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.
The transition from fossil fuel based transportation to clean electric mobility must be considered one of the crucial steps of decarbonization. In this sense, reducing the import of oil to gain political independence is as important as mitigating global warming due to CO2 emissions according to the international climate goals. Even though the strong projected increase of electric vehicles must be seen as a rather positive development, a number of new related challenges will arise for energy supply companies, grid operators, vehicle and charging station manufacturers and finally the customers.
Especially the continuously rising charge power in combination with an increasing supply by volatile sources result in high loads on the grid which may cause instabilities and - in the worst case - even blackouts.
Still, the development of fast charging station with 100 kW and more is absolutely necessary to combat range anxiety attributed to EVs. Among experts, the lack of charging infrastructure is considered the biggest threat for electric mobility. In order to avoid a costly grid expansion and still provide a comprehensive network of fast charging stations, new innovative solutions need to be found.
Within project FlyGrid a high-performance flywheel energy storage system (FESS) will be integrated in a fully automated fast charging station. Even with only a low voltage distribution grid at hand, high charge power can be reached while at the same time stabilizing the grid. The system is suitable to integrate local renewable sources - for instance PV-modules on a car port - and hence contributes to increase the share of clean energy in the electricity mix. Superior cycle life of the energy storage device, the ability to feed high power back into the grid as well as easy transportability in the form of a mobile 'fast charging box' (for electric construction machinery or similar) are further characteristics of the FlyGrid concept.
FlyGrid is a disruptive technology, which can be developed and manufactured in Austria and plans to reach the following top-level goals with high socio-economic impact:
- Reduction of charging times of EVs and increase of EV market penetration
- Higher customer satisfaction through improved charging network
- Avoidance of a costly electric grid expansion
- Improved integration of volatile renewables sources for EV propulsion
- Improved grid stability and power quality
- Portable fast charging solution for zero emission construction equipment or events
The versatile, interdisciplinary consortium consisting of two research institutions and nine industry partners, the world's first combination of flywheel energy storage, highly innovative, fully automated EV charging (easelink MATRIX CHARGING) and the integration of local renewables (Secar E-Port) all stress the uniqueness of the project.