Neuartiger Batteriespeicher sorgt für Netzstabilität

Gemeinsames Projekt der Gemeindewerke Wendelstein, Covalion, N-ERGIE und der AUDI AG

Innovation in Mittelfranken: In Wendelstein südlich von Nürnberg sorgt ein neuartiger Batteriespeicher für die Stabilisierung der Stromnetze. Die Gemeindewerke Wendelstein Bürgerkraftwerk GmbH, ein Tochterunternehmen der Gemeindewerke Wendelstein und der Nürnberger N-ERGIE Regenerativ GmbH, sowie der Erlanger Energiespezialist Covalion errichteten die Anlage in den vergangenen Monaten im Netzgebiet der Gemeindewerke in der Johann-Höllfritsch-Straße in Wendelstein. Zwei vollklimatisierte Container mit einer Grundfläche von rund 75 Quadratmetern beherbergen die 84 Batterien. Ihre Speicherkapazität liegt bei einer Megawattstunde (1000 kWh) und reicht rechnerisch, um rund 100 durchschnittliche Haushalte einen Tag lang mit Strom zu versorgen. Als Akkus kommen Batteriemodule ausgemusterter Entwicklungsfahrzeuge von Audi zum Einsatz.

© N-ERGIE
Bildunterschrift: (v.l.) Volker Bauer, Abgeordneter des Bayerischen Landtags, Stefan Mull, Geschäftsführer Gemeindewerke Wendelstein Bürgerkraftwerk GmbH, Dr. Eugen Ehmann, Regierungsvizepräsident von Mittelfranken, Reiner Mangold, Leiter Nachhaltige Produktentwicklung AUDI AG, Werner Langhans, Bürgermeister Wendelstein, Herbert Wild, Werksleiter Gemeindewerke Wendelstein, Karsten Dressbach, Leiter Produkte und Projekte Covalion, Dr. Jochen Lorz, Vertriebsleiter Industrie Covalion, Rainer Kleedörfer, Geschäftsführer N-ERGIE Regenerativ GmbH.

Im Rahmen des Projekts arbeiten Fachleute aus Energieunternehmen, dem Anlagenbau und der Automobilbranche zusammen. Auf technisches Neuland haben sich die Experten begeben, um die aus Elektroautos stammenden Batteriesysteme mit der bereits bestehenden Sicherheitshülle in eine stationäre Einheit zu integrieren und zu verschalten. Dafür hat Covalion das technische Konzept sowie die Steuerung der Ein- und Ausspeisung entwickelt.

© N-ERGIE

Die N-ERGIE wird mit der Anlage sogenannte Primärregelleistung vermarkten. Regelleistung ist erforderlich, um die Abweichungen zwischen Stromerzeugung und -verbrauch so auszugleichen, dass die Netzfrequenz konstant bei 50 Hertz liegt. Die Anforderungen an die Primärregelleistung sind am höchsten, da diese innerhalb von 30 Sekunden bereitzustellen ist. Die Einbindung in das Stromnetz erfolgt über das 20-kV-Netz im Gewerbegebiet „Am Kohlschlag“ in Wendelstein. Die maximale Einspeise- sowie Ausspeiseleistung beträgt 500 Kilowatt.

Der Einsatz der Batterien im stationären Speicher ist auf rund 20 Jahre ausgelegt. Danach werden die Akkus zerlegt, analysiert und dem Materialkreislauf dann wieder als Rohstoff zugeführt.

„Wir sind stolz, dass wir hier in Wendelstein mit dem ersten Speicher dieser Art in Bayern Vorreiter der Energiewende sind. Die Partner kommen aus der Region und zeigen, dass wir hier über ein breites Know-how verfügen“, sagt Werner Langhans, Erster Bürgermeister von Wendelstein. Er freut sich, dass die Finanzierung aus Mitteln erfolgen konnte, die Bürgerinnen und Bürger von Wendelstein über die Gemeindewerke Wendelstein Bürgerkraftwerk GmbH bereitstellen.

