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News | 28.4.2015
Tagungsbericht zum 2. Statusseminar Energiespeicher

Forschungsinitiative zieht Zwischenbilanz

Das 2. Statusseminar Energiespeicher eröffneten Ministerialdirektor Karl-Eugen Huthmacher (BMBF, links im Bild) und Referatsleiter Energieforschung Dr. Georg Menzen (BMWi, rechts im Bild). Ministerialdirektor Helmfried Meinel (Mitte) vom Landesministerium Baden-Württemberg referierte über die Förderung von Speichertechnologien in ausgewählten Bundesländern.
© Anna Durst, forschung-energiespeicher.info
Reger Austausch über die Projekte der Forschungsinitiative: Das zweite Statusseminar Energiespeicher fand im Berliner Ludwig Erhard Haus statt.
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Dr. Andreas Hauer vom ZAE Bayern berichtet über die Arbeit der Internationalen Energieagentur (IEA).
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Dr. Ali Saadat vom Potsdamer GeoForschungsZentrum (GFZ) berichtete über den neuesten Stand des Projektes Aquifer Campus Berlin.
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Über das Batteriekraftwerk M5BAT refereierte Dr. Matthias Leuthold von der RWTH Aachen.
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Cloud-Konzept: Dr. Magnus Pielke informierte über das Verbundprojekt green2store.
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Dr. Arne Fallisch vom Fraunhofer ISE berichtete aus seinem Projekt TEZEL.
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Matthias Puchta vom Fraunhofer IWES in Kassel erklärte das Pumpspeicher-Konzept Stensea.
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In der vergangenen Woche fand vom 22. bis 23. April 2015 das 2. Statusseminar Energiespeicher in Berlin statt. Im Mittelpunkt standen folgende Fragen: Welchen Beitrag können Energiespeicher für die Energiewende leisten? Wie lassen sich Speicher wirtschaftlich einsetzen? Und wo liegen die Schwerpunkte künftiger Forschung? Derzeit fördern das Bundeswirtschaftsministerium und das Bundesforschungsministerium 284 Projekte mit insgesamt 190 Millionen Euro. Während der zweitägigen Veranstaltung stellen die Koordinatoren die Zwischenergebnisse ihrer Projekte vor. Die Forschungsinitiative hat nun Halbzeit. Eine Zwischenbilanz.

Mit dem Umbau des Energieversorgungssystems im Rahmen der Energiewende wächst der Bedarf der Speicherkapazitäten. Daher startete die Bundesregierung 2011 die Forschungsinitiative Energiespeicher. Innerhalb dieser fördern die Bundesministerien für Wirtschaft und Energie sowie für Bildung und Forschung derzeit 284 Projekte mit einem Zuwendungsvolumen von insgesamt rund 190 Millionen Euro. Nun hat die Forschungsinitiative Halbzeit. Nach dem ersten gemeinsamen Statustreffen im Januar 2013 zogen die Projektbeteiligten nun eine Zwischenbilanz.

Während der Veranstaltung ging es unter anderem um die Fragen, welchen Beitrag Energiespeicher für die Energiewende leisten können und welche technologischen Durchbrüche erreicht wurden. Dr. Karl Eugen Huthmacher, Abteilungsleiter Zukunftsvorsorge im Bundesministerium für Bildung und Forschung, sagte während der Eröffnung des Statusseminars: „Die eine Speichertechnologie gibt es nicht, doch der Wirtschaftsstandort Deutschland braucht ein verlässliches Energiespeichersystem. Es gibt bereits einige Forschungsansätze, die vielversprechend sind.“

Das Statusseminar ging auch auf die Schwerpunkte der künftigen Forschung ein. „Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien ergeben sich starke Schwankungen in der Stromerzeugung. Um künftig die Zuverlässigkeit zu gewährleisten, werden Energiespeicher immer wichtiger“, sagte Dr. Georg Menzen, Leiter des Referats Energieforschung im Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.
Die Veranstaltung diente als Forum zur Präsentation der Zwischenergebnisse aus den Projekten und bot die Möglichkeit zum fachlichen Austausch und zur Vernetzung mit anderen Experten.

Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft

Das Statusseminar diente zur Präsentation der Zwischenergebnisse der Verbundprojekte und zum fachlichen Austausch sowie zur Vernetzung mit anderen Experten. Die Vorträge fanden in elf themenspezifischen Fachsessions zu folgenden Themen statt:

  • Batteriespeicher und Energiewirtschaftliche Aspekte
  • Technologien und Anwendungen von Power-to-Gas
  • Thermische Energiespeicher

Allgemeine Erkenntnisse aus den Fachsessions

Die wesentliche Beobachtung während des Statusseminars: Die Wirtschaftlichkeit der Projekte ist deutlich in den Vordergrund gerückt. Der rote Faden vieler Fachsessions – insbesondere der Systemanalyse oder Speichern in Netzen: Die Wirtschaftlichkeit von Speichern hängt sehr von den regulatorischen Rahmenbedingungen ab.
Weitere Erkenntnis des Seminars: Das Finden von Geschäftsmodellen ist die aktuelle Herausforderung, die sich in vielen vorgestellten Projekten stellt. Batterie-Demonstrationsprojekte sind schon relativ weit vorgeschritten und stehen größtenteils vor Feldtests oder sind bereits mittendrin.

Komponenten für Batteriespeicher

Dr. Andrea Balducci berichtete über die Entwicklung von Doppelschichtkondensatoren mit einer verbesserten elektrochemischen Leistung und erhöhten intrinsischen Sicherheit für die Anwendung in Hochspannungs- und Hochleistungssystemen. Die Forschergruppe von Balducci am MEET in Münster, zusammen mit der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Stefano Passerini am Helmholtz Institut Ulm und den Firmen Iolitec und Brandenburgische Kondensatoren, untersuchte im IES-Projekt sämtliche Komponenten von Superkondensatoren um die Gesamtleistung zu erhöhen. Ziel war es, durch die Erhöhung der Betriebsspannung sowohl die Energie- als auch Leistungsdichte zu erhöhen. Dies erreichten sie mit neuartigen Elektrolyten. Als Hindernis erwies sich, dass Aktivkohle mit einer Mikroporosität, die zu dem Elektrolyt passt, nicht marktverfügbar war. Deshalb entwickelten sie ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren, welches landwirtschaftliche Abfälle nutzt. Auch für die Synthese von hochreinem Graphen entwickelten die Forscher ein neues Verfahren, das mittlerweile patentiert wurde.

Die Summe ihrer Erfahrungen lassen die Forscher in einen Prototyp einfließen. Dieser soll für eine maximale operative Betriebsspannung von 3,5 Volt – statt bisher üblich 2,5 Volt – ausgelegt sein. Dadurch verdreifacht sich die spezifische Energiedichte bei Raumtemperatur auf 15 Wh/kg. Der innere Verlustwiderstand soll 5 Ω cm2 nicht übersteigen.

Rückschau der Power-to-Gas-Fachsession

In den Power-to-Gas-Projekten soll die grundlegende Katalysatorentwicklung bis hin zu Komponenten und Systemen untersucht werden. Bei den Systemen soll auch die Auswirkung berücksichtigt werden, was die Technologie voranbringt und ihre Chancen erhöht. Prognosen zeigen, dass einige Projekte schon vor 2030 finanziell rentabel umgesetzt werden können, also den Business Case erreichen.

Jonas Aichinger von den Stadtwerken Mainz berichtete über die Fortschritte des Leuchtturmprojektes „EnergieparkMainz“. In diesem Verbundprojekt wird die gesamte Prozesskette der Power-to-Gas-Technik für die Wasserstoff-Elektrolyse erprobt. Strom soll dafür aus verschiedenen Quellen, wie Windenergie, Regelleistung oder Spotmarkt, durch die PEM-Elektrolyse Wasserstoff erzeugen. Der wird wiederum durch einen neuen ionischen Verdichter komprimiert. Ein Druckspeicher mit rund 1.000 Kilogramm Fassungsvermögen dient der Speicherung – das entspricht etwa 33 Megawatt Leistung. Eine sogenannteWasserstoff-Trailerabfüllstation ergänzt das System. Auch die Erdgasnetzeinspeisung wird erprobt. Die Anlageninstallation ist jetzt weitgehend abgeschlossen. Verdichter und Trailerbefüllung gingen bereits in Betrieb und auch die Begleitforschung zu Betriebsstrategien am Strommarkt ist angelaufen. Die Anlage wird am 2. Juli 2015 offiziell eingeweiht.

