Das Projekt "Flywheel energy storage for wind power generation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schaltanlagen-Elektronik-Geräte GmbH & Co. KG durchgeführt. General Information: With the ongoing attempt of the European Commission to reduce CO2 emission and protection of the environment, renewable energies will become more and more important. It is not unlikely that renewables will supply 20 - 50 per cent of the global energy demand in the middle of the next century. Integration of such a large amount of renewable energy in the current grid will however cause several problems due to the irregular output. The more remote the point of connection is from the source to the low voltage grid, the greater the disturbance in the network caused by these fluctuations. Modern turbines use the flywheel effect of the rotor to avoid the sudden large step-changes in output to the local network. More efficient use of the generated power can be made if an energy storage device is used. Photovoltaic cells present an even larger problem due to the larger and more frequent fluctuations in output. A recent study showed that increasing the share of photovoltaic energy above 2.2 per cent would present problems to the Dutch grid. Energy storage combined with renewables would increase the 'firmness' of the renewables supply and would decrease the need to connect them to a strong high voltage grid. The energy storage device could act as a power quality improvement device, importing power of whatever quality and exporting power of assured quality into the grid. Electromechanical energy storage in flywheels is a very good option for short term storage of renewable energies such as mentioned above. The benefits of flywheels over batteries are that flywheels are more compact (higher energy storage density) and they can be discharged totally on a regular duty cycle without causing damage to the system or foreshortening of the useful life. Flywheels furthermore require little maintenance offer no environmental emission as compared to batteries. The flywheel systems developed for a similar purpose in previous European projects had a maximum power up to 50 kW. With the increased power of wind turbines and the large fluctuations in photovoltaic energy there will be a strong need for a high power flywheel system. Since up scaling of the smaller systems is not possible because of several technical difficulties, a new system with a high power converter controller with very good power quality has to be designed. The objective of this project is the development of a modular high power flywheel energy storage system (more than fourfold the power and triple the energy content compared to existing flywheels) to control, store and release, the renewable energy supplied to the grid (figure 2). The system will be integrated in the electricity net in cooperation with the Dutch electrical utility (NUON). ... Prime Contractor: KEMA Nederland BV, Inspection Technology; Arnhem; Netherlands.
Das Projekt "Development of full size electric bus with second generation fuel cells stacks" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Neoplan Bus GmbH durchgeführt. General Information/Objectives: Increasing demand for zero emission transport in densely populated areas is usually provided for by electric systems, which are either limited in range (battery) or require heavy infrastructures (trolleys, trams). The objective of the project is the realisation of a pre-commercial fuel cell powered electric bus with high energy efficiency, which will be environmentally compatible (ZEV vehicle), without range limitation and autonomous. Technical Approach A 35-50 kW PEM hydrogen/air fuel cell will be installed in hybrid combination with an energy buffer, allowing energy recovery when slowing or braking. The energy buffer will consist of an advanced Magneto Dynamic Storage (MDS) system and the energy flows between the fuel cell, the MDS and the electric motor will be managed by a special electronic component (Power Sources Integrator) in order to minimise the global energy consumption. The fuel cell and all its ancilliaries will be packaged in a self contained Power Module that will replace the original ICE in the engine bay of a Neoplan N4114 city bus. A significant task will be the industrialisation of the fuel cell technology, in order to make available a really low-cost, fuel cell capable of being mass produced. Expected Achievements and Exploitation The claimed innovative aspects of this project include: Development of the fuel cell technology, intended as a step forward from existing technology (FEVER Project), developing a stack with a unit power in the range of 10-17 kW, and demonstrating possibilities for cost reduction as low as 300 ECU/kW. Re-design of the fuel cell system (power module), i.e. all auxiliary components and subsystems needed for operating the fuel cells, in order to improve efficiency and significantly reduce weight and volume (2 to 3 times from present state). Particular attention will be paid to the air compression system, which is responsible for over 90 per cent of auxiliary energy consumption. Development of a high pressure, low weight storage system for gaseous hydrogen storage. The particular design and materials selection will enable energy densities similar to those of liquid hydrogen to be reached. The results of these activities will be integrated into an advanced traction system based on flywheels as the energy buffer. It is foreseen that the complete propulsion system will not occupy any useful (payload) space on board; therefore the bus can be considered a real prototype rather than an experimental vehicle and will open the way to series production of fuel cell buses. Prime Contractor: Ansaldo Richerche Srl, Divisione Ricerche; Genova; Italy.