„Der Ausbau der wetterabhängigen erneuerbaren Energien wie Sonne und Wind macht den Einsatz von solchen Speichertechnologien notwendig. Dabei haben Batterien das Potenzial, vor allem kurz- und mittelfristige Schwankungen in den Verteilnetzen auszugleichen“, betont Stefan Mull, verantwortlicher Projektleiter und Geschäftsführer der Gemeindewerke Wendelstein Bürgerkraftwerk GmbH.

„Der Speicher stärkt die regionale Wertschöpfung und ist ein sinnvoller Beitrag zur Stärkung dezentraler Ansätze in der zukünftigen Energieversorgung“, erklärt Rainer Kleedörfer, Prokurist der N-ERGIE und dort unter anderem für das Innovationsmanagement verantwortlich.

Covalion hat breite Erfahrungen mit Batteriespeichern als Notstromversorgung in Großkraftwerken. Auf dieser Grundlage entwickeln wir mit unseren Partnern diese Speicherlösung für die Energiewende“, macht Vertriebsleiter Industrie, Jochen Lorz, von Covalion deutlich.

„Als Herzstück eines Elektroautos sind die Batterien auf Langzeitqualität und Sicherheit ausgelegt. Nach der Nutzung im Auto verfügen sie noch über einen Großteil ihrer Kapazität. Im Sinne der Nachhaltigkeit untersuchen wir in diversen Forschungsprojekten, wie gebrauchte Batterien sinnvoll und effizient weiter genutzt werden können. Neben Recycling-Konzepten steht die Nutzung in stationären Energiespeichern im Vordergrund. Wendelstein ist für uns ein praxisnaher Anwendungsfall, um diese Forschung voranzutreiben“, sagt Reiner Mangold, Leiter Nachhaltige Produktentwicklung der AUDI AG.

Altbatterien aus E-Fahrzeugen intelligent wiederverwerten – EU fördert Forschung für ressourceneffizientes Recycling von Traktionsbatterien

Elektromobilität, wie wir sie heute kennen, benötigt große Mengen an Traktionsbatterien, allen voran die leistungsfähigen Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Für die Herstellung von Traktionsbatterien werden wertvolle Rohstoffe benötigt, die nach Lebensende der Batterien möglichst im Wertstoffkreislauf erhalten bleiben sollten. Dies erfordert eine geschlossene Recyclingkette inklusive erweiterbarer Logistiklösungen auch für die in naher Zukunft zu erwartenden wachsenden Batteriemengen. Im Anfang des Jahres begonnenen Forschungsprojekt »Automotive Battery Recycling 2020«, gefördert vom EIT RawMaterials mit Mitteln der EU, wird nun daran gearbeitet, ökologisch und ökonomisch vorteilhafte Wege für das effiziente Recycling von Batterien zu identifizieren und für die industrielle Anwendung aufzuskalieren. Die gesamte Recyclingkette soll so verbessert werden, dass die kostbaren Rohstoffe zurückzugewonnen und so für die europäische Industrie gesichert werden.

Mercedes Benz Innovation Battery Technology.

Mercedes Benz Innovation Battery Technology.

Unser mobiles Leben hängt am Strom, für dessen Speicherung eine Vielzahl wertvoller Rohstoffe benötigt wird. Hierbei ist Europa in starkem Maße auf Importe angewiesen – eine Situation, die durch die zunehmende Elektrifizierung unserer Fahrzeuge entsprechend verschärft wird, denn deren Traktionsbatterien verschlingen große Mengen auch an kritischen Rohstoffen. Vor diesem Hintergrund ist es zwingend notwendig, eine funktionierende Recyclingkette für diese Traktionsbatterien zu etablieren und essentielle Wertstoffströme in Europa zu halten.

Im Verbundprojekt »AutoBatRec2020« (Automotive Battery Recycling 2020), koordiniert von der Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC, soll die gesamte Kette des Batterierecyclings betrachtet werden, angefangen beim Sammeln der Altbatterien, über die unterschiedlichen Verfahren, Batterien aufzutrennen, bis hin zur Aufbereitung der Batteriematerialien und zur Wiederverwendung in neuen Batterien. Ziel ist es, die einzelnen Verfahren hinsichtlich ihrer Effizienz und Wirtschaftlichkeit sowie ihrer Nachhaltigkeit zu bewerten und durch intelligente Kombination und Weiterentwicklung eine ökonomisch interessante Wertschöpfungskette aufzubauen – damit das End-of-Life-Management von Traktionsbatterien sich in Richtung Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit entwickelt.

