Forschungsprojekte

Der Energieverbrauch von Industrie und Privathaushalten fällt oft nicht zeitlich mit der Energieerzeugung durch Wind, Sonne oder Wasser zusammen. In Ländern mit großen topographischen Höhenunterschieden helfen technisch etablierte Pumpspeicherkraftwerke, einen Teil der Energie nach Bedarf zwischenzuspeichern. Das Projekt ALPHEUS, an dem auch die Technische Universität Braunschweig mit dem Leichtweiß-Institut für Wasserbau - Abteilung Hydromechanik, Küsteningenieurwesen und Seebau und dem Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen (elenia) beteiligt ist, arbeitet nun an Lösungen, damit auch Gebiete im Flachland von dieser eigentlich bekannten Technologie profitieren können.

Derzeitige Stromnetze sind aufgrund des langsamen Netzausbaus noch nicht in der Lage, die Schwankungen erneuerbarer Energiequellen wie der Windenergie abzufangen, ohne auf fossile Kraftwerke mit Ausstoß von klimaschädlichem CO2 zurückzugreifen oder deren Einspeisung immer wieder zeitweise zu drosseln. In Bergregionen wie den deutschen Mittelgebirgen und den Alpen entlasten Pumpspeicherkraftwerke (PSK) die Netze. Dabei wird Wasser bei überschüssiger Stromerzeugung in Speicherbecken auf höhere Topographie gepumpt. Bei steigendem Stromverbrauch fließt das Wasser durch Turbinen wieder zu Tal. Dieses Verfahren ist die derzeit am besten ausgereifte und kostengünstigste Art der Energiespeicherung.

Was aber machen Länder wie die Niederlande und Belgien? Sie verfügen nicht über die für PSK erforderliche natürliche Topografie mit großen Höhenunterschieden in der Landschaft. Das Energie-Backup besteht somit fast ausschließlich aus fossilen Brennstoffen und Wärmekraftwerken. Trotz großer Fortschritte in der Batterieforschung hinsichtlich Effizienz und Anfangskosten gelten Lithiumionenbatterien nicht als wirtschaftliche Speicheralternative. Ihre Lebensdauer steht verglichen mit der für die Herstellung benötigten Energie in einem deutlich schlechteren Verhältnis als bei PSK.

Im Rahmen des Projektes ALPHEUS werden konzeptionelle Entwürfe für neue und nachgerüstete PSK-Becken mit niedriger Förderhöhe entworfen. Eine umfassende Beurteilung der mechanischen, elektrischen und strukturellen Komponenten ermöglicht es, die Kosten dieser Systeme zu bestimmen und die Risiken zu bewerten. Tools zur Informations- und Entscheidungsunterstützung werden entwickelt, um das Wissen in die Gesellschaft zu tragen.

Neben der Entwicklung der passenden Turbinen-Technologie, die sowohl im Pump- als auch im Turbinenbetrieb bei niedrigen Förderhöhen effizient arbeiten kann und der Erkundung des Standortpotentials für neue und nachzurüstende Pumpensysteme und Becken, untersucht das elenia vor allem die Auswirkungen auf die Stabilität des Stromnetzes.

Projektkonzept von 'ALPHEUS'

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom elenia an der TU Braunschweig modellieren hierfür spezielle Umrichtereinheiten zur Einspeisung der erzeugten Leistung in das Verbundnetz. Anschließend messen sie dessen Auswirkungen auf das Netz und evaluieren, inwiefern solche Stromrichter neben der bloßen Einspeisung auf vielfältige Weise zur Stabilisierung des Verbundnetzes beitragen können. Dies ermöglicht eine Bewertung, wie größere Stromnetze auf die dezentrale Energiespeicherung reagieren.

Partner:	Universität Stuttgart, DE
	ADVANCED DESIGN TECHNOLOGY LIMITED, UK
	TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT, NL
	UNIVERSITA DEGLI STUDI DELLA TUSCIA, IT
	UNIVERSITE DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR, FR
	CHALMERS TEKNISKA HOEGSKOLA AB, SE
	NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET NTNU, NO
	UPPSALA UNIVERSITET, SE
	BLUE TURBINES BV, NL
	UNIVERSITEIT GENT, BE
	STICHTING IHE DELFT INSTITUTE FOR WATER EDUCATION, NL
Laufzeit:	01.04.2020 – 31.03.2024
Verantwortliche(r) im elenia:	Mohammed Qudaih
Projektleiter:	Dr. Jeremy Bricker

Das Forschungsprojekt Energy-4-Agri „Gesamtkonzept und Modellierung von Agrarsystemen mit regenerativer Energieversorgung“ beschäftigt sich mit der Untersuchung und Modellierung von Gesamtkonzepten für Agrarsysteme mit regenerativer Energieversorgung zur Dekarbonisierung der Landwirtschaft im Kontext der Energiewende.

Ausgehend von einer detaillierten Analyse des Energiebedarfs in der Feldbewirtschaftung werden die Voraussetzungen für die Elektrifizierung landwirtschaftlicher Produktionssysteme untersucht. Unter Anwendung von Methoden wie Design Thinking und Szenariotechnik sollen mögliche Entwicklungen und denkbare Zukünfte erarbeitet werden. Alternative Struktur- und Technikkonzepte sowie deren Wirkungen werden in einem zusammengeführten Modellierungsansatz berücksichtigt. Die umfangreichen Veränderungen im Energiebereich der Landwirtschaft, hervorgerufen durch die neuen Energieversorgungskonzepte, werden hinsichtlich der technisch-ökonomischen Umsetzbarkeit und insbesondere hinsichtlich der gesellschaftlichen Akzeptanz und ökologischen Auswirkung bewertet. Aus den gewonnenen Zukunftsoptionen werden abschließend Handlungsempfehlungen für den Netzausbau, die Energieversorgung von Landwirtschaftsbetrieben und die Technologieentwicklung im Landwirtschaftssektor abgleitet.

Das elenia beschäftigt sich mit der messtechnischen Erfassung des zeitlichen Leistungs- und Energiebedarfs in der Innen- und Außenwirtschaft der Landwirtschaft, der Potentialanalyse regenerativer Energieerzeugung, -speicherung und -transport in der Landwirtschaft, der Erstellung von energietechnischen Simulationsmodellen sowie der Modellierung und Bewertung verschiedener Energieversorgungsszenarien.

Partner:	Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge (TU Braunschweig)
	Institut für Psychologie (TU Braunschweig)
	Institut für Geoökologie (TU Braunschweig)
	Institut für Designforschung (HBK Braunschweig)
Assoziierte Partner:	Landwirtschaftskammer Niedersachsen
Laufzeit:	01.12.2019 – 30.11.2022
Verantwortliche(r) im elenia:	Felix Klabunde
Projektleiter:	Prof. Frerichs (IMN)

Das Projekt FastChargeLongLife thematisiert die „Modellbasierte Bewertung der Betriebsgrenzen verschiedener Zellsysteme zur Auslegung von adaptiven Schnellladestrategien entlang der gesamten Nutzungsphase“. Zur modellbasierten Bewertung der Schnelladefähigkeit werden im Projekt verschiedene elektro-thermische und physikochemische Simulationsmodelle entwickelt. Diese erlauben die Vorhersage der sicheren Betriebsgrenzen bzw. Prädiktion von sicherheitskritischen internen Alterungseffekten. Ein gekoppelter Modellansatz erlaubt die Bewertung der maximalen Betriebsgrenzen von verschiedenen Zellmaterialsystemen zur Ableitung optimierter Schnellladestrategien. Dabei werden diese entlang der gesamten Nutzungsphase adaptiv angepasst, sodass es zu keinen kritischen Alterungseffekten wie dem Lithium-Plating kommt, welche die Lebensdauer verschlechtern und die Sicherheit beeinträchtigen. Zu periodischen Alterungszuständen werden Batteriezellen geöffnet und hinsichtlich Materialdegradationen untersucht. Die Ergebnisse werden genutzt, um die Modelle zu optimieren und die Methodik der alterungsabhängigen Anpassung zu verifizieren. Der gekoppelte Modellansatz erlaubt dabei eine schnelle Bewertung verschiedener Zellmaterialsysteme hinsichtlich der Schnellladefähigkeit entlang der gesamten Nutzungsdauer. Dadurch können Anforderungsprofile frühzeitig bewertet werden und Innovationszyklen beschleunigt werden. Zudem können die optimierten Schnellladestrategien dazu beitragen die Ladezeit sowie Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern.

