Hybrid-Energiespeichersystem für moderne Energienetze

Projekt HyFlow: Leistungsfähiges, nachhaltiges und kostengünstiges Hybrid-Energiespeichersystem für moderne Energienetze.

In drei Jahren Forschungsarbeit hat das Konsortium des EU-Projekts HyFlow ein extrem leistungsfähiges, nachhaltiges und kostengünstiges Hybrid-Energiespeichersystem entwickelt, das einen hohen Energie- und Leistungsbedarf decken kann. Dafür kombinierten die Forschenden eine Hochleistungs-Vanadium-Redox-Flow-Batterie mit einem Superkondensator mit wässrigen Elektrolyten.

Mit einem der in HyFlow entwickelten Demonstratoren können Großverbraucher wie Unternehmen, Stadtwerke, Krankenhäuser oder Rechenzentren optimale Anlagengrößen für den eigenen Bedarf ermitteln. Dabei wird anhand ihres bisherigen Strombedarfs ermittelt, welches Speichersystem mit welcher Kapazität und Leistung benötigt wird. Das Projekt wurde von der Hochschule Landshut in Kooperation mit neun weiteren Partnern aus sechs europäischen Ländern durchgeführt. Die Europäische Union förderte das Projekt mit rund 4 Millionen Euro.

Moderne Energienetze setzen auf erneuerbare Energien wie Wind- und Sonnenenergie. Dabei kommt es zu Schwankungen sowohl in der Energieerzeugung als auch beim -verbrauch. Um die dabei entstehenden Leistungsspitzen abzufangen und den erhöhten Bedarf an ökologischer Energieerzeugung zu bewältigen, benötigen diese Energienetze dringend mehr dynamische Speichersysteme. Dabei gilt es, die Leistung solcher Energiespeicher optimal zu dimensionieren und eine sichere, bezahlbare und umweltfreundliche Energieversorgung zu gewährleisten. Eine Lösung hierfür bieten intelligente Kombinationen von Speichern, sogenannte hybride Speichersysteme.

Leistungsfähiges, nachhaltiges und kostengünstiges Hybrid-Speichersystem

Das in HyFlow neu entwickelte Hybrid-Speichersystem kann durch die Kombination aus einer Hochleistungs-Vanadium-Redox-Flow-Batterie und einem „grünen“ Superkondensator bei kritischen Netzzuständen den Strom- und Energiebedarf ganz flexibel ausgleichen. Eine Redox-Flow-Batterie besitzt eine große Speicherkapazität, lässt sich aber nur langsam auf- und entladen. Der Superkondensator hingegen verfügt über kurze Ladezeiten bei geringer Energiemenge. Durch die Hybridisierung ist ein Energiespeichersystem entstanden, das die Vorteile beider Systeme kombiniert. So konnte im Projekt darüber hinaus die Ladezeit der Redox-Flow-Batterie um 60 Prozent gekürzt werden.

Das Projekt legte die Basis für die Entwicklung von Superkondensator-Kohlenstoffelektroden aus einer nachhaltigen lokalen Quelle, anstatt der üblichen Aktivkohle aus Kokosnussschalen. Die Forschenden konzentrierten sich auch auf die Entwicklung nicht entflammbarer, wasserbasierter Elektrolyten. Dadurch weist das neue System im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien eine um bis zu 40 Prozent bessere CO2-Bilanz auf und ist um bis zu 60 Prozent kostengünstiger.

„Es war mein Traum, ein solches performantes, kostengünstiges und vor allem umweltverträgliches Speichersystem mit zu entwickeln, und dieser Traum ist jetzt im Rahmen von HyFlow wahr geworden“, sagt Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger, wissenschaftlicher Leiter des Technologiezentrums Energie der Hochschule Landshut (TZE), der das Projekt koordinierte.

Demonstratoren beim TZE der Hochschule Landshut und beim Fraunhofer ICT

Beim Technologiezentrum Energie der Hochschule Landshut (TZE) (https://www.haw-landshut.de/forschungseinrichtungen/technologiezentren/technolog…) können Interessenten aus Industrie, Stadtwerken, Krankenhäusern oder Rechenzentren ab jetzt den neuen, in HyFlow entwickelten Demonstrator besichtigen und mit ihren Lastprofilen ermitteln, welche Speichersysteme sie brauchen, um ihren Strombedarf abzudecken.

Im HyFlow-Projekt wurde mit einem größeren Demonstrator am Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (https://www.ict.fraunhofer.de) in Pfinztal bei Karlsruhe bereits eine Großenergiespeicherung demonstriert.

In Modellierung zweier „Use Cases“ wurde bestätigt, dass mit dem neuen Speichersystem ein Return-on-Investment von weniger als 4 Jahren möglich ist. Das Speichersystem wird aus einzelnen Komponenten, die bei den Projektpartnern bereits regulär hergestellt werden, zusammengesetzt.

Die HyFlow-Projektpartner haben für das neue Hybrid-Speichersystem auch fortschrittliche und anpassungsfähigere Energie-Managementsysteme entwickelt.

Über das EU-Projekt HyFlow

HyFlow (https://hyflow-h2020.eu) ist Anfang November 2020 gestartet und lief bis Ende Februar 2024. Das Projekt hatte sich zum Ziel gesetzt, ein extrem leistungsfähiges, nachhaltiges und kostengünstiges Hybrid-Speichersystem zu entwickeln. Das Projekt wurde von der Hochschule Landshut in Kooperation mit neun weiteren Partnern aus Deutschland, Italien, Spanien, Tschechien, Österreich, und Portugal durchgeführt. Die Projektleitung lag bei Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger, dem wissenschaftlichen Leiter des Technologiezentrums Energie der Hochschule Landshut. Die EU förderte das Vorhaben unter dem europäischen Rahmenprogramm für Forschung und Innovation „Horizon 2020“ mit rund 4 Mio. Euro.

