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.
Projektziel ist der erfolgreiche Aufbau und Testbetrieb eines neuartigen Hybridspeichers, bestehend aus dem Zusammenschluss zwischen Redox-Flow Batterie und kinetischem Schwungradspeicher. Genutzt werden soll der Hybridspeicher um mehrere Systemdienstleistung zu vereinen, wie Z.B. Optimierung der Erdschlusskompensation, Kompensation höherfrequenter Harmonischer als auch die Stabilisierung des Netzes. Der Projektablauf wird dabei in drei grobe Schritte unterteilt: - Erstellung/Aufbau eines theoretischen Verteilnetzes, um die Anforderungen eines Hybridspeichers zu spezifizieren. - Umsetzung in einen Laboraufbau, um Schnittstellen auf den unterschiedlichen Spannungsebenen zu präzisieren und die Ansteuerung zwischen den beiden Modulen (Batterie, Schwungradspeicher) zu programmieren. - Nach erfolgreicher Laborerprobung Umsetzung in einen Feldaufbau mit anschließender Auswertung und Abfahren vordefinierter Lastfälle. Die Enrichment Technology Company - Zweigniederlassung Deutschland (ETC) wird innerhalb des Projektes Know-How und Hardware rund um die Schwungrad-Technologie beisteuern. Das heißt konkret liefert die ETC eine Speicherkomponente des Hybrid-Kompensators. Weiterhin werden die Ansteuerelektronik, die Schnittstellen und die Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Speichermodulen in Absprache mit den Projektpartnern definiert. Begleitet werden der Laboraufbau an der Universität Dortmund und der Aufbau bei den Stadtwerken in Haßfurt mit anschließendem Testbetrieb und Auswertung.