TU Chemnitz: Forschergruppe Intelligente dezentrale Energiespeichersysteme: Die Forschergruppe

In unserem derzeitigen Energieversorgungssystem wird die Vermittlung zwischen Energieangebot und Energiebedarf üblicherweise durch die steuerbaren Energieerzeuger auf der Basis fossiler Energieträger ermöglicht. Dem gegenüber steht die Energieversorgung auf der Basis erneuerbarer Energien. Dabei erfolgt zumeist eine direkte Energiewandlung aus der Primärquelle (Sonne, Wind, Wasser) direkt in elektrische Energie. Allerdings ist die Verfügbarkeit dieser Primärquellen starken Schwankungen unterworfen, so dass diese Energiequellen als schwer steuerbar gelten und eine entsprechende, schnell zuschaltbare Leistungsreserve auf der Basis fossiler Energieträger vorgehalten werden muss.

Den Ausgangspunkt der Arbeiten der aus dem Europäischen Sozialfonds (ESF) durch die Sächsische Aufbaubank - Förderbank (SAB) geförderten Nachwuchsforschergruppe "Intelligente Dezentrale Energiespeichersysteme" bildet eine dezentrale Energieversorgungs- und Speichereinheit "smart-cell" mit gebäudeintegrierter verbrauchernaher Photovoltaikanlage, dezentraler Kraft-Wärme-Kopplungsanlage und elektrischen und thermischen Verbrauchern. Die Besonderheit der im Vorhaben betrachteten smart-cell ist die Einbettung unterschiedlicher, sich ergänzender Energiespeicher: eine Elektrolyseeinheit zur eigenständigen Versorgung mit Wasserstoff für die Brennstoffzelle unter Verwendung überschüssiger elektrischer Energie, Supercaps, Batterien (sowohl stationär als auch automobil) und thermische Speicher. Dieses "Multispeicher-Hybridsystem" wird durch ein im Vorhaben zu konzipierendes Energiemanagement verwaltet.

Zusammengefasst ermöglicht die dargestellte smart-cell folgende wesentliche Verbesserungen im Vergleich zu herkömmlichen Energieversorgungskonzepten:

• Effiziente Integration dezentraler erneuerbarer Energien ohne nachteilige Auswirkungen auf Netzstabilität und Energiequalität
• Steigerung der Effizienz durch Nutzung dezentraler Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen
• direkte Nutzung des Energieangebotes aus erneuerbaren Energien für die Elektromobilität
• aktive Nutzung des Multispeichers zur Reduzierung der Rückwirkung von Erzeuger- und Verbraucherschwankungen auf das Netz
• Zwischenspeicherung elektrischer Energie bei einem Überangebot und Rückspeisung bei einem Überangebot aus erneuerbaren Energien
• Erhöhung des Systemwirkungsgrades durch die Einkopplung von Verlustwärmen
• Gestaltung der Netzschnittstelle derart, dass die bezogene oder eingespeiste Energie plan- und vorhersagbar wird. Damit wird ein vorausschauender Betrieb ermöglicht
• Maximierung der Effizienz und Reduzierung der dynamischen Belastung der KWK-Anlage durch optimierende Steuerung der Leistungsflussverteilung innerhalb des Multispeichersystems

Die zum Erreichen dieser Ziele notwendigen Forschungsarbeiten sollen in acht Teilprojekten ausgeführt werden. Dabei tragen komponentenbasierte, managementbasierte und mathematisch-physikalisch ausgerichtete Teilprojekte Bausteine zum Gesamtvorhaben bei.

Teilprojekt 1	Erweitertes Komponentenmodell und phänomenbasierte Klassifikation zur Modellierung und Prognose von Energiezeitreihen
Teilprojekt 2	Optimierende Auslegung und Management einer "smart-cell"
Teilprojekt 3	Modellierung, Zustandsdiagnose und Betriebsoptimierung von PEM-Brennstoffzellensystemen
Teilprojekt 4	Modellierung und Zustandsdiagnose von elektrischen Energiespeichern
Teilprojekt 5	Zuverlässigkeits- und Lebensdauerprognose von Energiespeichersystemen mit Stromrichtern
Teilprojekt 6	Thermische Multi-Kurzzeitspeicher
Teilprojekt 7	Optimiertes Energiemanagement mehrerer dezentraler "smart-cells"
Teilprojekt 8	Modellierung von Verlusten und Irreversibilitäten bei Energiespeichern