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.
Aktuell werden Energiespeicherung und Systemdienstleistungen zur Gewährleistung einer sicheren und stabilen Stromversorgung technisch noch in getrennten Elementen/Baugruppen realisiert. Im Rahmen des Verbundprojekts HybKomp wird eine technisch neue Lösung demonstriert, welche die einzelnen Baugruppen in einem System vereint. Ziel ist eine hybride Kompensationsanlage, bestehend aus zwei Speicherelementen - einer Redox-Flow-Batterie und einem Schwungmassenspeicher -, mit einem frei parametrierbaren Stromrichter sowie entsprechenden Mess-, Steuerungs- und Kommunikationseinrichtungen. Der neue Hybridkompensator lässt sich optimal an die benötigte Einspeiseglättung und die erforderlichen Systemdienstleistungen zu geringen Investitionskosten anpassen. In einem ersten Schritt werden die Anforderungen an den Hybridkompensator spezifiziert. Dies geschieht durch Analyse, elektrotechnische Modellierung und Simulation eines Beispiel-Verteilnetzes in den Gebieten der am Projekt beteiligten Netzbetreiber. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird zunächst ein Kleinleistungsaufbau des Hauptumrichters im Laborumfeld realisiert. Der Aufbau dient als Plattform für die Erforschung, Implementierung und Validierung der benötigten Funktionalitäten und Algorithmen. Um die Funktionsfähigkeit im realen Netzbetrieb zu testen und Maßnahmen zu optimieren, wird nach erfolgreicher Laborerprobung der Einzelkomponenten ein Feldaufbau in Haßfurt errichtet. Fraunhofer UMSICHT entwickelt und fertigt im Rahmen des Projektes eine 40 kW Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB). Das Batteriesystem wird in einem 20 Fuß-Container errichtet und wird eine Speicherkapazität von ca. 30 kWh haben. Es kommen großformatige, vollverschweißte und somit dichtungsfreie Batteriestacks zum Einsatz. Um das Batteriesystem in das Gesamtkonzept des Hybridkompensators integrieren zu können, wird eine geeignete Betriebsführung der Batterie erarbeitet und in das Steuerungskonzept überführt.