Damit Strom auch bei Dunkelflaute zur Verfügung steht, muss Energie gespeichert werden. Eine seit Jahrhunderten im Maschinenbau genutzte Methode ist die kinetische Rotationsmassenspeicherung. Wie man solche mechanischen Speicher optimieren und im heutigen Energiesystem einsetzen könnte, hat das Team des Projekts DEMIKS unter der Leitung des Instituts für Mechatronischen Maschinenbau der Technischen Universität Dresden untersucht.

Rotationskinetische Speicher, abgekürzt RKS, bei denen ein Schwungrad beschleunigt und die dabei eingebrachte Energie gespeichert wird, haben besondere Vorzüge: Sie besitzen im Vergleich zu den meisten chemischen Speichern eine höhere Energiedichte, einen höheren Wirkungsgrad, mehr Lade-und Entladezyklen, kurze Reaktionszeiten sowie den Vorteil, dass sie nahezu standortunabhängig und sehr umweltverträglich über den kompletten Produktlebenszyklus sind.

Das Ziel des Vorhabens DEMIKS war es, einen RKS zu entwickeln, der direkt neben einem Windrad errichtet werden kann, also da, wo die Energie erzeugt wird. Das verringert Übertragungsverluste und der RKS kann an ein bereits bestehendes, dezentrales Netz angeschlossen werden.

Team setzt auf maximale Größe des Speichers

Mit der angestrebten RKS-Speicherkapazität von 500 Kilowattstunden und bei einer elektrischen Lade- und Entladeleistung von 500 Kilowatt haben die beteiligten Expertinnen und Experten Neuland auf dem Gebiet einrotoriger RKS-Systeme betreten.

RKS-Demonstrator des Projekts DEMIKS
© Stiftungsprofessur für Baumaschinen, Technische Universität Dresden
Die untere Rotorscheibe des RKS-Demonstrators wird montiert.

Bislang besaßen die größten RKS ein Speichervermögen von rund 100 Kilowattstunden. Mit ihrem Vorhaben hat das Team demnach völlig neue Anforderungen an das Speichersystem und seine Komponenten gestellt.

Weil Windenergie-Anlagen und somit auch die Menge des erzeugten Stroms im Laufe der Jahre immer größer geworden sind, bedarf es Speicher mit höherem Fassungsvermögen. „Unser Ziel war der größtmögliche Energiegehalt in einer Einzelanlage“, sagt Frank Hänel, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mechatronischen Maschinenbau. „Mit der großen Speicherkapazität wollten wir die Grenzen hinsichtlich Werkstoff, Dichtung und Lagerung für diese Technologie aufzeigen und erweitern.“

Beteiligte Akteure kooperieren fächerübergreifend

Um den vielfältigen Anforderungen gerecht zu werden, haben in DEMIKS Expertinnen und Experten aus den Bereichen Maschinenbau, Anlagenbau, Hydraulik, Vakuumtechnologie, Elektrotechnik und Sensorik interdisziplinär zusammengearbeitet. Auf dem Weg von der anfänglichen Projektierung bis zur umgesetzten technischen Lösung zogen die Projektpartner und die beteiligten externen Unternehmen an einem Strang, um Antworten auf neue Fragestellungen zu finden, die im Laufe der Arbeit entstanden.

RKS-Demonstrator des Projekts DEMIKS von oben
© Stiftungsprofessur für Baumaschinen, Technische Universität Dresden
Das Foto zeigt den fertig montierten RKS-Demonstrator von oben betrachtet.

„Wir haben viele inspirierende Fachgespräche geführt, um neue Lösungskonzepte zu erarbeiten und umzusetzen – teils kurzfristig“, resümiert Frank Hänel. „Bei den Zulieferern und Fertigern ist unser außergewöhnliches Forschungsthema auf reges Interesse gestoßen“, ergänzt er und fügt hinzu: „Dadurch ist ein sehr aktiver Austausch entstanden hinsichtlich der technologischen Machbarkeit der industriellen Fertigung.“

Besonders komplex war es, die einzelnen Entwicklungsschritte der neuen technologischen Lösungen zu dokumentieren und sicherzustellen, dass alle Toleranzen und Normen der einzelnen Teilbereiche erfüllt werden. „Der Aufwand hat sich gelohnt“, sagt Hänel. „Obwohl insbesondere die Montage des Gesamtsystems zeitkritisch war, ist alles reibungslos verlaufen.“

Umfangreiche Tests und Leitfaden für andere Anwender geplant

In einem Anschlussvorhaben wollen die Forscherinnen und Forscher die Messdaten der errichteten Rotations­massenspeicher-Anlage langfristig erfassen und untersuchen. Mit den gewonnenen Erkenntnissen möchten die Fachleute den Demonstrator­ technisch so ertüchtigen, dass er netzdienlich betrieben werden kann. Außerdem möchte das Team mithilfe des Demonstrators bestehende Simulationsmodelle für die weiterführende Entwicklung einer markt- und anwendungsorientierten Technologie für Erzeuger erneuerbarer Energien prüfen und bestätigen.

Darüber hinaus planen die Expertinnen und Experten, das erlangte Know-how in Form eines Leitfadens zur RKS-Technologie aufzubereiten. Das Handbuch soll anderen Anwendern und Entwicklern dazu dienen, ihre spezifischen Fragestellungen schneller zu lösen und eigene maßgeschneiderte Lösungen erfolgreich umzusetzen. (kkl)

Projektpartner

Förderung

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie hat das Projekt DEMIKS im Forschungsbereich Energiespeicher innerhalb des Schwerpunkts "Mechanische Speicher – Rotationsenergie" gefördert. Den Rahmen dafür bildet das 6. Energieforschungsprogramm. Hier finden Sie weitere Informationen zur Forschungsförderung.

DEMIKS – Dezentrale Energiespeicherung mittels integrierter kinetischer Rotationsmassenspeicher (in Verbindung mit Windenergieanlagen)

För­der­kenn­zei­chen: 03ET6102A-F

Projektlaufzeit
01.12.2016 31.08.2021 Heute ab­ge­schlos­sen

The­men

Speicher

För­der­sum­me: knapp 2,8 Millionen Euro

Weitere Informationen

Im Juli 2020 wurde in Boxberg in der Oberlausitz der Grundstein für den Schwungradspeicher gelegt.

Eine Übersicht und ausführliche Informationen zu den beteiligten Projektpartnern bietet die Technische Universität Dresden.

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