TEIL C

ENERGIESPEICHERN

Die verschiedenen Batterie- und Akkumulatorentypen (XIV)

Vanadium-Redox-Flow-Batterie

Die reine Vanadium-Lösung wird erstmals 1978 vorgeschlagen und in den 1980ern von Prof. Maria Skyllas-Kazacos und ihren Mitarbeitern an der University of New South Wales, Australien, entwickelt. Das Konzept, das Vanadium in beiden Elektrolyten nutzt, wird 1986 patentiert und gilt als das am weitesten verbreitete. Später erfolgt die Weiterentwicklung zu einer Vanadium-Bromid-basierten Zelle, die eine mindestens doppelt so hohe Energiedichte erlaubt, aber erst in neuerer Zeit wieder in einigen Publikationen von Dr. Subash Chandrabose Raghu an der Nanyang Technological University in Singapur auftaucht, mit Maria Skyllas-Kazacos als Koautorin. Das Metall Vanadium selbst wird insbesondere im Westen von Australien abgebaut und hauptsächlich zur Veredelung von Stählen genutzt.

Dieser Energiespeichertyp basiert auf der Oxidation und Reduktion von Vanadium in einer Lösung aus Schwefelsäure in Wasser. Die beiden Elektrolytlösungen, in denen die Energie gespeichert ist, enthalten Vanadiumionen in den Oxidationsstufen 2+ und 3+ (negativer Elektrolyt) bzw. 4+ und 5+ (positiver Elektrolyt), und die Zellenspannung beträgt im geladenen Zustand 1,35 V.

In ihrer Konstruktion stellt die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRF) so etwas wie eine reversible Brennstoffzelle dar. Das wesentliche Element dieser Batterie ist allerdings die Tatsache, daß der Elektrolyt hier nicht in der Zelle eingeschlossen ist, sondern nach Bedarf aus separaten Tanks zugeführt wird. Das Laden erfolgt, in dem der vanadiumhaltige Elektrolyt durch die Reaktionszelle der Batterie gepumpt, unter Stromzufuhr in einen Zustand mit höherem Energiegehalt umgewandelt und danach in den Tanks gelagert wird. Wird der Strom wieder benötigt, gibt der Elektrolyt seine Energie beim erneuten Durchfließen der Reaktionszelle wieder ab. Die Reaktionszelle selbst besteht aus zwei Elektrodenkammern mit Graphitfilz-Elektroden und einer ionenleitenden Membran dazwischen.

Mir selbst begegnet dieser Batterietyp erstmals in dem IPTS Report der Europäischen Kommission vom Juli 1999, wo er wegen seines simplen Aufbaus, dem hohen Wirkungsgrad, der Fähigkeit in beliebigem Ladezustand in Bereitschaft zu bleiben und der Möglichkeit zum schnellem Laden durch einen Elektrolytwechsel als ausgesprochen interessante und zukunftsträchtige Alternative beschrieben wird. Zu diesem Zeitpunkt wird in Japan bereits eine große Batterie mit 200 kW und 800 kWh getestet.

Die österreichische Cellstrom GmbH mit Firmensitzen in Eisenstadt und in Brunn am Gebirge bei Wien wird im Jahr 2000 gegründet und befaßt sich ab 2002 mit der Entwicklung von Speichersystemen auf Basis des Vanadium-Redox-Flow-Verfahrens. Im Jahr 2008 wird der erste Prototyp vorgestellt, ein stationärer Energiespeicher, der mitsamt der zugehörigen Leistungselektronik in einem wetterfesten Gehäuse untergebracht ist und schon im gleichen Jahr die Freigabe zur Serienfertigung erhält. Der Cellcube FB 10/100 kann mit bis zu 10 kW geladen und entladen werden und liefert Energie von bis zu 100 kWh.

Im April 2010 wird die Cellstrom durch eine Mehrheitsbeteiligung (50,001 %) von der deutschen GILDEMEISTER-Tochter a+f GmbH in Würzburg erworben, wobei als weiterer Anteilseigner die Yunicos AG fungiert.

