Neben dem Ausbau der erneuerbaren Energien muss die Energieversorgung aber bezahlbar und verlässlich bleiben. Wind- und Sonnenenergie liefern nicht zu jeder Tages- und Jahreszeit konstanten Strom und oft auch nicht an dem Ort an dem er benötigt wird. Dieses Ungleichgewicht zwischen der Erzeugung und dem Verbrauch erneuerbarer Energien verlangt nach neuen Konzepten für deren Transport, Verteilung, Speicherung und Nutzung.
Diese Konzepte werden von den Helmholtz-Zentren Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) und Forschungszentrum Jülich (FZJ) in einer neuen großskaligen Forschungsinfrastruktur untersucht – Das Energy Lab 2.0.
Mit dem Energy Lab 2.0 als Forschungsinfrastruktur und Reallabor wird von den Partnern das Zusammenspiel der Komponenten von verknüpften Energienetzen der Zukunft untersucht. Dabei wird die intelligenten Verknüpfung von elektrischem Strom mit unterschiedlichsten Speichern und dem Verbraucher, der last- und brennstoffflexiblen Stromerzeugung sowie dem dazu benötigten sicheren Informations- und Datennetz und neuer Netzhardware und -topologien sowie Methoden zur Netzstabilisierung und Regelstrategien erprobt und entwickelt.
Das Energiesystem der Zukunft beruht auf der intelligenten Verknüpfung von fluktuierender Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, verschiedenen Speichertechnologien und optimierter Energienutzung.

Um ein solches Zusammenspiel verstehen, kontrollieren und regeln zu können, bedarf es neuer Simulations- und Analysenmethoden welche im „Smart Energy System Simulation and Control Center“ (SEnSSiCC) entwickelt und erprobt werden. Das SEnSSiCC stellt die zentrale Plattform zur Untersuchung und Entwicklung intelligent verknüpfter Energiesysteme im Energy Lab 2.0 dar und untersucht neben der Informations- und Kommunikationstechnologie auch neue Hardwarekomponenten in kritischen Betriebszuständen.
Im Energiesystem der Zukunft wird die regenerativ erzeugte Elektrizität – vor allem aus Wind und Sonne (Solarstromspeicherpark) - zunehmend die primäre Energieform darstellen. Bei einer ganzheitlichen Betrachtung müssen jedoch neben der Elektrizität auch Wärme, Gas und Kraftstoffe in das Gesamtsystem integriert werden. Durch eine solche Sektorkopplung lässt sich über Power-to-X Technologien Wärme (Power-to-Heat) und chemische Energieträger (Power-to-Gas und Power-to-Fuel) aus erneuerbarem Strom herstellen, speichern und verteilen.
Zusammen mit Wasserstoff bildet Kohlenstoff in Form seiner Oxide das Ausgangsmaterial der Power-to-Molecules Prozessketten zur Herstellung von synthetischem Erdgas oder flüssigen Treibstoffen wie Kerosin. Neben regenerativem Wasserstoff lässt sich auch Kohlenstoff über biogene Abfallstoffe, über Kohlendioxid aus der Atmosphäre oder aus industriellen Punktquellen (z.B. Zementwerken) nachhaltig in die Prozesskette integrieren. So hergestellt lässt sich in synthetischem Erdgas oder den flüssigen chemischen Energieträgern erneuerbarer Strom speichern und die Kohlendioxid-Bilanz verbessern oder gar ausgleichen.
Im Energy Lab 2.0 wird dafür am KIT ein Anlagenverbund errichtet, in dem das Zusammenspiel Power-to-X untersucht wird. Über last- und brennstoffflexible Mikro-Gasturbinen besteht zudem die Möglichkeit der Rückverstromung um so ein intelligentes Energiesystem mit allen wichtigen Facetten der Sektorkopplung untersuchen zu können.