Partner:	InES – Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik
	iPAT – Institut für Partikeltechnik
Laufzeit:	01.10.2020 – 30.09.2023
Verantwortliche(r) im elenia:	Oliver Landrath
Projektleiter:	Prof. Kurrat

Das Forschungsprojekt flexess beschäftigt sich mit der Untersuchung des netz- und marktdienlichen Einsatzes zukünftiger Flexibilitätspotentiale. Unter der Koordination der TU Braunschweig sollen dabei in Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern neue Strategien und Lösungen zur Ausschöpfung der Flexibilitätspotentiale in den vier Sektoren Haushalte, Gewerbe, Industrien und Elektromobilität im Rahmen einer Strom-, Wärme- und Mobilitätswende entwickelt werden. Die Flexibilitätspotentiale der einzelnen Fallstudien werden hierfür detailliert modelliert und über eine Co-Simulation gekoppelt, um unter anderem Wechselwirkungen zwischen Flexibilitäten identifizieren sowie Geschäftsmodelle und Produkt-Service-Systemen für die Flexibilitätsverwertung entwickeln zu können. Durch die Betrachtung der verschiedenen repräsentativen Fallstudien wird in flexess im Gegensatz zu vielen bisherigen Projekten auf dem Themengebiet der Energieflexibilisierung das Gesamtsystem aus einem übergeordneten Blickwinkel betrachtet und hierdurch Energiesektoren übergreifende Symbiosen berücksichtigt.

Zur Erprobung der Flexibilitätsstrategien ist eine Demonstration in den Laboren der Hochschulinstitute sowie Feldtests bei Praxispartnern geplant. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen können genutzt werden, um notwendige regulatorische Rahmenbedingungen abzuleiten und innovative Geschäftsmodelle für Anbieter zu entwickeln, um zukünftig mehr Flexibilität für das Stromnetz zu ermöglichen.

Mehr Informationen finden Sie hier hier.

Partner:	Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (TU Braunschweig)
	SMA Solar Technology AG
	Carano Software Solution GmbH
	TLK-Thermo GmbH
	REWE Markt GmbH Zweigniederlassung Nord
	Berliner Verkehrsbetriebe (BVG)
	BS|ENERGY, Braunschweig Versorgungs-AG & Co.KG
Assoziierte Partner:	Braunschweiger Netz GmbH
	TransnetBW GmbH
	GEWI AG
Verantwortliche(r) im elenia:	Christian Reinhold
	Mattias Hadlak
	Jonathan Ries
Projektleiter:	Prof. Engel

Ziel des Forschungsvorhabens zur Ermittlung von Prozess-Qualitäts-Beziehungen für die Zellformierung und des End-of-Line Tests zur funktionsintegrierten Gesamtprozessoptimierung (FormEL) ist die Optimierung und Zusammenführung der finalen Produktionsschritte von Lithium-Ionen-Batteriezellen. Herkömmliche Formierungen und End-of-Line-Tests (EOL-Tests) dauern mehrere Stunden bis zu mehrere Tage. In FormEL werden state-of-the-art Prozeduren der Formierung und des EOL-Tests hinsichtlich Zeit, Kosten und Qualität verbessert. Durch das Projekt sollen die Wechselwirkungen zwischen der Formierprozedur und dem End-of-Line Test in Bezug zur resultierenden und diagnostizierten Zellqualität ermittelt werden. Diese Prozess-Qualitäts-Beziehungen werden zur Entwicklung detaillierter Modelle und Optimierung der beiden Prozessschritte, mit dem Ziel einer funktionsintegrierten Zusammenführung, genutzt. Die experimentellen Tests und detaillierten Simulationsmodelle ermöglichen systematische Untersuchungen und Sensitivitätsanalysen zur Identifikation der entscheidenden Prozessparameter während der Formierung und des EOL-Tests. Anschließend können diese gezielt optimiert und hinsichtlich einer Funktionsintegration ausgelegt werden. Durch die optimierte Formierung inklusive EOL-Test kann die Zellqualität gesteigert und sowohl die Prozesszeit als auch –kosten verringert werden. Das MEET und elenia sind für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien mit unterschiedlichen Formaten zuständig. Die Zellen werden vom elenia und PEM experimentell hinsichtlich einer optimierten Formierung und Funktionsintegration untersucht. Die experimentelle Optimierung des EOL-Tests wird durch das EES und MEET durchgeführt. Die Optimierungen und Funktionsintegration der Einzelprozesse werden dabei durch detaillierte Modelle und Simulationen vom InES (Formierung) und EES (EOL-Test) unterstützt. Durch diese Vorgehensweise werden die Prozess-Qualitäts-Beziehungen sowohl experimentell als auch modellgestützt ermittelt und analysiert. Das PEM entwickelt einen Warenträger, der die Anforderungen aller Projektpartner für die funktionsintegrierte Formierung inkl. EOL-Test berücksichtigt und an dem die Validierung durchgeführt wird.

Mehr Informationen

Partner:	Uni Bayreuth - Methoden des Batteriemanagements (MBM)
	WWU Münster - MEET Batterieforschungszentrum (MEET)
	RWTH Aachen - Production Engineering of E-Mobility Components (PEM)
	TU München - Lehrstuhl für Elektrische Energiespeicher (EES)
Verantwortlicher im elenia:	Robin Drees
Projektleiter:	Prof. Kurrat

Bei dem Projekt Graduiertenkolleg CircularLIB handelt es sich um ein standortübergreifendes interdisziplinäres Graduiertenprogramm auf der Schnittstelle zwischen Natur-, Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften zur Etablierung einer wirtschaftlich effizienten und ökologisch nachhaltigen Kreislaufwirtschaft.

Neben nachhaltiger Systemgestaltung (Lifecycle-Betrachtungen, ökonomischer/ökologischer Bewertung und Aufbau eines datengetriebenen Ansatzes) werden in den Forschungsthemen zur gesamtheitlichen und abgestimmten Abbildung der Batteriematerial-Kreislaufführung systematisch erforscht. An den Schnittstellen greifen Prozess- und/oder Zwischenprodukte ineinander.

Das Projekt gliedert sich in die vier Forschungsfelder nachhaltige Systemgestaltung, Material-/Zellalterung, Recyclingprozesse und Materialrückgewinnung (Hydrometallurgie, Resynthese/Rekonditionerung von Aktivmaterial). Zusätzlich zur interdisziplinären Forschung in einem Schlüsseltechnologiebereich bietet das Graduiertenkolleg fachliche und überfachliche Förderung im Rahmen eines Qualifizierungsprogrammes. So werden die Promovierenden auf Aufgaben in Industrie und Forschungseinrichtungen vorbereitet und der Batteriecluster der Region Braunschweig nachhaltig gestärkt.

Zielsetzung Projekt 2-2 am elenia: Zustandsermittlung und Charakterisierung der Zellperformance von verunreinigten und gealterten Batterien

1. Beurteilung der Formierung und Alterung von Batteriezellen mit verunreinigten bzw. recycelten Materialien
2. Etablierung von Charakterisierungsmethoden für Batteriezellen nach der Herstellung und während der Alterung
3. Kalendarische und zyklische Alterungsstudien
4. Untersuchung des endgültigen End of Life von Batteriezellen für entsprechende Recyclingwege

Partner:	Ifs - Institut für Füge- und Schweißtechnik (TU BS)
	ITC - Institut für Technische Chemie (TU BS)
	IWF - Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (TU BS)
	iPAT - Institut für Partikeltechnik (TU BS)
	ICTV - Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik (TU BS)
	InES - Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (TUBS)
	IÖNC - Institut für Ökologische und Nachhaltige Chemie (TU BS)
	KI - Institut für Konstruktionstechnik (TU BS)
	AIP - Institut für Automobilwirtschaft und Industrielle Produktion (TU BS)
	IAP - Institut für angewandte Physik (TU BS)
	IFAD - Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (TU Clausthal)
	IOC- Institut für Organische Chemie (TU Clausthal)
	ICVT- Institut für Chemische und Elektrochemische Verfahrenstechnik (TU Clausthal)
	ISSE - Institut für Software and Systems Engineering (TU Clausthal)
	FKP - Institut für Festkörperphysik (Leibnitz University Hannover)
	Fraunhofer IST
Laufzeit:	01.03.2021 – 28.02.2025
Verantwortliche(r) im elenia:	Anna Rollin
Projektleiter:	Prof. Dr.-Ing. Michael Kurrat

Gefördert durch die SPRUNG der Volkswagen Stiftung.

Die größte Herausforderung der Energiewende bleibt der Transport und die Speicherung erneuerbarer Energien so-wie deren Nutzung in den Sektoren Wärme und Mobilität. Ein Lösungsweg zeichnet sich in Verbindung mit der Wasserstofftechnologie ab. Überschüssige regenerative Erträge können durch Power to Gas in Wasserstoff (H2) umgewandelt und damit speicherfähig gemacht werden. Durch den Einsatz von Brennstoffzellen wird Energie wieder bereitgestellt.

