ISFH Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver Strom- und Wärmeversorgungssysteme. Bundesverbandenergiespeicher e.v. Safety first!

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1 01 15 ISFH Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden Bundesverbandenergiespeicher e.v. Safety first! EWE Forschungszentrum Next Energy Saubere Energie. Brennstoffzelle. Alles im blauen Bereich. ISFH

2 2 INHALTSVERZEICHNIS DIE LANDESINITIATIVE Die Landesinitiative Energiespeicher und -systeme Niedersachsen...4 Niedersachsen voller Energie Hochschulen luden zum Industry Day nach Hannover...5 Nachhaltige Versorgungssicherheit Die Abhängigkeiten erneuerbarer und konventioneller Stromversorgungen...6 Regenerative Strom- und Wärmeversorgung weiter ausbauen Möglichkeiten für ganze Siedlungs- und Gewerbequartiere...6 Winter School ENERGIESPEICHER Bundesverband Energiespeicher e.v....8 Safety first! Landesinitiative Energiespeicher und -systeme Niedersachsen:... 8 Veranstaltungen WAGNER Group GmbH...9 Aktiver Brandschutz für mehr Sicherheit: WAGNER konzipiert Lösung für Lager von Lithium-Ionen-Batterien Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB)...9 Energiewirtschaftliche Integration von PV Speichersystemen für den Eigenbedarf unter Einsatz innovativer Messsysteme Battery Labfactory Braunschweig (BLB)...10 Der Maschinenbau blickt nach Braunschweig Batterieproduktionsforschung 4.0 PLANET GBR...10 HyTransit: Wind-Wasserstoff als Kraftstoff in Schottland Strategieplattform Power to Gas...11 Power to Gas: Hemmnisse zur Markteinführung dringend abbauen EWE-FORSCHUNGSZENTRUM NEXT ENERGY...12 Saubere Energie. Brennstoffzelle. Alles im blauen Bereich. KBB UNDERGROUND TECHNOLOGIES GmbH...13 Salzkavernen als Pufferspeicher für zukünftige LNG-Terminals Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs) Fügetechnologien für die Batterie- und Elektrofahrzeugproduktion Eisenhuth GmbH & Co. KG Auf dem Weg zu einer Multi-Funktionsplatte als Elektrode für Batterien und Brennstoffzellen ENERGIESYSTEME CUTEC-Institut GmbH Mit Energie in die Zukunft! Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik IWF Innovationen und Lösungen entlang der Prozesskette der Batterieproduktion ISFH Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden enercity Netzintegration im enercity-ladeversuch erforscht Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen GmbH Erneuerbare Energien erfolgreich integrieren Forschungsverbund Smart Nord Smart Grid Technologien Transfer in die Praxis KVG Meinke Messungen von Energiesystemen / Energieaudits Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen elenia Forschung entlang des Batterielebenszyklus Von der ersten bis zur letzten Ladung EWE AG Green Access untersucht, was Smart Grids wirklich bringen. Hochschule Osnabrück EOS Energiespeicherlösungen in der Region Osnabrück-Steinfurt Energieheld GmbH Energieheld GmbH einfach energetisch sanieren Institit für Werkstoff- und Energietechnik Cottbus e.v. (IWE) Weiße Energie Science to Business GmbH, Hochschule Osnabrück Kompetenzzentrum Energie Wissen vernetzen Heinz Harrendorf VDI Diplom-Ingenieur für Energie und Umwelt Energiesystem Hyderan mit Reaktorkaskade Institut für Partikeltechnik Batterieproduktion und deren Recycling von morgen schon heute Leuphana Universität Lüneburg Hydraulik auf dem Prüfstand ESPEN Elektrochemische Speicher im Stromnetz Forschungsprojekt ESPEN Comsol Multiphysics GmbH Zielorientierte Entwicklung von Batterien und Brennstoffzellen durch Simulation Investitions- und Förderbank Niedersachsen NBank NBank Beratung zu Energieeffizienz und Klimaschutz für Unternehmen und Kommunen in Niedersachsen Dialogplattform Power to Heat Impressum... 31

3 VORWORT 3 Unser energiepolitisches Ziel, die Energieversorgung für Niedersachsen auf einhundert Prozent erneuerbare Energien umzustellen, setzt die Entwicklung von ganzheitlichen Energiesystemen bis hin zu modernen und leistungsfähigen Energiespeichern voraus. Entscheidende Impulse dafür gibt die seit beinahe drei Jahren bestehende Landesinitiative Energiespeicher und -systeme. Mit Workshops, Arbeitskreisen und einer Jahresveranstaltung dient diese Landesinitiative den Akteuren aus Forschungseinrichtungen und Unternehmen als Plattform des Gedankenaustausches und der Vernetzung. Wir sehen uns in der Einschätzung bestätigt, dass der Ausbau der erneuerbaren Energien und ihre Integration in das Energiesystem auch den wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Erwartungen entsprechen. Der Ausbau der erneuerbaren Energien trägt darüber hinaus zur wirtschaftlichen Entwicklung gerade strukturschwacher Regionen in Niedersachsen bei. Besonders kleine und mittelständische Unternehmen haben einen bedeutenden Stellenwert für die Gesamtentwicklung im Bereich der Energiespeicher und -systeme in Niedersachsen. Darüber und über den besonderen Nutzen der interdisziplinären Vernetzung aller in die Themen involvierten Akteure berichten die in dieser Ausgabe des Magazins innowattion präsentierten Arbeitsergebnisse aus Niedersachsen. Wir wünschen Ihnen eine interessante Lektüre. Stefan Wenzel Niedersächsischer Minister für Umwelt, Energie und Klimaschutz Olaf Lies Niedersächsischer Minister für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr

4 4 DIE LANDESINITIATIVE Die Landesinitiative Energiespeicher und -systeme Niedersachsen Oliver Bub Geschäftsststellenleiter Dr. Isabell Schwenkert Stellv. Geschäftsststellenleiterin Prof. Heinz Wenzl Wissenschaftlicher Koordinator Vor dem Hintergrund der Energiewende und relevanten technologischen Fragestellungen verstärken die niedersächsischen Ministerien für Umwelt, Energie und Klimaschutz sowie für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr das Engagement im Bereich der Energiespeicher und -systeme. Im Mittelpunkt der Landesinitiative stehen energieeffiziente und wirtschaftliche Speichertechnologien, die u.a. als Zwischenspeicher für überschüssige Erneuerbare Energie dienen können. Das wesentliche Ziel der Landesinitiative ist die Stärkung des Technologiestandortes Niedersachsen im nationalen und internationalen Wettbewerb sowie die Intensivierung der Zusammenarbeit von Wirtschaftsunternehmen und Forschungseinrichtungen. Dabei legt die Landesinitiative Energiespeicher und -systeme ein besonderes Augenmerk auf kleine und mittelständische Unternehmen sowie die rasche Umsetzung von Ideen in marktfähige Produkte bzw. Dienstleistungen. Neben Speichertechnologien (z.b. Batterien, Brennstoffzellen oder Redox-Flow) werden zusätzlich Themenstellungen in den Bereichen Energiemanagement (Wasserstoff, Kraft-Wärme-Kopplung, Netzanbindung, Smart Grid, Wärmepumpen, etc.) und Großspeicher (Power2Gas, Druckluft/Dampf, etc.) vorangetrieben. Für niedersächsische Innovationstreiber bietet die Landesinitiative in den o.g. Technologiebereichen eine ideale Plattform, um entsprechende Bedarfe und Kompetenzen aktiv einzubringen und relevante Entwicklungen im Rahmen des Netzwerks voranzutreiben. Für Fragen stehen Ihnen die Mitarbeiter der Geschäftsstelle der Landesinitiative gern zur Verfügung.

