Neue Batterietechnologie speichert Strom aus erneuerbaren Quellen zur Gewährleistung der Eigenständigkeit Europas
Eine große Herausforderung für Gemeinden, die ihre eigene erneuerbare Energie produzieren und verbrauchen (Prosumenten), ist die zeitweise Unterbrechung der Erzeugung je nach Windverhältnissen oder Tageslichtstunden. Die Lösung dafür ist die Verbindung der Energieerzeugung mit der Batterietechnologie. Derzeit hängt diese Verbindung aber stark von dem aus Asien importierten Lithium und Kobalt ab. Das EU-finanzierte Projekt EnergyKeeper entwarf, baute und testete eine neuartige, skalierbare, nachhaltige und kostengünstige Durchflussbatterie auf Basis organischer redoxaktiver Materialien. „Wir haben die Technologie einer Redox-Flow-Batterie (RFB) auf Basis organischer Elektrolyte vom Labor bis zum Prototyp weiterentwickelt“, erklärt der Projektkoordinator Virginijus Radziukynas. Die Mitglieder des Konsortiums entwarfen, bauten und demonstrierten eine metallfreie 30-kW-Redox-Flow-Batterie mit einer Kapazität von 100 kWh in einer realen Umgebung. „Das interoperable Batteriemanagementsystem ermöglichte die Plug-and-Play-Integration der Batterie in ein intelligentes Stromnetz. Ein neu entwickeltes Steuerungssystem für das intelligente Stromnetz mit fortschrittlichen Messgeräten ermöglichte das zuverlässige Zusammenspiel von erneuerbaren Energiequellen, der Redox-Flow-Batterie, Ladegeräten für Elektrofahrzeuge und elektrischen Verbrauchern mit variablem Stromverbrauch“, fügt der technische Leiter des Projekts Tobias Janoschka hinzu. Gleichzeitig entwickelte das Projekt EnergyKeeper Geschäftsmodelle für Verbrauchende und Prosumer-Gemeinschaften mit Redox-Flow-Batterien. „Ihre Geschäftslogik wurde in eine Betriebslogik mit Einspeisung ins intelligente Stromnetz umgesetzt und am Teststandort validiert. Schließlich haben wir eine Reihe von Empfehlungen für die europäische Energiepolitik ausgearbeitet, welche die Projektlösungen widerspiegeln“, berichtet Radziukynas.
Neue Materialien entwickelt
Die Projektpartner präsentierten die weltweit erste Installation einer metallfreien Redox-Flow-Batterie in einem intelligenten Stromnetz am ACRRES-Teststandort im niederländischen Lelystad. Die Demonstration der Batterie in ihrer realen Größe hat gezeigt, dass metallfreie Durchflussbatterien für den weit verbreiteten Einsatz bei der Realisierung moderner Energieinfrastrukturprojekte bereit sind. Die entwickelte Architektur des intelligenten Stromnetzes und ihr Kommunikations-, Überwachungs- und Steuerungssystem stellten ein optimales Zusammenspiel von lokaler Netzsteuerung und Batteriemanagementsystem sicher. „Die Batterietechnologie wurde erheblich weiterentwickelt, um als skalierbares, nachhaltiges und kostengünstiges Speichersystem nahe am kommerziellen Schwellenwert zu liegen“, erklärt der Auswertungsleiter des Projekts Olaf Conrad. Die Forschung verwendete ein gekoppeltes elektrochemisches computergestütztes Fluiddynamik-Modell, um die Vorhersage der Redox-Flow-Batterieeigenschaften als Funktion der Eigenschaften des aktiven Materials, des Elektrolytflusses und der Stromdichten zu ermöglichen. Janoschka führt aus: „Das Modell zeigte, dass der Fluss über fast die gesamte Länge der untersuchten Elektroden gleichmäßig war und dass der in verschiedene Zellen aufgeteilte Fluss auch relativ gleichmäßig war. Wir haben auch neue organische aktive Materialien entwickelt, die herkömmliche Batteriemetalle ersetzen werden.“
Europas Antwort
Die Verwendung metallfreier Redox-Flow-Batterien und ihre Interoperabilität in einem intelligenten Stromnetz werden den Weg für die Industrialisierung dieser innovativen Technologie ebnen, wodurch Europa weniger auf lithium- und kobaltbasierte Batterien aus Asien angewiesen ist, da alle Batteriekomponenten – einschließlich der aktiven Speichermaterialien – in Europa hergestellt werden können. Das wird sich positiv auf die gesamte Wertschöpfungskette der Produktion und Stromerzeugung auswirken. Die Batterie eignet sich für Gemeinden, welche die von ihnen produzierte und verbrauchte Energie nutzen und Energiegeschäftsmodelle betreiben möchten. „Die skalierbaren, an Niederspannungs- und Mittelspannungsnetze angeschlossenen Redox-Flow-Batterien werden die Flexibilität, Steuerbarkeit und Speicherkapazität von Netzen zum Nutzen der Netzbetreiber und Energieversorger erhöhen“, so Radziukynas. Kollektive Speichergemeinschaften mit metallfreien, organischen Redox-Flow-Batterien werden voraussichtlich in nicht allzu ferner Zukunft erscheinen. „Durch die Zusammenfassung ihrer Lasten (Batterieladung) und Erzeugung (Batterieladung) werden die Gemeinden in die Märkte für Großhandel, Einzelhandel, Ausgleichs- und Nebendienstleistungen eintreten, einschließlich grenzüberschreitender Märkte und Peer-to-Peer-Handel“, schließt Radziukynas.
Schlüsselbegriffe
EnergyKeeper, intelligentes Stromnetz, erneuerbare Energien, Lithium, Kobalt, Batteriemanagementsystem, Redox-Flow-Batterie