Das Verbundvorhaben H2-Terminal unter Leitung des Steinbeis-Innovationszentrums energieplus hat das Ziel ein Wasserstoff-Kompetenzzentrum am Campus der TU Braunschweig aufzubauen. Hierbei soll eine ganzheitliche Modellierung, Simulation und Testung von Technologien im Reallabor entlang der Wasserstoff-Wandlungskette ermöglicht werden. Dadurch ist eine anwendungsnahe Grundlagenforschung in dem neu geschaffenen Zentrum bzw. Forschungslabor möglich. Das Gesamtvorhaben untergliedert sich hierbei in zwei Teilvorhaben:

	I.	Planung, Aufbau und Monitoring des Wasserstoff-Kompetenzzentrums
	II.	Wissenschaftliche Begleitung des Aufbaus des Wasserstoff-Kompetenzzentrums

Das elenia koordiniert im Rahmen des H2-Terminal das Teilvorhaben II der wissenschaftlichen Begleitung des Aufbaus des Wasserstoff-Kompetenzzentrums durch die sieben Universitätsinstitute und den Geschäftsbereich 3 der TU Braunschweig. Im Weiteren ist das elenia für den Arbeitsbereich der Netz- und Systemintegration des Wasserstoff-Kompetenzzentrums verantwortlich. Untersuchungsschwerpunkt ist dabei der im Wasserstoff-Kompetenzzentrum zu installierende Batteriespeicher und die Ausgestaltung möglicher Betriebsweisen mit dem primären Ziel der Gewährleistung einer stetigen Produktion von grünem Wasserstoff.

Partner:	Steinbeis Innovationszentrum energieplus
	Institut für Städtebau und Entwurfsmethodik
	Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
	Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik
	Institut für Verbrennungskraftmaschinen
	Institut für Technische Chemie
	Institut für Bauklimatik und Energie der Architektur
	Geschäftsbereich 3 der TU Braunschweig
Laufzeit Teilvorhaben I:	01.11.2020 bis 30.04.2025
Laufzeit Teilvorhaben II:	01.06.2021 bis 30.05.2025
Verantwortlich im elenia:	Henrik Wagner
Projektleiter:	Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch
	(Steinbeis Innovationszentrum energieplus)

Das Projekt „HVBatCycle“ hat das übergeordnete Ziel, innovative, nachhaltige und energie-effiziente Prozesse entlang der Wertschöpfungskette von Hochvoltbatterien aus Elektrofahrzeugen zu entwickeln, um in naher Zukunft die geschlossene Kreislaufführung von Batteriematerialien zu ermöglichen. Insbesondere werden die Prozesse zur sortenreinen Demontage, zum ökologisch effizienten Recycling von Altbatterien und zur Herstellung neuer Batteriematerialien aus den zurückgewonnenen Sekundärrohstoffen entwickelt. Darüber hinaus wird im Rahmen des Projekts ihre Skalierbarkeit und wirtschaftliche Tragfähigkeit nachgewiesen. Durch ein interdisziplinär aufgestelltes und hochqualifiziertes Konsortium sollen Prozesse einer verketteten End-to-End Wertschöpfungskette entwickelt und aus dem Labor in eine prototypische Umsetzung geführt werden. Ergänzend wird geprüft, ob die hergestellten Sekundärmaterialien auch für einen erneuten Einsatz in der Batteriezelle geeignet sind. Zudem werden über eine Batterieanalyse eingehenden Batterien hinsichtlich einer möglichen Weiternutzung im 2nd Life vorsortiert. Das elenia arbeitet an einer detaillierte Bestimmung von Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen zwischen dem Einfluss von Sekundärmaterialien auf die elektrochemische Zellperformance. Hierzu werden spezielle kleinformatige Testzellen als auch großformatige Pouchzellen mit gezielt verunreinigten Materialien sowie Sekundärmaterialien elektrochemisch charakterisiert und bewertet. Auf Basis der Ergebnisse soll ein Diagnose-Tool entwickelt werden, um die Zellperformance aus Sekundärmaterialien bewerten zu können.

Partner:	IWF - Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (TU BS)
	iPAT - Institut für Partikeltechnik (TU BS)
	ICTV - Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik (TU BS)
	InES - Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (TUBS)
PowerCo	Taniobis GmbH
	J. Schmalz GmbH
	IME - Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling (RWTH Aachen)
	Viscom AG
	Fraunhofer IST
Assoziierte Partner:	Open Hybrid LabFactory e.V. (OHLF)
	Advanced Measurement Technology, Inc.
	Otto Junker GmbH
Laufzeit:	01.01.2022 – 31.12.2024
Verantwortliche(r) im elenia:	N.N.
Projektleiter:	Prof. Dr.-Ing. Michael Kurrat

Ziel des Vorhabens IKTfree ist es, den Verteilungsnetzbetrieb in einem zukünftig zunehmend vernetzten Energiesystem robust gegen Störung oder Ausfall der IKT-Infrastruktur zu gestalten. Die Vermeidung von Netzausfällen durch einen Notlaufbetrieb von Anlagen mit unterbrochener bzw. gestörter Kommunikationsanbindung ist dabei ein wesentlicher Punkt. Auch ein mindestens nicht kontraproduktives Anlagenverhalten im Fall eines Netzwiederaufbaus soll berücksichtigt werden. Vor diesem Hintergrund sollen bestehende Betriebsmittel im Verteilungsnetz, die über eine IKT-Anbindung verfügen und Einfluss auf den Verteilungsnetzbetrieb nehmen, analysiert werden. Darauf aufbauend werden Anwendungsfälle identifiziert und Risikoanalysen durchgeführt, um gezielt kritische Pfade innerhalb eines Smart Grids zu eruieren. Daraus werden Maßnahmen zur Fehlereingrenzung auf Anlagenebene und im Verbund abgeleitet. Neben simulativer Validierung ausgewählter Maßnahmen und deren stabilisierender Auswirkungen auf den Verteilungsnetzbetrieb sowie Dienstleistungen für übergeordnete Netzebenen werden auch hardwaretechnische Laborversuche durchgeführt. Hier werden sowohl Einzelkomponenten als auch Anlagenverbünde berücksichtigt. Ein intensiver Erkenntnisaustausch zwischen theoretischen Vorüberlegungen, Simulationen und Laboruntersuchungen soll durch regelmäßige Feedbackschleifen und Workshops eine hohe Ergebnisqualität sicherstellen. Auf dieser Grundlage sollen Handlungsempfehlungen für Politik, Industrie und Netzbetreiber erarbeitet werden, damit Sicherheitsanforderungen und die Festlegung definierter Betriebszustände aus Sicht der Netzbetriebssicherheit in Regularien, Normen und Anlagenbetriebsführung einfließen können.

Partner:	Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Vernetzte Energiesysteme e. V.
Verantwortliche(r) im elenia:	Edwin Rebak
Projektleiter:	Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel

Die sich während der Formierung bildenden Grenzschichten (SEI und CEI) sind maßgeblich für die Performanz, Sicherheit und Langlebigkeit einer Batterie entscheidend. Die Formierung ist allerdings ein enorm zeit-, energie- und daraus folgend kostenintensiver Produktionsschritt in Forschung als auch Industrie. Da die Formierung an Zellchemie und individuelle Zellparameter gebunden ist, ist auch eine individuelle Optimierung der Formierung nötig. Diese individuelle Optimierung kann mittels einer KI realisiert werden. Diese intelligente beschleunigte Formierung kann die Anlaufzeit reduzieren, den Ausschuss an Zellen verringern, kürzere Belegzeiten zur Folge haben und insgesamt zu einer höheren Energieeffizienz, auch beim Endverbraucher, führen.

Mehr Informationen finden Sie hier.

Partner:	Helmholtz-Institut Ulm - Elektrochemische Energiespeicherung (HIU)
	RWTH Aachen - Production Engineering of E-Mobility Components (PEM)
	Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) - Produktionsforschung (ECP)
Verantwortliche(r) im elenia:	Torben Jennert
Projektleiter:	Prof. Dr.-Ing. Michael Kurrat

Das Forschungsprojekt KEMAL „Kundenorientiertes Energiemanagement mit autonomer Lastregelung“ befasst sich mit der Weiterentwicklung und Erprobung existierender Standards rund um das Smart Meter Gateway (SMGW) und das intelligente Messsystem als Ganzes. Der Fokus liegt dabei auf Funktionalitäten, die ein innovatives Energiemanagement im Haushalt des Kunden ermöglichen. Hierbei können zukünftig Möglichkeiten zur Priorisierung einzelner Verbrauchseinrichtungen, sowie ereignisvariable Tarife im SMGW ein wichtiges Instrument zur gleichzeitigen Berücksichtigung netz- und marktdienlicher Interessen als auch der des Kunden bereitstellen.

