Innovatives Pilotprojekt Uniper testet umweltfreundlichen Großstromspeicher am Standort Staudinger

Auf Basis der Technologie von CMBlu pilotiert Uniper eine organische Solid-Flow-Batterie in seinem Kraftwerk in der Nähe von Hanau bei Frankfurt am Main. Sie verfügt über eine Leistung von 1 MW und eine Kapazität von 1 MWh. Das Besondere an der Lösung des UniBlu-Projekts: Der Speicher nutzt nachhaltige Stoffe, die recyclebar und praktisch unbegrenzt verfügbar sind. Die Solid-Flow-Batterien verzichten dazu auf Metallionen und setzen stattdessen auf organische Elektrolyt-Flüssigkeiten und -Feststoffe. Im Betrieb werden die Flüssigkeiten als „Energieshuttle“ dann zirkulär durch den Batteriestack gepumpt und dort an der Elektrode vorbeigeführt, die den Ladungsübergang realisiert. Im Tank erfolgt dann die eigentliche Energiespeicherung, indem der flüssige Elektrolyt den Feststoff in Form eines Kunststoffgranulats durchströmt und dabei die Energie an diesen übergibt. Somit unterscheidet sich die Technologie auch technisch maßgeblich von Lithium-Ionen-Speichern, denn sie verbindet die unabhängige Skalierbarkeit in Leistung und Energie von Flow-Batterien mit der hohen Energiedichte von Solid-State-Batterien.

Die Vorzüge der zukunftsweisenden Solid-Flow-Speicher erstrecken sich dabei über verschiedene Bereiche. So bieten die Batterien ein hohes Maß an Sicherheit, denn eine Brand- oder Explosionsgefahr besteht nicht. Zudem sind die verwendeten Materialien sehr nachhaltig und die Elektrolyte lassen sich vollständig recyceln. Dadurch hinterlassen die Speicher einen besonders kleinen CO₂-Fußabdruck. Weiterhin werden keine seltenen oder konfliktreichen Stoffe benötigt. Die Batterien sind so konzipiert, dass über 90 % der für den Herstellungsprozess benötigten Materialien lokal oder regional bezogen werden können.

Die Speicherlösung von CMBlu bietet ein modulares Design und somit eine hohe Skalierbarkeit von Leistung und Kapazität. Aktuell wird der Speicher mit einer Kapazität von 1 MWh getestet – doch mit Blick in eine nachhaltige Zukunft sind auch Größen von 50 bis über 200 MWh denkbar. Die Solid-Flow-Batterien lassen hier viel Spielraum und haben keine Größenbeschränkung.

Copyright von © CMBlu Energy AG

Nachhaltige Lösungen auf dem Prüfstand

Am Standort Staudinger ist die Bau-Umsetzung des Projekts bereits gestartet. Aktuell wurde der Transformator für die Batterie installiert, der jetzt mit den Batterieschnittstellen verbunden wird. Im Kraftwerk soll der Speicher perspektivisch unter anderem dazu eingesetzt werden, die Stabilität des Stromnetzes sicherzustellen und saisonale Schwankungen auszugleichen. Insbesondere beim Einsatz erneuerbarer Energien ist dies von besonderer Bedeutung. Mithilfe der nachhaltigen Großstromspeicher wird zukünftig nicht nur die Grundlastfähigkeit der Energie optimal sichergestellt, es gibt dann zum Beispiel auch Möglichkeiten der Spitzenlastkappung am Standort oder in Unternehmen.

Die neuen Speicher können zukünftig eine wichtige Rolle im gesamten System spielen und müssen sich daher zunächst in zahlreichen Tests beweisen, erläutert Innovation Manager und UniBlu Projektleiter Thomas Pock: „Wir nutzen zum einen verschiedene Testprogramme, um die technische Verlässlichkeit des Systems zu prüfen. Hier geht es auch um die Degradation der Speicher.“ Dabei wird sichergestellt, dass auch nach einer gewissen Anzahl von Speicherzyklen noch alle Parameter den Anforderungen entsprechen – Leistung, Effizienz und andere technische Größen werden dabei genauestens unter die Lupe genommen. „Mittelfristig testen wir die Fähigkeiten des Batteriesystems im Hinblick auf die Systemdienstleistungen.“ Ein Beispiel ist hier die Primärregelleistung. Dabei muss das System unter anderem innerhalb von 30 Sekunden eine vorgegebene Leistung liefern, um den Tests standzuhalten. „Aufgrund dieser Überprüfungen können wir ermitteln, für welche Marktkanäle sich das Batteriesystem eignet und somit entsprechend präqualifiziert werden kann“, erläutert er.

