Energiespeicher optimieren Produktionssysteme

Abbildung: Fraunhofer IPA
Das Fraunhofer IPA und das Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP der Universität Stuttgart haben in einer Studie mögliche Einsatzoptionen für Energiespeicher in Produktionssystemen identifiziert. Sie beschreiben in der  ESIP-Studie „Energiespeicher in Produktionssystemen“ den Status quo von Energiespeichertechnologien sowie deren aktuellen Herausforderungen und Chancen.Weil die Elektromobilität immer weiter voranschreitet, ist die kontinuierliche Weiterentwicklung von nachhaltigen Energiespeichertechnologien aus Sicht der Forscher unerlässlich. Auch in vielen produzierenden Unternehmen seien Energiespeicher integriert, etwa um die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) für sensible Prozesse zu garantieren. Zusätzliche Einsatzoptionen entstünden durch die Integration von erneuerbaren Energien und deren volatile Erzeugung. Dazu zählen unter anderem die Verringerung…

Das Fraunhofer IPA und das Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP der Universität Stuttgart haben in einer Studie mögliche Einsatzoptionen für Energiespeicher in Produktionssystemen identifiziert. Sie beschreiben in der  ESIP-Studie „Energiespeicher in Produktionssystemen“ den Status quo von Energiespeichertechnologien sowie deren aktuellen Herausforderungen und Chancen.

Weil die Elektromobilität immer weiter voranschreitet, ist die kontinuierliche Weiterentwicklung von nachhaltigen Energiespeichertechnologien aus Sicht der Forscher unerlässlich. Auch in vielen produzierenden Unternehmen seien Energiespeicher integriert, etwa um die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) für sensible Prozesse zu garantieren. Zusätzliche Einsatzoptionen entstünden durch die Integration von erneuerbaren Energien und deren volatile Erzeugung. Dazu zählen unter anderem die Verringerung des Leistungsbezugs aus dem Netz oder die Eigenverbrauchsoptimierung.

Mit Hilfe von Experteninterviews und einer Online-Umfrage wurde das Potenzial für Energiespeicher erfasst. 269 Personen nahmen an der Studie teil, 136 Datensätze flossen schließlich in die Auswertung ein. Gefragt wurde unter anderem nach technischen Integrationsmöglichkeiten, einsetzbaren Energiespeichertechnologien, Wettbewerb, Herausforderungen, Motivation, und Wirtschaftlichkeit. Darüber hinaus wurden acht Experteninterviews durchgeführt. In den Unternehmen der meisten ausgewählten Experten werden bereits Energiespeicher eingesetzt.

Für Energiespeicher gibt es zahlreiche Einsatzoptionen im industriellen Umfeld. Grundsätzlich kann zwischen den Einsatzoptionen zur Absicherung der Produktion, der Optimierung des Energiebezugs und den Systemdienstleistungen unterschieden werden. Bereits etabliert sind die Einsatzoptionen zur Absicherung der Produktion, während die Einsatzoptionen zur Optimierung des Energiebezugs für produzierende Unternehmen nun immer interessanter werden. Die Einsatzoptionen durch Systemdienstleistungen werden nur als Nebeneffekt zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit gesehen.

Schwungmassenspeicher, Kondensatoren und Blei-Säure-Batterien zählen laut Studie zu den ausgereiften, am Markt verfügbaren Technologien. Lithium-Batterien seien auf dem besten Weg dorthin. Auch Redox-Flow-Batterien können aufgrund der getrennten Dimensionierung von Leistung und Kapazität eine wichtige Rolle einnehmen.

Reduzierung der Kosten

Alle Energiespeichertechnologien haben wegen der geringen Stückzahl hohe Herstellkosten. Eine Senkung der Investitionskosten könne bei fast allen betrachteten Energiespeichertechnologien durch Massenproduktion erreicht werden, so die Studie. Eine andere Möglichkeit, die hohen Investitionskosten von Energiespeichern zu reduzieren, sei die Nutzung von Second-Life-Batterien aus Elektroautos, denn durch die erneute Verwendung gebrauchter Batterien aus Elektroautos für stationäre Anwendungen können positive ökonomische und ökologische Effekte erzielt werden.

Neben der Wirtschaftlichkeit seien jedoch auch die Regulierungen eine Herausforderung für die Energiespeicherintegration. Außerdem mangele es in der Branche an Erfahrung, Know-how und praxisnahen Demonstratoren. Der größte Treiber für die Energiespeicherintegration sei die Notwendigkeit zur Effizienzsteigerung sowohl aus betriebswirtschaftlicher als auch aus energetischer Sicht.

Fazit der Studie

Für die stationäre Anwendung werden aktuell am häufigsten elektrische bzw. elektrochemische Energiespeicher eingesetzt. Auch in Zukunft werden diese Energiespeichertechnologien – zumindest für kurz- und mittelfristige Einsatzoptionen – den Markt dominieren. Thermische Energiespeicher werden an Bedeutung gewinnen. Lithium-Batterien haben auch bei stationären Anwendungen ein großes Einsatzpotenzial. Aus Sicht der Forscher noch nicht marktreife Energiespeichertechnologien wie etwa Redox-Flow-Batterien können aus Sicht der Umfrageteilnehmer für stationäre Anwendungen zukünftig interessant werden. Eine große Chance für Unternehmen liegt in der Entwicklung und dem Aufbau von hybriden Energiespeichersystemen. Sie bestehen aus elektrischen und elektrochemischen oder elektrischen und thermischen Energiespeichern.

Die Energiespeicherintegration zur Optimierung des Energiebezugs wird für Unternehmen zunehmend interessanter, jedoch ist die Wirtschaftlichkeit weiterhin die größte Herausforderung. Unternehmen tendieren eher zu einem großen zentralen Energiespeicher, um sich energetisch vom Netz zu entkoppeln. Durch zentrale große Energiespeicher ist auch deren multifunktionaler Einsatz möglich. So werden der Speicher besser ausgelastet und die Wirtschaftlichkeit erhöht. Die Reduzierung der Kosten, getrieben durch die technologische Weiterentwicklung und den zunehmenden Aufbau einer Massenfertigung, ist weiterhin der wichtigste Faktor für die Wirtschaftlichkeit.

Autoren der Studie sind Fabian Zimmerman und Alexander Emde vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA sowie Raoul Laribi, Diana Wang und Alexander Sauer vom Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP der Universität Stuttgart.

Gefördert wurde die Studie vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg. 
18.9.2019 | Quelle: Fraunhofer IPA | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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