Das elenia beschäftigt sich innerhalb dieses Verbundvorhabens mit der Entwicklung eines Home Energy Management System (HEMS), welches die normgerechte Anbindung vollflexibler Prosumer an das intelligente Messsystem gewährleistet. Das entwickelte System wird anschließend im Labor und unter Realbedingungen erprobt. Die Verwendung der vom Projektpartner EMH metering weiterentwickelten SMGW, sowie die Erprobung eines von der Hochschule Biberach konzipierten Mehrwehrproduktes zum priorisierten Laden von Elektrofahrzeugen sichert einen hohen Innovationsgrad.

Partner:	EMH metering GmbH & Co. KG
	Hochschule Biberach
Verantwortliche(r) im elenia:	Eike Niehs
	Julien Essers
Projektleiter:	Dr. Rainer Frank (EMH)

Das Forschungsprojekt LISA4CL (Laden – induktiv, schnell, autonom für City Logistik) beschäftigt sich mit den Entwicklungen eines induktiven Ladesystems mit Ladeleistungen von mindestens 22 kW. Die Realisierung dieses Systems erfolgt in Anlehnung an bestehende Normen für das induktive Laden mit niedrigeren Leistungen. Dadurch soll diese Ladeinfrastuktur abwärtskompatibel sein.

Das zweite Kernthema dieses Projektes ist die Netz- und Systemintegration dieser Ladeinfrastruktur. Ohne eine aktive Steuerung und/oder Regelung der Ladeinfrastruktur kann ein sicherer Netzbetrieb nicht mehr 100 prozentig gewährleistet werden. Dafür werden entsprechende Ansätze entwickelt und in Simulationen sowie im Labor getestet.

Die Erprobung des induktiven Ladesystems sowie der Ansätze zur Netz- und Systemintegration erfolgen im Rahmen eines Feldtestes beim City Logistik Unternehmen Fairsenden in Berlin.

Mehr Informationen finden Sie hier hier.

Partner:	Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen – IMAB (TU Braunschweig)
	INTIS – Integrated Infrastructure Solutions GmbH
Assoziierte Partner	eMO Berliner Agentur für Elektromobilität
	Fairsenden GmbH
	Volkswagen Nutzfahrzeuge
Verantwortliche(r) im elenia:	Gian-Luca Di Modica
	Lukas Ebbert
Projektleiter:	Prof. Engel

Projektbegleitung durch Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie:

Das Forschungsprojekt MELANI „Mehrfach genutzte Energiespeicher im Mehrfamilienhaus nachhaltig integrieren“ verfolgt das Ziel, den Geschosswohnungsbau für die Speichernutzung in Kombination mit der Nutzung regenerativer Energien sowie neuen Verbrauchern aus dem Wärme- und Mobilitätssektor zu erschließen. Die Haushalte eines Mehrfamilienhauses teilen sich dabei die Erzeugungsanlage und den Speicher. Zur eichrechtskonformen Messung sowie rechtssicheren Abrechnung ist die Entwicklung von Hard- und Software notwendig, da die unterschiedlichen Energiebezüge aus Speicher, EE-Anlage und Netz erfasst werden müssen. Die Softwarelösung soll darüber hinaus eine Portalanbindung bieten, über die Wohnungsnutzer ihre Anteile an Erzeugungsanlage und Speicher selbst bewirtschaften können. Dadurch sollen insbesondere Mieter aber auch Wohnungseigentümer der Zugang zu nachhaltiger, lokal erzeugter Energie ermöglicht werden. Darüber hinaus können Ausgleichseffekte netzentlastend wirken.

Das elenia ist im Vorhaben zuständig für die Entwicklung und Erprobung eines innovativen Speichernutzungskonzepts mittels Umsetzung neuartiger Betriebs- und Optimierungsstrategien für Gebäudeenergiemanagementsysteme in Mehrfamilienhäusern. Die Arbeit umfasst neben Simulationsstudien einen Demonstratoraufbau in den Laboren des elenia. Im Zentrum steht die Entwicklung einer zentralen Daten- und Steuerungsplattform, über die auch die Nutzerschnittstelle realisiert wird. Des Weiteren sollen die entwickelten Lösungen in einem Feldtest untersucht werden, um die Vorteile von MELANI nachweisen zu können.

Partner:	Naturstrom AG
	Physikalisch-Technische Bundesanstalt
	SMA Solar Technology AG
Assoziierte Partner:	DZG Deutsche Zählergesellschaft Oranienburg mbH
	IVU Softwareentwicklung GmbH
	GdW Bundesverband deutscher Wohnungs- und Immobilienunternehmen e.V.
	VDIV Verband der Immobilienverwalter Deutschland e.V.
	Gewobag Wohnungsbau-Aktiengesellschaft
Verantwortliche im elenia:	Frank Soyck
	Marcel Lüdecke
	Michel Meinert
Projektkoordinator:	Hauke Witte (NATAG)
Gefördert durch:	Bundesministerium für Wirtschaft und Energie FKZ: 03EI3012B

Die neuen Anforderungen (höhere Spannungsebenen, Schalthäufigkeit) erfordern eine Weiterentwicklung der Vakuumschaltertechnologie. Dazu sind durch Simulationen und Experimente neue Erkenntnisse zu generieren, um die Ausbreitung der Metalldampfplasmen und die Bewegung der Brennflecke besser zu verstehen. Im Vordergrund steht die Erfassung der Stromverteilungen im Kontaktspalt. Zusammen mit der Lichtbogenspannung und den Fallgebieten können aus den Stromverteilungen die Stromdichten und die Plasmaleitfähigkeiten ermittelt werden. Diese geben zusammen mit der Strahlung und ihrer spektralen Verteilung Informationen über die Temperatur und den Druck sowohl in der Plasmasäule als auch in den Brennflecken. Damit kann das Wissen über das Verhalten von Metalldampf-Plasmen weiterentwickelt und vervollständigt werden.

Das Hauptziel ist, die Stromverteilung im Kontaktspalt als auch die Stromdichte-Verteilungen in der Plasmasäule aus den magnetischen Flussdichte-Profilen und den optischen Strahlungsintensitäts-Profilen zu ermitteln. Das bedeutet die Kopplung und Weiterentwicklung von magnetischer und optischer Messmethode. Die gleichzeitige Messung von Magnetfeld und optischer Strahlung ermöglicht somit die Klärung der Frage, wo genau der Strom fließt, im Kern oder auf der Hülle der Plasmasäule. Aus den Strahlungsmessungen sind Aussagen über Ladungsträgerdichten und Elektronenbeweglichkeiten in der äußeren Hülle möglich, da sich die Strahlung innerhalb der Plasmasäule diffus wie in einem Nebel ausbreitet. Dazu sind die Erstellung eines gemeinsamen Versuchsaufbaus, die jeweilige Weiterentwicklung der Messmethoden und die Anpassung der Auswertemethoden erforderlich, um die Kombination beider Methoden zu ermöglichen.

Partner:	Fachgebiet Hochspannungstechnik der TU Darmstadt (HST)
Verantwortliche(r) im elenia:	Benjamin Weber
Projektleiter:	Prof. Kurrat

Im Projekt Netflexum werden neue Möglichkeiten zur Erbringung von Netzdienstleistungen, insbesondere die Momentanreserve-Bereitstellung durch neuartige netzdienliche Prosumersysteme erforscht. Hierfür werden die Use-Cases aus Netz- und Anwendersicht ermittelt und die Anforderung an Prosumersysteme, bestehend aus Photovoltaik, 2nd-Life-Speicher und Elektrofahrzeug abgeleitet. Weiter werden im Projekt neuartige Betriebsanwendungen einzelner leistungselektronischer Schaltungen im Hinblick auf ihre Zuverlässigkeit und Lebensdauer für neue Topologien erprobt. Bei der Leistungselektronik stehen isolierende, nicht galvanisch trennende Systeme im Vordergrund. Im Fall des Momentanreserve-Abrufs muss die Leistungselektronik kurzzeitig überlastet werden können. Für die eingesetzten Leistungshalbleiter muss daher nachgewiesen werden, dass kurzzeitige Leistungsspitzen die Lebensdauer nicht negativ beeinflussen. Für die bereits gealterten 2nd-Life-Fahrzeugbatterien stellen diese Leistungssspitzen ebenfalls eine potentielle Belastung dar. Hierfür soll eine Restlebensdauerbetrachtung für Batterien erfolgen, ein DC-Schutzkonzept entwickelt und dieses in einem DC-Demonstrationsnetz bei direkter und indirekter Anbindung des Batteriesystems getestet werden. Nur durch die Betrachtung des Gesamtsystems ist eine wirtschaftliche Optimierung ohne Zuverlässigkeits- und Sicherheitsverluste möglich.

