Die Hybridisierung von im öffentlichen Nahverkehr eingesetzten Fahrzeugen bietet die Möglichkeit signifikanter Treibstoff- und Emissionsreduktionen, da die Fahrzyklen gut vorhersehbar sind und häufige Brems- und Beschleunigungsvorgänge enthalten (Start-Stopp Betrieb). Der Einsatz verfügbarer elektrochemischer Speicher (Batterien, Ultracaps) zur Zwischenspeicherung der Bremsenergie ist zwar möglich, jedoch können die geforderten Leistungen bzw. die gewünschte Lebensdauer nur mit großem finanziellen Aufwand bzw. starker Überdimensionierung des Energiespeichers erreicht werden. Im Gegensatz zu den elektrochemischen Speichern bieten Flywheel-Speicher das Potenzial, eine hohe Leistungsdichte mit einer hohen Energiedichte zu verbinden. Durch den Einsatz moderner (Verbund-)Materialien sowohl im Schwungrad selbst wie auch in den Lagern können Flywheel-Speicher sehr kompakt und leicht gebaut werden. Außerdem erreichen sie bereits mit heute verfügbarer Lager-Technologie eine im Vergleich zu modernen Batteriesystemen deutlich erhöhte Lebensdauer. In dem Projekt E3ON soll die Realisierbarkeit von kompakten Flywheel-Speichern unter den in öffentlichen Nahverkehrsfahrzeugen gegebenen Rahmenbedingungen untersucht werden: Gemeinsam mit potenziellen Kunden (siehe beiliegende LOI) werden für Schienenfahrzeuge und Hybridbusse typische Lastprofile sowie extern auftretende mechanische Belastungen (Vibrationen, Fliehkräfte, ...) spezifiziert. Auf deren Basis werden die Hauptkomponenten des Systems (Schwungmasse und Lagerung, Motor/Generator, Umrichter) theoretisch und experimentell in Bezug auf Lebensdauer und Sicherheitsaspekte untersucht. Das Ergebnis der Forschungsarbeiten sind Realisierungsvorschläge für die einzelnen Komponenten sowie eine erste Abschätzung der unter den gegebenen Randbedingungen erreichbaren Lebensdauer und der Kosten. Daraus können die wichtigsten Parameter eines im Rahmen eines Folgeprojekts zu realisierenden Prototyps bzw. Vorseriengeräts abgeleitet werden, wobei speziell der erreichbare Wirkungsgrad (round-trip efficiency), der speicherbare Energieinhalt, die aufnehmbare bzw. abgebbare elektrische Leistung, die erreichbare Lebensdauer und der zu erwartende Preis von Interesse sind. Zusätzlich können die Projektergebnisse zur Beurteilung der Realisierbarkeit von noch weiter miniaturisierten Flywheel-Speichern herangezogen werden. Derartige Speicher eignen sich zum Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen des zukünftigen Individualverkehrs.
Dieses Projekt zielt darauf ab, synthetisches und elektrochemisches Fachwissen zu kombinieren, um die Entwicklung neuer kleiner elektroaktiver organischer Moleküle und deren Einarbeitung in Polymere voranzutreiben. Die am häufigsten untersuchten organischen Radikalbatteriesysteme basieren auf TEMPO-haltigen Polymeren. Um jedoch ihre Leistung und insbesondere ihre Energiedichte zu verbessern, sind neuartige kleinere organische redoxaktive Moleküle dringend erforderlich. Hierbei konzentrieren wir uns auf die kleinsten bekannten redoxaktiven organischen Spezies, nämlich Derivate von Cyclopropeniumkationen und Quadratsäureamiden. Sie sollen als Bausteine für eine neue Klasse von redoxaktiven Polymeren dienen, die sich als Materialien zur elektrochemischen Energiespeicherung eignen. Diese redoxaktiven Polymermaterialien in Organischen Radikalbatterien müssen eine Reihe von Kriterien erfüllen: (i) stabile und reversible Redoxzustände, (ii) einfacher synthetischer Zugang, sowie (iii) große positive und/oder negative Redoxpotenziale, um hohe Vollzellenspannungen zu erhalten.
Im Rahmen des Gesamtvorhabens soll in Nachnutzung der Fläche des stillgelegten Fliegerhorsts in Oldenburg ein klimaneutrales Quartier konzipiert und umgesetzt werden, in dem der Energiebedarf zum größten Teil aus lokal erzeugter Energie gedeckt wird. Hierfür wird ein physisches Infrastrukturkonzept umgesetzt, das die Sektoren Strom, Wärme und Elektromobilität mit Hilfe von Energiekopplern miteinander zu einem sektorenübergreifenden Versorgungsnetz integriert. Ergänzend hierzu wird eine digitale Service-Plattform für ein intelligentes Last- und Beschaffungsmanagement auf Quartiersebene erforscht. In einem transdisziplinären Ansatz werden Bürger in die Konzeption von Anreizmodellen für die Bildung lokaler Energiegenossenschaften und der daraus abgeleiteten Geschäftsmodelle für Dienstleister zum Aufbau und Betrieb eines Energetischen Nachbarschaftsquartiers einbezogen. Bei DLR VE wird im Rahmen des Projekts ein Simulationsmodell für die vernetzte Infrastruktur erstellt, das es ermöglicht verschiedene Energieversorgungsszenarien abzubilden. Innerhalb dieses Modells können weitere Komponenten wie zum Beispiel ein elektrochemischer Energiespeicher dem Quartier hinzugefügt und dimensioniert werden. Die Ergebnisse der Simulation fließen in die Planung des Quartiers ein. Eine Nachbildung des Quartiers im Labor ermöglicht es, das Quartier und seine Wechselwirkung mit dem übergeordneten Versorgungsnetz abzubilden. Dazu zählen insbesondere kritische Netzsituationen, die die Versorgungssicherheit im realen Quartier gefährden könnten. Die im Quartier gemessen Daten werden ausführlich analysiert. Aus ihnen werden typische Nutzerprofile für diese Siedlung abgeleitet und Prognosemodelle entwickelt. Aus der Planung für das vorliegende Quartier am Fliegerhorst werden Konzepte entwickelt, die eine Übertragbarkeit auf andere Quartiere ermöglicht. Dies beinhaltet die Zu- und Mitarbeit in Gremien zur Standardisierung.