Fluss­batterien stützen Strom­versorgung

Konzeptstudie zum geplanten Redox-Flow-Batteriespeicher. Aufstellung in Containerbauweise in der Fertigungshalle des Projektpartners Technoboxx in Bottrop. (Bild: Fh.-Umsicht)

Aktuell beläuft sich der Anteil erneuer­barer Energien an der Strom­erzeugung Deutsch­lands auf 23 Prozent, bis 2020 sind es voraus­sichtlich 35 Prozent. 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 Schwert, Abteilung Chemische Energie­speicher bei Fraunhofer UMSICHT.

Nordrhein-West­falen als Europas bedeu­tendste Energie­region beheimatet eine Vielzahl strom­abnehmender 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 lässt sich umso besser gewähr­leisten, wenn produ­zierende Betriebe ihren eigenen Strom­bedarf durch rege­nerative Erzeugungs­technologien decken.

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, ist die Vanadium-Redox-Flow-Batterie. Bei der einge­setzten Redox-Flow-Techno­logie wird ein flüssiger 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.

Die Forscher entwickeln und fertigen für die Batterie­speicher thermisch verschließ­bare Bipolar­platten, die einen neuartigen Aufbau erlauben. 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 steigert. „Es lassen sich erstmalig günstig elek­trische Speicher­systeme herstellen, die auch für das Markt­segment der indus­triellen Anwendungen relevant sind“, sagt Schwert.

In Rahmen des Projekts „VanRedFlow“ testen die Forscher in Koope­ration mit indus­triellen Partnern die Kopplung von Redox-Flow-Batterien mit einem rege­nerativen Energie­system. Das Unter­nehmen Techno­boxx verfügt am Firmen­standort in Bottrop seit 2011 über eine eigene Photo­voltaik­anlage mit 70 kW 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 5.000 Liter Elektrolyt erfordert, soll der Eigen­strom­anteil auf bis zu 75 Prozent gesteigert werden. Es muss entsprechend weniger Energie mit dem Netz ausgetauscht werden, und der Kohlen­dioxid-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. (Quelle: Fh.-Umsicht)

Links: Chemische Energiespeicher, Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, Oberhausen • Projekt VanRedFlow, Technoboxx, Bottrop

Weiterer Beitrag: Fluss­batterien als Wind­strom­speicher, energyviews.de, 22. Oktober 2015

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