Großspeicher für das Energiesystem der Zukunft

27.11.2019

Die Forschungsinfrastruktur Energy Lab 2.0 des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wird von zwei seriennahen Großspeichern ergänzt. Mit den Prototypen zweier Energiespeichersysteme – eine Lithium-Ionen- und einem Redox-Flow-Speicher – soll die Infrastruktur des KIT kurzfristige Netzstabilisierungen und längere Speicherperioden mit einem optimierten Steuersystem testen. „Wir werden das Zusammenspiel der neuen Energiespeichersysteme mit anderen Netzkomponenten im praxisnahen Betrieb demonstrieren“, sagt Professor Roland Dittmeyer, der wissenschaftliche Koordinator des Energy Lab 2.0. „Ziel bei der Entwicklung war es, kostenoptimierte und effiziente Großspeicherlösungen für das Energiesystem der Zukunft bereitzustellen.“

Dynamisch: Lithium-Ionen-Batteriespeicher

Lithium-Ionen-Speicher eignen sich vor allem für eine kurze, dynamische Leistungsbereitstellung. Allerdings sind Batteriespeichersysteme auf Basis von Lithium-Ionen-Technologie mit hohen Kosten verbunden. Neben den Investitionskosten spielen auch die Betriebskosten eine wesentliche Rolle. Der Lithium-Ionen-Großspeicher im Energy Lab 2.0 sei dagegen durch besonders niedrige Betriebs- und Wartungskosten gekennzeichnet, so der Forscher. Das neue Speichersystem liefert insgesamt 1,5 Megawattstunden nutzbare Energie bei bis zu 800 Kilowatt elektrischer Leistung. „Durch den neuartigen Systemaufbau ergibt sich eine erhebliche Kostenersparnis“, sagt Projektleiter Michael Mast vom Batterietechnikum des KIT, an dem das Energiespeichersystem entwickelt wurde. „Insbesondere haben wir die Kühlung energetisch optimiert und das Energiemanagementsystem auf einen effizienten Betrieb getrimmt. Eine detaillierte Charakterisierung der verwendeten Lithium-Ionen-Zellen ermöglicht es uns, die Batterien sehr schonend zu betreiben, was die Lebensdauer erhöht und die Gesamtkosten weiter sinken lässt.“

Großspeicher mit innovativer Kühlung

Der neue Lithium-Ionen-Batteriespeicher im Energy Lab 2.0 eignet sich als Quartiersspeicher zur lokalen Netzstabilisierung. Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT

Eine Besonderheit ist, dass neben Kühlwasser aus Erdsonden auch die Betonhülle zur passiven Kühlung eingesetzt wird. Durch ein teilweises Versenken im Boden wird zudem der Platzbedarf des Batteriespeichers reduziert. Neben der Effizienz war außerdem die Sicherheit des Lithium-Ionen-Batteriespeichers ein Schwerpunkt bei der Entwicklung. Ein ansprechendes Design und geringe Geräuschemissionen sollen darüber hinaus eine höhere Akzeptanz als Quartierspeicher in Wohngebieten ermöglichen.

Skalierbar: Redox-Flow-Batteriespeicher

Neben der Frequenzstabilisierung werden im Energiesystem der Zukunft aber auch Lösungen zur mittel- und längerfristigen Speicherung von Energie. Dafür gelten Redox-Flow-Batterien, die elektrische Energie in flüssigen chemischen Verbindungen speichern als geeignet. Der Vorgang findet meist auf Basis von Vanadiumoxiden statt. Während Lithium-Ionen-Speicher innerhalb von Sekundenbruchteilen ausgleichende Energie liefern können, sind Redox-Flow-Speicher je nach Betriebszustand weniger dynamisch, da mechanische Pumpsysteme zum Einsatz kommen. Dennoch haben Redox-Flow-Speicher entscheidende Vorteile, wie die KIT-Mitarbeiter herausstellen: So können etwa Speichergröße und Leistung unabhängig voneinander und fast beliebig skaliert werden. Zudem ist die Redox-Flow-Batterie nicht brennbar.

Im Energy Lab 2.0 wurde nun ein Vanadium-Redox-Flow-Batteriespeicher mit 0,8 Megawattstunden Energie und einer Leistung von 200 Kilowatt installiert. Mit der übergeordneten Steuerung kann dieser mit dem Lithium-Ionen-Speicher zu einem Hybridspeicher kombiniert werden. Ziel hierbei ist eine Speicherlösung, welche die Vorteile der beiden Technologien vereint. Ein weiterer Grund für die Forscher, das Zusammenspiel dieser verschiedenen Speichertechnologien weiterzuentwickeln, ist die Nutzung unterschiedlicher Rohstoffe bei der Produktion der Speichermedien, wodurch bei zunehmendem Ausbau Lieferengpässe vermieden werden können. (vb)

www.kit.edu

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