5 DIE LANDESINITIATIVE 5 Niedersächsisches Forum für Energiespeicher und -systeme 19. Mai 2015, Forum Niedersachsen (Hannover) Forum: Zielgruppe: Konferenz: Teilnahmegebühren: Ausstellung: Fachveranstaltung mit Begleitausstellung Experten der Energiebranche aus Wirtschaft, Wissenschaft, Politik und den Medien 1- tägiges Programm mit technologiespezifischen Sessions: Stromspeicher Rechtliche Rahmenbedingungen und Potenziale Stromnetze und Erneuerbare Energien: Herausforderungen und Lösungsansätze Wärmesysteme als Baustein der Energiewende Beispiele aus der Praxis Vertreter aus Wirtschaft und Industrie* 345 EUR netto / Person jeder weitere Teilnehmer aus Wirtschaft und Industrie (eines gleichen Unternehmens)* 295 EUR netto / Person Vertreter aus Wissenschaft und Forschung** 190 EUR netto / Person (limitiert) Student 80 EUR netto / Person (limitiert)*** Paket 1: 6 qm-fläche Geeignet für mobiles Messesystem (wie z.b. Media-Wände/Faltdisplays, max. 0,75 m T x 3,0 m B x 2,20 m H); inkl. 2 freie Teilnehmer; inkl. 1 Parkplatz am Veranstaltungsort Preis je Einheit: 1.550,00 EUR (netto) Paket 2: Table-Top-Fläche Geeignet für 1 Roll-Up (1,0 m B x 2,20 m H), mit einem Stehtisch (60 cm Ø, im Paket enthalten); inkl. 1 freier Teilnehmer; inkl. 1 Parkplatz am Veranstaltungsort Preis je Einheit: 800,00 EUR (netto) Registrieren Sie sich jetzt als Teilnehmer, Aussteller oder Sponsor! * Vertreter aus Wirtschaft / Industrie = AG, GmbH, AöR, KGaA, Ltd., Vereine, Verbände, Kommunen, Gemeinden, Freiberufler etc. ** Vertreter aus Wissenschaft / Forschung = HS, Uni, Forschungseinrichtungen *** Bitte übersenden Sie uns den gültigen Studentenausweis via Fax ( ) oder per an: Das 4. Niedersächsisches Forum für Energiespeicher und -systeme wird unterstützt von: EWE Aktiengesellschaft Niedersachsen voller Energie Hochschulen luden zum Industry Day nach Hannover Der Industry Day der Landesinitiative Energiespeicher und -systeme Niedersachsen in Kooperation mit der Hochschule Hannover wurde am 4. Februar 2015 in Hannover durchgeführt. Die Veranstaltung zielte im Kern darauf, Unternehmen auf das Angebot der Forschungs- und Entwicklungskooperationen mit den niedersächsischen Hochschulen aufmerksam zu machen. Der Veranstaltungsort Planet M Expo Plaza zur Hochschule Hannover gehörig, trug durch seine Attraktivität zu der gelungenen Veranstaltung bei. Die Hochschule Hannover, die Ostfalia, die Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst, die Hochschule Emden/ Leer, die Hochschule Osnabrück und die Jade Hochschule zeigten den Teilnehmern neben ihren Kompetenzen auch Beispiele bisheriger Kooperationsprojekte auf. Informative Gespräche während des Industry Day Unter dem Aspekt der Energiewende war auch der Industry Day der niedersächsischen Hochschulen angelegt, der sich vor allem auf energieorientierte Themen konzentrierte und an einem Tag einen Überblick über Ressourcen, Aktivitäten und Themen in Forschung und Ausbildung bot. Der Forschungsschwerpunkt Energie- und Ressourceneffizienz der Hochschule Hannover setzt genau auf die aktuellen Fragenkomplexe der alternativen Energiequellen, Speichertechnologien und Ressourcenausnutzung auf., so Herr Prof. Dr.-Ing. Ulrich Lüdersen, Leiter des Instituts für Verfahrenstechnik, Energietechnik und Klimaschutz der Hochschule Hannover. Darüber hinaus wurde über Fördermöglichkeiten innovativer Projekte informiert und es zeichneten sich Interessen für neue Partnerschaften zwischen Wissenschaft und Unternehmen ab insofern war der Industry Day ein voller Erfolg.

6 6 DIE LANDESINITIATIVE Workshop Nachhaltige Versorgungssicherheit Die Abhängigkeiten erneuerbarer und konventioneller Stromversorgungen Prof. Dr.-Ing. Roland Scharf bei der Vorstellung des Institut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung Die Landesinitiative Energiespeicher und -systeme Niedersachsen lud in Kooperation mit dem Institut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung der Leibniz Universität Hannover und enercity am 06. und 07. November 2014 nach Hannover. Auftakt der Veranstaltung war die Besichtigung des Heizkraftwerks Linden am späten Nachmittag des 06. November, die einen spannenden Einblick in die moderne Kraftwerkstechnik ermöglichte. Am 07. November widmeten sich rund 60 Teilnehmer dem Spannungsfeld erneuerbarer und konventioneller Stromerzeugung. Im Rahmen des Workshops wurde die energiepolitische Frage, wie in einer von erneuerbaren Energien bestimmten Erzeugungslandschaft in den kommenden 30 Jahren die Versorgungssicherheit gewährleistet werden kann, diskutiert. Weil die fluktuierende Stromerzeugung mittels Wind- und Photovoltaikanlagen über längere Zeiträume nur einen geringen, zeitweise gar keinen Beitrag zur Stromerzeugung leisten kann, bedarf es eines wirtschaftlich tragbaren Konzeptes, das die ausreichende Zuschaltung konventioneller Stromerzeugung oder den Einsatz moderner Speichertechnologien gewährleistet. Unter dieser Prämisse bündelte der Workshop Themen wie die Systemdienstleistungen in der Energiewende, einen sicheren Netzbetrieb, die Netzregulierung, Kraftwerkskonzepte zur Sicherstellung der Versorgung, Gasmotoren-Heizkraftwerke sowie Grenzen der Leistungsfähigkeit von Energiespeichern. In Vorträgen wurden die Themen von namhaften Vertretern aus der Energiewirtschaft, der Bundesnetzagentur und der universitären Forschung vorgestellt und diskutiert. Alle diese Fragestellungen, die der Workshop aufgegriffen hat, zielten letztendlich auf die Feststellung, wie viele konventionelle Kraftwerke noch am Netz bleiben müssen und welche Leistungsreserven auf Dauer erforderlich sind. Regenerative Strom- und Wärmeversorgung weiter ausbauen Möglichkeiten für ganze Siedlungs- und Gewerbequartiere Auf Einladung des Instituts für Solarenergieforschung Hameln ISFH trafen sich am 24. November 2014 über 40 Fachexperten in Hameln/Emmerthal um zu erörtern, wie die Energieversorgung in unseren Häusern, Siedlungen und Städten in Zukunft aussehen kann. Dabei wurde der Frage nachgegangen, welche technischen Herausforderungen bestehen, welche individuellen Problemlösungen existieren und welche Konzepte für ganze Gebäudegruppen und Quartiere ins Zielfeld rücken, um Öl- und Gasbrenner als Reserve, nicht aber als Grundlastabdeckung zu nutzen. Die intensiven und teilweise lebhaften Diskussionen sorgten dafür, dass alle Themen umfassend vermittelt werden konnten. Abschließend folgte eine interessante Führung durch das Institut für Solarenergieforschung, in dem den Teilnehmern ein Einblick in dessen Forschungsaktivitäten gegeben wurde. So lernten die Teilnehmer u.a. das im vergangenen Jahr 2013 fertiggestellte Gebäude der Integrierten Solaren Systemtechnik (ISS) kennen, in dem sich auf einer Gesamtfläche von 620 m2 fünf neue Laborbereiche befinden. Insbesondere wurde die im Aufbau befindliche Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden vorgestellt, mit der das Verhalten eines integrierten Gesamtenergiesystems (Wohnhaus) an Hand von thermischen und elektrischen Last- und Erzeugungsprofilen in der Anlage real nachgebildet und experimentell analysiert werden kann. Die Teilnehmer während der Führung durch das ISFH Bild ISFH Helmut Jäger (SOLVIS GmbH) stieß mit seinem Vortrag auf großes Interesse Bild ISFH

