Batteriespeicher der nächsten Generation - „Reallabor der Energiewende“ Next MeBa entwickelt Megawatt Batteriespeicher

Regenerativ produzierter Strom aus Wind- und Sonnenenergie kann direkt für angeschlossene Verbraucher verwendet oder in das Stromversorgungsnetz eingespeist werden. Um jedoch die teilweise starken Schwankungen in der Produktion auszugleichen und das Versorgungsnetz nicht zu überlasten, können Großbatteriespeicher als „Puffer“ dazwischengeschaltet werden, die überschüssigen Strom speichern und diesen bei Bedarf wieder ins Netz bereitstellen. Hierzu werden heute – ähnlich wie für Elektrofahrzeuge – fast ausschließlich Lithium-Ionen-Batterien verwendet, die jedoch in diesen Anwendungen erheblich größer gebaut und zudem in Richtung Dauerbetrieb und lange Lebensdauer hin optimiert werden. Hingegen sind die Anforderungen bezüglich Dynamik oder Leistung geringer als im Automobil. Während die Kapazität (Energieinhalt) einer modernen Fahrzeugbatterie zwischen 50 und 100 Kilowattstunden liegt, so liegen moderne Großbatteriespeicher um Größenordnungen darüber – im Leitungsbereich bis hin zu mehreren Megawatt. Solche Speicher sollen im Projekt Next-MeBa modular entwickelt und zu Megawattspeichern zusammengeschaltet werden. Damit zahlt Next-MeBa auf die Ziele der Schlüsseltechnologie „Fusion und klimaneutrale Energieerzeugung“ der Hightech Agenda Deutschland ein.

Batteriespeicher der Zukunft - Technische Entwicklung 

Großbatteriespeicher bestehen immer aus einzelnen Batteriemodulen, die wiederum aus vielen Einzelzellen aufgebaut sind. Ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht die einzelnen Module und Zellen elektronisch und regelt z.B. den Lade- und Entladeprozess. Die BMS-Systeme sind heute einheitlich aufgebaut und basieren auf klassischer Hochstrom- bzw. Hochleistungstechnologie. Und hier setzte das Projekt Next-MeBA mit einem gänzlich anderen BMS an, welches die Batteriespeicher günstig, langlebig und sicherer machen wird und in Summe die Effizienz der Speicher teilweise deutlich erhöhen wird. Hinzu kommt ein innovatives und auf Batteriegroßspeicher zugeschnittenes Sicherheitskonzept.

Anstatt kommerzieller Wechselrichter und fest verdrahteter Batteriezellen soll mit Hilfe einer speziellen elektronischen Schaltung (sogenannte „kaskadierende H-Brücken“) die individuelle Steuerung von einzelnen Batteriezellen ermöglicht werden. Dadurch arbeitet der Speicher auch unter Teillast effizient und erzeugt weniger Abwärme, wodurch Systemkosten im Bereich der Kühlung eingespart werden. Zudem können beispielsweise alternde oder geschädigte Zellen elektronisch aus dem System genommen werden, so dass sie die Effizienz und Lebensdauer des Speichers nicht weiter negativ beeinflussen können. Durch ein spezielles Modulkonzept mit Zwischenlagen zwischen einzelnen Batteriezellen („Propagationsschichten“) werden die Großspeicher zudem deutlich sicherer, da sich Fehlerzustände einer Batteriezelle nicht weiter ausbreiten. Dieser Ansatz bildet in Verbindung mit einer besonders sicheren Batteriechemie doppelten Schutz beim Versagen einzelner Batteriezellen, z.B. im Brandfall.

Reallabore der Energiewende

Next-MeBa ist eines der geförderten „Reallabore der Energiewende“. Mit diesem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) betreuten Förderformat wird die Entwicklung und Erprobung innovativer Technologien, Geschäftsmodelle und regulatorischer Ansätze unter realen Bedingungen vorangetrieben. Ziel der Reallabore ist es, die Markteinführung dieser Technologien zu beschleunigen, Investitionsrisiken zu minimieren und Akzeptanz zu schaffen durch praxisnahe Demonstrationen.

Die im Reallabor Next-MeBa gewonnenen Erkenntnisse sollen die Marktfähigkeit neuer Energietechnologien unterstützen und der nächsten Generation von Großbatteriespeichern zur Marktreife verhelfen, um damit die Resilienz des Energiesystems zu stärken und die Umstrukturierung zu einer klimaneutralen Stromversorgung zu unterstützen.

Bezug zur Hightech Agenda

Mit der Hightech Agenda Deutschland (HTAD) setzt die Bundesregierung neue Schwerpunkte für die Erforschung zukunftsweisender Schlüsseltechnologien. „Reallabore der Energiewende“ ist eine der Flaggschiff-Maßnahmen der Schlüsseltechnologie „Fusion und klimaneutrale Energieerzeugung“. Anknüpfungspunkte zum Projekt Next-MeBa finden sich zudem im HTAD-Hebel zur Versorgung mit kritischen Rohstoffen, da hier neuartige Formen der Nutzung und Inwertsetzung von Schlüsselressourcen entwickelt und deren Marktpotenzial gefördert werden.

Weitere Informationen

• Zu den neun Hebeln der HTAD
• Webseite des BMWE: Projekt Next-MeBa
• Webseite des BMWE: Reallabore der Energiewende im Energieforschungsprogramm