Methodik zur Konzeption eines Hybrid-Batteriespeichersystems für Schienenfahrzeuge

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Schienenfahrzeug auf nicht- oder teilelektrifizierten Streckenabschnitten von einem Batteriesystem angetrieben. Um den Energiebedarf vollständig zu gewährleisten und um die Vorteile verschiedener Batterietechnologien zu vereinen, wird hier das Konzept eines Hybrid-Batteriesystems untersucht. Dieses inkludiert zwei verschiedene Batterien, welche miteinander verschaltet werden, um so energie- und leistungsbezogene Anforderungen effizient zu gewährleisten. Durch die Verwendung von zwei Batterien mit unterschiedlichen Eigenschaften erhofft man sich die Nutzung der jeweiligen Stärken und resultierende Vorteile in Kombination miteinander gegenüber der Verwendung einer einzelnen Batterie

Energiespeicher – Stand und Perspektiven. Sachstandsbericht zum Monitoring »Nachhaltige Energieversorgung«

Die Energieversorgung steht vor einer Reihe neuer Herausforderungen. Die zunehmende Liberalisierung und Globalisierung der Energiemärkte setzt nicht nur neue Rahmenbedingungen, sondern stellt auch neue Anforderungen an die Energieversorgungssysteme der Zukunft. Zentral ist dabei die Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit mit elektrischer Energie bei zunehmenden Anteilen fluktuierender Energieträger sowie veränderten Bezugsbedingungen für fossile Rohstoffe. Auch spielen die Vermeidung weiterer Klimaveränderungen und Umweltbelastungen durch die Energieversorgung eine wichtige Rolle. Energiespeicher sind heute ein fester Bestandteil unseres Energieversorgungssystems. Dennoch wird ihre Rolle – außerhalb der technischen Ebene – kaum wahrgenommen. Der TAB-Bericht gibt vor diesem Hintergrund einen Überblick über den aktuellen technischen Stand verfügbarer Energiespeichersysteme und innovative Speicherkonzepte im stationären wie auch im mobilen Bereich. Energiespeicher nehmen in Versorgungssystemen eine Schlüsselstellung ein, indem sie es ermöglichen bzw. erleichtern, das Energieangebot auf die zeitlich variable Nachfrage abzustimmen. Besonders für die »flüchtigen« Energieformen Strom und Wärme existieren bislang nur wenige wirtschaftlich attraktive Technologien zur Speicherung von großen Mengen Energie (z.B. Pumpspeicher-Wasserkraftwerke). In Versorgungssystemen mit einem hohen Anteil an dargebotsabhängiger Energieerzeugung (z.B. Windkraft) können Energiespeicher perspektivisch einen entscheidenden Beitrag zur Gewährleistung einer zuverlässigen und nachhaltigen Energieversorgung leisten. Gegenstand und Ziel der Untersuchung Vor diesem Hintergrund wurde – auf Vorschlag des Ausschusses für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung – im Frühjahr 2006 die Bearbeitung dieses Themenfeldes als Monitoringstudie begonnen. Ziel der Untersuchung ist ein umfassender Überblick über den aktuellen