Das Projekt "Power converters for flywheel energy storage systems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von P. I. V. Antrieb, Hauptabteilung Konstruktion durchgeführt. General Information/Objectives: This project addresses the requirement for short term energy storage with rapid charge/discharge cycling, typical of operation with renewable energy systems such as wind and wave. Previous work indicates that flywheel kinetic energy storage is a suitable technology for power smoothing in renewable energy systems, as well as in many industrial and transportation applications. The overall objective is to develop power converters and controllers for flywheel energy storage systems, to a level where they could be incorporated in demonstration renewable energy systems. Two drives will be developed; (i) a power electronic drive, by CEGELEC and (ii) a mechanical continuously variable transmission (CVT) drive, by P.I.V.; together with associated sensors; and controllers developed by University of Leicester and RAL. The drives will be integrated into flywheel energy storage systems and application tested at the RAL Wind Test Site. Technical Approach The effort will concentrate on the following main tasks: 1) Definition of the requirements for energy storage systems used for smoothing power fluctuations from renewable energy sources. 2) Development of power converter concepts for use in flywheel energy storage systems. Work on the drives and associated controllers will aim to provide systems with fast, precise torque and frequency control. 3) Prototype units of the two drives will be designed and constructed, and tests will be conducted to identify the key performance parameters. 4) The drives will be integrated with flywheels and electrical machines at the RAL Wind Test Site; (i) the mechanical CVT and controller, with a flywheel and synchronous motor/generator, and (ii) the power electronic drive and controller, with a flywheel and induction motor/generator. 5) The energy storage systems will be tested when operated with a wind turbine in both autonomous and grid connected applications, and the relative benefits of the two drive technologies will be assessed. Expected Achievements and Exploitation The outputs of this project will be: 1) development of requirements specifications for power electronic and mechanical CVT drives, for use in flywheel energy storage systems for short-term wind power smoothing 2) development of sensors, ratio and power control techniques for a state-of-the-art 30 kW mechanical CVT, capable of fast response when operating in torque and speed control modes 3) development of an advanced bi-directional 45 kW power electronic drive and controller, capable of fast active and reactive power control 4) integration of the drives into two pilot energy storage systems 5) assessment of the performance of the two energy storage systems ... Prime Contractor: Council for the Central Laboratory of the Research Councils, Rutherford Appleton Laboratory; Didcot; United Kingdom.
Das Projekt "Bau eines Schwungradsystems zur Energieeinsparung zur Minderung des Energieverbrauchs in S-Bahn-Systemen von bis zu 10 Prozent" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. The use of energy-storage-units for the power supply of regional light-rail systems reduces the total energy consumption and brings several advantages for the operation and the dimensioning of the power supply: optimized energy regeneration of the braking energy of vehicles; Smaller dimensioning of substations with constant peak power in the system; Rescue of trains from tunnels of power failures in the public supply network; Stabilizing of the system voltage on distant feeders. The optimized regeneration of the braking energy can save up to 10 per cent total energy amount of a substation. The energy-storage-unit consists of a carbon-fibre flywheel rotating at more than 10000 rpm. The energy-transport to and from the flywheel is managed by a special synchron motor-generator-unit, which is fed by a special power-converter. The control unit for the power converter is especially developed for this problem. By the use of flywheel energy storage it will be possible to regenerate the braking energy of the vehicles, which cannot be used by conventional measures nowadays. The reduction in energy consumption will be up to 10 per cent of the total energy for the mass transit system. This reduction of energy consumption will directly result in a reduction of the CO2 emission, as less energy has to be produced for the same transportation. This reduction of energy consumption shall be proven by the prototype as well as its long-term reliability and the effectiveness.
Das Projekt "Multi-source Energy Storage System Integrated in Buildings (MESSIB)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. The overall objective of MESSIB is the development, evaluation and demonstration of an affordable multi-source energy storage system (MESS) integrated in building, based on new materials, technologies and control systems, for significant reduction of its energy consumption and active management of the building energy demand. This new concept will reduce and manage smartly the electrical energy required from the grid favouring the wider use of renewable energy sources . It will reduce raw material use for thermal performance and improve the indoor environment, the quality and security of energy supply at building and district level, including Cultural Heritage buildings. Furthermore, a significant reduction of the energy unit cost for end-users will be achieved. MESS is composed by two thermal and two electrical storage systems, integrated with the building installations and a control system to manage the building energy demand. The MESSIB basic principles are: - Rational use of thermal energy for primary energy savings and for increasing the indoor comfort. - Improvement of electrical energy storage in combination with RES to shift the demand with the production and to optimise the use of low cost off peak power from the grid. - Integration of the technologies in the building. Each of the technologies developed in the project will be integrated with conventional installations optimizing their functionality. - An active control system will manage the profile of use of each storage system and their interactions. This will contribute to the intelligent management of building energy demand and to ensure its security, quality and reliability. Prime Contractor: Acciona Infraestructuras S.A.; Alcobendas; Spanien (ES).