Partner:	SMA Solar Technology AG
	Temes Engineering GmbH
	Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Assoziierte Partner:	Volkswagen AG
	Braunschweiger Netz GmbH
Verantwortlich im elenia:	Lukas Ebbert
	Patrick Vieth
Projektleiterin:	Prof. Dr.-Ing. Regine Mallwitz (IMAB)

Zur Stromerzeugung werden heute zunehmend Erzeugungsanlagen eingesetzt, welche überwiegend mit Stromrichtern an das Netz gekoppelt sind. Aus Gründen der Systemsicherheit müssen derzeit allerdings weiterhin konventionelle Kraftwerke am Netz bleiben, da diese die Systemdienstleistungen zur Gewährleistung der Systemstabilität heutzutage fast ausschließlich übernehmen. Zukünftig müssen auch Stromrichter diese Aufgaben leisten. In dem Forschungsprojekt „Netzregelung2.0“ wird das Ziel verfolgt, die Netzstabilität unter Annahme sehr großer Anteile stromrichterbasierter Stromerzeugungseinheiten und Speicher nachzuweisen und eine konkrete Umsetzung im deutschen Verbundnetz vorzubereiten. Hierbei werden erneuerbare Energieanlagen mit spannungseinprägenden, netzbildenden Stromrichtern von stromgeregelten Anlagen unterschieden. Nach ersten Simulationsergebnissen scheinen diese die Systemsicherheit auch im Kurzzeitbereich sicherstellen zu können („instantane“ Bereitstellung von Momentanreserve) – stabile Regelungsverfahren vorausgesetzt. Die notwendige Verteilung dieser „neuen“ Erzeugungseinheiten auf die einzelnen Spannungsebenen, die genaue regelungstechnische Implementierung in Simulation und Prüfstandversuch, die Risikobetrachtung, die Aufwands-Nutzen-Analyse und zuletzt die richtige Einführungsstrategie sollen im Projekt „Netzregelung 2.0“ erforscht werden.

Partner:	Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
	Das Fraunhofer - Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE
	Universität Kassel
	TenneT TSO GmbH
	SMA Solar Technology AG
Assoziierte Partner:	Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN) VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V.
	Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
	Amprion GmbH
	50Hertz Transmission GmbH
	TransnetBW GmbH
	EWE Netz GmbH
	innogy SE
	Mitteldeutsche Netzgesellschaft Strom mbH
	ABB AG
	Siemens AG
	European Distributed Energy Resources Laboratories (DERlab) e. V.
Verantwortliche(r) im elenia:	Florian Rauscher
	Björn Oliver Winter
Projektleiter:	Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Das Fraunhofer - Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE

NEWBIE adressiert die 3 übergeordneten Ziele (1), Reduktion der Ladezeit (2) Material- und Kosteneinsparungen im Batteriedesign und (3) Energie- und Kosteneinsparungen in der Produktion. Alle Ziele führen zu einer Reduktion der CO2-Emissionen im Batterielebenszyklus und wirken sich somit positiv auf die Nachhaltigkeit von Batteriezellen aus.

Die Schnellladung von Batteriezellen, sowohl im Herstellungsprozess als auch im Betrieb, stellt eine Schlüsselfunktion in der Elektromobilität dar und wirkt sich auf alle drei Projektziele wesentlich aus. Das übergeordnete Ziel ist daher die spezifische Schnellladefähigkeit der Zellmaterialsysteme zu ermitteln, um maximale Betriebsgrenzen festzulegen. Damit gelingt es die Ladezeit deutlich zu reduzieren ohne Einbußen in der Lebensdauer zu haben.

Ein übergeordnetes Ziel ist die CO2-Emissionsreduktion und Prozesskostensenkung durch die Entwicklung innovativer und skalierfähiger Herstellungsmethoden von Elektroden. Unter der Verwendung erhöhter Feststoffanteile bei der Suspensionsherstellung wird der Lösungsmittelanteil und somit auch die Trocknungsenergie deutlich reduziert. Zugleich führt das auf dem Zweiwellenextruder basierende kontinuierliche Mischsystem zu einer Einsparung von 60% der prozessspezifischen Mischenergie und einer signifikanten Durchsatzerhöhung pro Maschineneinheit im Vergleich zum Chargenmischen (Stand der Technik). Weiter kann durch den hohen Feststoffanteil (hochviskose Pasten) kann eine weitere Durchsatzerhöhung durch die Maximierung des anlagenspezifischen Durchsatzes Mischen/Beschichten ermöglicht werden.

Die in den Produktionsprozessen eingesetzte Prozessatmosphäre hat einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität der Zwischen- und Endprodukte, da zahlreiche Materialien chemische Reaktionen mit den Elementen der Atmosphäre (insbesondere Wasser) eingehen, deren Reaktionsprodukte zu einer signifikant reduzierten elektrochemischen Leistungsfähigkeit führen. Die aus diesem Grund eingesetzte Konditionierung der Prozessatmosphäre, wie z. B. Trockenraum oder Inertgas sowie Reinraumumgebungen, ist sowohl energie- als auch kostenintensiv, weshalb im Rahmen des Teilvorhabens eine den entwickelten Materialien und Prozessen gerechte und gleichzeitig energieeffiziente Konditionierung der Prozessatmosphäre ermittelt wird.

Partner:	Mercedes-Benz AG
	MAHLE International GmbH
	TRUMPF GmbH & Co. KG
	TU Braunschweig, iPat Institut für Partikeltechnik
	TU Braunschweig, IFS Institut für Füge- und Schweißtechnik
	TU Braunschweig, IWF Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
Laufzeit:	01.06.2021 – 30.06.2024
Verantwortliche(r) im elenia:	N.N.
Projektleiter:	Dr. Ümit Tastan, Mercedes Benz AG

Forschungsprojekt zu Metall-Polymer-Stromkollektoren zur Steigerung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien

Das Ziel von PolySafe besteht, die spezifische Energie und Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien durch den Einsatz neuartiger Stromkollektoren zu steigern. Im Fokus der Untersuchungen stehen Metall-Polymer-Komposit-Stromkollektoren, die das thermische Durchgehen von Batteriezellen erschweren und die Brandgefahr damit gleichzeitig verringern.

Die Kombination von Metallschicht und Polymersubstrat erlaubt sowohl Gewichts-/Dickenvorteile als auch den sparsamen Einsatz von Materialressourcen. Zusätzlich kann der Metall-Polymer- Komposit-Stromkollektor eine intrinsische Sicherheitsfunktion ermöglichen, indem das Polymer bei einem internen Kurzschluss erweicht bzw. schmilzt, dadurch der elektronische Leitpfad zerstört wird, was letztendlich das Ereignis lokal begrenzt und das thermische Durchgehen der gesamten Zelle verhindert.

Die Machbarkeit der Herstellung der Metall-Polymer-Stromkollektoren wurde bereits gemeinsam von der VON ARDENNE GmbH und dem Fraunhofer FEP im Rahmen des sächsischen Forschungsvorhabens PolyCollect demonstriert. Denn durch das Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung konnten bis zu 1 Mikrometer dicke Aluminiumschichten auf Polymersubstraten mit Dicken bis 8 Mikrometer erzeugt werden. Die anwendungsnahe Evaluation dieser Technologie geschieht nun im Rahmen von PolySafe. Ziel dieses Forschungsprojektes ist, eine an die neuartigen Metall-Polymer-Stromkollektoren angepasste Prozesskette zur Herstellung von Batteriezellen in verschiedenen Formaten (Rundzelle, Pouchzelle) zu qualifizieren und den Sicherheitsvorteil in unterschiedlichen Zelldesigns anwendungsnah zu untersuchen.

Neben der Integration der hergestellten Metall-Polymer-Stromkollektoren in Batteriezellen passen die Projektpartner Aluminium- bzw. Kupfer-Polymer-Stromkollektoren dediziert an die Anforderungen des jeweiligen Zelldesigns an. Eine Herausforderung besteht darin, die Polymersubstrate und den Beschichtungsprozess so auszulegen, dass eine zu aktuellen Metallfolien vergleichbare Dicke sowie eine optimale elektrische Leitfähigkeit der Metallschicht gewährleistet ist. Desweiteren sollen die Produktionskosten der Stromkollektoren auf ein konkurrenzfähiges Niveau gebracht werden.

