ResHy – Ressourcenschonende Hybridbatterie – Bau, Integration und Betriebsoptimierung

Ziele des Projekts »ResHy« sind die Entwicklung einer Systemlösung zur Integration eines hybriden Energiespeichersystems in eine Photovoltaik-Freiflächenanlage sowie dessen Betriebsoptimierung. Dieser Hybridspeicher wird aus einem Natrium-Ionen-Batteriesystem und einem »2nd-life« Lithium-Ionen Batteriesystem, bestehend aus gebrauchten Fahrzeugbatterien, aufgebaut und in eine von der EnBW AG geplanten PV-Freiflächenanlage mit ca. 50 MWp in der Nähe von Gundelsheim (BW) implementiert. Die Performance und das Alterungsverhalten der beiden Batterietechnologien wird unter realen Betriebsbedingungen eingehend untersucht. Diese Ergebnisse fließen in die Optimierung der Betriebsführungsstrategien des im Rahmen dieses Projekts entwickelten innovativen Energiemanagementsystems ein.

Stationären Energiespeichern kommt durch die verstärkte Nutzung fluktuierender erneuerbarer Energien eine immer größere Bedeutung zu. Unter ökologischen und ökonomischen Aspekten ist es sinnvoll, Batteriespeicher möglichst aus nachhaltigen Materialien aufzubauen sowie konventionelle Batterien möglichst lange zu nutzen. Mit der Kombination einer Natrium-Ionen-Batterie und einer Lithium-Ionen Batterie, bestehend aus gebrauchten Fahrzeugbatterien, zu einem hybriden Speichersystem wird im Rahmen des Projekts ResHy ein wesentlicher Beitrag zur Nachhaltigkeit und möglichst langen Nutzungsdauer von Energiespeichern geleistet. Dabei wird die Natrium-Ionen-Batterie für die kurzfristige Bereitstellung größerer Leistungen, gerade bei niedrigen Temperaturen eingesetzt, und die Lithium-Ionen-Batterie für die Bereitstellung größerer Energiemengen genutzt.

Im Projekt werden die Batteriesysteme zunächst elektrisch und thermisch charakterisiert sowie deren Alterungsverhalten analysiert. Zudem werden Alterungsmodelle für beide Technologien entwickelt und anhand von Messdaten validiert. Auf Basis dieser Modelle können Lebensdauerprognosen erstellt sowie die Performance und das Alterungsverhalten durch eine angepasste Betriebsführung optimiert werden.

Für die Integration des Hybridspeichers in PV-Freiflächenanlagen wird ein innovatives Energiemanagementsystem (EMS) mit optimierten und auf die beiden Batterietechnologien angepassten Betriebsführungsstrategien entwickelt. Dieses EMS nutzt für beide Speichersysteme die erarbeiteten Batteriemodelle als „Digital Twin“ und ist auch in der Lage, Betriebsparameter an sich verändernde Systembedingungen anzupassen. In Rahmen dieses Projektes wird der Hybridspeicher in eine geplante PV-Freiflächenanlage der EnBW AG in der Nähe von Gundelsheim (BW) mit ca. 50 MWp implementiert.

Im Demonstrationsbetrieb sollen wesentliche Erkenntnisse hinsichtlich der Funktionalität des entwickelten Energiemanagementsystems sowie des Systemverhaltens des Hybridspeichers und des Alterungsverhaltens der eingesetzten Batterietechnologien unter realen Betriebsbedingungen gewonnen werden. Die Funktionalität „Predictive Maintenance“ des Energiemanagementsystems ermöglicht dabei ein rechtzeitiges Erkennen von technischen Problemen und erlaubt den Austausch von Speicherkomponenten vor deren Versagen. Begleitend wird im Rahmen dieses Projektes eine Life Cycle Analyse für das Hybridspeicherkonzept und die eingesetzten Batterietechnologien durchgeführt.