Erneuerbare Energiequellen wie Windkraft und Photovoltaik tragen mittlerweile maßgeblich zur Stromerzeugung bei – allerdings schwankt ihr Beitrag stark. Auch der Stromverbrauch öffentlicher sowie privater Energienetze variiert enorm. Die resultierenden Erzeugungs- und Lastspitzen sind eine Herausforderung für die Energienetze in Europa. Um diese Anforderungen zu decken und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren, braucht es flexible Speichersysteme, die auf vielfältige Anwendungen zugeschnitten sind.
Hohe Speicherkapazität und hohe Leistung
Das Projekt HyFlow stellt sich dieser Herausforderung und entwickelt ein leistungsfähiges Modell eines hybriden Energiespeichersystems, das einen hohen Energie- und Leistungsbedarf decken kann. Damit trägt das Projekt dazu bei, in Zukunft die Effektivität und Versorgungssicherheit der Energienetze zu gewährleisten.
Zu diesem Zweck wollen die Forscher*innen zwei verschiedene Systeme kombinieren – eine Hochleistungs-Vanadium-Redox-Flow-Batterie und einen Superkondensator. „Eine Redox-Flow-Batterie besitzt eine große Speicherkapazität, lässt sich aber nur langsam auf- und entladen. Der Superkondensator hingegen verfügt über kurze Ladezeiten bei geringer Energiedichte. Durch die Hybridisierung soll ein Energiespeichersystem entstehen, welches die Vorteile beider Systeme kombiniert: hohe Speicherkapazität und hohe Leistung“, so Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger, wissenschaftlicher Leiter des Technologiezentrums Energie der Hochschule Landshut, der das Projekt koordiniert.
Leistungsfähig, nachhaltig und kostengünstig
Das neu entwickelte Speichersystem ist künftig in der Lage, bei kritischen Netzzuständen, z.B. bei hohen Last- oder Erzeugungsspitzen, den Strom- und Energiebedarf ganz flexibel auszugleichen, ob über Sekunden oder ganze Tage hinweg. In diesen anspruchsvollen Anwendungen führt die Hybridisierung zu effizienteren Speichersystemen mit längerer Lebensdauer sowie hoher Anpassungsfähigkeit – und das potentiell sogar bei geringeren Kosten. Dabei arbeitet das neue Hybrid-System möglichst umweltschonend und nachhaltig, indem keine kritischen Ressourcen verwendet werden. Die Forscher*innen entwickeln Strategien, um Vanadium für Redox-Flow-Batterie zu recyceln.
Stärkere Wettbewerbsfähigkeit Europas im Batteriesektor
Der Einsatz optimierter Komponenten für Hybrid-Systeme garantiert die Versorgungssicherheit für Energienetzsysteme – bei erhöhter Stromdichte, Effizienz und Lebensdauer. Zudem sorgt ein innovatives Managementsystem mithilfe von Computeranalysen und Steuerungsalgorithmen für ein hohes Maß an Kontrolle und Anpassungsfähigkeit. Damit unterstützt das Projekt HyFlow die Wettbewerbsfähigkeit Europas im Batteriesektor für stationäre Speicheranwendungen.
Netzwerk enorm wichtig
„Dass wir als Hochschule Landshut die Leitung und Koordination dieses ambitionierten EU-Projekts übernehmen konnten, ist für uns etwas ganz Besonderes“, berichtet Pettinger stolz. Die Idee zum Projekt entstand 2019 am Rande einer Konferenz der Forschungsplattform FSTORE, wo bereits erste Kontakte zu möglichen Partnern geknüpft wurden. Dass der Förderantrag nun mit der höchstmöglichen Punktzahl bewertet wurde, sei „ein Adelsschlag für das ganze Team“ und zeige, wie wichtig zwei Dinge für diesen Erfolg sind: „Ein langer Atem und ein gutes Netzwerk.“
Demonstrator im Industriemaßstab
Das Fraunhofer ICT bietet hierzu die besten Voraussetzungen für einen Demonstrator im industriellen Maßstab: Auf dem Institutsgelände in Pfinztal steht seit 2017 eine 2 MW-Windenergieanlage. Ein Vanadium-Redox-Flow-Batterie-Modul mit einer Leistung von knapp 300 kW soll in diesem Projekt einen Teil der Windenergie zwischenspeichern. Für das Projekt HyFlow wird das System noch um einen Superkondensator ergänzt werden, der das Netz mit einer Entladeleistung von bis zu 1 MW stützen kann. Dadurch wird die Batterie am ICT zu einem Hybridspeicher, der auf unterschiedlichen Zeitskalen Energie und Leistung bereitstellen kann. Darüber hinaus wird am Institut zu einem Recyclingverfahren für die Elektrolytlösung der Redox-Flow-Batterie geforscht.
Bild oben: Dr. Reinhart Schwaiberger (Geschäftsführer TZE), Christina Zugschwert (Projektmitarbeiterin HyFlow), Prof. Dr. Fritz Pörnbacher (Präsident Hochschule Landshut) und Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger (Projektleiter HyFlow) vor einer realen Redox-Flow-Batterie, die am TZE der Hochschule Landshut für Systemuntersuchungen genutzt wird. Foto: Hochschule Landshut
