Ein großes Hindernis für den Ausbau erneuerbarer Energien ist bisher die Speicherung der gewonnenen Energie. Daher werden als Alternativen zur Lithium-Ionen-Technologie unterschiedliche Möglichkeiten erforscht, um auch größere Energiemengen speichern zu können. Alls das auch im Hinblick auf eine mögliche Ressourcenknappheit.
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt deshalb nun gemeinsam mit Partnern im Projekt „BiFlow“ ein neuartiges Hybridspeichersystem. Dieses kombiniert die spezifischen Vorteile der Lithium-Ionen-Batterie und der Redox-Flow-Batterie – und dient gleichzeitig als Wärmespeicher.
Weltpremiere
Bisher wird Strom aus erneuerbaren Energien in Heimspeichern in erster Linie mit Lithium-Ionen-Batterien gespeichert. Die Vorteile dieser Methode sind, dass diese Batterien relativ günstig in der Anschaffung sind und gleichzeitig sehr kompakt. Die Redox-Flow-Technologie konnte sich noch nicht durchsetzen, hat aber auch ihre Vorteile.
„Leistung und Energie in Redox-Flow-Batterien lassen sich beliebig skalieren. Außerdem besitzen sie eine lange Lebensdauer und Zyklenfestigkeit sowie eine besonders hohe Betriebssicherheit“, erklärt Nina Munzke vom Batterietechnikum des KIT, Projektmanagerin im Forschungsprojekt BiFlow. Daher würden sie und ihre Kollegen nun die Kombination der beiden Batterietypen planen, denn so könne man die spezifischen Vorteile kombinieren und die Nachteile ausgleichen. „Zusätzlich wollen wir die Elektrolyttanks der Redox-Flow-Batterie als Wärmespeicher nutzen und damit den Gesamtwirkungsgrad der Anlage erhöhen. Diese Form der Strom-Wärme-Kopplung ist eine Weltpremiere.“
Testprojekt Studierendenwohnhaus STAGE76
Der erste Test mit der neuen Technologie ist bereits angelaufen. Projektpartner Storion Energy GmbH (SEG) hat im Studierendenwohnhaus STAGE76 in Bruchsal eine Redox-Flow-Batterie installiert. Durch die Entwicklung eines speziellen Stacks, dem Energiewandler dieses Batterietyps, könne Storion dabei besonders hohe Leistungsdichten bereitstellen, sagen die Wissenschaftler. Die Gesamtintegration und die intelligente Reglung des gesamten Speichersystems erfolgt durch das KIT.
Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie – ICT, ein weiterer Projektpartner, arbeitet an einer optimierten Elektrolytzusammensetzung für die Redox-Flow-Batterie. Eine Voraussetzung für die thermische Nutzung. Der in der Batterie verwendete Elektrolyt müsse nicht recycelt werden, sondern könne sogar nach dem Ende der Lebensdauer des Batteriesystems von etwa 20 Jahren wiederverwendet werden, da er sich im Einsatz nicht verbrauche, betonen die Forscher.
Dank dieses Speichersystem ist STAGE76 vom Stromnetz weitgehend unabhängig. Überschüsse des produzierten Solarstroms, die die elektrische Kapazität des Hybridspeichersystems übersteigen, werden anderweitig genutzt. Sie dienen, ebenso wie thermische Verluste beim Be- und Entladen der Redox-Flow-Batterie, zur Wärmeversorgung des Gebäudes. Ein großflächiger Einsatz von Messtechnik garantiert laut Aussagen der KIT-Wissenschaftler eine fundierte Analyse und Visualisierung des Anlagenbetriebs. „Wir freuen uns auf die Forschungsanlage“, sagt Matthias Holoch, der Betreiber des Studierendenwohnhauses. „Sie wird nicht nur wichtige Daten für die Energiewende liefern, sondern die Studierenden auch im Realbetrieb mit Strom und Wärme versorgen.“
Intelligentes Energiemanagement für ein komplexes Gesamtsystem
Das Hybridspeichersystem soll außerdem durch eine Ladeinfrastruktur für Elektroautos mit drei Ladepunkten à 22 Kilowatt Leistung ergänzt werden. Diese Ladepunkte würden ebenfalls in die Eigenverbrauchsoptimierung eingebunden und auf Grundlage des Nutzungsverhaltens optimal gesteuert: „Unser Ziel ist ein möglichst ökonomisches Gesamtsystem“, so Dr. Christian Kupper vom Batterietechnikum, der ebenfalls an dem Forschungsprojekt mitarbeitet. „Dafür entwickeln wir nicht nur ein optimiertes Speichermanagementsystem sondern auch ein übergeordnetes intelligentes Energiemanagementsystem. Im Sinne der Sektorenkopplung verbindet BiFlow also die Stromversorgung mit Wärme und Mobilität zu einem Gesamtsystem mit hoher Komplexität.“
Das Projekt „BiFlow“ wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit über 1,3 Millionen Euro gefördert.
Titelbild: Im Projekt „BiFlow“ wird das Studierendenwohnhaus STAGE76 in Bruchsal mit einem innovativen Energiespeicher ausgestattet, der die Bewohner mit Wärme und Strom versorgt. Grafik: © artbox, Bruchsal