Wie lassen sich große Energiemengen schnell, preiswert und gegebenenfalls auch über einen längeren Zeitraum speichern? In dem Querschnittsprojekt GigaStore arbeitet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) an der Weiterentwicklung von Strom- und Wärmespeichern für jeden Einsatzbereich. Zudem werden Methoden für Computersimulationen erarbeitet, mit denen die Wissenschaftler neue Speichertechnologien schneller entwickeln und erproben werden können. Insgesamt forschen elf DLR-Institute übergreifend an dem Projekt, das eine Laufzeit von vier Jahren und ein Finanzvolumen von zirka 13 Mio. € hat.
Im Querschnittsprojekt Gigastore erforscht das DLR unterschiedliche Speichertechnologien: In der Batterieforschung werden neuartige Konzepte mit hoher Speicherdichte entwickelt, die im Stromnetz, im Verkehr und auch im Luft- und Raumfahrtbereich zum Einsatz kommen.
Batterien sowie Power-to-X-to-Power im Fokus
Geforscht wird auch an Power-to-X-to-Power-Speichern, die elektrische Energie in Wärme, Druckluft und Gas wandeln und bei Bedarf wieder in Strom zurückwandeln können. Diese Speicher haben den Vorteil, dass sie große Energie im Giga-Maßstab preisgünstig und über den Zeitraum von Stunden bis Monaten nahezu verlustfrei speichern können. „Energiespeicher sind eine grundlegende Voraussetzung für das Gelingen der Energiewende. Mit dem Querschnittsprojekt Gigastore erarbeitet das DLR wichtige Lösungen für das Energie- und Verkehrssystem der Zukunft“, sagte Professor Pascale Ehrenfreund, Vorstandsvorsitzende des DLR.
„Mit Batterie und Power-to-X-to-Power-Speichern decken wir ein sehr breites Spektrum des Speicherbedarfs ab“, sagte Professor Andre Thess, Leiter des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik und Projektkoordinator. „Durch die gemeinsame Entwicklung im Querschnittsprojekt können wir die Möglichkeiten und Grenzen der Technologien besser einordnen und Speicher für jeden Anwendungsbereich weiterentwickeln.“
Schnellere Entwicklung von Batterien durch Simulation
Eine weitere Säule des Querschnittsprojekts Gigastore ist die Methodenentwicklung auf dem Gebiet der Energiespeichersimulation. Wie in allen Innovationsbereichen kann die Entwicklungsarbeit mit Hilfe von Computersimulationen und virtuellem Design wesentlich beschleunigt werden. „Auf diesem Gebiet können wir von der Luftfahrtforschung im DLR lernen, die Simulationen bereits erfolgreich bei der Entwicklung neuer Luftfahrttechnologien einsetzt. Damit kann das DLR diese disruptive Innovation sehr schnell auch bei der Speicherentwicklung einsetzen“, erläutert Thess. Die Methode soll dabei sowohl im Nanobereich von Batterien, als auch bei großen Batteriesystemen zum Einsatz kommen. Auch auf dem Gebiet der Energiesystemanalyse spielen Simulationen eine große Rolle. Hier können DLR-Forscher bereits auf langjährigen Erfahrungen aufbauen.
Weniger Treibhausgase durch passgenaue Speicher
Batteriesysteme kommen bereits bei vielen Windkraft- und Photovoltaikanlagen zum Einsatz. „Die fluktuierende Stromerzeugung von Windkraft- und PV-Anlagen wird immer häufiger durch Batteriesysteme gepuffert. Wenn es aber darum geht, Energie über mehrere Tage, zum Beispiel während Dunkelheit und Flaute, zu speichern, braucht es wesentlich größere Kapazitäten. Für solche Anforderungen entwickelt das DLR Strom-Wärme-Strom Speicher“, so Thess. Speicher im Giga-Maßstab können den Anteil der erneuerbaren Energien im Stromnetz wesentlich erhöhen und zu einer Emissionsminderung beitragen.
Die Forschungsarbeiten im Querschnittsprojekt GigaStore sind eng abgestimmt mit dem Projekt FutureFuels, ebenfalls ein DLR-Querschnittsprojekt, in dem die Herstellung von synthetischen Kraftstoffen erforscht wird.