Speicher für das Energie- und Verkehrssystem der Zukunft

Wie lassen sich große Energiemengen schnell, preiswert und gegebenen­falls auch über einen längeren Zeit­raum speichern? Im Quer­schnitts­projekt GigaStore arbeitet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raum­fahrt an der Weiter­ent­wick­lung von Strom- und Wärme­speichern für jeden Einsatz­bereich. Zudem werden Methoden für Computer­simu­la­tionen erarbeitet, mit denen die Wissen­schaftler neue Speicher­techno­logien schneller ent­wickeln und erproben werden können. Insge­samt forschen elf DLR-Institute über­greifend an dem Projekt, das eine Lauf­zeit von vier Jahren und ein Finanz­volumen von zirka 13 Millionen Euro hat.

Im Rahmen von Gigastore erforscht das DLR unter­schied­liche Speicher­techno­logien: In der Batterie­forschung werden neu­artige Konzepte mit hoher Speicher­dichte ent­wickelt, die im Strom­netz, im Verkehr und auch im Luft- und Raum­fahrt­bereich zum Einsatz kommen. Geforscht wird auch an Power-to-X-to-Power-Speichern, die elek­trische Energie in Wärme, Druck­luft und Gas wandeln und bei Bedarf wieder in Strom zurück­wandeln können. Diese Speicher haben den Vorteil, dass sie große Energie im Giga-Maßstab preis­günstig und über den Zeit­raum von Stunden bis Monaten nahezu verlust­frei speichern können. „Energie­speicher sind eine grund­legende Voraus­setzung für das Gelingen der Energie­wende. Mit dem Quer­schnitts­projekt GigaStore erarbeitet das DLR wichtige Lösungen für das Energie- und Verkehrs­system der Zukunft“, betont Pascale Ehren­freund, Vorstands­vor­sitzende des DLR.

„Mit Batterie und Power-to-X-to-Power-Speichern decken wir ein sehr breites Spektrum des Speicher­bedarfs ab“, sagt Projekt­koordi­nator Andre Thess, Leiter des DLR-Instituts für tech­nische Thermo­dynamik. „Durch die gemein­same Ent­wick­lung im Quer­schnitts­projekt können wir die Möglich­keiten und Grenzen der Techno­logien besser ein­ordnen und Speicher für jeden Anwen­dungs­bereich weiter­ent­wickeln.“

Eine weitere Säule von Gigastore ist die Methoden­entwick­lung auf dem Gebiet der Energie­speicher­simu­la­tion. Wie in allen Inno­va­tions­bereichen kann die Ent­wick­lungs­arbeit mit Hilfe von Computer­simu­la­tionen und virtu­ellem Design wesent­lich beschleunigt werden. „Auf diesem Gebiet können wir von der Luft­fahrt­forschung im DLR lernen, die Simu­la­tionen bereits erfolg­reich bei der Ent­wick­lung neuer Luft­fahrt­techno­logien ein­setzt. Damit kann das DLR diese dis­rup­tive Inno­va­tion sehr schnell auch bei der Speicher­ent­wick­lung ein­setzen“, erläutert Thess. Die Methode soll dabei sowohl im Nano­bereich von Batterien, als auch bei großen Batterie­systemen zum Einsatz kommen. Auch auf dem Gebiet der Energie­system­analyse spielen Simu­la­tionen eine große Rolle. Hier können die DLR-Forscher bereits auf lang­jährigen Erfah­rungen auf­bauen.

Batteriesysteme kommen bereits bei vielen Windkraft- und Photo­voltaik­anlagen zum Einsatz. „Die fluktu­ierende Strom­erzeu­gung von Wind­kraft- und PV-Anlagen wird immer häufiger durch Batterie­systeme gepuffert. Wenn es aber darum geht, Energie über mehrere Tage, zum Beispiel während Dunkelheit und Flaute, zu speichern, braucht es wesentlich größere Kapazitäten. Für solche Anforde­rungen ent­wickelt das DLR Strom-Wärme-Strom-Speicher“, so Thess. Speicher im Giga-Maßstab können den Anteil der erneuer­baren Energien im Strom­netz wesent­lich erhöhen und zu einer Emis­sions­minde­rung beitragen.

DLR / RK