KIT: Flexiblere Stromspeicher dank modularem System

Eine netzintegrierte Lösung für eine stabile Stromversorgung mit erneuerbaren Energien wollen Partner aus Forschung und Industrie unter Federführung des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in dem Verbundvorhaben „Lebensdaueroptimierte Integration Modularer Energiespeicher in Stromnetze“ (LeMoStore) entwickeln. Wie das Forschungsteam erläutert, werden bei herkömmlichen Konzepten viele Batteriezellen einer bewährten Technologie zu einem großen Energiespeicher kombiniert und dieser über einen Wechselrichter an das Stromnetz angeschlossen. Bei LeMoStore sollen mehrere kleine Batteriemodule, die auf verschiedenen Speichertechnologien basieren, kombiniert und dann effizient über einen netzfreundlichen Wechselrichter an das Stromnetz angebunden werden. Um die maximale Lebensdauer der Batteriemodule zu erreichen und die anwendungsspezifischen Anforderungen an das Stromnetz zu erfüllen, sollen Lade- und Entladeleistung strategisch aufgeteilt werden.

„Wir erarbeiten sozusagen einen modularen Baukasten, mit neuartigen Power Electronic Storage Blocks (PESB). So lassen sich Batteriemodule individuell kombinieren, was eine hohe Flexibilität ermöglicht“, so Marc Hiller, Mitglied der Institutsleitung am Elektrotechnischen Institut (ETI) des KIT. Als Wechselrichter werde ein sogenannter Modularer Multi-Level-Umrichter (Modular Multilevel Converter – MMC) genutzt, der aus zahlreichen leistungselektronischen Baugruppen bestehe. Durch die Verschaltung und Regelung der PESB könne das Umrichtersystem mit hoher Effizienz Gleich- in Wechselstrom wandeln und umgekehrt. Gleichzeitig sei es möglich, die gewünschte Leistungsaufnahme und -abgabe der einzelnen Batteriemodule präzise zu kontrollieren. Auch der Einsatz gebrauchter Batteriemodule beispielsweise aus Elektrofahrzeugen sei so möglich, ohne die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems reduzieren zu müssen.

LeMoStore soll nicht nur zusätzliches Potenzial von Lithium-Ionen-Batterien innerhalb der Stromnetze zeigen, sondern auch das Zusammenspiel von Speicher- und Umrichtertechnologien bei Verwendung etablierter Hardware optimieren. Das Bundeswirtschaftsministerium fördert das auf drei Jahre angelegte Vorhaben mit rund 1,7 Millionen Euro.

Die in die MMC-Zellen integrierten Batteriemodule sind Kern der Forschungsarbeiten im Labor für Leistungselektronik und elektrische Maschinen der TH Aschaffenburg. Forschende am Campus Süd und am Campus Nord des KIT entwickeln gemeinsam die Regelung sowie ein optimiertes Energiemanagement. BMZ Germany ist für die Auswahl, Prüfung und Dimensionierung der chemischen Speicherzelle für das Batteriemodul verantwortlich. Batemo entwickelt ein Batteriemodell, das den aktuellen Ladezustand und die zunehmende Alterung der Batterien berücksichtigt, um das Gesamtsystem möglichst wirtschaftlich zu betreiben. Und für die Optimierung der wirtschaftlichen Betriebsführung moderner Energiespeichersysteme für den industriellen Einsatz sind im Konsortium die Firmen Linde Material Handling, Kion Battery Systems und Mainsite vertreten. Die Forschenden wollen den LeMoStore-Demonstrator in allen auftretenden Betriebszuständen testen und seine Funktionsweise validieren und verifizieren. Die dazu notwendige Messtechnik stellt das Partnerunternehmen HBK – Hottinger Brüel & Kjær zur Verfügung.