Das Projekt "Town buses propelled by a combined diesel-electric power pack using intermediate energy storage accumulator" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Magnet-Motor GmbH, Gesellschaft für Magnetmotorische Technik durchgeführt. Objective: The project intends to demonstrate that the use of combined diesel-electric propulsion systems with intermediate gyro magnetic energy accumulation, is likely to enable town buses to be run with a considerable reduction in energy consumption. It is also intended to demonstrate that this type of propulsion system constitutes an economical alternative to the conventional diesel engine by virtue of its advantages with respect to both utilisation and profitability. Savings of 8 TOE/year/vehicle (40 per cent of the consumption of conventional vehicles) are to be expected. In application, payback time would be 4.6 years. General Information: The power developed by the conventional type diesel-engines which equip town buses exceeds, by a factor 5, the average power needed for the acceleration phases of the operational cycles. Furthermore, conventional drive units do not have a braking energy recovery system. To date, all systems developed for reducing consumption by recuperation of the braking energy (electro-chemical accumulator, flywheel hydraulic accumulator) involve a number of disadvantages such as low efficiency, high accumulator weight, limited operational range and high cost of component parts. The diesel-electric bus fitted with an energy recovery accumulator operates by the reciprocal action of the following elements: - An electric drive motor working as a generator during the braking periods, - a gyro magnetic energy accumulator with an integrated motor-generator unit which converts the electrical power into rotary power, - an electronic control system for current regulation and distribution between the different elements, and - a diesel-electric generator set, power source. The diesel-electric generator set must be able to meet the vehicle's average power needed for study running conditions. The peak power required during acceleration is supplied by the gyro magnetic accumulator which recovers most of the braking energy and redistributes it directly by means of the electronic control system. Profitability calculations should take into account an additional investment of DM 5000 of per mass produced vehicle, which, considering fuel saving of 9,600 Litres/year/vehicle, produces a payback time of 4.6 years.
Das Projekt "Teilvorhaben: ETC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Enrichment Technology Company Ltd. durchgeführt. 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.
Das Projekt "LHYDIA - Leichtbau-Hydraulik im Automobil" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bosch Rexroth Aktiengesellschaft, Engineering Enabling (DC,ENE) durchgeführt. Der Energieverbrauch im Verkehrswesen ließe sich erheblich reduzieren, wenn eine effiziente Möglichkeit zur Energierückgewinnung bestünde, beispielsweise durch Nutzung der Bremsenergie. Der Elektrohybrid wird hierbei häufig als Lösungsalternative genannt. Die mobile Hydraulik ist in diesem Kontext ein bisher wenig beachtetes Feld, insbesondere in der Ausführung eines Hydraulischen Hybrids in Leichtbauweise für PKW und Nutzfahrzeuge. Ziel des Forschungsvorhabens LHYDIA ist es, eine deutliche Verbesserung der Energieeffizienz heute bestehender Hydrauliksysteme durch den Einsatz von Leichtbaukomponenten in Mischbauweise zu ermöglichen. Bosch Rexroth entwickelt bereits für die verschiedenen Antriebskonzepte schwerer Nutzfahrzeuge und mobiler Arbeitsmaschinen parallele und serielle Hybridantriebe. Solche Antriebssysteme basieren auf der Grundidee, die kinetische Energie beim abbremsen einer Bewegung nicht zu vernichten, sondern in hydraulische Energie umzuwandeln und zu speichern. Beim nächsten Bewegungs- bzw. Beschleunigungsvorgang wird die gespeicherte Energie wieder in den Antrieb eingespeist und entlastet so den antreibenden Verbrennungsmotor. Bisher existieren noch keine hydraulischen Komponenten in Leichtbauweise, die den technischen, ökonomischen sowie ökologischen Anforderungen für den Automotive-Sektor genügen. Im Rahmen des Verbundprojekts sollen die drei Hauptelementelemente eines hydraulischen Hybridantriebs in Mischbauweise entwickelt werden. Diese sind im Einzelnen: 1. Hydraulikpumpe/-motor zum Fördern der Hydraulikflüssigkeit - 2. Ventilblock zur Steuerung des Hydrauliksystems - 3. Stickstoff-Druckspeicher zur Energiespeicherung. Für jede dieser Einzelkomponenten werden im Projekt