Stand und die Perspektiven heutiger und zukünftiger Möglichkeiten der Energiespeicherung in Anwendung und Forschung. Das Projekt lief im Rahmen des TAB-Monitoring »Nachhaltige Energieversorgung«. Aufgrund der hohen energiewirtschaftlichen und -politischen Bedeutung des Feldes wurde von einem breiten thematischen Ansatz ausgegangen. Dabei werden die Bereiche Strom, Wärme (Kälte) und Kraftstoffe gemeinsam betrachtet, um erkennbare Synergien und/oder Konkurrenzen dieser Felder auszuloten. Die Untersuchungen fokussieren auf Bereiche mit einer hohen energiewirtschaftlichen Relevanz. Neben den neuen Anforderungen an die Energiespeicherung im Kontext einer nachhaltigen Energieversorgung wird ein strukturierter Gesamtüberblick über aktuelle und zukünftig absehbare Möglichkeiten der Energiespeicherung gegeben – quasi um die Bandbreite der verfügbaren technischen Möglichkeiten und Entwicklungsoptionen aufzuzeigen. Darüber hinaus werden ausgewählte Anwendungsbereiche (Netzunterstützung bei hohen Anteilen an erneuerbaren Energien, Stromerzeugung im Sonnengürtel, Speicher in Fahrzeugen) in ihren Besonderheiten hinsichtlich der Speicherung von Energie – auch mit Blick auf weiterführende Speicherkonzepte – dargestellt. Abschließend werden wesentliche internationale Forschungsschwerpunkte bzw. ‑aspekte, die im Zusammenhang mit Energiespeichern relevant erscheinen – für ausgewählte Länder und Regionen (D, EU, USA, JP, KP) –, aufgeführt, und es wird auf den Forschungsbedarf eingegangen. INHALT ZUSAMMENFASSUNG 3 I. EINLEITUNG 19 II. NEUE ANFORDERUNGEN AN DIE ENERGIESPEICHERUNG 23 III. TECHNISCHE MÖGLICHKEITEN DER ENERGIESPEICHERUNG 31 1. Mechanische Speicher 31 1.1 Druckluftspeicher 31 1.2 Pumpspeicherkraftwerke 35 1.3 Schwungräder 37 1.4 Stationäre Speicher für stoffliche Energieträger 39 1.5 Mobile Speicher für stoffliche Energieträger 41 2. Thermische Speicher 44 2.1 Kapazitive (sensible) Wärmespeicher 45 2.2 Latentwärmespeicher 51 3. Chemische Energiespeicher 54 3.1 Elektrochemische Speicher (Akkumulatoren) 54 3.2 Stoffliche Energieträger 73 3.3 Chemische Speicher für Wasserstoff 77 3.4 Thermochemische Speicher 82 4. Elektrische/elektromagnetische Speicher 86 4.1 Elektrochemische Kondensatoren 86 4.2 Supraleitende magnetische Energiespeicher 92 IV. EINSATZFELDER VON ENERGIESPEICHERN IM ANWENDUNGSKONTEXT 97 1. Überblick 97 2. Netzunterstützung bei hohen Anteilen an erneuerbaren Energien 101 3. Stromerzeugung im Sonnengürtel 108 4. Speicher in Fahrzeugen 113 5. Abschliessende Betrachtung 118 V. INTERNATIONALE FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE 121 1. Deutschland 121 2. Europäische Kommission 125 3. USA 128 4. Japan 131 5. Korea 134 6. Abschliessende Betrachtung 136 VI. SCHLUSSFOLGERUNGEN, OFFENE FRAGEN, HANDLUNGSFELDER UND FuE-BEDARF 141 LITERATUR 149 1. In Auftrag gegebene Gutachten 149 2. Weitere Literatur 149 ANHANG 16