7 DIE LANDESINITIATIVE 7 Winter School 2015 Vom Februar 2015 fand am Energieforschungszentrum Niedersachsen in Goslar die dritte Winterschool Energiespeicher und -systeme statt, inzwischen ein fester Bestandteil des studentischen Kalenders. 41 Teilnehmer, zum ersten Mal auch eine Teilnehmerin außerhalb Deutschlands aus Dänemark, haben die Veranstaltung besucht. Energiespeicher und -systeme ist ein sehr breites, fachübergreifendes Thema. Elektrische Netze, Regulierung, stoffliche Speicherung von Strom als Wasserstoff und die weitere Umwandlung in Methan oder flüssige Brennstoffe, Speicherung von Wasserstoff in Kavernen, die zukünftige Energieversorgung von Fahrzeugen, unterirdische Pumpspeicher, Speicherung von Strom in Batterien mit 1 MW / 1 MWh aber auch in Fahrzeugbatterien, Power to Heat, Wärmeversorgung, Spitzenlastkraftwerke und wie der Transformationsprozess des Energieversorgungssystems finanziert werden könnte wurden behandelt. Besonders gut kam bei den Teilnehmern wieder das Stromhandelsspiel von Dipl.-Ing. Tost an, bei dem Gruppen mit identischem Kraftwerkspark versuchen müssen, ihre Kraftwerke möglichst gewinnbringend zur Deckung des Strombedarfs einzusetzen. Zum Abschluss der Veranstaltung präsentierten die Teilnehmer Themen ihrer Wahl. Das Konzept Bad Energy-Unternehmen analog zu Bad Banks war dabei ein besonders interessanter Name für den Transformationsprozess des Kraftwerkparks. Unterstützt wurde die Winterschool durch Referenten der Universitäten Hannover und Clausthal, die Forschungsinstitute Next Energy in Oldenburg und CUTEC in Clausthal, sowie Referenten verschiedener Unternehmen: Avacon, Belectric, Bundesnetzagentur, Enercity Contracting, IVG Immobilien AG als Betreiber großer Kavernenspeicher, Volkswagen und Wärtsilä. Eine derartige Veranstaltung kann nicht aus Studiengebühren und Teilnehmerbeiträgen bezahlt werden. Finanziell wurde die Veranstaltung unterstützt vom Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme der TU Clausthal und dem Energieforschungszentrum Niedersachsen, sowie von den Unternehmen CS Materials, Dow Chemical, HCStarck und Piller Group in Osterode, denen auch die Möglichkeit gegeben wurde, sich als Unternehmen und zukünftiger Arbeitgeber zu präsentieren. Zielgruppe sind Studenten, die bereits in Masterstudiengängen sind oder promovieren, oder am Ende ihres Bachelorstudiums sind, und eine naturwissenschaftlich-technische Ausrichtung haben zukünftige Wirtschaftsingenieure, Betriebswirte mit technischer Vertiefungsrichtung, Ingenieure, Physiker und Chemiker. Die Planungen für die nächste Winterschool Ende Februar 2016 haben bereits begonnen. Teilnehmer der Winter School efzn

8 8 ENERGIESPEICHER Safety first! Bundesverband Energiespeicher veröffentlicht Sicherheitsleitfaden Lithium- Ionen Hausspeicher zusammen mit Verbände-Konsortium Whitelist mit geprüften Herstellern sorgt zusätzlich für einheitliche Sicherheits-Standards Der Einsatz von Speichersystemen im allgemeinen Hausgebrauch setzt die Unbedenklichkeit dieser Systeme voraus. Um in Zukunft die Sicherheit von Speichersystemen in Wohngebäuden zu verbessern und nachvollziehbar zu gestalten, hat der Bundesverband Energiespeicher (BVES) in Zusammenarbeit mit einem Konsortium aus Verbänden und Institutionen seit dem Sommer 2014 den Sicherheitsleitfaden Li-Ionen Hausspeicher erarbeitet und im November veröffentlicht. Mit einer Whitelist will der BVES zusätzlich den einheitlichen Standard der geprüften Hersteller garantieren. Ziel des Leitfadens und der Whitelist ist es, nur qualitativ hochwertige Systeme in den Markt zu bringen, um für die Kunden größtmögliche Sicherheit zu gewährleisten. Wir möchten mit dem Leitfaden und der Whitelist sicherstellen, dass sich nur qualitativ hochwertige sowie nachweislich auf Sicherheit geprüfte Systeme am Markt etablieren so Urban Windelen, Bundesgeschäftsführer des BVES. Der Leitfaden deckt folgende Themen ab: Selbst bei einem Fehler (z.b. in der Schutztechnik) darf kein unsicherer Zustand auftreten somit definiert er ein Eigensicheres Batteriespeichersystem. Es werden insgesamt 41 Schutzziele definiert, hierzu anwendbare Normen benannt und mögliche präventive oder korrektive Maßnahmen aufgezählt. Sicherheitsanforderungen an die Produkte, welche nicht durch Normen, Richtlinien, Verordnungen, Fachregeln abgedeckt sind, werden entsprechend des Stands der Technik beschrieben. Der Leitfaden selbst ist keine Norm, soll jedoch eine Brücke zur Normung schlagen und stimmige Standards setzen, bis die entsprechenden Normen verabschiedet sind. Als eine fortlaufend aktualisierte Ergänzung des aktuellen Standes bei Herstellung und Betrieb von Batteriespeichersystemen auf Lithium-Ionen-Basis wird die Anwendung des Leitfadens den Herstellern ausdrücklich empfohlen. In Verantwortung für seine Kunden, sollte jeder Hersteller von Hausspeichern die Systemsicherheit herausstellen. Hier bietet der Sicherheitsleitfaden eine wichtige Grundlage so Windelen. Die an der Erstellung des Leitfadens beteiligten Prüflabore (TÜV Rheinland, VDE und CETECOM) haben sich für die Erstellung der Konformitätserklärung mit dem Leitfaden auf einheitliche Prüfkriterien verständigt. Die Konformität mit dem Leitfaden ist nach Prüfung eines akkreditierten Prüflabors von diesem Labor (nicht vom Hersteller selbst) zu erklären. Um einen einheitlichen Standard für die Konformitätserklärung zu sichern, wird der BVES auf seiner website eine Whitelist mit nach den entsprechenden Kriterien geprüften Herstellern veröffentlichen, sobald ihm die Prüfergebnisse der Hersteller vorliegen. Den Leitfaden finden Sie unter Bundesverband Energiespeicher e.v. Miriam Hegner Veranstaltungen der Landesinitiative Energiespeicher und -systeme Niedersachsen: IHK-Sprechtag Lüneburg 22. April 2015 IHK-Sprechtag Emden 07. Mai Forum für Energiespeicher und -systeme 19. Mai 2015 Forum Niedersachsen, Hannover Workshop Batterien der nächsten Generation Workshop Eigenverbrauch Erneuerbare Energien und Lastmanagement im industriellen Kontext 29. Mai 2015 TU Braunschweig Frühsommer 2015 in Kooperation mit der KEAN

9 ENERGIESPEICHER 9 Aktiver Brandschutz für mehr Sicherheit: WAGNER konzipiert Lösung für Lager von Lithium-Ionen-Batterien Smartphones, Kameras, Rasenmäher, elektrische Werkzeuge, Gabelstapler, E-Bikes. Sie alle haben etwas gemein: Den Antrieb über Lithium-Ionen-Batterien. Diese Akkus sind reinste Kraftpakete, manchmal nicht größer als eine Checkkarte und ihr Einsatzbereich ist nahezu unbegrenzt. Gerade ihre Anwendung im Automotive-Bereich wächst seit Jahren kontinuierlich. Produktion und Lagerung dieser Batterieart sind allerdings mit einem gewissen Brandrisiko verbunden. Die passende Brandschutzlösung hat dafür die WAGNER Group GmbH konzipiert. Das mögliche Brandrisiko ist gerade während des Prozesses der Formatierung, dem erstmaligen Ladevorgang und des Agings der Batterie hoch. Zudem speichern Lithium-Zellen große Mengen an Energie, die im Brandfall explosionsartig freigesetzt werden können. Gemeinsam mit VdS hat WAGNER Realbrandversuche durchgeführt. Basierend auf diesen Ergebnissen hat der Brandschutzexperte Lösungen entwickelt, die sich für Lithium- Ionen-Batterien am besten eignen. Mittels des aktiven Brandvermeidungssystems OxyReduct wird die Sauerstoffkonzentration im Schutzbereich durch die Zufuhr von Stickstoff abgesenkt und auf einem reduzierten Niveau gehalten. Kurzschlüsse innerhalb der Batterien lassen sich dadurch nicht verhindern. Die Entstehung eines Brandes, der auf andere Batterien übergreift, aber schon. So können Lager von Lithium-Ionen-Akkus sicher vor dem Abbrennen geschützt werden. Mit dieser maßgeschneiderten Brandschutzlösung und dem Einsatz von Oxy- Reduct im Bereich Lithium-Batterien hat WAGNER Pionierarbeit geleistet. Bei der Lagerung von Lithium-Ionen-Batterien besteht ein gewisses Brandrisiko. Mit einem Schutzkonzept bestehend aus aktiver Sauerstoffreduzierung mit Oxy- Reduct wird dieses Risiko erheblich minimiert. WAGNER Group GmbH WAGNER Group GmbH Katharina Bengsch Energiewirtschaftliche Integration von PV Speichersystemen für den Eigenbedarf unter Einsatz innovativer Messsysteme Die Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) und das Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen elenia der TU Braunschweig bearbeiten gemeinsam mit Industriepartnern das Projekt PV Speicherzähler. Ziel des Vorhabens ist es zu untersuchen, wie PV Speichersysteme für den Eigenbedarf durch innovative Messsysteme Dritten zugänglich gemacht und in die Energiewirtschaft integriert werden können, um so die Wirtschaftlichkeit dieser Systeme zu erhöhen. Es soll eine Möglichkeit geschaffen werden, die verschiedenen Energieflüsse einzeln und abrechnungsfähig zu erfassen. Abbildung 1 stellt alle Energieflüsse eines Privathaushaltes mit PV-Anlage und einem mehrfachgenutzten, elektrischen Energiespeicher dar. Abrechnungsrelevant sind die Energieflüsse des Anlagenbetreibers A13 und des Contractors A23 vom bzw. zum Netzanschlusspunkt. Im Vorhaben werden einerseits die messtechnischen, rechtlichen und informationstechnischen Aspekte berücksichtigt und andererseits die Anforderungen der Energiewirtschaft an Betrieb und Netzdienlichkeit solcher mehrfach genutzten Speichersysteme betrachtet. Darauf aufbauend werden innovative Messsysteme entwickelt, die in Labor- und Feldtests evaluiert und demonstriert werden. Dies erfolgt durch ein interdisziplinäres Konsortium aus PV Industrie, Zählerhersteller, Messstellenbetreiber, Energiewirtschaft und Wissenschaft. Physikalisch-Technische Bundesanstalt Florian Schilling

