Hybridspeicher SWIVT

Der Hybridspeicher SWIVT wurde im Rahmen der öffentlich geförderten Projekte SWIVT I und SWIVT II entwickelt und dient zur Erprobung des am IMS entwickelten hybriden Speicherkonzeptes bestehend aus Lithium-Ionen-Batterie und kinetischem Energiespeicher in Außenläuferbauform. Durch die synergetische Verknüpfung beider Speichertechnologien entsteht ein hinsichtlich Alterung, Verluste und verfügbarem Energieinhalt verbessertes neuartiges Speichersystem. Die Erprobung erfolgt unter realitätsnähen Bedingungen im Reallabor SWIVT-Siedlung.

Das hybride Speichersystem besteht aus einem kinetischem und einem elektrochemischem Energiespeicher, die über einen gemeinsamen Zwischenkreis verbunden sind. Diese Verschaltung ermöglicht es einen gemeinsamen Netzwechselrichter zu nutzen und so die Komponentenanzahl zu reduzieren.

Bei dem kinetischen Speicher handelt es sich um einen Außenläufer, der eigens für die Anwendung in der Fabrik am IMS entwickelt wurde. Dieser besteht aus einem CFK-Rotor, der mit einer Drehzahl von bis zu 18.000 U/min rotiert, um Energie zu speichern. Über einen permanentmagnetisch erregten Synchronmotor wird die Energie gewandelt und über einen modernen Wechselrichter (Schaltfrequenz: 12 kHz) in den Zwischenkreis des Hybridsystems eingespeist. Der Rotor ist aktiv magnetisch gelagert, um Wartung und Verschleiß zu minimieren. Außerdem ermöglicht die berührungsfreie Lagerung den Betrieb im Vakuum, was wiederum Luftreibungsverluste minimiert. Das beschriebene Speichersystem zeichnet sich durch seine hohe Zyklenfestigkeit und elektrische Anschlussleistung aus. Bei dem elektrochemischen Speicher handelt es sich um eine Lithium-Ionen-Batterie des Herstellers Akasol AG. Diese zeichnet sich durch eine hohe Energiedichte aus und ist über einen DC/DC-Steller in den gemeinsamen Zwischenkreis eingebunden.

Im Betrieb muss die angeforderte elektrische Leistung auf die beiden Speichersysteme aufgeteilte werden. Geeignete Aufteilungsalgorithmen sind aktuell Gegenstand der Forschung am IMS und können am realen Hybridsystem erprobt werden.

Das hybride Speichersystem kann unterschiedlichste Ziele in der Siedlung verfolgen, um einen Mehrwert zu generieren. Besonders hervorzuheben sind in diesem Kontext die Lastspitzenglättung, z.B. durch das Laden von E-Fahrzeugen, die Erhöhung des Verbrauchs von lokal in der Siedlung produziertem Strom sowie die Reduktion von Prognoseabweichungen im Lastgang. Dazu ist das Speichersystem über eine Industriesteuerung vollständig mit dem Energiemanagement der Siedlung verbunden und tauscht hochfrequent Informationen aus.

SWIVT II

  • Untersuchung des Einsatzes von hybriden Energiespeichern bei modernen Siedlungen
Maximale Leistung 100 kW
Kapazität 2.4 kWh
Rotormasse 180 kg
Rotoraußendurchmesser 430 mm
Rotorinnendurchmesser 290 mm
Rotorhöhe 850 mm
Drehzahlbereich 9.000 – 18.000 U/min
Nennleistung 30 kW
Kapazität 49 kWh
Masse 620 kg
Spannungsbereich 389 – 605 V
Speichermaterial Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (Li-NMC)
Lebensdauer 6800 Zyklen