Verbundprojekt im Rahmen der BMBF-Förderrichtlinie „Batterie 2020 Transfer“

Partner:	VON ARDENNE GmbH
	Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG
	Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP
	Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
	TU Braunschweig, Battery LabFactory Braunschweig
	TU Braunschweig, iPAT Institut für Partikeltechnologie
	TU Braunschweig, IWF Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
	TU Braunschweig, IFs Institut für Schweißtechnik
	Varta Microbattery GmbH
Laufzeit:	01.06.2021 – 30.05.2024
Verantwortliche im elenia:	Merit Holdorf
Projektleiter:	Dr. Markus Piwko (VON ARDENNE GmbH)

Im Zuge der Energiewende müssen bestehende Konzepte des Netzbetriebs angepasst und neue entwickelt werden. Insbesondere das Blindleistungsmanagement wird sich stark verändern. Zur Deckung des Blindleistungsbedarfs muss zukünftig mehr Blindleistung aus dem Verteilungsnetz bereitgestellt werden. Dafür müssen im Verteilungsnetz konkurrenzfähige Blindleistungsquellen erschlossen werden. Genau dieses Potenzial soll in Q-Integral nutzbar gemacht werden. Ein wichtiges Teilziel des Projektes ist die Entwicklung eines zentralen Ansatzes für ein Blindleistungsmanagement. In diesem sollen nutzbare Blindleistungsquellen (Kompensationsanlagen, erneuerbare Energieanlagen, Industrieanlagen, ...) von der Mittelspannungsebene bis zur Höchstspannungsebene mit ihren technischen und wirtschaftlichen Parametern eingebunden, hinsichtlich ihrer Verfügbarkeit und Regelbarkeit abgebildet und in der Netzführung unter Berücksichtigung der Netzsicherheit (statische und dynamische Strom- und Spannungsgrenzen) und der Wirtschaftlichkeit optimal angesteuert werden. Um auch während eines Kommunikationsausfalls die Versorgung mit Blindleistung sicherzustellen, sollen geeignete Fallback-Strategien für das Blindleistungsmanagement entwickelt und deren Auswirkungen näher untersucht werden. Zudem soll eine Methodik entwickelt werden, um den Blindleistungsbedarf zu prognostizieren und die Prognoseabweichungen insgesamt zu reduzieren. Der Einsatz alternativer Blindleistungsquellen wie Erneuerbare-Energie-Anlagen und Industriekompensationsanlagen setzt das Wissen über deren volkswirtschaftliche Kosten voraus. Ein weiteres Teilziel ist daher die vergleichende Bewertung verschiedener Bereitstellungsoptionen. Zusätzlich sollen regulatorische Rahmenbedingungen für den Einsatz dieser Quellen geklärt werden.

Partner:	Fraunhofer ISE
	OTH Regensburg
	KBR Kompensationsanlagenbau
	TenneT TSO GmbH
	SMA Solar Technology AG
Assoziierte Partner:	50Hertz Transmission GmbH
	E.DIS Netz GmbH
	TEN Thüringer Energienetze GmbH & Co. KG
	WEMAG Netz GmbH
	SCADA International Deutschland GmbH
	SIEMENS AG
	SIEMENS AG
Verantwortliche(r) im elenia:	Hartmudt Köppe
	Merten Schuster
Projektleiter:	Prof. Engel

Projekt Vorstellung

Das Forschungsprojekt „SiNED – Systemdienstleistungen für sichere Stromnetze in Zeiten fortschreitender Energiewende und digitaler Transformation“ hat zum Ziel, die notwendigen Anpassungen der Systemdienstleistungen an die durch Digitalisierung und fortgeschrittene Energiewende veränderten Anforderungen zu untersuchen. Es werden Lösungen für den sicheren Betrieb der zukünftigen Stromnetze – unter Berücksichtigung der besonderen Situation in Niedersachsen – entwickelt und überprüft. Gerade für die windstarken Regionen Niedersachsens ist es von besonderer Bedeutung, verbesserte Lösungen für Systemdienstleistungen zur Bewältigung fluktuierender Einspeisung und für das Engpassmanagement durch Stromspeicherung und zuschaltbare Lasten zu finden.

Die bisherigen Systemdienstleistungen (SDL) für einen sicheren Betrieb der Stromnetze – z. B. Regelleistung, Blindleistungsbereitstellung, und weitere netzstützenden Dienstleistungen (Momentanreserve, Kurzschlussleistung) – wurden seit Jahrzehnten vorwiegend von den Synchrongeneratoren der Großkraftwerke bereitgestellt. Diese Systemdienstleistungen müssen zukünftig durch eine Vielzahl dezentraler Erzeuger und Lasten in den Verteilungsnetzen im Sinne einer sektorenübergreifenden Energiewende erbracht werden. Die hierdurch ansteigenden Anforderungen an den Umfang und die Resilienz der Digitalisierung des Energiesystems führen ebenfalls zu neuen Anforderungen an die wirtschaftlichen und rechtlichen Rahmenbedingungen des zukünftigen Energieversorgungssystems.

Alle notwendigen Anpassungen werden dank eng vernetzter interdisziplinärer Kompetenzbereiche untersucht. So können sowohl die system- und netztechnischen sowie die informationstechnischen Aspekte der Systemdienstleistungsbereitstellung als auch die damit einhergehenden wirtschaftlichen und energierechtlichen Fragen beleuchtet werden.

Partner:	Institut für Vernetzte Energiesysteme, DLR
	Institut für Elektrische Energiesysteme, LUH
	Institut für Systems Engineering, LUH
	Institut für Wirtschaftsinformatik, LUH
	OFFIS e.V.
	Institut für deutsches und internationales Berg- und Energierecht, TU Clausthal
Verantwortliche(r) im elenia:	Melanie Hoffmann
	Cornelius Biedermann
	Marc-René Lotz
	Carsten Wegkamp
Projektleiter:	Prof. Engel

Im Zuge der Energiewende gewinnen Gleichstromnetze bei der Integration erneuerbarer Energien und der Energieversorgung moderner industrieller Anwendungen zunehmend an Bedeutung. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Schutzsysteme für Gleichstromnetze durch den Wandel von einer zentralen hin zu einer dezentralen Versorgungsstruktur, woraus sich neue Herausforderungen wie bspw. bidirektionale Lastflüsse, schnelle Fehlerstromanstiege und der bisher kaum untersuchte Einfluss der auftretenden Fehlerstromcharakteristiken ergeben.

Das Forschungsprojekt SMS II - Smart Modular Switchgear II hat die Entwicklung und Integration eines intelligenten Schalt- und Schutzkonzeptes zum Ziel, welches an diese neuen Herausforderungen angepasst ist. Es soll im Fehlerfall eigenständig die Fehlerdetektion, -charakterisierung, -lokalisierung und Koordination der Schalthandlung (selektives Schalten) durchführen.

Zur Untersuchung des Gesamtsystems wird am elenia ein industrieähnliches, spannungsebenen-übergreifendes Demonstrationsnetz bis hin zur Mittelspannungsebene (3 kV) aufgebaut. Anhand dessen erfolgt die Charakterisierung des Gleichstromnetzes und in diesem wird das Schutzsystem schlussendlich in verschiedenen Betriebsszenarien getestet. Weitere wichtige Teilziele des Projektes sind der Entwurf, die Entwicklung und Optimierung von effizienten MVDC-Hybridschaltgeräten als Aktoren für das Schutzsystem sowie der Aufbau geeigneter Sensorik zur Detektion schnell transienter, als auch stationärer Ereignisse. Da leistungselektronische Komponenten häufig in modernen Gleichstromnetzen eingesetzt werden und diese hochfrequente und Breitbandige EMV-Störungen verursachen können, erfolgt zusätzlich eine Charakterisierung und Bewertung der HF-Eigenschaften des MVDC-Netzes.