10 10 ENERGIESPEICHER Der Maschinenbau blickt nach Braunschweig Batterieproduktionsforschung 4.0 Wertschöpfungskreislauf der Battery LabFactory Braunschweig in Betrieb genommen. Einmalig in der deutschen Universitätslandschaft bildet die BLB die vollständige Prozesskette mit hochmodernen Fertigungsanlagen für Lithium-Ionen-Batteriezellen in einem Raum-in-Raum-Konzept ab. Der VDMA Industriekreis Batterieproduktion hat sich vor Kurzem vor Ort überzeugt, wie anhand der Forschungsergebnisse gezielt individuelle, maßgeschneiderte Batteriezellen für industrielle Anwendungen gefertigt werden und der Maschinenbau von den Erkenntnissen der Braunschweiger Forscher bei der Auslegung seiner Produktlösungen profitiert. In der m 2 Forschungseinrichtung werden produktions- und prozesstechnische Fragestellungen erforscht, Prozess- Struktur-Eigenschaftsbeziehungen analysiert, Energie- und Stoffströme bewertet und die Anlagen in Zusammenarbeit mit Industriepartnern optimiert. Eine interdisziplinäre Forschungsplattform wie die BLB ist notwendige Voraussetzung, grundlegendes Verständnis der Funktionsweise von Batterien im Zusammenhang mit deren Herstellung zu erlangen. BLB Batteriezelle Im November 2014 wurde die Battery LabFactory Braunschweig (BLB) als wohl flexibelste Forschungseinrichtung für Batteriezellproduktion Deutschlands Seit 2008 verfolgen die in der BLB zusammenarbeitenden Institute das Ziel, die gesamte Prozesskette in der Batteriefertigung vom Aktivmaterial über die Elektroden und Zellen bis zum Batteriemodul und dem Recycling an der TU Braunschweig zu untersuchen. Einflussparameter jedes Fertigungsschrittes auf die Zellperformance werden wissenschaftlich untersucht, um die Effizienz großformatiger Hochleistungsbatterien insbesondere für den Einsatz im Automobil zu steigern. + - EINE EINRICHTUNG IM B A T T E R Y LAB FACTORY BRAUN SCHWEIG Battery LabFactory Braunschweig Jens Geißmann HyTransit: Wind-Wasserstoff als Kraftstoff in Schottland Wasserstoff aus Windstrom, der als Kraftstoff in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb eingesetzt wird, ermöglicht Mobilität frei von Treibhausgasen und Luftschadstoffen. Dies ist insbesondere für den öffentlichen Nahverkehr eine interessante Option. Schottland ebenso wie Niedersachsen eine windreiche Region sammelt seit Kurzem mit Brennstoffzellenbussen und einer Wasserstoff-Tankstelle praktische Erfahrungen. Im Projekt HyTransit (European Hydrogen Transit Buses in Scotland) werden sechs solcher Fahrzeuge im Langstreckenbetrieb in die Außenbezirke von Aberdeen eingesetzt. Die Busse geben ausschließlich Wasserdampf ab. Wasserstoff wird an der Tankstelle nach Möglichkeit dann erzeugt, wenn der Wind kräftig weht und Überschüsse im elektrischen Netz auftreten. Das Oldenburger Ingenieurbüro PLANET ist der einzige deutsche Partner in diesem Projekt. Das Unternehmen leitet das Arbeitspaket zur Analyse der Betriebsdaten. Dazu gehören eine Technologievalidierung (in Bezug auf z.b. Zuverlässigkeit und Effizienz), Umweltbilanzen, die Wirtschaftlichkeit heute und in Zukunft sowie Sicherheitsfragen. Dabei hat PLANET auch die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Niedersachsen im Blick. Das Projekt HyTransit wird vom Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) der Europäischen Union unterstützt, Förderkennzeichen PLANET Planungsgruppe Energie und Technik GbR Klaus Stolzenburg

11 ENERGIESPEICHER 11 Power to Gas: Hemmnisse zur Markteinführung dringend abbauen Abgaben und Umlagen zahlen, obwohl sie helfen, ihn in das Energiesystem zu integrieren und erneuerbare Energieträger für andere Verbrauchsbereiche bereitstellen. Anreize zur Stromspeicherung setzen Auch beim Erneuerbare-Energien-Gesetz muss nachjustiert werden, um Power to Gas zu einer fairen Marktchance zu verhelfen. Bislang wird Strom aus erneuerbaren Quellen vergütet, auch wenn er nicht genutzt werden kann. Diese sogenannte Härtefallregelung behindert jedoch die Marktentwicklung von Speicherlösungen für überschüssigen Strom, da sie keine Anreize zur Stromspeicherung setzt. Prozess und Anwendungsfelder der Systemlösung Power to Gas. Annegret-Cl. Agricola, Andreas Weber, Deutsche Energie-Agentur (dena) Die spartenübergreifende Systemlösung Power to Gas kann einen entscheidenden Beitrag zur Erreichung der Klimaschutzziele der Bundesregierung leisten, zum Beispiel in der Mobilität, in der Wärmebereitstellung und in der Industrie. In diesen Bereichen können die über Power to Gas aus erneuerbarem Strom hergestellten Gase Wasserstoff und Methan fossile Einsatzstoffe ersetzen. Darüber hinaus ermöglicht es Power to Gas, die große Kapazität des Erdgasnetzes als Speicher für überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien zu nutzen. Die aktuelle Rechtslage verhindert allerdings einen wirtschaftlichen Einsatz von Power-to-Gas-Anlagen, wodurch wichtige Investitionen in die vielseitige Technologie auszufallen drohen. Um dies zu ändern, müssen nur wenige Stellschrauben am energiewirtschaftlichen Rahmen justiert werden. Dazu zählen: Power-to-Gas-Produkte als Biokraftstoffe anerkennen Wasserstoff und Methan, die mit erneuerbaren Energien hergestellt wurden, müssen als Biokraftstoffe anerkannt werden. Dies ist in den EU-Richtlinien zu erneuerbaren Energien und zur Qualität von Ottound Dieselkraftstoffen zu festzulegen, die derzeit novelliert werden. Über das Bundesimmissionsschutzgesetz müssen diese Vorgaben dann zügig in nationales Recht umgesetzt werden. Um die deutschen Ziele zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energieträger im Transportsektor zu erreichen, bedarf es der Nutzung alternativer erneuerbarer Kraftstoffe, wie grünem Wasserstoff und Methan aus dem Powerto-Gas-Verfahren. Power-to-Gas-Anlagen nicht mehr als Letztverbraucher einstufen Eine weitere Stellschraube bietet das Energiewirtschaftsgesetz. Dort muss festgelegt werden, dass Energiespeicher nicht mehr als sogenannte Letztverbraucher gelten. Derzeit müssen Power-to-Gas-Anlagen für die Abnahme des erneuerbaren Stroms Strategieplattform Power to Gas Um den Einsatz und die Weiterentwicklung der Systemlösung Power to Gas zu unterstützen, hat die Deutsche Energie- Agentur (dena) die Strategieplattform Power to Gas initiiert. Zusammen mit Partnern aus Wirtschaft, Verbänden und Wissenschaft werden die Bedeutung von Power to Gas für die Umsetzung der Energiewende im gesamten Energiesystem und die erforderlichen Rahmenbedingungen für den wirtschaftlichen Einsatz analysiert und in die energiewirtschaftliche Debatte eingebracht. Hierzu tritt die Plattform mit Vertretern aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft in den Dialog und informiert die Öffentlichkeit. Neue Partner sind in der Strategieplattform willkommen. Strategieplattform Power to Gas Andreas Weber