zunächst die Anforderungen erarbeitet und beschrieben sowie das spätere Prüfkonzept für das System des hydraulischen Hybrids festgelegt. Es wird angestrebt, den Prototyp des Hybrids, den so genannten Demonstrator, in einem speziellen Hydraulikprüfstand zu installieren. Im Rahmen umfangreicher Prüfungen soll die Fähigkeit zur Energiespeicherung und -rückgewinnung zum späteren Einsatz in PKW und leichten Nutzfahrzeugen aufgezeigt werden. Konventionelle Hydraulikkomponenten bestehen fast ausschließlich aus Eisenwerkstoffen und Buntmetallen. Im Gegenzug dazu zeichnen sich Leichtbauanwendungen durch den Einsatz von Verbundwerkstoffen, Kunststoffen und Leichtmetallen aus. Die Übertragung von Leichtbaukonzepten in hydraulische Systeme stellt eine enorme Herausforderung dar, weil die Hybridkomponenten sowohl den mechanischen Belastungen bei Systemdrücken von mehreren hundert Bar standhalten als auch teils aggressiven Hydrauliköle dauerhaft widerstehen müssen. Hierzu sind umfangreiche Werkstoffuntersuchungen und Weiterentwicklungen erforderlich, die an den beteiligten Hochschulen und Forschungseinrichtungen angesiedelt sein werden.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Entwicklung und Erprobung des Energiespeichers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gerotor GmbH durchgeführt. Die GeRotor AG ist gemeinsam mit dem Fraunhofer IFF und dem assoziierten Industriepartner Schuler Pressen GmbH am Verbundprojekt HESIS beteiligt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Senkung der Lastspitzen und die Erhöhung der Energieeffizienz elektromechanischer Servopressen durch Integration eines neuen innovativen Hochleistungsenergiespeichers von GeRotor. Das Kernstück ist der GeRotor HPS (High Power Storage). Dieser wird während des Betriebs entsprechend des Arbeitsprozesses hochdynamisch elektrisch ge- und entladen. Durch den Einsatz des GeRotor HPS entstehen für den Anwender ökologische und ökonomische Vorteile. Zum einen sinken das Leistungsniveau seitens des Stromanbieters und die damit verbundenen Kosten, zum anderen erfolgt durch Rekuperation von Bremsenergie eine signifikante Senkung des Stromverbrauchs. Ein modularer Ansatz erlaubt eine flexible Skalierung, wodurch je nach Bedarf die benötigte Kapazität durch den Zusammenschluss von mehreren GeRotor HPS zu einem Multimodul erreicht werden kann. Im Rahmen des Teilprojekts der GeRotor AG wird ein Speichersystem für den Anwendungsfall Servopresse entwickelt, simuliert und basierend auf Prototypen in der Realität erprobt.
Das Projekt "Teilvorhaben: SWW" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SWW Wunsiedel GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist Erforschung und Entwurf eines neuartigen Hybrid-Kompensators, der mehrere Systemdienstleistungen vereint. Dazu zählen Optimierung der Erdschlussstromkompensation unter Berücksichtigung neuer Anforderungen wie die Kompensation höherfrequenter Harmonischer sowie die Stabilisierung des Netzes durch Einspeicherung und Rückspeisung von Energie bei variierender regenerativer Einspeisung. Vorgehen: Durch elektrotechnische Modellierung und Simulation eines Beispiel-Verteilnetzes werden die Anforderungen an den Hybrid-Kompensator spezifiziert. Zunächst wird ein Kleinleistungs-Laboraufbau als Plattform für die Erforschung, Implementierung und Validierung der benötigten Funktionalitäten und Algorithmen realisiert. Zeitgleich wird das Speichersystem aus RedOx-Flow-Batterie und Schwungmassenspeicher hinsichtlich Leistung und Kapazität ausgelegt. Zur Validierung der Funktionsfähigkeit im realen Netzbetrieb wird nach erfolgreicher Laborerprobung ein Feldaufbau errichtet. Der Laboraufbau wird auf Feldniveau skaliert; es werden alle Komponenten zusammengeführt und in das Netz des Verteilnetzbetreibers integriert. Das Monitoring des Feldaufbaus und seines Verhaltens unter realen Bedingungen soll Aufschluss über seine Systemeigenschaften liefern und Optimierungen ermöglichen. SWW will eine Netzanalyse des eigenen Verteilnetzes mit TU Dortmund durchführen und die Ergebnisse dem Konsortium zur Analyse, Bewertung und Erstellung eines Katalogs erforderlicher Maßnahmen zur Verfügung stellen. SWW erwartet auf Grund der von SWH unterschiedlichen Netzsituation eine abweichende Erkenntnislage und vor allem andere Anforderungen an den zu untersuchenden Hybridkompensator. Auch für die zu untersuchenden Zusatzfunktionen wie Erdschlußkompensation, Eigenversorgungsfähigkeit von Windkraftanlagen und der umfassenden Einbeziehung von Speicherheizkapazitäten liegen in SWW andere Voraussetzungen als in Haßfurt vor.