Nun läuft das Marktsegment unter dem Namen GILDEMEISTER energy solutions, und in den Folgejahren werden die Cellcubes in verschiedenen Versionen mit Leistungen von 10 kW bis zur MW-Klasse und Kapazitäten von 40 kWh bis zu mehreren MWh angeboten und installiert.

Im Jahr 2012 wird die Cellstrom GmbH zu einer 100%-igen Tochter der a+f GmbH in Würzburg, die wiederum eine Tochter der DMG Vertriebs und Service GmbH in Berlin ist. Younicos AG ist seitdem nicht mehr Gesellschafter des Unternehmens. Und 2013 wird die Cellstrom GmbH mit der DMG Europe Holding GmbH mit Sitz in Klaus, Vorarlberg/Österreich, verschmolzen, die daraufhin in Cellstrom GmbH umbenannt wird. Dachgesellschaft ist die DMG Mori Seiki AG in Bielefeld.

Berichten zufolge hat das Unternehmen bis Anfang 2014 bereits mehr als 50 seiner CellCube-Syteme in Europa und Asien verkauft. Im Angebot befinden sich die Modelle CellCube FB 10, 20, 30 kW mit 10, 70, 100 oder 130 kWh, sowie das Modell FB 200 kW mit 400, 800 oder 1.600 kWh. Zu den bereits durchgeführten Projekten gehört eine Großspeicheranlage auf der deutschen Nordseeinsel Pellworm, die zur Modellregion für intelligente Stromnetze und die lokale Speicherung von regenerativ erzeugtem Strom werden soll (Smartregion Pellworm).

Um in Kombination mit vorhandenen Solar- und Windkraftanlagen die Netzstabilität, die Überbrückung von Stromausfällen und eine Erhöhung des Eigenverbrauchs für die 1.040 Einwohner und 600 Haushalte der Insel zu gewährleisten, wird von dem federführenden deutschen Energieversorger E.ON neben einem CellCube mit 1,6 MWh Speicherkapazität auch noch eine Lithium-Ionen Batterie mit 1 MW Leistung installiert. Aus dieser Kombination ergibt sich ein hybrides Speichersystem, in dem große Mengen regenerativer Energie gespeichert werden können.

Weitere Projekte werden u.a. in Wuppertal, Clausthal (Energie-Forschungszentrum Niedersachsen, 2011), Lichtenegg, Österreich (Energieforschungspark Lichtenau-Pesendorf) und in Darmstadt durchgeführt. Hier betreibt die HEAG Südhessische Energie AG (HSE) an ihrem Hauptsitz ein innovatives Pilotprojekt für ein intelligentes Stromnetz, das im Rahmen des EU-Forschungsprojekts Web2Energy zwei CellCube Energiemanagementsysteme als Speicher in einem Intelligentem Stromnetz einsetzt.

Nachdem im Mai 2013 das in Vancouver, British Columbia, ansässige und 2006 gegründete kanadische Bergbauunternehmen American Vanadium zum nordamerikanischen Vertriebspartner von GILDEMEISTER wird, kann bereits im Februar 2014 der erste CellCube zur Prüfung durch das National Renewable Energy Laboratory (NREL) ausgeliefert werden.

Die irische Firma Renewable Energy Dynamics Technology Ltd. (RED-T) mit Hauptsitz in Dublin, sowie einer Forschungsabteilung in Reading, England, geht auf das im Jahr 2000 gegründete Vorgänger-Unternehmen RE-fuel Technology Ltd. zurück, das damals von der Camco Clean Energy plc. explizit dafür geschaffen wird, um in Zusammenarbeit mit der University of New South Wales in Sydney eine Redox-Flow-Batterie zu entwickeln.

Im Dezember 2011 gibt es Startkapital in Höhe von 900.000 € aus dem AIB Seed Capital Fund, und bald darauf wird eine Machbarkeitsstudie durchgeführt, um die VRFB-Technologie bei dem Ecobus einzusetzen, einem ansonsten mit Blei-Säure-Batterien betriebenen Kleinbus, der in den italienischen Städten Rom, Bologna und Mailand herumfährt – sowie neuerdings auch in Liverpool, Großbritannien. Als weitere mögliche Anwendungen werden Taxis, Lieferwagen und Gabelstapler untersucht.