Partner:	Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
	E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH
	IMAB – Institut für Elektrische Maschinen und Antriebe (TU BS)
	IEMV – Institut für Elektromagnetische Verträglichkeit (TU BS)
Assoziierte Partner:	Phoenix Contact GmbH & Co. KG
	Siemens AG
Verantwortliche(r) im elenia:	Frederik Anspach
	Lars Claaßen
	Patrick Vieth
Projektleiter:	Prof. Kurrat

Die Spannungsqualität im Verteilungsnetz ist abhängig von den im Netzgebiet angeschlossenen Erzeugern und Verbrauchern. Die aktuellen Veränderungen dieser sogenannten Netznutzungsfälle im Rahmen der Energie-, Mobilitäts- und Wärmewende haben somit einen großen Einfluss auf die Spannungsqualität. Deren Aufrechterhaltung stellt eine der zentralen und aktuellen Aufgaben für Verteilungsnetzbetreiber dar. Im Rahmen des Projektes U-Quality soll untersucht werden, welchen Einfluss der Wandel der Netznutzungsfälle auf die Spannungsqualität in Verteilungsnetzen haben und welche Komponenten, Technologien und Verfahren einen Beitrag zur Sicherstellung derselben leisten können. Darüber hinaus werden die Verfahren und Komponenten derart angepasst und weiterentwickelt, dass sie die Spannungsqualität nicht nur hinsichtlich der statischen Spannungshaltung, sondern u. a. auch hinsichtlich Unsymmetrie, Flicker und Oberschwingungen verbessern. Dabei werden sowohl Handlungsempfehlungen für Verteilnetzbetreiber und Hersteller, als auch für die zukünftige Überarbeitung von Normen, Anwendungsregeln und Prüfvorschriften erarbeitet. Es ist ein dreistufiges Vorgehen mit Simulationen, Laborversuchen und Feldtests geplant. Um die Bewertung von realistischen Szenarien zu fördern und damit die Nützlichkeit der Ergebnisse zu maximieren, ist eine initiale Messkampagne zur Erfassung der Ist- Situation geplant. Die Mitarbeit innovativer Partner aus Industrie und Netzbetrieb gewährleistet eine hohe praxisnähe und eine rasche Umsetzung der gewonnenen Erkenntnisse. Durch die Mitarbeit der Projektpartner in verschiedenen Normungsgremien finden die Projektergebnisse direkten Eingang in künftige Normen und Richtlinien.

Partner:	RWTH Aachen
	TU München
	Forschungsgemeinschaft für elektrische Anlagen und Stromwirtschaft e.V. (FGH)
	Ruhstrat - Eisenmann Thermal Solutions GmbH & Co. KG
Assoziierte Partner:	Netze BW GmbH
	Bayernwerk AG
	Regionetz GmbH
	Stromnetz Hamburg GmbH
	Avacon AG
	Braunschweiger Netz GmbH
	Phoenix Contact GmbH & Co. KG
	SMA Solar Technology AG
	MR Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
	Streetscooter GmbH
Verantwortliche(r) im elenia:	Cornelius Biedermann
	Ole Marggraf
Projektleiter:	Prof. Engel

Verschleißarmer und kompakter Hybrid-Leistungsschalter hoher Leistungsdichte für den Einsatz in Verteilnetzen für Gleich- und Wechselstrom zur Systemintegration erneuerbarer Energien.

Der Umbau der deutschen Energieversorgung erfordert die Integration erneuerbarer Energien. Für einen effizienten Betrieb muss die wachsende Anzahl der Großanlagen in geeigneten Energiemanagementstrategien zu- und abschaltbar sein. Zum Erreichen hoher Wirkungsgrade werden in solchen Anlagen Erzeuger- und Speichermodule, wie PV-Anlagen, Brennstoffzellen, Batterie- und RedoxFlow-Speicher mit zentralen DC- und AC-Netzstrukturen hoher Spannungsebenen gekoppelt. Um den sicheren Betrieb zu gewährleisten, sind kompakte, leistungsfähige und wartungsarme Leistungsschaltererforderlich.
Vorhabenziel:
In einem Verbundprojekt aus Industrie und Wissenschaft wird in UPS ein optimierter Leistungsschalterentwickelt. Der Hybridschalter stellt ein neues Konzept aus mechanischem Schaltgerät und Leistungshalbleiter in einem lichtbogenarmen Schalter dar. Dieser besitzt gegenüber herkömmlichen Schaltgeräten Vorteile bezüglich Lebenserwartung (Verschleiß), Schaltvermögen (Leistungsdichte) und Baugröße.

Partner:	Elektrotechnische Apparate GmbH (E-T-A), Altdorf
	Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig
Assoziierte Partner:	Rockwell Automation GmbH Switzerland, Aarau
Verantwortliche(r) im elenia:	Tobias Kopp
	Dirk Bösche
Projektleiter:	Prof. Kurrat

Digitalisierung ist ein globaler Megatrend, der branchenübergreifend und -vernetzend neue Funktionen und Prozesse ermöglicht. Im sicherheitskritischen Energiesystem entstehen durch die Digitalisierung neue Wechselwirkungen und sensible Abhängigkeiten, die einerseits einen effizienteren und nachhaltigeren Betrieb versprechen, jedoch hinsichtlich ihrer technischen Herausforderungen und ihrer Stabilität systemisch und großskalig weitgehend unerforscht sind. Zur Erforschung dieser Thematik wurde daher durch das Zentrum für digitale Innovationen Niedersachsen (ZDIN) das Zukunftslabor „Digitalisierung Energie“ (ZLE) eingerichtet.

Das Ziel des ZLE ist die Untersuchung von Wechselwirkungen in hochintegrierten Quartiers-IKT- und -Energiesystemen sowie die Entwicklung einer Plattform zur Vernetzung von Forschern und Anwendern zur Unterstützung des Transfers dieser und perspektivisch weiterer Forschungsergebnisse. Hieraus ergeben sich für den Bearbeitungsbereich digitalisierter Energiesysteme folgende zwei Projektsäulen:

• I: Die Erforschung und Entwicklung digitalisierter Energiesysteme
• II: Die Digitalisierung der Energiesystemforschung und -entwicklung

Das elenia beschäftigt sich mit der Identifikation und Modellierung von PV-, PV-Speicher- und Elektromobilitätsszenarien im Quartiersszenario. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der simultanen Mehrfachnutzung von Speichern und die Einbindung der Smart-Home-Simulationen in Co-Simulationen, um die rein softwarebasierten Simulationen durch in den elenia-energy-labs verfügbaren Hardware-Komponenten zu ergänzen. In diesem Zusammenhang werden zugleich Anforderungsspezifikationen an intelligente Messsysteme entwickelt die mit Hinblick auf die Integration der Quartiers-IKT- und der -Energiesysteme in die zukünftige Energieversorgung Niedersachsens von besonderer Relevanz sind.

• Link zum ZDIN

Partner:	OFFIS e.V.
	Institut für Vernetzte Energiesysteme, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
	Institut für Wirtschaftsinformatik, Leibniz Universität Hannover (LUH)
	Abteilung Elektrotechnik und Informatik, Hochschule Emden/Leer (HS EL)
	Abteilung Digitalisierte Energiesysteme, Universität Oldenburg (UOL)
	Institut für energieoptimierte Systeme, Ostfalia Hochschule (HS OF)
Assoziierte Partner:	EWE Netz
	Enercity Hannover
	Avacon
	Buderus
	Solvis
	Schulz Systemtechnik
	BTC
	KEHAG
	VEA – Bundesverband der Energieabnehmer
	Nibelungen Wohnbau
Laufzeit:	01.10.2019 – 30.09.2024
Verantwortliche(r) im elenia:	Henrik Wagner
Projektleiter:	Prof. Engel

Gefördert im Niedersächsischen Vorab durch:
    

Betreut durch:

Im Rahmen des Forschungsprojekts BASIS (Building Automation with a Scalable and Intelligent System) wird ein System zu gewerkeübergreifenden Gebäudeautomation entwickelt. Dieses vom BMWi geförderte Projekt (über AIF VP) bildet mit 8 Projektpartnern ein leistungsstarkes Konsortium zur Entwicklung einer neuen Gebäudetechnik. Synergien zwischen Energiemanagement, technischer Gebäudeausrüstung (TGA), Ambient Assisted Living und Smart Home Funktionalitäten werden dabei betrachtet. Die technische Umsetzung erfolgt auf einem an der TU Braunschwieg entwickelten SmallCAN Bus System, welches sich unter anderem durch seinen Detailgrad und einen sehr geringen Energiebedarf der Steuerelektronik von bisher am Markt verfügbaren Systemen abgrenzt. Das elenia beschäftigt sich im Kontext dieses Forschungsprojekts mit Energiemanagement. Eine feingranulare Vernetzung mit Erzeugern, Speichern und Verbrauchern auf Haushaltsebene und der Datenaustausch mit den anderen Gewerken und externen Informationsquellen bilden die Datengrundlage. Es wird ein skalierbares System entwickelt, welches sowohl in Einfamilienhäusern einsetzbar ist, als auch Anwendungsfall spezifisch erweitert werden kann. Gemeinsam mit der Nibelungen Wohnbau werden im Laufe des Projektes Demonstratorwohnungen ausgerüstet, um das System in der Praxis zu erproben.