Energie für unser Europa

ENERGIE FÜR UNSER EUROPA Energie für unser Europa (Rights reserved) ( -

A contribution to the grid integration of electric vehicles as flexible loads and mobile storages through an aggregator

Der stete Zuwachs des Erzeugungsleistungs- und Energieaufkommens aus erneuerbaren Energien (EE) wirkt sich immer deutlicher auf die elektrischen Energieversorgungsnetze aus. Die Folge: Hohe Leistungsgradienten der Erzeugung und kritische Auslastungsgrade der Übertragungs- und Verteilnetze. Räumlich verteilte Energiespeicher können helfen, die EE besser zu integrieren und resultierende negative Effekte zu egalisieren. Der durch die Bundesregierung proklamierte Entwicklungsplan der sog. Energiewende fordert eine deutliche Zunahme des Anteils der EE und der Elektromobilität. Diese auch zukünftig gewünschte Entwicklung könnte die gegenwärtig betriebenen Energieversorgungsnetze weiter stärker belasten. Die vorliegende Arbeit bietet einen möglichen Lösungsbeitrag der Elektrofahrzeuge als Speichertechnologie für die Bewältigung der Herausforderung der netzverträglichen Integration von EE und Elektromobilität. Hierzu wird ein Konzept zur Einbindung mobiler Speicher (Elektrofahrzeuge mit V2G-Fähigkeit) vorgestellt. Dieses Konzept wird in einem Reallabor an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg evaluiert. Insbesondere die Informations- und Kommunikationstechnologie zwischen Elektrofahrzeug, Ladesäule und einem Aggregator wird eingehend betrachtet, denn sie bildet einen Grundpfeiler der Nutzbarmachung mobiler Speicher. Hinsichtlich der eingesetzten prozessualen Intelligenz zur Bewältigung nötiger Verfahren und Methoden werden ein Lademanagementsystem für die Ladesäulen und ein Energiemanagementsystem für den Aggregator eingeführt. Beide lassen die externe Verwaltung der Prozesse durch einen Betreiber zu. Es folgt eine Untersuchung der empirischen Verfügbarkeit der Elektrofahrzeugflotte während eines mehrmonatigen Betrachtungszeitraumes. Die Auswertung und Analyse dieser Verfügbarkeit liefert konkrete Ergebnisse hinsichtlich einer Abschätzung zukünftiger Nutzungspotentiale eines mobilen Speichers. Abschließend werden zu erwartende Auswirkungen der Nutzung der mobilen Speicher auf die kalendarische sowie zyklische Alterung der Traktionsbatterie diskutiert.The constant growth of power generation and power supply capacities from renewable energies (EE) leads to more and more distinctive effects on the power system. The consequences are a high range of the level of efficiency concerning the generation and the critical degrees of utilization of the distribution and transmission network. Spatially distributed energy storage can be useful to integrate the EE even better and to equalize the resulting negative effects of the EE-facilities. The federal government proclaims and postulates in the so-called Energiewende a significant increase in EE and in electric mobility. Thus may strain the currently used electric energy networks even further. This paper offers a possible approach to solve the dilemma by using electrically powered vehicles as a storage technology in order to accomplish the challenge of a network-compatible integration of EE and electric mobility. Therefore, a concept will be presented to integrate mobile storage devices (electric vehicles with V2G-capability). This concept will be evaluated in a field laboratory at the BTU-Cottbus-Senftenberg. Especially the information and communication technology (ICT) between electric vehicle, charging station and aggregator will be thoroughly observed. The ICT generates the keystone in the utilization of mobile storages. Regarding the applied processual intelligence to accomplish necessary methods and techniques, a charging management system for charging stations and an energy management system for the aggregator will be introduced. Both of them allow the external administration of the processes through an operator. Continuing with an empirical analysis concerning the availability of the electric vehicle fleet during a period of several months. This survey provides precise results concerning the estimation of future utilization potentials of mobile storage devices. As a last point, there will be an examination of the anticipated effects relating to the usage of mobile storage considering the calendric and cyclic ageing

Technologien für die Energiewende - Technologiebericht Band 1: Teilbericht 2 zum Teilprojekt A im Rahmen des strategischen BMWi-Leitprojekts "Trends und Perspektiven der Energieforschung"

Der Teilbericht 2 enthält alle 31 Technologieberichte, die im Forschungsvorhaben "Technologien für die Energiewende" erstellt wurden. Für jedes Technologiefeld wird der Entwicklungsstatus und der Bedarf an Forschung und Entwicklung dargestellt. Die Bewertung erfolgte mittels 12 Bewertungskriterien, die nach dem klimapolitischen und energiewirtschaftlichen Beitrag der jeweiligen Technologien fragen, die Positionierung deutscher Unternehmen im internationalen Kontext betrachten sowie die Systemkompatibilität bewerten. Hinzu kommen Aspekte der gesellschaftlichen Akzeptanz sowie des Standes von F&E im internationalen Vergleich. Band 1 enthält die Technologieberichte aus den Bereichen Erneuerbare Energien, konventionelle Kraftwerke und Infrastruktur

Energieforschung Teil 1 und 2: Manuskripte der Vorlesungen des 2. Jülicher Ferienkurses "Energieforschung" vom 22. September bis 2. Oktober 1996 im Forschungszentrum Jülich