Die intensive Forschungs- und Entwicklungsphase bei RED-T erstreckt sich bis zur Produkteinführung im Jahr 2012, anschließend wird die robuste, zuverlässige und wartungsarme Vanadium-Redox-Speicherlösung erfolgreich erprobt und dann die Vermarktungsphase gestartet.

Im April 2013 geht es einen wichtigen Schritt vorwärts, als sich RED-T gemeinsam mit dem Dublin Institute of Technology (DIT) an einem dreijährigen und 6 Mio. € schweren europäischen Solarenergie-Forschungsprojekt beteiligt. Unter dem Namen PV Crops (PhotoVoltaic Cost reduction, Reliability, Operational performance, Prediction and Simulation) arbeiten 12 Partner aus 7 Ländern an 19 Teilzielen, einschließlich der Entwicklungen von Solarstrom-Technologien, Ausgründungen, Werkzeug-Lösungen, Datenbank-Systemen, technischen Unterlagen und Schulungen. Die Koordination obliegt dem Instituto de Energía Solar der Universidad Politécnica Madrid.

Die beiden irischen Kooperationspartner werden von der Europäischen Kommission aus dem Siebten Rahmenprogramm (RP7) mit insgesamt 650.000 € gefördert – von denen RED-T 375.000 € erhält, um seine Flow-Batterien in PV-Anlagen zu integrieren. Tatsächlich wird im Oktober in Evora, Nordportugal, erfolgreich ein 5 kW/60 kWh Demonstrations-System installiert, das mit einer gebäudeintegrierten PV-Anlage der Universität Evora verbunden wird. Das System wird verwendet, um die Effizienz des 6,6 kW PV-Arrays auf dem Dach des universitären Krankenhauses zu maximieren und die Energiekosten zu reduzieren.

Im November 2013 freut sich das Unternehmen darüber, daß es im Rahmen der Energy Storage Technology Demonstration Competition eine Finanzierung in Höhe von 3,6 Mio £ durch das Ministerium für Energie und Klimawandel (Department for Energy and Climate Change, DECC) bekommt, um eine 1,26 MWh VRF-Batterie zu demonstrieren und in Richtung Vermarktung voran zu treiben.

Im Rahmen des über 2,5 Jahre laufenden Projektes wird das Speichersystem auf der schottischen Insel Gigha installiert, die ein paar Meilen vor der Halbinsel Kintyre liegt und mit dem Festland nur durch ein überaltertes Unterwasser-Kabel verbunden ist. Das Batterie-Projekt ermöglicht es der Insel, den Windstrom, der nicht übertragen werden kann, mittels 75.000 Litern mit Vanadiumpentoxid gemischter Schwefelsäure selbst zu speichern und dann 12 Stunden lang 100 kW in das inseleigene Stromnetz zu speisen. Solche Batteriespeichersysteme sollen Schottland dabei helfen, sein Ziel zu erreichen, bis 2020 seinen gesamten Strombedarf regenerativ zu decken.

Projektpartner sind die Scottish and Southern Energy - Power Distribution (SSE), die EA Technology Ltd., die Community Energy Scotland (CES) sowie die Gigha Green Power Ltd. (GGPL).

Dem Stand von Anfang 2014 zufolge bietet RED-T seine VRF-Batterien bereits in 9 verschieden Größen zwischen 5 kW/20 kWh und 105 kW/1.260 kWh an, die für Speicherzeiten von 4, 6 oder 12 Stunden ausgelegt sind.

Wichtige Neuigkeiten über Vanadium-Redox-Flow-Batterien werden 2005 in den Blogs gemeldet, als das kanadische Unternehmen VRB Power Systems Inc. aus Vancouver bekannt gibt, durch eine Massenfertigung seiner VR-Batterien eine Kostensenkung um 30 % erreichen zu wollen. Im September 2006 bestellt der Stromversorger American Electric Power (AEP) mit Sitz in Ohio die ersten drei dieser Batteriesysteme, die jeweils mehrere MWh speichern können. Bis 2010 will man hier insgesamt 25 MWh und bis 2020 sogar 1 GWh Speicherkapazität erreichen.

