Energie und Rohstoffe – Energie speichern und managen

Solarparks, Windräder, Biomasse-Anlagen — immer mehr elektrische Energie stammt aus dezentralen und volatilen Quellen. Doch Wind- und Sonnenenergie sind abhängig von Wetter und der Tageszeit. Intelligente Netze, die Smart Grids, innovative Speichertechnologien und Energiemanagement-Systeme ermöglichen es künftig, regenerative Energie dann zu nutzen, wenn sie benötigt wird, und das Stromnetz stabil zu halten.

Energie und Rohstoffe

Referenzprojekte – Energiespeicherung und -management

ElKaWe – Elektrokalorische Wärmepumpen

Fraunhofer-Leitprojekt ElKaWe - Elektrokalorische Wärmepumpen

Im Leitprojekt »ElKaWe« arbeiten sechs Fraunhofer-Institute unter der Leitung des Fraunhofer IPM an der Entwicklung elektrokalorischer Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen. Wärmepumpen arbeiten heute nahezu ausschließlich auf Basis von Kompressor-Technologie. Elektrokalorische Wärmepumpen versprechen einen deutlich höheren Wirkungsgrad und kommen ohne schädliche Kältemittel aus. Im Rahmen des Projekts entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler keramische und polymerbasierte elektrokalorische Materialien und arbeiten an einem innovativen Systemansatz, der eine besonders effiziente Wärmeabfuhr ermöglicht. 

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Fraunhofer vernetzt Produktion und Speicherung von Energie

Forschung Kompakt / 2.1.2020

Der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromproduktion erreicht mittlerweile fast 50 Prozent – mit dem großen Nachteil, dass sie sich dem wechselnden Strombedarf am Tage kaum anpassen können. Sie liefern nur dann elektrische Energie, wenn der Wind weht oder die Sonne scheint. Ideal wäre es, erzeugte erneuerbare Energie in großem Maße speichern und die Produktion und Speicherung von Energie aufeinander abstimmen zu können. Dies ist das Ziel von ES-FLEX-INFRA, einem Gemeinschaftsprojekt unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI.

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Drehscheibe für Energie

Forschung Kompakt / 2.1.2020

Die erzeugte Energiemenge regenerativer Energiequellen schwankt. Ein neuartiges Energiemanagementsystem des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM ermöglicht es, Photovoltaikanlagen, Batteriespeichersysteme, Wärmepumpen und Elektroautos intelligent zu koppeln – und einzelne Haushalte oder ganze »Energiequartiere« trotz der Schwankungen weitestgehend mit eigener regenerativer Energie zu versorgen.

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»KaSiLi«: Bessere Batterien für Elektroautos »Made in Germany«

11.11.2019

Neue Dünnschicht-Elektroden aus Silizium und Lithium für die »Forschungsfabrik Batterie«

Deutsche Wissenschaftler wollen im Dachkonzept »Forschungsfabrik Batterie« neuartige Batterien entwickeln, die bei gleichem Volumen mindestens 70 Prozent mehr Energie für Elektrofahrzeuge und Smartphones speichern können als herkömmliche Lithium-Ionen-Lösungen. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Kompetenzclusters für Batteriematerialien »ExcellBattMat« steuert das Dresdner »ExcellBattMat-Zentrum« (Projekt KaSiLi: Strukturmechanische Kathodenadaption für Silizium- und Lithiumwerkstoffe) Schlüsselkomponenten für diese neue Batterie-Generation bei. Die Forscher von Fraunhofer, TU-Dresden und Leibniz arbeiten seit dem 1. November 2019 gemeinsam an innovativen Batterie-Elektroden, die aus hauchdünnen Silizium- oder Lithiumschichten bestehen, um hohe Energiedichten zu erreichen.

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Thüringer Forschungspreis für keramische Batterie

Regenerative Energiequellen gewinnen im Kontext der Energiewende stark an Bedeutung. Damit auch dann Strom fließt, wenn das Windrad still steht und die Sonne nicht scheint, muss Energie zuverlässig gespeichert werden. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS hat dafür eine preiswerte und umweltfreundliche keramische Batterie entwickelt, die mit dem diesjährigen Thüringer Forschungspreis in der Kategorie »Angewandte Forschung« ausgezeichnet wurde. Den mit 12.500 Euro dotierten Preis überreichte Thüringens Wissenschaftsminister Wolfgang Tiefensee bei der feierlichen Preisverleihung in der Imaginata Jena am 8. April.