Mit dem 2. Ferienkurs $\textit{Energieforschung}$ wenden sich die Veranstalter erneut an Studierende und jüngere WissenschaftlerInnen auf dem Gebiet $\textit{Energieforschung}$. Der Ferienkurs vemittelt Kenntnisse im Umfeld von Technik, Wirtschaft und Wissenschaft. Im Vordergrund steht die ganzheitliche Betrachtung energietechnischer und energiewirtschaftlicher Systeme mit ihren Auswirkungen auf die Umwelt. In Anbetracht der Komplexität der zu betrachtenden Systeme kann dies nur an Hand ausgewählter Beispiele erfolgen. Ein Blick auf Themen, die in der (deutschen) Energiewirtschaft gegenwärtig diskutiert werden, zeigt, daß zum Teil beachtliche Fortschritte zu verzeichnen sind: • Die Modernisierung des Kraftwerkparks, insbesondere in den neuen Bundesländern, schreitet weiter voran. Hier sei beispielhaft das Braunkohlen-Großkraftwerk in Schkopau genannt, das 1996 in Betrieb genommen wurde. Fortschritte sind nicht nur auf dem Gebiet der konventionellen Kraftwerkstechnik zu verzeichnen, sondern auch bei zukünftigen Optionen. Das Fusionsexperiment WENDEL STEIN 7-X erhielt eine Finanzierungszusage der Kommission der EG über Investitionen von 320 Mio. DM. • Die regenerativen Energiequellen werden zunehmend stärker auch bei größeren Demonstrationsvorhaben genutzt. Das in Betrieb genommene Solarkraftwerk des Wissenschaftspark Gelsenkirchen besitzt die derzeit größte, auf einem Dach errichtete Solaranlage der Welt. Die Betreiber rechnen mit 190000 kWh Solarstrom pro Jahr. Die Rolle der regenerativen Energiequellen und ihr Beitrag zur Stromversorgung in Deutschland wird gegenwärtig am Stromeinspeisegesetz problematisiert. • Seit April 1995 gilt die Umweltaudit-Verordnung zur Verbesserung des betrieblichen Umweltschutzes in allen Mitgliedsstaaten der Europäischen Union. Die Gas-, Elektrizitätsund Wasserwerke Köln AG ist das erste Energieversorgungsunternehmen in Deutschland, das eine validierte Umwelterkiärung abgegeben hat und in das EG-Verzeichnis der eingetragenen Standorte aufgenommen wurde. • Die energiepolitische Komponente der Diskussion um den Standort Deutschland geht von einem stagnierenden Primärenergiebedarf sowie einer zunehmenden Integration in den europäischen Energiemarkt aus. Innerhalb der EU zeichnet sich ein Kompromiß über die Gestaltung der ersten Schritte zu einem Binnenmarkt ab. Die leitungsgebundene Energiewirtschaft steht in diesem Zusammenhang mit der zu erwartenden Änderung des Energiewirtschafts- und Kartellgesetzes vor großen Veränderungen, die bis in die Organisationsstruicturen der Unternehmen ausstrahlen. • Die internationale Situation läßt sich zum einen durch eine voraussichtlich auf längere Sicht weiter steigende Nachfrage nach Primärenergie und auf der anderen Seite durch Maßnahmen zum Klimaschutz charakterisieren. Die Wechselwirkungen und Implikationen dieser beiden zum Teil gegenläufigen Trends waren Gegenstand der Weltenergiekonferenz in Tokio. Joint Implementation scheint als Instrument geeignet, einen Kompromiß zwischen technischen Möglichkeiten in den hochindustrialisierten Ländern und einer wachsenden Nachfrage nach Energie in den weniger entwickelten Ländern mit hohem Wirtschaftswachstum zu bieten. Die im Sommer 1996 publizierten Ergebnisse des Intergovemmental Panel on Climate Change (IPCC) bestätigen und präzisieren die Kenntnisse über den anthropogenen Treibhauseffekt. Sie liefern die Grundlage rur eine Beratung von weitergehenden Maßnahmen zum Klimaschutz. [...

Innovationsprozesse wissensbasierter Technologien : Beispiel der PEM-Brennstoffzelle

Wissen zeichnet sich zunehmend als entscheidender Produktionsfaktor ab und bildet die Basis für Entwicklungen wissensbasierter Technologien. Diese Untersuchung analysiert am Beispiel der PEM-Brennstoffzellentechnologie diesen Innovationsprozess und bedient sich dazu der Heuristik des Innovationssystems. Gleichzeitig wird ein detailiertes Bild der PEM-Technologie als Teil der Elektromobilität gezeichnet