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Energiespeicher

Regenerative Eigenstromnutzung für industrielle Anwendungen

| Redakteur: Sandra Häuslein

Fraunhofer UMSICHT kombiniert erstmalig die solare Stromversorgung eines mittelständischen Betriebs mit der Redox-Flow-Speichertechnologie. Im Rahmen des Projekts „Van Red Flow“ soll ein nordrhein-westfälischer Modellstandort für diese Systemkopplung entstehen.

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Die Konzeptstudie zum geplanten Redox-Flow-Batteriespeicher sieht eine Aufstellung in Containerbauweise in der Fertigungshalle des Projektpartners Technoboxx in Bottrop vor.
Die Konzeptstudie zum geplanten Redox-Flow-Batteriespeicher sieht eine Aufstellung in Containerbauweise in der Fertigungshalle des Projektpartners Technoboxx in Bottrop vor.
( Bild: Fraunhofer Umsicht )

Aktuell beläuft sich der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung Deutschlands auf 23 %, bis 2020 sind es voraussichtlich 35 %. Nach einer Studie des Bundesumweltamtes kann die Stromversorgung bis 2050 vollständig auf erneuerbare Energien umgestellt sein. „Das Ziel ist ehrgeizig. Damit es erreicht werden kann, müssen die unterschiedlichen Erzeugungsarten der erneuerbaren Energien sowie Speicher und Lastmanagement genau aufeinander abgestimmt werden“, erklärt Peter Schwerdt, Abteilung Chemische Energiespeicher beim Fraunhofer-Institut für Umwelt- Sicherheits- und Energietechnik, kurz: UMSICHT.

Nordrhein-Westfalen als Europas bedeutendste Energieregion beheimatet viele stromabnehmende Betriebe, eine hohe Verbraucherdichte und entsprechende Erzeugungskapazität. Im Zuge der Umstellung des Energiesystems ist es wichtig, ausreichend Strom vor Ort zu erzeugen. Der Ausbau der erneuerbaren Energien soll sich umso besser gewährleisten lassen, wenn produzierende Betriebe ihren eigenen Strombedarf durch regenerative Erzeugungstechnologien decken.

Thermisch verschweißbare Bipolarplatten

Um aus fluktuierenden erneuerbaren Energien wie Solarenergie erzeugten Strom auch nachts und während sonnenarmer Stunden abrufen zu können, werden Energiespeicher benötigt. Zurzeit dominieren Batteriespeicher auf Basis von Blei oder Lithium den Markt, die entweder sehr teuer sind, eine geringe Zyklenfestigkeit besitzen oder bei denen eine Brandgefahr besteht. Eine kostengünstige und sichere Alternative, insbesondere für stationäre, dezentrale Speicher mit einer weiten Leistungsspanne, soll die Vanadium-Redox-Flow-Batterie darstellen. Bei der von Fraunhofer UMSICHT eingesetzten Redox-Flow-Technologie wird ein flüssiger Energieträger (Elektrolyt) in zwei Tanks gespeichert und durch eine elektrochemische Zelle gepumpt. Eine Vergrößerung der Kapazität kann durch Erweiterung der Speichertanks erfolgen. Dadurch lassen sich Leistung und Kapazität der Batterie unabhängig voneinander skalieren.

Fraunhofer UMSICHT entwickelt und fertigt für die Batteriespeicher thermisch verschweißbare Bipolarplatten, die einen neuartigen Aufbau erlauben sollen. Ein aus vielen Einzelzellen bestehender Batterie-Stack kann nun dicht verschweißt und ohne Dichtungen aufgebaut werden, was die Zuverlässigkeit im Vergleich zu bisherigen Technologien deutlich steigern soll. Schwerdt: „Es lassen sich erstmalig günstig elektrische Speichersysteme herstellen, die auch für das Marktsegment der industriellen Anwendungen relevant sind.“

Redox-Flow-Batterien mit regenerativem Energiesystem koppeln

In Rahmen des Projekts „Van Red Flow“ testen Forscher von Fraunhofer UMSICHT in Kooperation mit dem Fertigungs- und Schweißfachbetrieb Technoboxx GmbH & Co. KG und der Innovation City Ruhr/Modellstadt Bottrop die Kopplung von Redox-Flow-Batterien mit einem regenerativen Energiesystem. Technoboxx verfügt am Firmenstandort in Bottrop seit 2011 über eine eigene Photovoltaikanlage mit 70 kWp Leistung, die einen wesentlichen Beitrag zur Deckung des Stromverbrauchs der Maschinen, Gebäudetechnik und Büros liefert. Durch Installation eines Speichers mit 15 kW Leistung und 75 kWh Kapazität, was etwa 5000 Liter Elektrolyt erfordert, soll der Eigenstromanteil auf bis zu 75 % gesteigert werden. Es muss entsprechend weniger Energie mit dem Netz ausgetauscht werden, und der CO2-Fußabdruck des Unternehmens verringert sich weiter.

Die Projektpartner wollen einen nordrhein-westfälischen Modellstandort für die Systemkopplung Redox-Flow-Batterie – solare Stromversorgung schaffen. Das Speichersystem soll mittelständische Unternehmen mit nennenswertem Stromverbrauch und bisher geringem Eigenstromanteil auf Basis regenerativer Energien im Wettbewerb unterstützen. (sh)

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