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Dynamisches Energiemanagement für KMU

Solarstrom, Windkraft und Co. – die zunehmende Nutzung regenerativer Energiequellen führt zu großen Schwankungen bei der Energieerzeugung. Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher ermöglichen nun, die industriellen Prozesse in kleinen und mittelständischen Unternehmen flexibel zu gestalten: So können die Firmen den Ökostrom aus eigenen Erzeugungsanlagen maximal nutzen, auf Schwankungen reagieren und künftig einen Beitrag zur Stabilisierung der Energienetze leisten.

Großprojekt »RedoxWind«

Der Redox-Flow-Großbatteriespeicher wird als Pilotanlage auf dem Gelände des Fraunhofer ICT in Pfinztal errichtet.
© Fraunhofer UMSICHT
Der Redox-Flow-Großbatteriespeicher wird als Pilotanlage auf dem Gelände des Fraunhofer ICT in Pfinztal errichtet.

Energiespeichern wird für die Energiewende eine wachsende Bedeutung zugeschrieben. Sie können die naturgegebene Fluktuation von Sonne und Wind ausgleichen und eine regenerative Energiequelle in ein planbares Kraftwerk mit unterbrechungsfreier Versorgung umwandeln. Des Weiteren können sie einen entscheidenden Beitrag zur Netzstabilität, Frequenzhaltung und zur Reduzierung des Netzausbaus  leisten.

Im Rahmen des Projekts »RedoxWind« wird ein Redox-Flow-Großbatteriespeicher entwickelt, der direkt an den Gleichstromzwischenkreis einer Windenergieanlage gekoppelt wird. Diese Einheit aus Energieerzeuger und Batteriespeicher wird als Pilotanlage auf dem Gelände des Fraunhofer ICT in Pfinztal errichtet.

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HYPOS – Wasserstofferzeugung mit Stromüberschüssen

Das Projekt HYPOS schlägt vor, den unterschiedlich stark anfallenden Strom aus Wind- und Solarkraftanlagen in Wasserstoff umzuwandeln, um Abnehmern immer die benötigten Energie- und Stoffmengen zur Verfügung stellen zu können. Dazu soll überschüssiger Strom durch chemische Verfahren in Wasserstoff umgewandelt, gespeichert, transportiert und kontinuierlich genutzt werden.

EU- Projekt »NETfficient«

Mit der Umsetzung der Energiewende steigt der Stromanteil aus fluktuierenden erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne. Dies erfordert den Ausbau von Stromspeicherkapazitäten sowie ein flexibel reagierendes Energiemanagement. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben gemeinsam mit Partnern auf der Nordseeinsel Borkum einen hybriden Energiespeicher aufgebaut, der aus einer Lithium-Ionen-Batterie und einem Superkondensator für kurzzeitige Leistungsanforderungen besteht. Der hybride Speicher wird mittels eines neuartigen modularen Wechselrichters an das Mittelspannungsnetz angekoppelt. Während eines einjährigen Feldtests prüfen und vergleichen die Forscher verschiedene Regelungsansätze im Energiemanagementsystem.

Energy Charts

Energy Charts machen die Energiewende transparent. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE stellt die kompletten elektrischen Energiedaten für Deutschland zeitnah und kostenlos zur Verfügung.

 

Batterien der Zukunft

Fraunhofer entwickelt Batterien der nächsten Generation. Das Spektrum reicht über die ganze Bandbreite der Energiespeicher, von der Kleinstanwendung, wie zum Beispiel Knopfzellen, bis zu großen stationären Systemen wie Redox-Flow-Batterien.

Centrum für Energiespeicherung

Mit dem »Centrum für Energiespeicherung«, gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie, steht der bayerischen Industrie, den Kommunen und der Politik ein kompetenter Ansprechpartner für Schlüsseltechnologien der chemischen und thermischen Energiespeicherung zur Seite. Das Centrum – mit den Standorten Sulzbach-Rosenberg (Fraunhofer UMSICHT) und Straubing (Institutsteil Bio-, Elektro- und Chemokatalyse BioCat des Fraunhofer IGB) – erarbeitet systematisch mittel- bis langfristig die notwendigen Speichertechnologien.