12 12 ENERGIESPEICHER Saubere Energie. Brennstoffzelle. Alles im blauen Bereich. Die künftige Energieversorgung verlangt nach effizienten, regenerativen und emissionsfreien Lösungen für die Bereitstellung von Strom und Wärme. Die Brennstoffzellentechnologie erfüllt dieses Anforderungsprofil lückenlos. Den Weg zur breiten Markteinführung will das EWE-Forschungszentrum NEXT ENERGY gemeinsam mit seinen Partnern auf dem Gebiet der Materialforschung ebnen. Das Prinzip, aus Wasserstoff und Sauerstoff mittels einer Brennstoffzelle Strom zu gewinnen, ist bereits seit der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts bekannt. Dieser Prozess funktioniert unter zwei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen: bei saurem oder bei alkalischem ph-wert. Da die alkalische Betriebsweise einige Vorteile bietet, entschieden sich zum Beispiel die Väter der Apollo-Mondmission in den 1960er Jahren für diesen Brennstoffzellentyp. Workshop on Ion Exchange Membranes for Energy Applications EMEA2015 Elektrochemische Messzelle zur Untersuchung platinfreier Katalysatoren. Applikationstest einer alkalischen Membran-Elektroden-Einheit (MEA). Dass sich seitdem der saure Typus durchsetzte, lag an der Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM). Sie basiert auf der von der Firma Dupont entwickelten Nafion-Membran. Mit ihrer festen Beschaffenheit setzte sie sich gegen den bis dato flüssigen Elektrolyten durch, der als Konstruktionsschwachpunkt in der Brennstoffzelle galt. Eine breite Marktdurchdringung erreichte die saure Membran-Brennstoffzelle (PEMFC) dennoch nicht, weil ihr niedriger ph-wert teure Edelmetalle wie Platin als Katalysatormaterial erfordert. Das treibt die Produktionskosten in die Höhe. Verzicht auf Edelmetalle senkt Produktionskosten Mit dem Ziel, die positiven Aspekte des festen Elektrolyten in einem kostengünstigeren Produkt umzusetzen, richtet sich das Augenmerk der Forschergemeinschaft aktuell verstärkt auf die Alkalische Membran-Brennstoffzelle (AEMFC). Ihr hoher ph-wert der in der Chemie durch eine blaue Indikator- Färbung angezeigt wird erlaubt die Verwendung edelmetallfreier Katalysatoren und könnte die Brennstoffzelle somit kommerziell deutlich attraktiver machen. Eine Herausforderung bei der Realisierung einer konkurrenzfähigen AEMFC ist die Langlebigkeit der Anionentauschermembran. Aktuelle Materialien bieten noch Angriffsflächen für verschiedene Abbaureaktionen, die unter den Betriebsbedingungen einer Brennstoffzelle ablaufen. Weltweit suchen Arbeitsgruppen deshalb nach chemischen Strukturen, die diese Anfälligkeit nicht mehr aufweisen. Zudem ist eine erhöhte Ionenleitfähigkeit Ziel der Forschung. Bei NEXT ENERGY werden zukunftsweisende Materialien gemäß diesem Anforderungsprofil optimiert, bezüglich ihrer Eigenschaften analysiert und anschließend ihre Leistungsfähigkeit in Brennstoffeinzelzellen geprüft. Um dem Ziel eines preiswerten AEMFC- Systems näher zu kommen, erforschen die Oldenburger Wissenschaftler darüber hinaus in Zusammenarbeit mit internationalen Projektpartnern geeignete edelmetallfreie Elektrokatalysatoren. Weil die Alkalische Brennstoffzelle zunehmend auch in den Fokus der Industrie rückt, organisiert NEXT ENERGY im Juni 2015 den internationalen Fachworkshop EMEA2015. Hier werden sich Wissenschaftler und Hersteller über den aktuellen Stand der AEMFC- Forschung auszutauschen. EWE-Forschungszentrum NEXT ENERGY Dr. Wiebke Germer Bad Zwischenahn, Juni

13 ENERGIESPEICHER 13 Salzkavernen als Pufferspeicher für zukünftige LNG-Terminals Flexibilitätsoption beim Übergang auf Erneuerbare Energien Im Rahmen der Umstellung des Energiesystems auf Erneuerbare Energien in Deutschland sind zunächst noch fossile Kraftwerke als Flexibilitätsoptionen erforderlich. Die klimafreundlichste Option stellt dabei auf längere Sicht die Nutzung von Erdgas dar. Um die Abhängigkeit von den bisherigen Gaslieferungen, die bisher ausschließlich per Pipeline erfolgen, zu mindern, stellt der Import von LNG (verflüssigtes Erdgas) per Tanker bspw. aus dem Mittleren Osten oder Nordafrika an die Küste Deutschlands eine realistische Option dar. Während andere EU-Länder wie z.b. Frankreich, Großbritannien, Spanien oder die Niederlande bereits über LNG-Terminals verfügen, ist in Deutschland bisher noch keine Anlage in Betrieb. Künstlich erstellte Salzkavernen im geologischen Untergrund können im Rahmen eines LNG-Terminals als Puffer zwischen obertägigen LNG-Tanks und Gasnetz fungieren. Damit reduziert sich die Aufgabe der kostenaufwändigen LNG-Tanks auf die schnelle Abnahme während der Entladung der Tanker. Danach kann das Flüssiggas kontinuierlich verdampft und in Salzkavernen gespeichert werden, bevor das Erdgas bedarfsabhängig dem Gasnetz zugeführt wird. Die Speicherung viele hundert Meter unter der Erdoberfläche zeichnet sich durch eine erheblich größere Betriebssicherheit, besseren Schutz gegen äußere Einwirkungen, geringeren Flächenbedarf und niedrigere Kosten aus. KBB UNDERGROUND TECHNOLOGIES GmbH Sabine Donadei Fügetechnologien für die Batterie- und Elektrofahrzeugproduktion Ultraschallschweißung der Stromsammlerfolien mit dem Ableiter Zukunftsorientierte Designkonzepte haben Gewichts- und Kosteneinsparungen, eine hohe Zuverlässigkeit sowie die Optimierung von Fertigungsprozessen zum Ziel. Am Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs) der TU Braunschweig werden deshalb in diversen Projekten Einsatzmöglichkeiten und praktische Auslegungen der verschiedenen Fügeverfahren für die Batterieproduktion und Fahrzeugintegration untersucht. Angefangen bei der Batteriezelle, mit Schwerpunkt Binderentwicklung, über elektrische Kontaktierungslösungen und strukturelle Verbindungen entlang des Antriebsstrangs bis hin zu crashsicheren Leichtbaukonzepten unter Einsatz innovativer Werkstoffe werden geeignete Verfahren ausgewählt und qualifiziert. Für die wissenschaftliche Untersuchung von Trenn- und Fügeprozessen an elektrochemischen Speichern bietet die flexible Forschungsinfrastruktur der Battery LabFactory Braunschweig (BLB) eine optimale Plattform. Die langjährige Erfahrung des ifs mit Klebprozessen, Laserstrahlverfahren oder Faserverbundtechnologien sichert eine erfolgreiche Prozessentwicklung, insbesondere für die Produktion von Batterien und Elektrofahrzeugen. Das ifs versteht sich dabei als Partner der Industrie und stellt sich mit innovativen Lösungen und anwendungsorientierter Forschung den stetig wachsenden Herausforderungen. Weitere Informationen zur BLB finden Sie auf Seite 10. Für einen tieferen Einblick in Externe Kontaktierung: computertomografische Aufnahme einer Laserstrahlschweißverbindung von zwei Aluminiumblechen mit einer Blechstärke von unten 2,0 mm und oben 2,5 mm die Aktivitäten des Instituts auf dem Gebiet der Batterieforschung oder zu allgemeinen Fügeaufgaben nehmen Sie gern Kontakt mit uns auf. Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs) TU Braunschweig Mario Wagner

