Dezentrale Energieversorgung durch innovative Strom-Wärme-Kopplung
Der Ausbau Erneuerbarer Energien im Rahmen der Energiewende erfordert große Speicherkapazitäten. Vor allem im Hinblick auf Ressourcenknappheit werden deshalb auch Alternativen zur Lithium-Ionen-Technologie erforscht. Im Projekt „BiFlow“ entwickelt das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gemeinsam mit Partnern ein neuartiges Hybridspeichersystem, das die spezifischen Vorteile der Lithium-Ionen-Batterie und der Redox-Flow-Batterie kombiniert sowie gleichzeitig als Wärmespeicher dient.
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
Bislang werden vor allem Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt, denn sie sind kompakt und vergleichsweise günstig in der Anschaffung. Die bislang weniger etablierte Redox-Flow-Technologie ist hier im Nachteil, hat aber andere Vorteile, die den Einsatz in bestimmten Anwendungsfällen attraktiv machen. „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. „Wir planen nun die Kombination der beiden Batterietypen. So können wir 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.“
Daten für die Energiewende: Test im Studierendenwohnhaus
Für das Projekt wird vom Projektpartner Storion Energy GmbH (SEG) eine Redox-Flow-Batterie im Studierendenwohnhaus STAGE76 in Bruchsal installiert. Durch die Entwicklung eines speziellen Stacks, dem Energiewandler dieses Batterietyps, kann Storion dabei besonders hohe Leistungsdichten bereitstellen. Das KIT übernimmt die Gesamtintegration und die intelligente Reglung des gesamten Speichersystems. Der weitere Projektpartner Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie – ICT wird eine optimierte Elektrolytzusammensetzung für die Redox-Flow-Batterie erarbeiten, was eine Voraussetzung für die thermische Nutzung darstellt. Der in der Batterie verwendete Elektrolyt muss nicht recycelt werden, sondern kann sogar nach dem Ende der Lebensdauer des Batteriesystems von etwa 20 Jahren wiederverwendet werden, da er sich im Einsatz nicht verbraucht.
Das Speichersystem erhöht insgesamt die Unabhängigkeit des Gebäudes vom Stromnetz. Solarstromüberschüsse, welche die elektrische Kapazität des Hybridspeichersystems übersteigen, werden dabei ebenso für die Wärmeversorgung des Gebäudes nutzbar gemacht wie thermische Verluste beim Be- und Entladen der Redox-Flow-Batterie. Ein großflächiger Einsatz von Messtechnik garantiert 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
In das Hybridspeichersystem integriert werden soll außerdem eine Ladeinfrastruktur für Elektroautos mit drei Ladepunkten à 22 Kilowatt Leistung. Diese Ladepunkte werden ebenfalls in die Eigenverbrauchs-Optimierung eingebunden und auf Grundlage des Nutzungsverhaltens optimal gesteuert: „Unser Ziel ist ein möglichst ökonomisches Gesamtsystem. Dafür entwickeln wir nicht nur ein optimiertes Speicher-Managementsystem 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“, so Christian Kupper vom Batterietechnikum, der ebenfalls an dem Forschungsprojekt mitarbeitet. Das BMWi fördert das Projekt mit mehr als 1,3 Millionen Euro.
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