Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHTVanadium-Redox-Flow-Batteriespeicher
TechnoboxX GmbH und Fraunhofer UMSICHT gehen neue Wege zur Speicherung regenerativ erzeugter Energie
Zur Erzeugung regenerativer Energie und zur Deckung des eigenen Strombedarfs verfügt die TechnoboxX GmbH, Bottrop, über eine Photovoltaik-Anlage. Auf einer Fläche von 1500 m² erzeugen nahezu 300 Module eine Energiemenge von rund 60 MWh jährlich – weit mehr als der Metallbaubetrieb für seine Produktionsanlagen und die Betriebsinfrastruktur benötigt. Mit dem Ziel, die überschüssige Energie zwischen zu speichern und den Fremdstrombezug zu senken, koppelten das Unternehmen und das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik die solare Stromversorgung mit einem vom UMSICHT entwickelten Vanadium-Redox-Flow-Batteriespeicher. Ein Modell, das auch für andere mittelständische Betriebe interessant sein könnte.
Gemeinsam bauten die Projektpartner am TechnoboxX-Standort einen Energiespeicher mit einer Zielleistung von 15 kWel und einer Kapazität von 75 kWh auf. Dabei haben sich die Forschenden aus der Abteilung Elektrochemische Energiespeicher vom Fraunhofer UMSICHT bewusst für eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie entschieden. Sie ist aufgrund der flexiblen Skalierbarkeit von Kapazität und Leistung sowie der hohen Zyklenfestigkeit (> 10.000 Zyklen) und Betriebssicherheit eine vorteilhafte Alternative zu konventionellen Energiespeichern wie Lithium-Ionen-Batterien – insbesondere für stationäre Großspeicher.
Bei der Redox-Flow-Technologie sind zwei flüssige, nicht-brennbare Elektrolyte als Energieträger in getrennten Tanks gespeichert. Zum Laden oder Entladen werden sie durch einen elektrochemischen Wandler gepumpt, der aus vielen gleich aufgebauten Zellen besteht. Die im Projekt »VanRedFlow« entstandenen Stacks bestehen aus Kunststoffrahmen, eingelegten Graphit-Vliesen, Membranen sowie neuartigen, vom Fraunhofer UMSICHT entwickelten und gefertigten Bipolarplatten aus Graphit-Kunststoff-Compounds. Sie ermöglichen, die Zell-Stacks ohne die sonst erforderlichen Dichtungen aufzubauen, da die Bipolarplatten mit den Zellrahmen komplett mittels Laser verschweißt werden können. Durch dieses sichere Fertigungsverfahren ist gewährleistet, dass die flüssigen, durch die Stacks gepumpten Elektrolyte sich weder im Inneren vermischen, noch aus dem Stack in die Umgebung gelangen können.
Der Projektpartner TechnoboxX hat im Projekt insbesondere die bauliche Vorbereitung des Aufstellungsortes, den Infrastrukturausbau des Anlagencontainers (inkl. Auffangwanne und Trittroste), die Prüfung der behördlichen Anforderungen (Bauantrag, Statik, Brandschutz etc.), die Konstruktion und Fertigung einer neuen Spannvorrichtung für die Erweiterung der Laserschweißanlage beim Fraunhofer UMSICHT übernommen. Für die Aufstellung der Stacks wurden drei von der Decke abgehängte, drehbare Halterungen mit integrierten Sicherheitswannen entworfen und gefertigt. Zudem hat TechnoboxX die Inbetriebnahme des Batteriesystems begleitet, überwacht und wartet die Anlage und unterstützt das Betriebsmonitoring.
Den Rahmen für die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen Industrie und Forschung bildete das Forschungsprojekt »Vanadium-Redox-Flow-Batteriespeichersystem (RFBS) zur Erhöhung der regenerativen Eigenstromnutzung für industrielle Anwendungen«, kurz: VanRedFlow. Als assoziierter Partner ebenfalls dabei: die Innovation City Ruhr GmbH mit dem Schwerpunkt auf klimagerechter Entwicklung von Stadtquartieren. Gefördert wurde das Vorhaben durch das Land Nordrhein-Westfalen aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 »Investitionen in Wachstum und Beschäftigung«.