14 14 ENERGIESPEICHER Auf dem Weg zu einer Multi-Funktionsplatte als Elektrode für Batterien und Brennstoffzellen Brennstoffzellen und Redox-Flow-Batterien stellen eine Alternative zur konventionellen Energieumwandlung und -speicherung auf der Basis fossiler Energieträger dar. Ein zentrales Bauteil dieser Systeme ist die Bipolarplatte. An das Design und die Funktionalität dieses Bauteils aus Kohlenstoff-Polymer-Kompositen werden für einen wirtschaftlichen Betrieb hohe spezifische Anforderungen gestellt. Naturgemäß wirken die durch den Graphit bedingten erwünschten physikalischen Eigenschaften wie elektrische und thermische Leitfähigkeit der durch das Binderpolymer gegebenen Zähigkeit und mechanischen Integrität entgegen. Um optimale Plattenmaterialien zu entwickelen, hat Eisenhuth in Zusammenarbeit mit der TU Clausthal neue Platten aus 3 bzw. 4 Komponenten für Redox-Flow-Systeme entwickelt, die auch in Brennstoffzellen eingesetzt werden können. Diese enthalten neben dem Binderpolymer und dem Graphit einen Polypropylen (PP) Rahmen und eine Kupfer-Kontaktierungslasche sowie einige Abdichtplättchen. Abb.1: Eisenhuth-TU Clausthal-Testplatte für Redox-Flow-Anwendungen Dabei wird der gegenläufigen Wirkung von leitfähigem Graphit und stabilisierendem Polymer durch Trennung der Funktionalitäten Rechnung getragen. Die Innenplatte besteht aus konventionellem Graphit-Polymer-Komposite, während außen ein Polymer-Dichtrahmen aufgebracht wird. Ggfs. werden zusätzliche Komponenten mit Ultraschallschweissen aufgetragen. Diese neue Multi-Hybrid-Komponente hat den Vorteil, dass das mechanisch ungünstige, hochgefüllte leitfähige Material nur dort zum Einsatz kommt, wo seine elektrischen Eigenschaften auch benötigt werden. Dagegen sind die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit eher im Außenbereich der Platte relevant, in dem Manifolds eingebracht werden, abgedichtet wird in die Anpresskraft des Stacks anliegt. In Abbildung 1 ist zu sehen, dass die Rahmenumspritzung mit einem Graphiteinleger und einer Kontaktierungslasche erfolgreich umgesetzt werden konnte. Ein Materialverbund zwischen Graphit und Rahmenmaterial (PP) konnte hergestellt werden. Aber auch andere Materialkombinationen sind erfolgreich realisiert worden, wie Polyethylen (PE) und PP-Graphit sowie Polyvinylchlorid (PVDF). Die Autoren danken dem BMWi für die teilweise finanzielle Unterstützung dieser Entwicklungsarbeiten im Rahmen der Projekte 03ESP0413A und 03ESP413B. T. Hickmann *, A.R. dos Santos **, U. Kunz ** * Eisenhuth GmbH & Co KG, Osterode Lerbach ** Technische Universität Clausthal, Clausthal-Zellerfeld ** Energie-Forschungszentrum Niedersachsen, Goslar Eisenhuth GmbH & Co. KG

15 ENERGIESYSTEME 15 CUTEC: Mit Energie in die Zukunft! Durch das Zusammenwirken unterschiedlicher verfahrenstechnischer Disziplinen in einem Haus gelingt es, selbst komplexe Prozesse oder Prozessketten unter energie- und umwelttechnischen Aspekten zu analysieren, zu verändern und schließlich zu optimieren. Die Energieversorgung in Deutschland basiert noch immer auf fossilen Rohstoffen. In wenigen Jahrzehnten wollen wir jedoch Kohle, Öl und Gas durch erneuerbare Energien substituieren: Mit regenerativ erzeugtem Strom und über die Konversion des Stroms zu Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen. Damit lassen sich langfristig die Sektoren Strom, Wärme, Verkehr und Industrie regenerativ betreiben. Unser Umgang mit Energie wird entscheidend für die Zukunftsfähigkeit der deutschen Industriegesellschaft sein. Das CUTEC will und wird seinen Beitrag zur Entwicklung einer nachhaltigen Industriegesellschaft leisten gemeinsam mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft, Politik und Gesellschaft. CUTEC arbeitet an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Wirtschaft und betreibt anwendungsnahe Forschung. Dieses Jahr feiert das CUTEC sein 25-jähriges Bestehen. Wir möchten dieses Jubiläum gerne mit Ihnen zusammen feiern und laden Sie bereits jetzt recht herzlich zu unserem Sommerfest am 11. Juni 2015 ein. Es erwarten Sie interessante Vorträge zu unseren innovativen Forschungsarbeiten, spannende Gespräche, leckeres Essen und natürlich viel Spaß. Aktuelle Informationen und das Anmeldeformular erhalten Sie auf unserer Homepage. Oder nehmen Sie direkt Kontakt zu uns auf! CUTEC-Institut GmbH Dr.-Ing. Andreas Lindermeir Innovationen und Lösungen entlang der Prozesskette der Batterieproduktion Von der Handhabung von Elektroden bis zum Monitoring von Energieströmen - Die Batterieproduktion stellt hohe Anforderungen an Forschung und Entwicklung Sensible und formlabile Materialien, hunderte von Produktvarianten mit niedrigem Stück-zahlniveau, elektrische und chemische Gefährdungspotentiale, material- und energieintensive Prozesse entlang der Prozesskette zur Herstellung elektrochemischer Energiespeicher ergeben sich zahlreiche Herausforderungen. Das Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) der Technischen Universität Braunschweig widmet sich, zusammen mit weiteren Partnern der Battery LabFactory Braunschweig (BLB, S. 10 dieser Ausgabe), diesen transdisziplinären, wissenschaftlichen Fragestellungen in zahlreichen Forschungsprojekten. Das Spektrum reicht von der Untersuchung des Einflusses mechanischer Beanspruchungen im Zuge der Herstellung des Elektrode-Separator-Verbunds in seriennahen Produktionsprozessen (Projekt GEENI ), über die Ermittlung von variantenflexiblen Anlagen für die Montage von Batteriemodulen (Projekt FlexBatt ), bis hin zur Mensch-Roboter-Kooperation in der Demontage von Batteriesystemen (Projekt LithoRec II ). In allen Projekten wird das Thema Systemtechnik für die automatisierte Produktion großgeschrieben. Maßnahmen zur Steigerung der Energieund Ressourceneffizienz (z.b. Echtzeiterfassung von Energie- und Stoffströmen und Simulationsstudien) flankieren die genannten Themen entlang der Prozesskette und erlauben die Ableitung von Produkt- und Produktionsstrategien für umweltfreundliche Batterien. Wenn Sie Interesse am Themenfeld Batterieproduktion haben, laden wir Sie herzlich ein, uns am IWF und der BLB in Braunschweig zu besuchen. Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik IWF TU Braunschweig Alexander Tornow

16 16 ENERGIESYSTEME Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden Elektrische Lasten und Erzeuger mit Frischwasserstation und Pufferspeicher in der Experimentalanlage Energieerzeugungs- und Energieversorgungssysteme für Gebäude wurden bis vor wenigen Jahren für die elektrische Energie und Wärmeenergie getrennt betrachtet. Zur Optimierung eines Gesamtsystems kann es jedoch sinnvoll sein, z. B. PV-Strom zur Deckung des Wärmebedarfs vor Ort zu nutzen anstatt ihn einzuspeisen oder elektrisch zu speichern. Des Weiteren bietet die Integration und Interaktion von elektrischen und thermischen Systemen den Energieversorgungsunternehmen Möglichkeiten zur lokalen Netzentlastung und für überregionale Netzdienstleistungen. Für einen wirtschaftlich und technisch optimierten Betrieb müssen zukünftige Systemkombinationen daher auf den unterschiedlichsten Ebenen eng miteinander verzahnt werden und dabei gleichzeitig hoch flexibel interagieren. Diese Anforderungen müssen konzeptabhängig bei der Komponentenauswahl, der Dimensionierung, bei Systemerweiterungen und mit hoher Priorität bei der Entwicklung intelligenter Steuerung und Regelung berücksichtigt werden. Universelle und flexible Untersuchungsmöglichkeiten für integrierte Gesamtenergiesysteme Schematische Übersicht der Komponenten und Energieflüsse in der Experimentalanlage Mit der Experimentalanlage können

