Energiespeichersystem: Hybrid für moderne Energienetze

In drei Jahren Forschungsarbeit hat das Konsortium des EU-Projekts "Hyflow" ein leistungsfähiges, nachhaltiges und kostengünstiges Hybrid-Energiespeichersystem entwickelt, das einen hohen Energie- und Leistungsbedarf decken kann. Dafür kombinierten die Forschenden eine Hochleistungs-Vanadium-Redox-Flow-Batterie mit einem Superkondensator mit wässrigen Elektrolyten. Mit einem der 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. Das Projekt wurde von der Hochschule Landshut in Kooperation mit neun weiteren Partnern aus sechs europäischen Ländern durchgeführt. Die Europäische Union förderte das Projekt mit rund 4 Millionen Euro.

Moderne Energienetze setzen auf erneuerbare Energien wie Wind- und Sonnenenergie. Dabei kommt es zu Schwankungen in der Energieerzeugung und dem -verbrauch. Um die entstehenden Leistungsspitzen abzufangen und den erhöhten Bedarf an ökologischer Energieerzeugung zu bewältigen, benötigen diese Energienetze dringend mehr dynamische Speichersysteme. Es gilt, 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. 

Leistungsfähig, nachhaltig, kostengünstig

Das in HyFfow neu 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 % gekürzt werden.

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 % bessere CO₂-Bilanz auf und ist um bis zu 60 % kostengünstiger.

Demonstratoren lassen sich begutachten

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 am 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 4 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 anpassungsfähigere Energiemanagementsysteme entwickelt.