Eine im November 2007 veröffentlichte Untersuchung der US-Industrieforschungseinrichtung Electric Power Research Institute in Palo Alto, Kalifornien, bescheinigt der VRB-Batterie eine wichtige Rolle bei der künftigen Energieversorgung und der effizienteren Gestaltung und dem besseren Schutz der notorisch unzuverlässigen nordamerikanischen Stromnetze.

Im Februar 2008 verlautet, daß die VRB Power auch eine weiterentwickelte Bleibatterie auf den Markt bringen will, deren Serienproduktion noch im Laufe dieses Jahres beginnen soll. Zielkunden sind insbesondere die Besitzer von PV-Anlagen, die den erwirtschafteten Solarstrom lieber selber speichern anstatt ihn ins Netz einzuspeisen. Im Jahr 2009 wird das Unternehmen von der Firma Prudent Energy übernommen (s.u.).

Forscher des Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) in Pfinztal bei Karlsruhe stellen im April 2008 auf der Hannover-Messe eine Redox-Flow-Batterie vor, mit der sich verschiedene Elektrodenmaterialien, Membranen und Elektrolyte flexibel testen lassen.

Auch hier wird mit den flüssigen Elektrolyten argumentiert, die es erlauben, diese Batterien an der Tankstelle in wenigen Minuten auzufladen, indem der entladene Elektrolyt einfach abgepumpt und durch aufgeladenen ersetzt wird. Der abgepumpte Elektrolyt könne an der Tankstelle wieder geladen werden, beispielsweise durch ein Windrad oder eine Solaranlage. Da Redox-Flow-Batterien jedoch deutlich weniger Energie speichern als Lithium-Ionen-Akkus, arbeiten die Forscher gemeinsam mit Kollegen der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Ostfalia in Wolfenbüttel und Braunschweig um Prof. Robin Vanhaelst daran, dies zu ändern.

Der Prototyp einer Zelle, deren Batteriechemie die Forscher weiter verbessert haben, könnte die Reichweite von Elektrofahrzeugen mit Redox-Flow-Batterien auf das vier- bis fünffache steigern. Dazu müssen mehrere Zellen zu einer Batterie zusammengesetzt, und diese dann optimiert werden. Die Tests verlaufen an Modellfahrzeugen im Maßstab 1:5, die im Dezember 2009 auf der Münchener e-CarTec 09 erstmals öffentlich vorgeführt werden. Auf der Hannover Messe im April 2010 demonstriert das ICT eine voll funktionsfähige Redox-Flow-Batterie mit zwei kleinen Tanks und einem Zellenstapel, alles auf der Fläche eines A3-Blatts, deren Leistung allerdings nur wenige Watt beträgt. Dafür lassen sich in dem Versuchsaufbau unterschiedliche Materialien erproben.

Die Stackentwicklung für kleine Leistungen und das Batteriemanagement wird am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE vorangetrieben, während am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) in Oberhausen 35 kW Groß-Stacks entwickelt und getestet werden, aus denen dann größere Anlagen mit bis zu 2 MW entstehen sollen. Fernziel ist der Bau einer handballfeld-großen Batterieanlage mit 20 MWh.

Meldungen aus dem Jahr 2011 zufolge bestehen die Fraunhofer-Anlagen, die inzwischen eine Leistung von einigen Kilowatt erreicht haben, aus großen Vanadium-Flüssigbatterien. Zu diesem Zeitpunkt wird mit Strömungs-Simulatoren der gleichmäßige Fluß des Vanadiums durch die Membranen optimiert. Die erste 20 kW Anlage soll Ende 2012 in Betrieb gehen, und binnen fünf Jahren ist die Überschreitung der Megawatt-Grenze geplant.

Im März 2013 wird berichtet, daß den Fraunhofer-Forschern in dem vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) geförderten Projekt ein wichtiger Durchbruch gelungen ist, indem sie eine Redox-Flow-Batterie mit einer Zellgröße von 0,5 m² entwickelt haben, die einer Stackleistung von 25 kW entspricht. Die bislang auf dem Markt verfügbaren Batterien von der Größe eines DIN-A4-Blattes liefern nur eine Leistung von 2,3 kW. Der Prototyp verfügt über einen Wirkungsgrad von bis zu 80 % und kann mit Strömen von bis zu 500 A belastet werden. Inzwischen hat sich das Institut in Oberhausen zu einem der europaweit größten Testlabore für Redox-Flow-Batterien gemausert. Als nächstes konkretes Ziel steht die Entwicklung eines Stacks in der Größe von 2 m² und einer Leistung von 100 kW an.

