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Prof. Dr. Maximilian Fichtner
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Prof. Dr. Maximilian Fichtner

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Prof. Dr.-Ing. Thomas Leibfried
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Topic 3 – Energiespeicherung und Energieverteilung

Ziel der Aktivitäten in TOPIC 3 ist es, Beiträge zu leisten, um eine deutliche Erhöhung des Anteils der Erneuerbaren Energien in einer zukünftigen Energiewirtschaft zu ermöglichen. Dazu muss die stark volatil (d.h. zeit-, ort- und wetterabhängig) erzeugte und eingespeiste Energie effizient gespeichert und die verbleibende Residuallast abgesichert werden. Das Zentrum Energie am KIT entwickelt dazu Lösungen für die Energiespeicherung und - verteilung z.B. mit Hilfe von Batterien, Wasserstoff, supraleitenden Komponenten und intelligenten Netzstrukturen.

 

Supraleitende Komponenten

Forscher entwickeln mit modernster Werkstofftechnik aus Hochtemperatur-Supraleitern innovative supraleitende Komponenten für die Energietechnik. Diese erhöhen die Qualität, Zuverlässigkeit und Effizienz elektrischer Netze. Die Supraleitung gehört zu den Schwerpunkten der KIT-Energieforschung.

Elektrochemische Energiespeicherung

Zur umfassenden Erforschung und Entwicklung von elektrochemischen Energiespeichern bildet dieses Thema die vollständige Wertschöpfungskette vom Speichermaterial über Zellfertigung, bis zum kompletten Batteriesystem ab. Dies umfasst Modellierung, Material- und Zellcharakterisierung sowie In-operando-Methoden, Elektrodenbeschichtung und Zellfertigung, Batterie- und Thermomanagement, Systemintegration. Die vertiefende Materialforschung schafft die Grundlagen für kosteneffiziente großformatige Batteriezellen mit größerer spezifischer Energie- und Leistungsdichte sowie verbesserter Zuverlässigkeit und Sicherheit.

CELEST

Das KIT bündelt ab 2018 seine Aktivitäten im Bereich der elektrochemischen Speicherung mit der Universität Ulm und dem dortigen Zentrum für Solarenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) auf der Plattform CELEST (Center for Electrochemical Energy Storage Ulm-Karlsruhe). Mit ca. 400 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern stellt CELEST eine der weltweit größten F&E-Aktivitäten im Bereich Li-Ionenbatterien und post-Li Systeme (Na, Mg, Ca, Al, Cl) dar.

Neue Netzstrukturen

Durch die im Zuge der Energiewende neuen Anforderungen, die an das Energienetz gestellt werden, sind neue Netzstrukturen notwendig. Dies beinhaltet hybride AC-/DC-Stromnetzstrukturen aber auch die Kopplung der Stromnetze mit anderen Energienetzarten (Gas- und Wärmenetz). Weiterhin sind auch neuartige Strukturen im Verteilnetz im Kontext mit IKT-Systemen zu sehen. All diese Entwicklungen führen zu immer mehr Leistungselektronik in den Netzen, was an die bisherigen Betriebsmittel neuartige Anforderungen stellt.

Leistungselektronik in Netzen

Die Dezentralisierung der Energieerzeugung und der bidirektionale Lastfluss erfordern vermaschte Netze, bei denen die Erzeugung, Umwandlung und Speicherung elektrischer Energie direkt über Leistungselektronik in die Nieder-, Mittel- und Hochspannungsnetze integriert wird. Neben der Netzstabilität müssen die eingesetzten Umrichter einen zuverlässigen und kostengünstigen Betrieb der Netze gewährleisten. Neue Schaltungstopologien und Leistungshalbleiter stellen dabei einen wichtigen Baustein dar, um die Energiewende zu ermöglichen.