Effiziente Nutzung erneuerbarer Energien

Die Energie, die Sonne und Wind liefern, korrespondiert meist nicht mit dem benötigten Verbrauch. Deswegen ist besonders bei Großanwendungen die Speicherung elektrischer Energie zu einer der großen Herausforderungen der Energietechnik geworden. Sie ist unter dem Aspekt des verstärkten Einsatzes fluktuierender erneuerbarer Energien eine Schlüsseltechnologie. Zum Ausgleich des zunehmenden temporären Ungleichgewichts von Erzeugung
und Verbrauch sind innovative Lösungen im Netzausbau und den Leistungs- und Regelreserven erforderlich. Eine
bessere Anpassung vorzuhaltender Reserven an die Bedarfsentwicklung wird möglich, wenn dezentrale Speicher
eingesetzt werden, die bezüglich ihrer Leistung und der speicherbaren Energie skalierbar sind.
Üblicherweise speichern Bleiakkus die überschüssige Energie, bis die Energie benötigt wird. Der Nachteil dieser Speicher: Sie halten nur eine begrenzte Zyklenzahl und müssen üblicherweise nach drei bis fünf Jahren ausgetauscht werden. Eine Alternative zu den Bleiakkus sind Redoxflow-Batterien. Sie haben eine vergleichbare Energiedichte, ihre Lebensdauer ist jedoch fast zehnmal so hoch wie die der Bleiakkus.

Skalierbare Stromspeicherung

In Zukunft werden verstärkt skalierbare Stromspeicher im Leistungsbereich von 100 kW bis maximal 5 MW benötigt, um durch dezentrale, netzintegrierte Stromspeicher die Netzkapazitäten besser auszunutzen und Engpässe zu vermeiden. Im angestrebten Leistungsbereich bieten Redoxflow-Batterien ein aussichtsreiches Entwicklungspotenzial in Betracht der Zielkosten und eines skalierbaren Aufbaus.

Technologie

Das Verfahren der Redoxflow-Batterien, beruht auf dem Prinzip der Speicherung von chemischer Energie in Form
von gelösten Redox-Paaren in externen Tanks. Die Stromerzeugung erfolgt in einem getrennten Leistungsmodul.
Den Elektroden wird während der Entladung kontinuierlich der umzusetzende gelöste Stoff aus den Vorratstanks
zugeführt und das entstehende Produkt ebenfalls in einen Vorratsbehälter abgeführt. Zum Laden wird die Pumprichtung des Elektrolyten umgedreht. Da die Speicherkapazität im Wesentlichen von der Tankgröße für die Elektrolytlösung bestimmt wird und der Wirkungsgrad bei bis zu 80 % liegt, ist dieser Speichertyp interessant für die Großanwendung.

Mögliche Redox-Paare

Schematische Darstellung der Vorgänge innerhalb eines Redoxflow-Systems

Aktuelle Forschungsarbeiten

Am Fraunhofer ICT in Pfinztal wurde der Prototyp einer Redox-Flow-Batterie entwickelt, mit dem verschiedene
Elektrodenmaterialien, Membranen und Elektrolyte möglichst flexibel getestet werden können. Damit lassen sich unterschiedliche Redox-Systeme in einem Testaufbau vergleichen, um so die Vor- und Nachteile der jeweiligen Systeme herausarbeiten zu können.

Erreichte Fortschritte gegenüber dem Stand der Technik

• modularer Aufbau aus einem marktreifen und entwicklungsfähigen Kurz- sowie einem neu entwickelten Langzeitspeicher

• Leistung und Energiemenge sind unabhängig skalierbar

• optimaler Betrieb durch vorausschauende Regelung und Lastmanagement

• energetisch- und kostenoptimierte Energiewandlung