Im März 2011 verlautet aus dem Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) der DOE, daß neue Untersuchungen eines Teams um Liyu Li zeigen, daß die Zugabe von Salzsäure zu der üblicherweise in Vanadium-Batterien genutzten Schwefelsäure die  Speicherfähigkeit um 70 % erhöht und auch den Temperaturbereich deutlich erweitert, in dem die Batterien betriebsfähig sind. Nach Versuchen mit einem reinen Salzsäure-Elektrolyten wird schnell das ideale Mischungsverhältnis gefunden: 6 Teile Salzsäure mit 2,5 Teilen Schwefelsäure.

Diese Mischung erlaubt ferner, die Batterie bei Temperaturen zwischen -5°C und +50°C zu betreiben, was die Notwendigkeit kostspieliger Kühlsysteme stark reduziert. Eine Batterie mit dem neuen Elektrolytgemisch kann ihre Effizienz von 87 % über 20 Tage lang halten. Unterstützt werden die Arbeiten des PNNL vom Office of Electricity Delivery and Energy Reliability des DOE und internen PNNL-Mitteln.

Im Oktober 2012 unterzeichnet das nichtkommerzielle Forschungsinstitut Battelle, welches das PNNL im Auftrag des DOE seit 1965 leitet, eine Vereinbarung mit der von Z. Gary Yang und Liyu Li neu gegründeten und in Mukilteo, Washington, beheimateten Firma UniEnergy Technologies LLC (UET), um die am PNNL entwickelte Vanadium-Technologie zu vermarkten.

Das durch langfristige Privatbeteiligungen geförderte Unternehmen gründet strategische Partnerschaften mit Rongke Power, um die weltweit als führend geltenden Stacks, sowie mit Bolong New Materials (BNM), um den firmeneigenen Elektrolyt zu produzieren. Für Verkäufe und Dienstleistungen in Europa kooperiert das Unternehmen mit der 2012 gegründeten Firma Vanadis Power GmbH aus Nürnberg.

UniEnergy, in der auch Rick Winter als Forschungsleiter tätig ist (s.u. Zink-Bromid-Flow-Batterie), besitzt eine Produktionsstätte mit der jährlichen Produktionskapazität von 100 MW. Nach erfolgreichen Werkstests beginnt Anfang 2014 auf dem Gelände der Firma die Installation eines Uni.System mit 600 kW Spitzenleistung und 1,8 MWh Speicherkapazität. Dieses besteht aus vier 20-Zoll-Containern, die jeweils 150 kW/450 kWh liefern.

Ein weiteres Unternehmen, daß im Januar 2014 eine Lizenz des PNNL über die VR-Technologie erwirbt, ist die in Lowell, Massachusetts, beheimatete WattJoule Corp., die sich nur einen Monat zuvor bereits eine Lizenz für eine, unter der Leitung von Imre Gyuk an der University of Tennessee entwickelte Speichertechnologie gesichert hatte. Durch diese Lizenzen sowie die Entwicklung eines eigenen Portfolios entsprechender Patente will die erst 2012 gegründete Firma schon in der ersten Produktgeneration drastisch niedrigere Energiespeicherkosten von 150 $/kWh erreichen.

Ab August 2011 läuft an der Ostfalia Hochschule in Wolfenbüttel ein Forschungsprojekt mit dem Titel ,DESG: Dezentrale Speicher für Gebäude’, bei dem neue praktische Erkenntnisse im Zusammenspiel und Management verschiedener Speichertechniken in einem Smart Grid gewonnen werden sollen. Kooperationspartner sind die Firmen WAGO (Minden), SMA (Kassel), Heliocentris (Berlin), das Fraunhofer Institut ICT (Pfinztal) sowie die De Montfort Universität in Leicester (Großbritannien).