Die Untersuchungen laufen dabei im Rahmen des Pilotprojektes nur mit dem Eigenbedarf des Kraftwerks. Zusätzlich zur Einspeisung aus der Batterie steht natürlich auch Strom aus dem Netz zur Verfügung. „So können wir mit den Parametern der Batterie spielen, ohne das im tatsächlichen Netz tun zu müssen“, erklärt Nadine Schulte Pelkum. Sie ist ebenfalls Innovation Managerin und für die Elektrotechnik des UniBlu-Projekts zuständig.

Kraftwerk Staudinger eignete sich optimal für das Pilotprojekt

„Der größte Vorteil des Standorts Staudinger ist die Nähe zu unserem Partner CMBlu. Das ist gerade für ein Pilotprojekt sehr hilfreich“, resümiert Nadine Schulte Pelkum. Auch die Infrastruktur des Kraftwerks passt optimal zu den Anforderungen des Projekts. So entschied sich das Team nach der ersten Planungsphase gegen den Bau einer separaten Halle für den Speicher auf dem Kraftwerksgrund. Denn die Batterie lässt sich optimal in die bestehenden Gebäude integrieren. „Der Speicher wird im Pumpenhaus des Block 1/2 im Kraftwerk auf 11 Metern Höhe platziert“, sagt Thomas Pock. Das hatte zahlreiche Vorteile. Einerseits gelingt es auf diese Weise, Kosten für den Hallenbau zu sparen. Andererseits gestaltet sich zum Beispiel die Einhaltung des Wasserhaushaltsgesetzes so sehr unkompliziert. Da ohne eine neue Halle auch keine neuen Genehmigungen beantragt werden müssen, profitiert das Projekt von einer Zeitersparnis. Gleichzeitig wird die Umsetzung durch die Integration in die bestehende Infrastruktur jedoch auch komplexer.

Es sind ein aufwendiger Kabelrückbau und die Schaffung neuer Kabelwege nötig. Zudem müssen in Bezug auf den Brandschutz bestimmte Regularien eingehalten werden. Doch gemeinsam haben CMBlu und Uniper alle Herausforderungen bewältigt und planen die Inbetriebnahme der ersten beiden Batterie-Strings bereits Anfang des kommenden Jahres. Nach der erwarteten Lieferung des Elektrolyt-Depots sollen Mitte des Jahres 2024 alle 12 Strings in Betrieb gehen.

Das Pilotprojekt UniBlu ist wegweisend für die weitere Entwicklung und den Einsatz der Solid-Flow-Technologie. Wird der Speicher nach Abschluss des Projekts erweitert, kommt der große Vorteil der Skalierbarkeit zum Tragen. Denn im Gegensatz zu herkömmlichen Speichertechnologien, wie beispielsweise Lithium-Ionen, braucht es zur Erweiterung der Speicherkapazität der Solid-Flow-Batterien lediglich mehr Elektrolyt-Flüssigkeit und Feststoff-Granulat. Dadurch ergibt sich auch der Vorteil der Kosteneffizienz gegenüber alternativer Speichertechnologien.

UniBlu ist ein wichtiger Meilenstein für den Durchbruch der Solid-Flow-Speicher. So plant CMBlu für das Jahr 2024 den Aufbau einer hochautomatisierten Produktion mit großen Kapazitäten, um die Verbreitung der Batterien voranzutreiben. Uniper wird dabei als enger Partner mit exklusiven Lieferkonditionen an der Seite des ehrgeizigen Unternehmens stehen.

Copyright von © CMBlu Energy AG