Solar Flywheel: Machbarkeitsstudie über dezentrale Low-Cost Schwungradspeicher

01.08.2015 bis 31.10.2016

Ein stetiger und deutlicher Trend zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energie am Strommix in Europa aufgrund der zu erreichenden Klimaziele ist klar zu erkennen. Besonders die Bereiche Windkraft und Photovoltaik verzeichnen nennenswerte Zuwächse. Die Einführung und Weiterentwicklung von innovativen und nachhaltigen Speichertechnologien um eine flexible und intelligente Energieversorgung (Stichwort: Smart Grids, Load Shift, Peak Shaving, Eigenverbrauchserhöhung) zu fördern wird von der Fachwelt als Notwendigkeit zum weiteren Ausbau dezentraler, volatiler erneuerbarer Energien gesehen. Denn mit dem Einsatz von Speichertechnologien kann unter anderem der Netzbezug und die Netzeinspeisung verringert werden. Ein weiterer wichtiger Faktor stellen die, im Vergleich zu den steigenden Strombezugspreisen, sinkenden Einspeisetarife dar. Aktuell stehen nur Blei- und Li-Ionen Akkumulatoren als wirtschaftlich akzeptable und marktreife Technologie im Bereich der Kleinspeicher zur Verfügung. Bei der derzeitigen Preissituation in diesem Segment ist die Wirtschaftlichkeit für die längere Speicherung elektrischer Energie nicht gegeben.

Eine vielversprechende Speichertechnologie zur Anwendung als dezentraler Kurz- und Mittelzeitspeicher im Bereich von 5 kWh bis 50 kWh stellt ein Low-Cost Schwungradspeicher (LCSS) dar. Dieser technologische Ansatz vereint ein robustes und altbewährtes physikalisches Prinzip mit Low-Cost Materialien und Maschinenelementen entsprechend dem Stand der Technik sowie innovativen Design Ansätzen ausgehend von fachlich ausgezeichnetem Kow-How der wissenschaftlichen Projektpartner. Einige Systemkomponenten wie elektrischer Motorgenerator, Vakuumtechnik oder Keramikwälzlager sind bereits als Serienprodukte am Markt erhältlich, dadurch kostengünstig und vielfach erprobt.

Das Vorhaben soll die notwendige Datengrundlage und Erkenntnis für die Realisierung einer Laboreinheit und deren Komponenten in einem nachfolgendem F&E- Projekt der industriellen Forschung generieren und den dafür erforderlichen weiteren Entwicklungsaufwand klar darstellen. Basierend auf der Projektidee erfolgt der Entwurf eines Basissystems, welches im Anschluss einer gründlichen Analyse unterzogen wird. In weiterer Folge soll eine analytische Vorauslegung durchgeführt und ein Simulationsmodell einer vollständigen LCSS-Anlage und deren Einzelkomponenten abgeleitet werden. Als passendes Simulationstool wird dabei unter anderem Mathworks Matlab/Simulink angesehen. Des Weiteren kommen in der analytischen Vorauslegung von maschinenbaulichen Kernkomponenten wie Rotor, Lagerung oder Schutzgehäuse Finite-Elemente-Methoden (FEM) und analytische Berechnungsmethoden über das Entwicklungs-Know-How der Forschungspartner zum Einsatz. Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden die Eigenschaften und Charakteristiken der Technologie aufgezeigt, um schließlich ein Basissystem entwickeln und Musteranwendungen identifizieren zu können. Des Weiteren ist geplant mit Hilfe der Simulation und Vorauslegung über Parametervariationen, Komponentenveränderungen auf ihre Wirksamkeit hin zu testen und Systemschwachstellen zu identifizieren. Aufgrund dieser Vorgehensweise kann das Vorhaben kostengünstig und effizient durchgeführt werden.

Projektpartner

  • Institut für Maschinenelemente und Entwicklungsmethodik (IME) – Technische Universität Graz
  • Institut für Elektrische Messtechnik und Messsignalverarbeitung (EMT) – Technische Universität Graz



„Energieforschungsprogramm“, 1. Ausschreibung.