Im November erhält der regenerative Energiepark, der als ,Smart-Grid-Testgelände’ dient und bereits mit einem Windrad, einem Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff mit dem zugehörigen Gasspeicher, sowie einer Brennstoffzelle ausgestattet ist, eine fünf Tonnen schwere Vanadium-Redox-Flow-Batterie der US-Firma Prudent Energy, die in China gefertigt wurde und 5 kW leistet (s.u.). Es ist das bislang zweite System dieser Art in Deutschland, und wird im Februar 2012 in Betrieb genommen.

Die Forscher um die Professoren Ekkehard Boggasch, Lars Kühl und Robin Vanhaelst setzen auf Vanadium, weil dieses nicht nur 10.000-mal be- und entladen werden kann, sondern dabei auch 86 % der zugeführten Energie nutzt. Dies ist immerhin ein kleiner Ausgleich für die relativ geringe Energiedichte von nur 30 Wh/kg. Die Kosten werden mit 100 - 150 €/kWh angegeben, die Lebensdauer mit 40 Jahren. Im Laufe des Jahres gelingt es den Ostfalia-Forschern, den Akku auf 54 cm Länge und 40 kg Gewicht zu schrumpfen – ein erster Schritt, um die Redox-Flow-Batterien auch in Autos einsetzen zu können. Nun will man einen elektrischen Kleintransporter mit einem Stack ausstatten, der als Reichweitenverlängerer die herkömmlichen Batterien unterstützt. Für eine praktikable Umsetzung fehlt allerdings noch ein überzeugender Elektrolyt mit hoher Energiedichte.

Die oben genannte Firma Prudent Energy Corp., eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der JD Holding Inc., wird bereits 2007 in Bethesda, Maryland, gegründet und bezeichnet sich als Designer, Hersteller und Integrator eines patentierten Vanadium-Redox-Batterie-Energiespeichersystems. Das Unternehmen befindet sich im Privatbesitz prominenter Investoren, darunter CEL Partners, Draper Fisher Jurvetson, DT Capital Partners, GS Energy, idInvest Partners, JAFCO Asia Ventures, Mitsui Global Investment Ventures, Northern Light Venture Capital (eine der renommiertesten privaten Investmentfirmen in China), Sequoia Capital China sowie der State Power Group Co. Ltd.

Kerninnovation des Unternehmens scheinen die 10 kW Zellenstapel (Cell Stacks) zu sein, die aus ultraleichten Bipolarplatten aus hochwertigstem Graphit (für überlegene elektrische Leitfähigkeit und chemische Beständigkeit), Protonenaustausch-Membranmaterial (für den reibungslosen und effizienten Ionentransport durch den Zellenstapel) sowie inerten Elektroden aus Kohlenstoff-Filz bestehen (zur Herstellung des Gleichstroms und Entladung des Systems).

Im Januar 2009 erwirbt Prudent Energy die Vermögenswerte der VRB Power Systems (s.o.), inklusive aller Patente und Marken. Darüber hinaus wird ein Teil des technischen Teams der VRB übernommen. Außerdem verlegt die Firma ihre Produktion nach Peking. Im März 2010 wird mit der Electro Company Inc. (ESC) eine Technologieentwicklungs-Vereinbarung getroffen – sowie bekanntgegeben, daß eine von Northern Light angeführte Finanzierungsrunde C einen Betrag von 22 Mio. $ eingebracht hat. Schon im Juni kommen von den Investoren weitere 10 Mio. $ hinzu.

Im November 2010 kann Prudent Energy stolz bekanntgeben, daß man bereits mehr als 20 Energiespeichersysteme weltweit installiert habe und auch weiterhin von der erhöhten Nachfrage und Nachbestellungen aus der ganzen Welt profitieren würde. 16 Stück dieser Systeme wurden an entfernten Mobilnetz-Telekommunikationsstandorten in Kenia installiert, zusammen mit dem lokalen Partner Safaricom Ltd., einem führenden Mobilfunkbetreiber im Besitz der Telcom Kenia und Vodafone Group. Die ersten zwei VRB-Systeme waren bereits vor mehr als drei Jahren von der VRB Power Inc. installiert worden und hatten hervorragende Ergebnisse erzielt, wie die Reduzierung des Dieselverbrauchs um mehr als 65 %. Weitere VRB-ESS-Systeme sind in den USA und China installiert, um Projekte der erneuerbaren Energie zu unterstützen, und in Zukunft soll es neue Standorte in Ungarn, der Türkei und Italien geben.