17 ENERGIESYSTEME 17 nahezu alle in Gebäuden vorkommenden Energiesystemkomponenten real nachgebildet werden. Alle installierten Komponenten und Teilsysteme sind austauschbar und können von Forschungspartnern einfach in das Gesamtsystem integriert und anschließend optimiert werden. Eine Auswahl der möglichen Komponenten für eine Systemkombination sowie die thermischen und elektrischen Energieflüsse werden schematisch in der Grafik gezeigt. Der freie Zugriff und die Auswahl der Komponenten, ihres Hydraulikkonzepts und ihrer Betriebs- und Regelungsparameter bietet die Möglichkeiten von Funktionsprüfungen und Jahresbilanzierungen durch den Betrieb an repräsentativen Typtagen ebenso wie Analysen zum Betriebs- und Übertragungsverhaltens in ausgewählten Situationen. Emulation des Massenstroms im Heizkreis Diese können z. B. für die Entwicklung neuer Regelungsmethoden zukünftiger Gebäudeenergiemanager genutzt werden. Unter Einbeziehung von Prognosedaten (z. B. Wetter und Energieverbrauch) und dem aktuellen Verbrauchsverhalten können diese den Einsatz im Gesamtsystem optimiert steuern und regeln, sowie als Schnittstellen zum Verteilnetzbetreiber agieren. Für die Strom- und Wärmeangebote einerseits und die Nachfrage andererseits stehen verschiedene Quellen und Senken, für Sonnenstrom, Sonnenwärme Haushaltsstrombedarf, Raumheizungswärme und Trinkwarmwasserbereitung zur Verfügung. Diese werden bei vorgegebenen synthetischen Wetterbedingungen durch Hardware-Emulation nachgebildet. Soll-Ist-Vergleich der Heizkreis-Rücklauftemperatur PV-Modulfelder werden durch eine programmierbare DC-Quelle emuliert. Am PV-Wechselrichter wird DC-gekoppelt ein Batteriesystem betrieben. Schnittstellen zur einfachen Integration eines AC-gekoppelten Batteriespeichers in das Gesamtsystem sind ebenfalls vorhanden. Elektrische Haushaltslasten können in kleinsten Schritten bis insgesamt 34,6 kw nachgebildet werden. Die Vorgabe der Lastwerte erfolgt manuell oder automatisiert geregelt als Lastkurve. Für die Emulation des Trinkwarmwasser- und des Heizwärmebedarfs stehen geeignete Frischwasserstationen und Hydraulikmodule, denen individuelle Entnahmeprofile vorgegeben werden können, bereit. Emulation der Haushaltsstrom-Last Der zentrale thermische Pufferspeicher ist durch verschiedenste Anschlüsse und Sensoren variabel konfigurierbar und einsetzbar. Heizstäbe im Pufferspeicher können separat angesteuert und in verschiedenen Speicherhöhen angeschlossen werden. Als Wärmepumpe ist derzeit eine Sole- Wasser-Wärmepumpe installiert. Ebenso kann eine Luft-Wasser-Wärmepumpe integriert werden. Die Erdreich-Wärmepumpenquelle wird durch einen geregelten elektrischen Heizer emuliert. Als Quelle für die Luftwärmepumpen dient eine gesteuerte Klimakammer. Sämtliche Anschlüsse für den Betrieb eines BHKW oder Brennwertkessels sind vorhanden, so dass das System einfach um diese Komponenten erweitert werden kann. Ein zentrales Datenerfassungssystem nimmt alle Betriebsparameter und Energieflüsse jeder einzelnen Komponente (Strom, Spannung, Temperatur und Massenstrom) auf. Stromwandler in den Anschlusspfaden aller Komponenten Mit dieser individuell konfigurierbaren Experimentalanlage und ihren umfassenden Möglichkeiten können wir neue Konzepte und Produkte entwickeln und bewerten. Als Dienstleistungen werden wir Energiesystemprüfungen anbieten. Institut für Solarenergieforschung GmbH Hameln/Emmerthal Matthias Littwin

18 18 ENERGIESYSTEME Netzintegration im enercity-ladeversuch erforscht Vorstellung der neuen und eigens entwickelte CarConnectBox in Hannover. (v.l.n.r) enercity- Projektleiter Matthias Röhrig und Corinna Kleimann, Geschäftsführerin der enercity Contracting GmbH, und Prof. Dr. Lars Baumann enercity Im enercity-ladeversuch wurde deutlich: Sollten eine Million E-Fahrzeuge in Deutschland fahren, kann es bei ungesteuertem Laden zu abendlichen Stromnetz- Lastspitzen von bis zu 1400 MW kommen. Elektroautos sollen daher netzstabilisierend Strom laden. Wie solches Ladeverhalten gelingt, erforscht das Projekt "Demand Response das Auto als aktiver Speicher und virtuelles Kraftwerk" von enercity, IEH* und ITD**. Rund 40 "Testfahrer" beteiligen sich am Praxistest, der bis Ende 2015 läuft. Das Ladeverhalten der Testgruppe im Raum Hannover wird unter verschiedenen Bedingungen betrachtet. In jeder Phase kommt ein weiterer Lademodus hinzu (die Nutzer können frei wählen): beliebiges Laden (Referenzphase 1), Laden zu definierten Zeitfenstern (Phase 2), Laden, wenn der Netzbetrieb dies verlangt (Phase 3), sowie Laden oder gar Ausspeisen von Strom gemäß Bedarf des Netzbetriebs (Phase 4) Die erste Phase lieferte Referenzwerte: alle luden, wann immer sie wollten. Die häufigsten Ladezeiten lagen in der klassischen Primetime der täglichen Strom-Lastkurve: zwischen 18 und 20 Uhr. Das Laden fand so vermehrt zur ohnehin höchsten Stromnachfrage des Tages statt. Das Laden von E- Autos netzstabilisierend zu steuern tut Not. Die Zeitfenster in Phase 2 (11-15 Uhr und 22-6 Uhr) wirkten. So verschob sich die Ladezeit und die frühabendlichen Lastspitzen verschwanden. Die Nachfrage liegt in kostengünstigeren Lasttälern. Ein konstanterer, ressourcenschonenderer Kraftwerkseinsatz gelingt, aber die Nutzung erneuerbarer Energien bleibt aufgrund der statischen Ladezeitfenster suboptimal. Flexible Ladezeiten in Abhängigkeit der Solar- und Windeinspeisung werden in der zurzeit laufenden Phase 3 getestet. * Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik, Leibnitz Universität Hannover ** Institut für Transportation Design, Hochschule für Bildende Künste Braunschweig enercity Matthias Röhrig Erneuerbare Energien erfolgreich integrieren Integration von Erneuerbaren Energien in vernetzter Energieversorgung aus verschiedenen Erzeugern, Verbrauchern und Speichern in Strom-,Wärme-und Gasnetze. Effizienzsteigerung durch Optimierung von Energiebedarf und Erzeugung im Produktionsprozess. Der Verbrauch von natürlichen Ressourcen überschreitet die nachhaltige Regeneration durch die Umwelt seit mehr als 40 Jahren. Der weltweit steigende Energiebedarf bei gleichzeitig abnehmenden fossilen Energieressourcen wird zwangsläufig dazu führen, dass die Nutzung der erneuerbaren Energien anteilmäßig weiter steigt. Diese Form der notwendigen Anpassung an den Klimawandel beschleunigt den bereits laufenden, grundlegenden Wandel der Energieversorgung nicht nur in Deutschland. Die überwiegend fossil und zentral geprägte Erzeugungsstruktur in Deutschland zur Bereitstellung von Strom und Wärme entwickelt sich hin zu einer dezentraleren und nutzerabhängigeren Energieversorgung unter Einbindung erneuerbarer Energien. Zukünftige Versorgungskonzepte dieser Energiewende müssen gekoppelte Energienetze von einzelnen, dezentralen Erzeugern und Abnehmer berücksichtigen. Eine bedarfsgerechte Energieabnahme, abhängig von den vorhandenen Erzeugungskapazitäten, kann durch geeignete Speichertechnologien oder durch die Einbindung des Abnehmers selbst oder einer Kombination daraus erfolgen. Insbesondere die Unternehmen haben durch den optimierten Einsatz vorhandener Technologien und Verfahren die Möglichkeit, mit gesteigerter Wettbewerbsfähigkeit den Klimaschutz voranzubringen. Dabei können aktuelle Förderprogramme eine wichtige Unterstützung leisten. Der Arbeitsbereich Betriebliches Energiemanagement der Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen unterstützt dabei den Austausch von wissenschaftlichen Einrichtungen und Unternehmen in Niedersachsen. Autor: Thorben Vahlenkamp Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen GmbH