Partner:	Digitale Signalverarbeitungssysteme & Informationstechnik GmbH, Bremen
	DOMOLOGIC Home Automation GmbH, Braunschweig
	Peter L. Reichertz Instituts für Medizinische Informatik, MHH
	Dröge Baade Drescher GmbH & Co. KG, Salzgitter
	Hermes Systeme GmbH, Wildeshausen
Assoziierte Partner:	Nibelungen Wohnbau, Braunschweig
Verantwortliche(r) im elenia:	Stephan Diekmann
Projektleiter:	Prof. Engel

Das Ziel des Projekts „Sicherheitstechnische Auslegung von Pouchzellen mit zukünftigen High-Performance-Materialien – Standardisierung von Format und Prüfverfahren (BaSS - BatterieSicherheitsStandardisierung)“ ist es, eine Standardisierung der Pouchzellformate durch Harmonisierung der Anforderungen aus dem deutschen und chinesischen Markt zu erarbeiten und in Korrelation mit den zugehörigen Sicherheitstests zu bringen. Die Zusammenführung und Detaillierung von Standards im Hinblick auf die Zellgeometrie und die dazugehörigen Sicherheitstests führt zu folgenden wesentlichen Erkenntnissen: Zukünftige Materialentwicklungen (Aktiv- und Inaktivmaterial) sowie Änderungen von Produktions-prozessen und -parametern lassen sich in wesentlich höherem Maße vergleichen. Dies kann letztlich zur Reduktion von Entwicklungsaufwänden und somit zur Steigerung der Effizienz in der Produktentwicklung neuer Materialsysteme national und international genutzt werden. Ferner können länderübergreifend standardisierte Formate eine Steigerung der Sicherheit von Pouchzellen bei gleichzeitiger Vermeidung von Überdimensionierung ermöglichen. So kann die Verbreitung gesteigert und damit größere Absatzzahlen erzielt, Skaleneffekte genutzt und damit eine Serienentwicklung erst wirtschaftlich ermöglicht werden.

Partner:	IK – Institut für Konstruktionstechnik
	iPAT – Institut für Partikeltechnik
	IWF – Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
	ifs - Institut für Füge- und Schweißtechnik
Assoziierte Partner:	CEAEC - Clean Energy Automotive Engineering Center (Tongji University - China)
	NEPSI - National Supervision and Inspection Center for Explosion Protection and Safety of Instrumentation (China)
	Physikalisch-Technische Bundesanstalt – PTB
	Deutsche Kommission Elektrotechnik - DKE
	SGS Germany GmbH
	Stöbich technology GmbH
Laufzeit:	01.04.18 – 31.03.2021
Verantwortliche(r) im elenia:	N.N.
Projektleiter:	Prof. Kurrat

Im Rahmen des Projektes DaLion (DataMining in der Produktion von Lithium-Ionen Batteriezellen) werden seit Dezember 2015 die Wirkzusammenhänge und Wechselwirkungen innerhalb der Produktion von Lithium-Ionen Batteriezellen erforscht. Dazu werden alle relevanten Produkt- und Prozesseigenschaften sowie Stoff- und Energieströme im Produktionssystem systematisch erfasst und mittels Methoden des Data-Mining zu einem Expertensystem verknüpft. So entsteht eine Datenbasis, die im Hinblick auf die Qualitätssicherung und Effizienzsteigerung die Grundlage für eine Analyse, Bewertung und Entscheidungsunterstützung bei der Wahl der Eingangsparameter und Produktionsprozesse sowie deren Modellierung und Simulation darstellt. Der Fokus des elenia liegt bei diesem Projekt auf dem Prozessschritt der Formierung sowie der anschließenden Charakterisierung der Zellen hinsichtlich ihrer Leistungseigenschaften. Mittels einer standardisierten Formierungsprozedur werden die Zellen formiert und anhand eines definierten Katalogs von Qualitätskriterien bewertet. Das Ziel ist mittels der ganzheitlichen Datenerfassung, der Qualitätskriterien und der Data-Mining-Methoden schnelle Rückschlüsse auf Produktionseinflüsse zu erlangen.

Partner:	iPAT - Institut für Partikeltechnik (TU BS)
	IWF - Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (TUBS)
	ifs - Institut für Füge- und Schweißtechnik (TUBS)
	InES - Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (TUBS)
	IÖNC - Institut für Ökologische und Nachhaltige Chemie (TUBS)
	Lion Engineering GmbH
Verantwortliche(r) im elenia:	Louisa Hoffmann
Projektleiter:	Prof. Kurrat

Das Projekt „DaLion - 4.0“ zielt durch einen übergreifenden Ansatz auf die Abbildung der Batteriezellproduktion in cyber-physischen Systemen, die den wesentlichen inhaltlichen Kernpunkt von Industrie 4.0 darstellen. Das Projekt baut auf wesentliche Erkenntnisse aus dem Projekt „DaLion“ auf, in der das Forschungskonsortium der BatteryLab Factory (BLB) der Technischen Universität Braunschweig bereits wesentliche Arbeiten in Richtung größerer Transparenz bzgl. Einflussfaktoren in der Batteriezellproduktion durchgeführt hat. Thematisch werden im Projekt unterschiedliche, übergreifende Handlungsfelder erforscht. Es werden regelungsfähige Modelle entwickelt und im Sinne cyber-physischer Systeme geschaffen, die zur Planung und zielgerichteten Regelung der Batteriezellproduktion geeignet sind. Um die industrielle Anwendbarkeit der Ergebnisse zu steigern, werden geeignete Qualitätsmanagementstrategien, u.a. im Kontext von verbessertem Tracking & Tracing und der Festlegung von Quality Gates entwickelt. Prozessseitig werden komplementär zu den Vorarbeiten aus „DaLion“ Schwerpunkte auf die Elektrodenherstellung (Mischen, Beschichtung und Trocknung), die Elektrolytbefüllung sowie die Formierung gelegt. Ergänzend dazu werden auch neue Prozessansätze wie z.B. Laminieren/Stapeln und Suspensionsherstellung über Extrusion in die Betrachtung mit einbezogen. In diese und andere Prozesse wird die Integration neuartiger Messtechnik erforscht (z.B. Inline-Röntgen und andere bildgebende Verfahren, Suspensionscharakterisierung, Kontrolle von Lagerbedingungen und Eingangsqualität von Materialien), die weiterentwickelt bzw. qualifiziert und in das Data Warehouse integriert werden. Schließlich werden auf Basis der erweiterten Datenaufnahme und der zu erstellenden Modelle werde konkrete Prozessverbesserungen abgeleitet und prototypisch umgesetzt bzw. deren Wirksamkeit nachgewiesen. Zudem werden auf Basis der Modelle verbesserte Strategien zur Prozessführung entwickelt.

Partner:	Coperion GmbH
	ISRA Vision AG
	FMP TECHNOLOGY GmbH
	MANZ AG
	GPS GmbH
	IWF - Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (TUBS)
	iPAT - Institut für Partikeltechnik (TU BS)
	ifs - Institut für Füge- und Schweißtechnik (TUBS)
	InES - Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (TUBS)
	IÖNC - Institut für Ökologische und Nachhaltige Chemie (TUBS)
Assoziierte Partner:	Ametek
	BaSyTec
	C3
	Custom Cells
	Freudenberg
	Fraunhofer ZESS
	Keysight
	Lödige
	Siemens
	WKM
Verantwortliche(r) im elenia:	Louisa Hoffmann
Projektleiter:	Prof. Kurrat

Mit dem e-home Energieprojekt wird die Energieversorgung der Zukunft unter realen Bedingungen erforscht. Dazu wurden 32 Haushalte mit Photovoltaikanlagen, moderner Klimatechnik, Elektroautos, intelligenten Zählern und Batteriespeichern ausgestattet. Mit dem regelbaren Ortsnetztrafo (rONT) kommt zusätzliche eine innovative Netztechnologie zum Einsatz. Das Zusammenspiel all diese Komponenten im Niederspannungsnetz wird in diesem Projekt untersucht. Das elenia untersucht hierbei in erster Linie die Technolgie „Batteriespeicher“. Neben wirtschaftlichen Betrachtungen werden auch Untersuchungen zu Verlusten im Labor sowie Auswirkungen auf das Netz untersucht.

Partner:	Avacon AG
	EFZN (Energieforschungszentrum Niedersachsen)
Assoziierte Partner:	Maschinenfabrik Reinhausen
Verantwortliche(r) im elenia:	Hauke Loges
Projektleiter:	Prof. Engel