Schon im Dezember gibt das Unternehmen bekannt, daß es ein 600 kW VRB-Energiespeichersystem auf einer der größten Frischzwiebel-Verarbeitungsanlagen der Welt installieren wird. Die Firma Gills Onions in Oxnard, Kalifornien, will damit ihre Stromkosten reduzieren und als Modell für die übrige Lebensmittelindustrie dienen. Der VRB-Akku soll die Effizienz des bestehenden Advanced Energy Recovery System (AERS) verbessern, das die täglich anfallenden Zwiebelabfälle in Biogas verwandelt, welches wiederum in zwei 300 kW Brennstoffzellen geleitet wird, um Wärme und Strom zu produzieren. Mit dem VRB-ESS erhält die Farm zum einen eine eigene Notstromversorgung, und kann zum anderen vermeiden, Strom aus dem Netz ziehen, wenn die Preise am höchsten sind. Als Ergebnis wird erwartet, bei den Betriebskosten pro Jahr Hunderttausende von Dollar einsparen zu können.

Im März 2011 wird die Installation eines 1 MWh VRB-Speichersystems mit einer Nennleistung von 500 kW und einer Spitzenleistung von 750 kW am China Electric Power Research Institute (CEPRI) in Zhangbei, Provinz Hebei im Norden Chinas, gemeldet. Das Projekt ist Teil des National Wind Power Integration Research and Test Center of China (NWIC), das der chinesischen State Grid Corp. gehört und mit 30 Windkraftanlagen mit mindestens 78 MW Erzeugungskapazität, 640 kW Photovoltaik-Kapazität sowie 2,5 MW Energiespeichern ausgestattet ist. Nach seiner Fertigstellung wird das Testzentrum die größte derartige Anlage in der Welt sein.

Im Anschluß daran darf das Unternehmen einen Auftrag über sogar 8 MWh von Seiten der State Grid Corp. verbuchen, und im Oktober gibt es wieder einmal Geld: 29,5 Mio. $, die diesmal von der japanischen Mitsui & Co. Ltd., Vangoo Investment Partners, Idinvest Partner, Asien Clean Energy Ltd. und einer weiteren koreanischen Investment-Gruppe kommen.

Im April 2012 wird das Flow-Batterie-System bei Firma Gills Onions in Betrieb genommen, doch damit scheint bislang das Ende der Fahnenstange erreicht zu sein – denn neuere Informationen über Prudent Energy, das zu diesem Zeitpunkt weltweit über 60 Patente sein eigen nennt, gibt es nicht mehr, auch nicht auf der firmeneigenen Homepage.

An einem neuen Redox-Flow-Batterieystem auf Vanadium-Luft-Basis, das sich durch hohe Leistungsfähigkeit und niedrige Herstellungskosten auszeichnet, wird ab September 2012 im Rahmen des tubulAIR± Verbundprojekts und unter Federführung der Hochschule für angewandte Wissenschaften in Hamburg (HAW) geforscht. Projektpartner sind die Friedrich-Alexander-Universität (FAU) in Erlangen-Nürnberg, die Universität Hamburg, das DWI an der RWTH Aachen, das DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI), die Unternehmen FuMA-Tech GmbH und Uniwell Rohrsysteme GmbH & Co. KG sowie das europäische JRC-IET.

Ziel des von Prof. Wolfgang Winkler koordinierten Verbundvorhabens ist die Entwicklung der Schlüsseltechnologien zur kostengünstigen Herstellung einer mikro-tubulären Vanadium-Luft-Redox-Flow-Batterie mit gesteigerter Energie und Leistungsdichte sowie langer Haltbarkeit für stationäre Anwendungen. Der Ansatz dieses Konzepts ist zuvor bereits in den Niederlanden an der Universität Twente erprobt worden. Dabei wird der flüssige Elektrolyt einer Vanadium-Redox-Batterie auf der Kathodenseite durch eine Luft/Wasserdampf-Elektrode ersetzt, wobei das Luft/Wasserdampf-Gemisch aus der Umgebung komprimiert wird. Der angesaugte Wasserdampf wird mit einem Katalysator in Sauerstoff und Protonen gespalten, wobei gleichzeitig Elektronen freigesetzt werden.

