Batteriespeichersysteme

Auf dem Campus werden zwei große Batteriespeicher installiert. Die Forschung konzentriert sich dabei auf die Integration und Wirkungsweise dieser Batteriesysteme in einem Energiemix mit Photovoltaik (PV), Windkraft und Wasserstoff. Das Ziel ist es, Batteriesysteme effizienter, preiswerter und platzsparender in die Energiesysteme der Zukunft zu integrieren.

Die zwei Batteriespeichersysteme unterscheiden sich hinsichtlich Speicherkapazität und Leistung: Ein Hochenergie-Batteriesystem besitzt eine Kapazität von 2.600 kWh und eine maximale Leistung von 595 kW, ein Hochleistungs-Batteriesystem hält eine Kapazität von 525 kWh vor und hat einer maximale Leistung von 1500 kW.

Batteriespeichersysteme
Foto des Hochleistungs-Batteriesystems
Forschungszentrum Jülich GmbH

Das Hochleistungs-Batteriesystem speichert Energie bei geringem Netzbedarf und speist Energie bei hohem Bedarf wieder zurück ins Netz. Darüber hinaus dient das Hochleistungs-Batteriesystem als unterbrechungsfreie Stromversorgung eines naheliegenden Labors.

In diesem Kontext werden zwei Hauptforschungsfragen untersucht: Die erste Frage kann aus einer Regelungsperspektive und die zweite Frage aus einer „Digitalisierungs“-Perspektive gesehen werden. Aus der Regelungsperspektive ergibt sich die Forschungsfrage, wie beide Batteriesysteme optimal in ein dezentrales Energiesystem integriert werden können, wobei die Batteriesysteme als Black Boxes betrachtet werden, die Energie liefern oder aufnehmen können. Bei der Digitalisierung werden mittels komplexer Modelle bzw. eines „digitalen Zwillings“ gezielt Systemzustände im Voraus simuliert und untersucht. Diese Modelle ermöglichen ebenfalls Simulationsrechnungen, die parallel zum Betrieb der Anlage ausgeführt werden können. Dabei wird ermittelt, welche Wirkung die Einbeziehung elektrischer und elektrochemischer Modelle in Energiespeichersysteme im Versorgungsmaßstab hat. Neu ist hierbei, dass diese Modelle zur Durchführung von Simulationen an großen stationären Batteriesystemen eingesetzt werden.

Derzeit werden Batteriezellmodelle (digitale Zwillinge) für stationäre Batteriespeichersysteme erstellt. Das Verhalten des Modells sollte dabei am Ende genau dem der realen Batteriezelle entsprechen. Die Batteriezellmodelle werden zu Packmodellen erweitert, die es ermöglichen, das Verhalten aller Batteriezellen im System zu evaluieren. Dies gibt Aufschluss über alle Betriebszustände wie Spannungen und Temperaturen des gesamten Batteriepakets. Grundsätzlich sind damit komplexe Messungen, die viele Hardware-Komponenten erfordern, nicht mehr zwingend notwendig. Dadurch können die Systemkosten gesenkt werden. Gleichzeitig werden auch Leistungselektronikmodelle erstellt, die in einem späteren Projektstadium mit den Batteriemodellen gekoppelt werden. Diese Modelle ermöglichen es, Verluste in der Leistungselektronik zu simulieren und das Modell für das Gesamtsystem zu vervollständigen.

Durch die Modellentwicklung dieser Batteriesysteme können die Betriebsbedingungen simuliert und einen energieoptimalen, kosteneffizienten und sicheren Betrieb des gesamten LLEC-Energiesystems angestrebt werden. Dabei werden wertvolle Erkenntnisse über die Leistung und Lebensdauer unter realen Betriebsbedingungen erfasst, die für die Innovation stationärer Energiespeichersysteme relevant sind.

Das LLEC Projekt wurde zum 01.07.2021 um ein neues Teilprojekt „LLEC::VxG“ erweitert, wobei VxG für Vehicle-to-Grid steht. In diesem Projekt sollen Elektrofahrzeuge unterschiedlicher Bauart sowie Ladeinfrastrukturen mit fortschrittlichen Lade- und Entladekonzepten in das Energiesystem des LLEC integriert werden. In einem solchen System können Elektrofahrzeuge z.B. als Pufferspeicher für temporär nicht benötigte Energie genutzt werden, bspw. wenn bei starker Sonneneinstrahlung mehr Strom mittels PV erzeugt als aktuell benötigt wird. In energieärmeren Phasen können die Batterien der Fahrzeuge wieder entladen werden und so zur Netzstabilität des Energiesystems beitragen. Für das Projekt wird auf dem Campus eine eigene Ladeinfrastruktur aufgebaut, die VxG-Funktionalitäten – also das automatische und intelligente Laden und Entladen der Fahrzeugbatterien – ermöglicht. Hierdurch wird der Betrieb des intelligenten, dezentralen Quartiersenergiesystems im LLEC unterstützt.

Letzte Änderung: 13.06.2022