Das HyFlow-Projekt ist für die Hochschule Landshut ein Leuchtturmprojekt. Sie ist eine von nur vier bayerischen Hochschulen für angewandte Wissenschaften, die innerhalb von Horizon 2020 den Lead eines EU-Projektes übernommen haben.

Mit dem Auslaufen von HyFlow ist im Januar 2024 das EU-Projekt SMHYLES (http://www.bayfor.org/pm-smhyles) gestartet, in dem partiell Ergebnisse von HyFlow weiter verwertet werden können. Ziel des im Rahmen von „Horizon Europe“ geförderten EU-Projekts SMHYLES ist die (Weiter-) Entwicklung und Demonstration von neuartigen und nachhaltigen salz- und wasserbasierten Hybrid-Energiespeichersystemen im industriellen Maßstab. Hierbei soll u. a. die in HyFlow entwickelte Pilotanlage eingesetzt und erweitert werden.

Zur Bayerischen Forschungsallianz (BayFOR) GmbH

Die Bayerische Forschungsallianz (https://www.bayfor.org) hat das HyFlow-Projekt in der Antragstellung intensiv unterstützt und in der strategischen Ausrichtung beraten. Als Projektpartner begleitete die BayFOR das HyFlow-Konsortium auch beim Projektmanagement und bei den Kommunikationsaktivitäten.
Die vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst geförderte Bayerische Forschungsallianz berät und unterstützt bayerische Akteure aus Wissenschaft und Wirtschaft (insbesondere KMU) umfassend beim Einwerben von europäischen Mitteln für Forschung, Entwicklung und Innovation. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem laufenden Rahmenprogramm für Forschung und Innovation der EU Horizon Europe (https://www.bayfor.org/horizon-europe). Die BayFOR ist Partner im Enterprise Europe Network (https://www.bayfor.org/een) und in der Bayerischen Forschungs- und Innovationsagentur (https://www.forschung-innovation-bayern.de). Durch diese hervorragende regionale und europäische Vernetzung können Internationalisierungsvorhaben ermöglicht werden.

Steckbrief HyFlow

*Projektname: HyFlow (Finanzhilfevereinbarung Nr. 963550) – Development of a sustainable hybrid storage system based on high power vanadium redox flow battery and supercapacitor technology
*Laufzeit: 11/2020 – 02/2024

*Projektpartner:
Technologiezentrum Energie (TZE), Hochschule Landshut, Deutschland, https://www.haw-landshut.de/forschungseinrichtungen/technologiezentren/technolog…
Pinflow energy storage s.r.o., Tschechien, http://www.pinflowes.com
Fraunhofer Institut für Chemische Technologie, Deutschland, https://www.ict.fraunhofer.de
C2C-NewCap, Portugal, https://www.c2cnewcap.com
Epic Power, Spanien,https://epicpowerconverters.com
Karlsruher Institut für Technologie, Deutschland, https://www.kit.edu
Freqcon, Deutschland, https://www.freqcon.com
Energieinstitut Linz, Österreich, https://energieinstitut-linz.at
Università di Bologna, Italien, https://www.unibo.it/en
Bayerische Forschungsallianz, Deutschland, https://www.bayfor.org/

*Projektleitung: Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger (TZE), Hochschule Landshut
*Programm: Horizon 2020
*Gesamtprojektsumme: 3,9 Mio. Euro
*Finanzierung: Europäische Union

Pressekontakte

Projektkoordinator:
Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger
Wissenschaftlicher Leiter des Technologiezentrums Energie
der Hochschule Landshut
Tel.: +49 (0)8531 – 914 044 11
E-Mail: karl-heinz.pettinger@haw-landshut.de

Pressestelle der Hochschule Landshut
Tel.: +49 (0)871 – 506 191
E-Mail: pressestelle@haw-landshut.de

In der BayFOR:

Dr. Daniel Kießling
Wissenschaftlicher Referent Informations-/Kommunikationstechnologien | Natur- & Ingenieurwissenschaften
Tel.: +49 (0)911- 50715-920
E-Mail: kiessling@bayfor.org

MBA Gabriela Blumberger
Projektmanagerin HyFlow und SMHYLES
Tel.: +49 89 9901888-132
E-Mail: blumberger@bayfor.org

Emmanuelle Rouard
Bereichsleiterin Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: +49 (0)89 9901888-111
E-Mail: rouard@bayfor.org

Dieses Projekt wurde von der Europäischen Union im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 963550 gefördert.

Die geäußerten Ansichten und Meinungen sind jedoch ausschließlich die des Autors/der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die der Europäischen Union oder INEA wider. Weder die Europäische Union noch die Bewilligungsbehörde können für sie verantwortlich gemacht werden.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger
Wissenschaftlicher Leiter des Technologiezentrums Energie
der Hochschule Landshut
Tel.: +49 (0)8531 – 914 044 11
E-Mail: karl-heinz.pettinger@haw-landshut.de

Weitere Informationen:

http://www.bayfor.org/pm-projektergebnisse-hyflow – Bildmaterial in hoher Auflösung zum Download verfügbar