war es, dass neben der deutschlandweit in mehreren Forschungsinstitutionen betriebenen Grundlagenforschung auch die Systemtechnik –  das ingenieurmäßige Erfassen der Komplexität dieser neuen Versorgungsanlagen und -strukturen – vorangetrieben wird.

Dieses anwendungsnahe Forschungs- und Entwicklungs-Konzept fand auch Unterstützung bei der hessischen Landesregierung und in der noch forschungsarmen Region Nordhessen, so dass dann Anfang 1988 das ISET (Institut für Solare Energieversorgungstechnik) als erstes An-Institut des Landes an der Universität Kassel gegründet werden konnte. Die Konzeption hat sich bewährt.

An welche Highlights als Gründer und Leiter erinnern Sie sich bis heute?

Ein Highlight lag noch offiziell vor dem Gründungsdatum des ISET. Es entstand aus meinem Fachgebiet Elektrische Energieversorgungssysteme EVS der Universität heraus und bildete ein gutes Startkapital für die Gründung des ISET: Auf der Weltkonferenz der International Solar Energy Society ISES, 1987 in Hamburg,  haben wir ein System zur Demonstration des Zusammenspiels von Wind-, Solar-, Biomasse- und Batterieeinheiten vorgestellt, das großen Anklang fand. Noch heute sind einige Mitarbeiter, die damals mit großem Engagement daran gearbeitet haben im Fraunhofer IEE und der Universität tätig.

Weitere Highlights waren zweifellos der Zuschlag vom Bund für das große Wissenschaftliche Windmessprogramm (WMEP) und dessen erfolgreiche Durchführung als auch die Computersimulation unterschiedlicher Batteriesysteme. Hinzu kommen das Herausarbeiten der Bedeutung von modular strukturierten Stromrichtern (Gleich- und Wechselrichter) zur Anpassung unterschiedlicher elektrischer Versorgungssysteme sowie grundlegende Erkenntnisse über das ausgleichende Zusammenwirken verschiedener erneuerbarer Energieversorgungsanlagen (Wind, Sonne, Biomasse).

Haben Sie schon damals das Wachstum auf über 350 Mitarbeiter erwartet?

Dies konnte natürlich keiner voraussehen. Gleich in den ersten Nachgründerjahren waren wir allerdings positiv überrascht, wie schnell sich das Institut durch externe Aufträge auf mehr als 50 Mitarbeiter erweiterte, so dass sogar ein Neubau durch einen Investor im Königstor konzipiert und bezogen werden konnte.

Übrigens, schon ein Jahr nach Gründung hatte die Fraunhofer-Gesellschaft  – damals unter der Leitung von Prof. Syrbe – Interesse das ISET zu übernehmen. Damals war dies jedoch durch einen Beschluss der Bundesregierung nicht möglich, da in den nächsten Jahren nach der deutschen Wiedervereinigung nur Institute in den neuen Bundesländern gegründet oder aufgenommen werden sollten. Desto erfreulicher ist es, dass fast 20 Jahre später (2009) das ISET doch in ein Fraunhofer-Institut umgewandelt werden und weiter expandieren konnte.

Worauf stützt sich Ihres Erachtens der bisherige Erfolg des Instituts?

Das Institut hatte durch die Förderung des Landes und die Anbindung an die Universität die Möglichkeit, sich frühzeitig in einem neuen Gebiet der Energieversorgung  –  das umwelt- und klimafreundlichen Kriterien entspricht  –  zu etablieren, aus der Universität heraus Ingenieur-Nachwuchs zu generieren und anwendungsnahe Erkenntnisse zu gewinnen.

Was würden Sie dem Institut für die Zukunft empfehlen?  

Einen wesentlichen Schritt hat das Institut gerade in jüngster Zeit getan. Es hat zur Energiesystemtechnik als Arbeitsgebiet die Energiewirtschaft hinzugenommen. Jetzt wo die Erneuerbaren Energien wirtschaftlich geworden sind, die Globalisierung nicht aufzuhalten ist und das Zeitalter der Digitalisierung noch stärkere Verknüpfung zwischen Technik und Wirtschaft hervorrufen wird, ist diese Kombination in einem Institut sehr vielversprechend und zukunftweisend.

Einen generellen Hinweis möchte ich noch anfügen: Schon bei Beginn der Beschäftigung mit Erneuerbaren Energien war für mich der Gedanke, dass diese Energiequellen – aufgrund ihrer regionalen Verfügbarkeit – auch hervorragend geeignet sind, Entwicklungshilfe im besten Sinne des Wertes zu leisten. Ich glaube, dass z.B. die Probleme des afrikanischen Kontinents die Industrienationen »zwingen« werden, sich entsprechend zu engagieren. Je früher man sich, aus dem Blickwinkel von Wirtschaftsentwicklung und Technik damit beschäftigt, desto hilfreicher wird es für beide Seiten sein. Das Fraunhofer IEE hat beste Voraussetzungen im Bereich der Energieversorgung dafür Pionierarbeit zu leisten.