Die erste Herausforderung liegt in der Sammlung der Altbatterien angesichts des zu erwartenden Zuwachses an Elektrofahrzeugen. Für die dann ständig anfallenden großen Mengen muss eine zuverlässige und ausbaufähige Lösung gefunden. Wichtige Themen im Arbeitsprogramm des AutoBatRec2020-Konsortiums sind daher neue Sammel- und Transportkonzepte.

SamsungSDI Automotive Battery. Schematischer Aufbau eines automotiven Batteriesystems

Ein besonders wichtiger Baustein des Recyclings sind automatisierte Demontageverfahren, die gegenüber der bisher üblichen händischen Zerlegung der großen Traktionsbatteriesysteme deutlich schneller sein sollen. Auch die Rückgewinnung selbst bietet verschiedene Optimierungsmöglichkeiten. Neben mechanischen Zerkleinerungsverfahren wie dem Schreddern werden auch neue Verfahren untersucht wie die elektrohydraulische Zerkleinerung, die in Kombination mit weiter entwickelter Sortiertechnologie eine sortenreine Rückgewinnung von verschiedensten Batteriematerialien ermöglichen. Vorteile der Verfahren werden analysiert und in der Kombination mit etablierten metallurgischen Verfahren bewertet, die elementare metallische Bestandteile großtechnisch aus den Altbatterien extrahieren können. »Darüber hinaus entwickeln wir Konzepte für die Wiederverwendung von ganzen Batteriekomponenten – nicht nur den Materialbestandteilen – z. B. für stationäre Anwendungen, um effiziente und rentable Wertstoffkreisläufe zu ermöglichen«, erläutert Dr. Andreas Bittner, Leiter New Business Development des Fraunhofer ISC.

Eine weitere große Herausforderung für die Projektpartner ist die Vielfalt der unterschiedlichen Batteriesysteme am Markt. In der Regel unterscheiden sich Aufbau, Zustand und Rohstoffgehalt der Altbatterien signifikant. Informationen darüber liegen, wenn überhaupt, nur lückenhaft vor. Nicht zuletzt dadurch birgt das Zerlegen Risiken. Auch kompliziert die Vielzahl an Formaten und Zellaufbauten die gewünschte Automatisierung des Recyclings. Erschwerend kommt hinzu, dass zum Teil im Hochvoltbereich gearbeitet werden muss, und es im Falle von beschädigten Batterien zu Kontakt mit brennbaren und gesundheitsschädlichen Bestandteilen kommen kann. Ziel ist es hier, neue ganzheitliche Konzepte zu erarbeiten, um all diese Risiken weiter zu reduzieren bzw. durch Analyse der Möglichkeiten entlang der ganzen Kette diese und andere Gefahren zu identifizieren und möglichst völlig auszuschließen.

Um die Wiederverwertungsmöglichkeiten in Zukunft noch effizienter ausschöpfen zu können, werden auch Lösungen für ein intelligentes Design for Recycling erarbeitet.

Projektinformationen:

  • »Automotive Battery Recycling 2020 – AutoBatRec2020«
  • Projektstart: 1. Januar 2018
  • Laufzeit: 3 Jahre
  • gefördert durch EIT RawMaterials – eine Knowledge and Innovation Community der EU

 

Partner:

  • Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC – Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS, Deutschland (Koordination)
  • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Deutschland
    UMICORE NV, Belgien
  • Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives CEA, Frankreich
  • Technische Universität Bergakademie Freiberg, Deutschland
  • SAMSUNG SDI Battery Systems GmbH, Österreich
  • ImpulsTec GmbH, Deutschland
  • Daimler AG, Deutschland

Hier finden Sie weitere Informationen über die Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS

Quelle.