EU-Projekt HyFlow
Nachhaltiges Hybrid-Speichersystem für moderne Energienetze
In drei Jahren Forschungsarbeit hat das Konsortium des EU-Projekts HyFlow ein Hybrid-Energiespeichersystem entwickelt, das einen hohen Energie- und Leistungsbedarf decken kann. Dafür wurden Hochleistungs-Vanadium-Redox-Flow-Batterie mit einem Superkondensator mit wässrigen Elektrolyten kombiniert.
Moderne Energienetze setzen auf erneuerbare Energien wie Wind- und Sonnenenergie. Dabei kommt es zu Schwankungen sowohl in der Energieerzeugung als auch beim -verbrauch. Um die dabei entstehenden Leistungsspitzen abzufangen und den erhöhten Bedarf an ökologischer Energieerzeugung zu bewältigen, benötigen diese Energienetze dringend mehr dynamische Speichersysteme.
Dabei gilt es, die Leistung solcher Energiespeicher optimal zu dimensionieren und eine sichere, bezahlbare und umweltfreundliche Energieversorgung zu gewährleisten. Eine Lösung hierfür bieten intelligente Kombinationen von Speichern, sogenannte hybride Speichersysteme.
Das im Rahmen des HyFlow-Projekts entwickelte Hybrid-Speichersystem kann durch die Kombination aus einer Hochleistungs-Vanadium-Redox-Flow-Batterie und einem »grünen« Superkondensator bei kritischen Netzzuständen den Strom- und Energiebedarf flexibel ausgleichen.
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 Energiemenge. Durch die Hybridisierung ist ein Energiespeichersystem entstanden, das die Vorteile beider Systeme kombiniert. So konnte im Projekt darüber hinaus die Ladezeit der Redox-Flow-Batterie um 60 Prozent gekürzt werden.
Elektrode aus lokaler Quelle statt auf Kokosnuss-Basis
Das Projekt legte die Basis für die Entwicklung von Superkondensator-Kohlenstoffelektroden aus einer nachhaltigen lokalen Quelle, anstatt der üblichen Aktivkohle aus Kokosnussschalen. Die Forschenden konzentrierten sich auch auf die Entwicklung nicht entflammbarer, wasserbasierter Elektrolyten. Dadurch weist das neue System im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien eine um bis zu 40 Prozent bessere CO2-Bilanz auf und ist um bis zu 60 Prozent kostengünstiger.
»Es war mein Traum, ein solches performantes, kostengünstiges und vor allem umweltverträgliches Speichersystem mit zu entwickeln, und dieser Traum ist jetzt im Rahmen von HyFlow wahr geworden«, erklärt Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger, wissenschaftlicher Leiter des Technologiezentrums Energie der Hochschule Landshut (TZE), der das Projekt koordinierte.
Demonstratoren beim TZE der Hochschule Landshut und beim Fraunhofer ICT
Mit den in HyFlow entwickelten Demonstratoren können Großverbraucher wie Unternehmen, Stadtwerke, Krankenhäuser oder Rechenzentren optimale Anlagengrößen für den eigenen Bedarf ermitteln. Dabei wird anhand ihres bisherigen Strombedarfs ermittelt, welches Speichersystem mit welcher Kapazität und Leistung benötigt wird.
Beim Technologiezentrum Energie der Hochschule Landshut (TZE) können Interessenten aus Industrie, Stadtwerken, Krankenhäusern oder Rechenzentren ab jetzt den neuen, in HyFlow entwickelten Demonstrator besichtigen und mit ihren Lastprofilen ermitteln, welche Speichersysteme sie brauchen, um ihren Strombedarf abzudecken. Im HyFlow-Projekt wurde mit einem größeren Demonstrator Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie in Pfinztal bei Karlsruhe bereits eine Großenergiespeicherung demonstriert.
In Modellierung zweier Use Cases wurde bestätigt, dass mit dem neuen Speichersystem ein Return-on-Investment von weniger als vier Jahren möglich ist. Das Speichersystem wird aus einzelnen Komponenten, die bei den Projektpartnern bereits regulär hergestellt werden, zusammengesetzt.
Die HyFlow-Projektpartner haben für das neue Hybrid-Speichersystem auch fortschrittliche und anpassungsfähigere Energie-Managementsysteme entwickelt.
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