Die Ingenieure der RWTH Aachen tüfteln derweil an einem neuen Katalysator für den Pluspol, der nicht nur Wasser in Sauerstoff und Protonen umwandeln kann, sondern auch umgekehrt funktioniert – sonst kann die Batterie nur laden, aber nicht entladen.

Die Verwendung von nur einem flüssigen Elektrolyten in der negativen und Luft/Wasserdampf in der positiven Halbzelle steigert die Energiedichte um den Faktor zwei gegenüber der VRB. Und einer der beiden Tanks kann gänzlich wegfallen. Wichtige Entwicklungsziele sind nun die Optimierung der Zellengeometrie und des Elektrolyts sowie die Anpassung der Elektrodenoberflächen durch eine geeignete Nanostrukturierung. Außerdem sollen die Zellen eine zylinderförmige Struktur haben, um zukünftig als Meterware hergestellt werden zu können.

Das interdisziplinäre Projekt mit einer Laufzeit von fünf Jahren wird von der Bundesregierung mit 5 Mio. € gefördert. Dabei handelt es sich um eine Initiative der Bundesministerien für Wirtschaft und Technologie (BMWi), für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) sowie für Bildung und Forschung (BMBF) zugunsten einer erfolgreichen Markteinführung von Redox-Flow-Batterien.

Im April 2013 wird Jan Grosse Austing, Mitarbeiter des EWE-Forschungszentrums Next Energy, für seine Masterarbeit zum Thema ,Konstruktion, Inbetriebnahme und erste Charakterisierung einer Vanadium-Redox-Flow-Luft-Batterie’ von der Verein Deutscher Ingenieure-Gesellschaft Energie und Umwelt (VDI-GEU) mit dem Preis für umweltrelevante Master- und Diplomarbeiten 2012 ausgezeichnet.

Bei der ersten Realisierung einer entsprechenden Batterie bietet sich aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an die Lade- und Entladevorgänge eine Durchführung in separaten Reaktionseinheiten an, wofür eine Membran-Elektroden-Einheit für den Entladevorgang und eine mit Katalysator-Partikeln modifizierte Graphit-Filzelektrode für den Ladevorgang hergestellt werden. Damit wird eine Grundlage für weitergehende und ausführliche Untersuchungen dieses neuartigen Batteriesystems und seiner einzelnen Komponenten geschaffen.

Unter der Leitung von Peter Fischer wird ferner das Projekt RedoxWind verfolgt, bei dem als Pilotanlage auf dem Gelände des Fraunhofer ICT in Pfinztal ein 20 MWh Großbatteriespeicher mit 2 MW Leistung gebaut wird, der  direkt an den Gleichstromzwischenkreis einer 2 MW Windkraftanlage gekoppelt ist.

Augenmerk liegt hierbei vor allem auf dem Hochskalieren der Redox-Flow-Technik vom Labormaßstab zu industriell kostengünstig zu fertigenden Stacks mit mehreren Kilowatt Leistung. Um die sonst erforderliche Leistungselektronik einzusparen wird besonderer Wert auf die Nutzung von Synergien der Windkraftanlage und der Batterie gelegt. Das Projekt wird zu gleichen Anteilen durch das Land Baden-Württemberg und das Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert.

Die mit 60 MWh Speicherkapazität bis dato größte Vanadium-Redox-Flow-Batterie der Welt wird von der japanischen Firma Sumitomo Electric Industries Ltd. für den ebenfalls japanischen Stromversorger Hokkaido Electric Power Co. errichtet und soll im Laufe des Jahres 2015 in Betrieb gehen.

Die Nennleistung der Batterie auf der Insel Hokkaido, die in einem neuen Gebäude auf zwei Etagen installiert wird, beträgt 15 MW. Die Tanks der  Anlage befinden sich im Untergeschoß des Batteriegebäudes, die Zellen im Obergeschoß.

 

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