19 ENERGIESYSTEME 19 Smart Grid Technologien Transfer in die Praxis Reglerverhalten und algorithmik entsprechend angepasst und ergänzt werden soll. Forschungsseitig partizipieren alle an Smart Nord beteiligten Standorte Oldenburg, Hannover, Braunschweig und Clausthal und bringen ihre jeweilige Expertise in den Bereichen Informationstechnik, Netztechnik, Regelungstechnik und Anlagentechnik in das Vorhaben ein. Dezentrale Energieanlagen können durch die Nutzung erneuerbarer Energien und den effizienten Einsatz konventioneller Energieträger zu einer nachhaltigen Energieversorgung beitragen. Dazu müssen sie aber in den Energiemarkt integriert werden und Beiträge für einen zuverlässigen Netzbetrieb leisten. Zu diesen Herausforderungen wurden im interdisziplinären Forschungsverbund Smart Nord Intelligente Netze Norddeutschland in den letzten drei Jahren Lösungen entwickelt und bewertet. Im Verbund Smart Nord, der vom Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur gefördert wird, wirken vier Universitäten und drei Forschungsinstitute zusammen. Besonderes Augenmerk liegt auf der dynamischen Aggregation von dezentralen Verbrauchern, Erzeugern und Speichern zum Angebot von Wirkleistung nach vereinbarten Fahrplänen sowie von Systemdienstleistungen zum Ausgleich der fluktuierenden Einspeisungen regenerativer Energieanlagen unter Berücksichtigung von Netzbelastung und Echtzeitanforderungen. An die methodischen Vorarbeiten schließen sich nun zwei transferorientierte Folgeaktivitäten an. Im Smart Nord Transferprojekt iq Intelligente Blindleistungsregelung für Verteilnetze soll die Machbarkeit einer übergeordneten Blindleistungsregelung gezeigt werden. Ziel ist es dabei, den Blindleistungshaushalt in Verteilnetzen selbst und gegenüber den vorgelagerten Übertragungsnetzbetreibern zu optimieren. Praxispartner sind unter anderem die EWE NETZ GmbH (Verteilnetzbetreiber) sowie die BTC AG (IT- Dienstleister), die mit dem GRID Agent heute bereits einen Blindleistungsregler für Windparks im Einsatz haben, dessen Einen weitergehenden Transfer strebt das Ausgründungsvorhaben Open VPP Offene Virtuelle Kraftwerke an. Im Rahmen eines vom BMWi geförderten EXIST-Forschungstransfers wird aufbauend auf den Forschungsergebnissen aus Smart Nord das Ziel verfolgt, die Flexibilitäten dezentraler Kleinstanlagen etwa Wärmepumpen, Blockheizkraftwerke, Batteriespeicher oder Elektrofahrzeuge mit Hilfe intelligenter Softwareagenten zu erschließen und für die Vermarktung und Veredelung von erneuerbarer Energie nutzbar zu machen. Im Förderzeitraum bis April 2016 arbeiten vier OFFIS-MitarbeiterInnen intensiv an der Weiterentwicklung und wirtschaftlichen Nutzung der Konzepte zur agentenbasierten Betriebsführung von Virtuellen Kraftwerken, die eine enorme Skalierbarkeit des Systems erwarten lassen. Als Kooperationspartner konnten bereits zwei Stadtwerke sowie ein Direktvermarkter gewonnen werden für interessierte Praxispartner steht das Team gerne zur Kontaktaufnahme bereit. Forschungsverbund Smart Nord Intelligente Netze Norddeutschland Prof. Dr. Michael Sonnenschein, Prof. Dr.-ing. habil. Lutz Hofmann Quelle: VDE/FNN: Blindleistungsmanagement in Verteilnetzen, 2014) EXIST-Forschungstransfer Open VPP Carsten Wissing

20 20 ENERGIESYSTEME Messungen von Energiesystemen / Energieaudits Moderne und innovative Produktionsprozesse erfolgen durch die Verwendung von effektiven Arbeitsmethoden, effiziente Industrie- und Produktionsanlagen und modernste Informationstechnologien. Voraussetzung für alle Technologien ist eine hochwertige und zuverlässige Stromversorgung. Aufgrund der Energiewende und den damit verbundenen Änderungen in der Stromerzeugung und -verteilung veränderte sich die Stromversorgung sehr schnell in den letzten Jahren. Technologisch werden diese Änderungen durch den Einsatz von moderner Leistungselektronik unterstützt. Allerdings erzeugt diese moderne Leistungselektronik sowohl auf der Verbraucherseite als auch bei der Energieerzeugung Netzrückwirkungen (Störungen in der Stromversorgung). Diese Netzrückwirkungen führen verstärkt zu Problemen in der Produktions- und Informationstechnik (SPS fallen aus oder haben eine Fehlfunktion; Rechner-Netzteile sterben, Beleuchtungsanlagen werden gestört usw.) Hier setzt die KVG Meinke GmbH mit ihrem Leistungsangebot an. Wir helfen unseren Kunden bei der Identifizierung dieser Netzstörungen um basierend auf detaillierte Messwerte gezielte Abhilfemaßnahmen zu entwickeln und durchzuführen (z.b. USV-Anlagen, aktive Filter usw.). Je nach Kundenanforderungen können wir Messgeräte verkaufen, vermieten oder die komplette Messung übernehmen. Workshops/Seminare oder Coaching on the job sind weitere mögliche Leistungen. Alternativ gibt es die Möglichkeit von Betreibermodellen auf monatlicher Abrechnungsbasis. Andererseits können wir mit unserer Messtechnik auch Messungen zur Verbesserung von Energieeffizienz für alle Medien durchführen. KVG Meinke Markus Meinke Forschung entlang des Batterielebenszyklus Von der ersten bis zur letzten Ladung werden umfangreiche Messungen und Tests an Ihr durchgeführt. Dies beinhaltet die Ermittlung der Zellperformance in Abhängigkeit der Temperatur, Stromstärke und Entladetiefe. Zudem wird die Selbstentladung durch Lagerungstests, sowie die zyklische Alterung umfassend untersucht. Diese Daten werden zur Prognose der Alterung und der Lebensdauer im Betrieb eingesetzt. Als 1st-Life-Betrieb und Markttreiber der Technologie wird die Elektromobilität verstanden, welche sehr hohe Anforderungen an die Batterie stellt. Das Ende der Lebensdauer von Batterien in Elektrofahrzeugen ist in der Regel bei einer Restkapazität von 80%. Was folgt ist die Entscheidung der Weiterverwendung: 2nd-Life oder Recycling. Am elenia werden Methoden und Verfahren entwickelt diese Bewertung durchzuführen. Dabei betrachten das elenia intensiv das 2nd-Life in Form von Photovoltaikspeichern für ein Smart Home bis Großspeicher zur Netzstabilisierung. Mehr Informationen zur Battery LabFactory Braunschweig (BLB) finden Sie auf S. 10. In der Optimierung der Lithium-Ionen- Batterietechnologie steckt noch viel Potential, welches sich durch Betrachtung des gesamten Batterielebenszyklus, beginnend bei der Produktion hin zur Anwendung und letztlich zum Recycling, identifizieren lassen. Im Themenfeld der Batterieproduktion arbeitet das elenia aktiv in der Battery LabFactory Braunschweig (BLB) an Fragestellungen zur Formierung und Zellcharakterisierung. Dabei stellt die Zellcharakterisierung ein wichtiges Qualitätsmerkmal dar. Bevor eine neue Batteriezelle für ihre erste Anwendung ausgewählt wird, Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen elenia TU Braunschweig Uwe Westerhoff

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