Die Energiewende funktioniert auch bei Umstellung auf erneuerbare Energien nur, wenn gleichzeitig Energie eingespart wird. Ein neuer Hybrid-Kompensator hat nicht nur hohes Einsparungspotenzial. Er unterstützt außerdem das Stromnetz etwa durch die gleichmäßige Auslastung der Versorgungsleitungen. Das wiederum macht den Einkauf von zusätzlich benötigter Energie günstiger.
Dezember 2019 – Die Energiewende trifft nicht nur die Energieversorgung privater Haushalte, sondern auch Produktionsanlagen als Großverbraucher. Dabei ist eine effiziente Nutzung der verfügbaren regenerativen Energiequellen notwendig, um eine stabile Versorgung gewährleisten zu können. Probleme bereitet allerdings noch der Ausbau entsprechender Stromerzeugungsanlagen. Auch ist die Stromerzeugung schlechter planbar, da die zeitliche Verfügbarkeit der erneuerbaren Energiequellen unter anderem wetterabhängig ist.
Im privaten Umfeld kann durch intelligente Technologien teilweise gegengesteuert werden, indem Geräte, die in der Regel nur innerhalb eines gewissen Zeitraumes aktiv sind, entsprechend der verfügbaren Energie ein- bzw. ausgeschaltet werden. Bei Produktionsanlagen ist dies oftmals nicht möglich, da der Stillstand bestimmter Maschinen schwerwiegende Auswirkungen auf die gesamte Produktion haben kann.
Der Hybrid-Kompensator mit hohem Einsparpotenzial
Der im Projekt HYBKomp entwickelte Hybrid-Kompensator ist ein aus verschiedenen Komponenten bestehendes Speichersystem. Im Gegensatz zu konventionellen Speichern werden hier verschiedene Technologien kombiniert. Auf diese Weise wird die Leistungsfähigkeit des Systems, also die Reaktionsfähigkeit und die Langzeitspeicherfähigkeit verbessert. Im Hybrid-Kompensator der Erlanger Wissenschaftler/-innen werden ein Schwungmassenspeicher, auch Flywheel genannt, und eine Redox-Flow-Batterie auf Chrom-Vanadium-Basis kombiniert. Das Flywheel zeichnet sich durch seine hohe Reaktionsgeschwindigkeit aus, also dem schnellen Wechsel von Energieabgabe zu -aufnahme. Aufgrund der mechanischen Verluste ist es aber nicht zur Langzeitspeicherung geeignet. Die Redox-Flow-Batterie hingegen kann aufgrund der geringen Selbstentladung Energie nahezu unbegrenzt speichern, ist aber – da es sich um ein Fluidsystem handelt – verhältnismäßig träge.
Bild 1: Aufbauskizze HYBKomp | Quelle: FAPS Erlangen; Einzelnachweise: Flywheel https://stornetic.com/assets/content/durastor.jpg, Redoxflow Batterie https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/RedFlow_ZBM.png, Wechselrichter https://www.reinhausen.com/de/Portaldata/1/Resources/mr/products_and_services/power_quality/produktbilder/forpages/PCS_ohne.jpg, Steuerung: https://ni.scene7.com/is/image/ni/10281406?$ni-card-lg$ (alle 28.11.2018), Fabrik-Grafik http://dia-installer.de/ (15.11.2019)
Zur elektrischen Anbindung an das Versorgungsnetz ist der Hybrid-Kompensator mit einem Wechselrichter ausgestattet, welcher nicht nur – wie bislang üblich – allein die Wirkleistung produzieren kann. Er beeinflusst darüber hinaus die Einspeisung von Blindleistung oder auch die harmonischen Oberschwingungen positiv und verbessert auf diese Weise die Spannungsqualität des Stromnetzes. Der Wechselrichter kann über einen der beiden in Bild 1 eingezeichneten Messpunkte derart gesteuert werden, dass die Verbräuche einzelner Nutzer, die die Stabilität des Netzes gefährden könnten (sogenannte Netzrückwirkungen) verringert werden.
Zugekaufte Energie zudem günstiger
Ein in eine Produktionsanlage eingebauter Hybrid-Kompensator kann entscheidende Vorteile bringen, insbesondere dann, wenn die Produktionsanlage die benötigte Energie zum Teil selbst aus Erneuerbaren produziert. Beispielhaft seien hier Photovoltaikanlagen auf Hallendächern oder die Nutzung von Windenergie genannt. So kann ein als Speicher verwendeter Hybrid-Kompensator die zeitliche Differenz zwischen Energieerzeugung und -verbrauch ausgleichen, sodass weniger Energie zugekauft werden muss. Zudem kann die maximale Abnahmeleistung verringert werden, was die Kosten für die zugekaufte Energie deutlich senkt. Bei ausreichend großer Speicherkapazität kann darüber hinaus die ansonsten ungenutzte Energieproduktion an Wochenenden oder Feiertagen zu großen Teilen oder sogar bis zu 100 Prozent verwertet werden. Durch die Inselfähigkeit des Wechselrichters kann die Netzfrequenz bei Ausfällen bereitgestellt werden und können dadurch auch kleine Versorgungsunterbrechungen überbrückt werden. Das wiederum reduziert Produktionsausfälle.
Die regenerativen Energieerzeuger können auf unterschiedliche Weise elektrisch an das Versorgungsnetz der Produktionsanlage angebunden werden: Entweder werden sie parallel zur Kompensationsanlage an das Netz angeschlossen oder aber an den Gleichspannungskreis von HYBKomp. (vgl. Bild 1) Hierbei unterstützt die Energieproduktion die Inselfähigkeit, da nicht nur auf die im Speicher vorhandene Energie zurückgegriffen werden kann. Auch vermindern sich die Verluste beim Einspeichern der Energie, da weniger Wandlungsvorgänge beteiligt sind.
Das Projekt HYBKomp läuft noch bis zum Frühsommer 2021. Bis dahin wollen die Forscher einen Demonstrator-Speicher an das örtliche Stadt-Versorgungsnetz von Haßfurt angeschlossen haben.
Quelle Beitragsbild: FAPS Erlangen, KickOff-Veranstaltung für HYB
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Förderer
Ansprechpartner
Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)
Universität Erlangen-Nürnberg
Prof. Jörg Franke
Tel.: +49 9131 85-27569
E-Mail: joerg.franke@faps.fau.de
Martin Paulsburg
Projektleiter
Tel.: +49 157 89 244027
E-Mail: martin.paulsburg@fau.de
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