Highlights aus 30 Jahren Forschung für die Transformation der Energiesysteme

Gründung des ISET

Das Land Hessen gründet 1988 auf Initiative von Prof. Dr. Werner Kleinkauf das Institut für Solare Energieversorgungstechnik ISET als eigenständiges An-Institut der Universität Kassel. Schwerpunkt ist die Forschung für die Systemtechnik zur Nutzung der erneuerbaren Energien.

 

Windleistungs-Prognose

Das Prognosesystem des ISET ermöglicht Netzbetreibern eine zuverlässige Netz- und Marktintegration von Windenergie und trägt durch seine präzisen Vorhersagen
zu einem sicheren Netzbetrieb bei. Das spart zudem Kosten für Ausgleichsenergie und Regelleistung.

 

Stromrichter

Das ISET hat die Entwicklung der Stromrichtertechnik für die Photovoltaik von den 1990er Jahren bis heute maßgeblich begleitet und wesentliche Impulse für industrielle Innovationen und Standards gegeben, z. B. patentierte spannungseinprägende Stromrichter, die zukünftig das Verbundnetz stabilisieren können.

 

Windmessprogramm

1990 beauftragte die Bundesregierung das ISET mit dem wissenschaftlichen Mess- und Evaluierungsprogramm »250 MW Wind«. Bis 2006 wurden die Daten von 1500 Anlagen systematisch ausgewertet und in einer der weltweit größten Datenbanken über die Windenergie zusammengetragen und aufbereitet.

 

Batteriesimulationen

Mit Hilfe von physikalischen Modellen und modernen Simulationsmethoden gelingt es dem ISET, Bleiakkumulatoren und heute auch Lithiumakkus auf dem Computer in ihrem Verhalten mit hoher Genauigkeit nachzubilden. Die Simulations-Software wird inzwischen weltweit in der Automobil- und Zulieferindustrie eingesetzt.

 

Meeresströmungs-
turbinen

Das ISET war als Systemforschungsinstitut entscheidend an der Entwicklung, am Bau und am Betrieb der weltweit ersten großen Meeresströmungsturbinen-Pilotanlage vor der englischen Westküste beteiligt. Das ISET hat die Regelungstechnik entwickelt und mit Simulationen zur Konzeption und Dimensionierung bei diesem und weiteren Projekten beigetragen.

 

Biogas und
Power-to-Gas

Das ISET erkennt früh das Flexibiltätspotential von Biogasanlagen und entwickelt Verfahren zur bedarfsgerechten Gasproduktion. Für Power-to-Gas als Langzeitspeicher entwickeln wir Reaktor- und Anlagenkonzepte
sowie Betriebsmodelle und Optimierungsverfahren.

Fraunhofer-Gesellschaft

2009 wird das ISET als einer von zwei Institutsteilen in das neue Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES aufgenommen. Unter der Leitung von Prof. Jürgen Schmid wird der Schwerpunkt Energiesystemtechnik weiter ausgebaut und die Mitarbeiterzahl wächst schnell von 180 auf 350.

 

Kombikraftwerk

Das Fraunhofer IWES begegnet mit dem Projekt »Regeneratives Kombikraftwerk Deutschland« der Skepsis, dass eine Stromversorgung auch mit 100 % erneuerbaren Energien stabil sein kann. Auf dieser Basis entwickelt es Systemdienstleistungen für die
Stabiltät der Stromnetze und virtuelle Kraftwerke mit vielen dezentralen Erzeugern.

 

Stromnetze

Der Ausbau von Übertragungs und Verteilungsnetzen erhöht die Flexibilität zum Ausgleich der schwankenden Erzeugung und Lasten und reduziert damit den Speicherbedarf. Das Fraunhofer IWES entwickelt Ausbauszenarien und konkrete regionale Ausbaukonzepte sowie neue Verfahren zur kostenoptimierten Netzausbauplanung.

 

Sektorkopplung

Die Systemkopplung von Strom, Wärme, Gas und Mobilität ermöglicht die Flexibilisierung von Erzeugung und Verbrauch in einem System mit stark volatilen Komponenten. Wir entwickeln Verfahren, Komponenten und Geschäftsmodelle für sektorenübergreifende Versorgungsstrukturen und Speichersysteme.

 

Eigenständiges Institut

2018 werden die beiden Institutsteile des Fraunhofer IWES eigenständige Institute. In Kassel entsteht das neue Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE. Seit 2012 hat Prof. Dr. Clemens Hoffmann die Leitung übernommen und das Portfolio um die Energiewirtschaft erweitert.

 

Zukunftsforum
»Energiewende
gestalten«

 

Programm
Jubiläumsfeier

Kurzfilme zu FuE-Trends

 

Zukunftsthema

Stabile und sichere Stromnetze

 

Zukunftsthema

Energiewirtschaft und Informatik

 

Zukunftsthema

Dekarbonisierung durch Sektorenkopplung

 

Zukunftsthema

Energiespeicher und Verfahrenstechnik