PEM-Elektrolyse im Labor
Grundlegende Untersuchungen und Tests von PEM-Elektrolyseuren – auch großer Leistung – sollen im Test Zentrum TEZEL möglich werden. Dr. Arne Fallisch vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE referierte über den aktuellen Status der Planung und Geräteinstallation. Auf insgesamt 750 m² Laborfläche entsteht eine weltweit einzigartige Testumgebung. Für die Kurzzeit- und Langzeitcharakterisierung von Druckelektrolysezellstapeln wurde ein Elektrolyseteststand mit ein MW Leistung geliefert. Die Anlage ermöglicht Tests mit Strömen bis 4.000 A an 30 bis 120 Zellen und Zellflächen bis 2.000 cm². Ein weiterer 200-kW-Teststand dient der Langzeitcharakterisierung von Druckelektrolysezellstapeln (bis circa 30 Zellen, 4.000 A) und der Untersuchung von Langzeiteffekten. Die Arbeiten an der Leitwarte sind weitgehend abgeschlossen.
Noch in der Planung befindet sich hingegen die Einrichtung für die Wasserstoffspeicherung. Die Analysegeräte stehen weitgehend zur Verfügung. Ein Computer-Tomograph wird noch im Juni ausgeliefert. Die Wissenschaftler erwarten, dass der reguläre Testbetrieb Anfang 2016 aufgenommen werden kann.

Energiewirtschaftliche Aspekte von Energiespeichern

Dieter König von der Technischen Universität Dortmund informierte über das Forschungsprojekt „Die Stadt als Speicher“. Bis 2017 analysieren Wissenschaftler aus Forschungsinstituten, Energieversorgern und der Industrie die zunehmende Divergenz zwischen den ländlichen Räumen mit dezentraler Energieerzeugung – etwa aus Wind und Sonne und den urbanen Räumen mit hohem Energieverbrauch und vergleichsweise geringer Erzeugung. „Das Pfund, mit dem die Städte für die Integration von erneuerbaren Energien wuchern können, sind die schon vorhandenen thermischen Speicherkapazitäten für die Strom-Wärme Koppelung sowie die zunehmend flexiblen Verbraucher“, so König. Ansatz der Forscher: die Flexibilität urbaner Räume gebündelt als virtuellen Speicher nutzen. Dazu untersuchen sie die Potenziale unter realen Bedingungen und evaluieren unterschiedliche Betriebs-und Kommunikationsstrategien. Zusätzlich entwickeln die Wissenschaftler geeignete Strategien zur Vermeidung von Netzbelastungen durch virtuelle Energiespeicher und auch Geschäftsmodelle für den Betrieb.

Aus der Fachsession zu thermischen Speichern

Dr. Stefan Henninger berichtete über die Fortschritte im Projekt HyAktiv. Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE entwickeln einen offenen Sorptionswärmespeicher auf Basis von Aktivkohle und Wasser. Als Hauptvorteil gegenüber den bekannten Zeolith-Wasser-Systemen sieht der Freiburger Forscher die vergleichsweise geringe Austriebstemperatur: „Ein Aktivkohlespeicher dürfte mit Austriebstemperaturen von 120 Grad Celsius gut auskommen, während Zeolithspeicher in der Regel mehr als 160 Grad Celsius benötigen“, so Henninger. Deshalb können Zeolithe bei vielen solarthermischen Anwendungen oder Nahwärmesystemen nicht eingesetzt werden. Aktivkohle ist zudem preiswert und hat bei Herstellung aus nachwachsenden Rohstoffen eine günstige CO2-Bilanz. Die Materialeigenschaften sind über den Herstellungsprozess gut steuerbar. Nachteil ist die geringere Enthalpie, woraus eine geringere Speicherdichte resultiert. Konservativ gerechnet erwartet Henninger jedoch, dass erreichbare Speicherdichten um 120 kWh/m3 erreichbar sind.
Aus ökonomischen und energetischen Überlegungen sieht Henninger das Einsatzgebiet nicht in saisonalen Speichern, sondern vielmehr in Monats- oder Wochenspeichern im sogenannten Peak-Shifting – beispielsweise in Kombination mit einem Blockheizkraftwerk oder Nahwärmenetze.

Kritische Stimmen zu Beginn
Zu Projektbeginn gab es kritische Stimmen, ob sich das hydrophobe Ausgangsmaterial überhaupt eignet, sich also ausreichend hydrophilieren lässt. Auch war unklar, ob es ausreichend viele Zyklen übersteht. Beide Fragestellungen wurden bisher nie richtig untersucht. Im Verlauf des Projektes erbrachten die Forscher den Beweis, dass das Material die notwendige Adsorptionsfähigkeit erreicht und sich die Kapazität nach 50 Zyklen um weniger als zehn Prozent reduziert.

Demonstration des Speichersystems ab 2016
Derzeit arbeiten die HyAktiv-Forscher an der Formgebung. Die Aktivkohle auf Kokosnuss-Basis wird mit Binder und Additiven durch Extrusion zu Wabenkörper geformt. Diese ermöglichen eine hohe Speicherdichte bei gleichzeitig guter Durchströmbarkeit. Zum Ende des Projektes 2016 wollen die Forscher die Funktion mit einem Speichersystem im Labormaßstab demonstrieren.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

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