Mitarbeitende

Projekt KoREV – SMS2

Kostenreduktion bei gleichzeitiger Erhöhung der Verfügbarkeit und Effizienz von Schwungmassenspeichern in Außenläufer-Bauform

Im Rahmen der Energiewende können Schwungmassenspeicher (SMS) eine tragende Rolle übernehmen. Sie ermöglichen eine sichere und bezahlbare Stromversorgung. SMS in Außenläufer-Bauform versprechen eine höhere Energiedichte und eine höhere energetische Effizienz bei geringeren Anschaffungskosten als konventionelle SMS.

Dieses Forschungsvorhaben knüpft an das Vorgängerprojekt „Kostenreduktion bei gleichzeitiger Erhöhung der Verfügbarkeit – Schwungmassenspeicher in Außenläufer-Bauform“ (KoREV-SMS) an. Ziel ist es die betrachtete Technologie zu einem marktnahen Energiespeicher weiterzuentwickeln, wofür neben der in KoREV-SMS bisher betrachteten Reduktion der Anschaffungskosten und der Erhöhung der Verfügbarkeit, auch eine Verbesserung der Effizienz des innovativen, hochintegrierten Systems notwendig ist. Als neue Aspekte rücken die Gesamtsystemeffizienz, dominiert durch Wechselrichter und Motor-Generator-Einheit, und die thermische Stabilität in den Fokus der Betrachtung.

Projektschwerpunkte am Institut für Stromrichtertechnik und Antriebsregelung

Das Institut leitet 3 von den 11 Teilprojekten die unten näher beschrieben sind.

Dynamische Lastflusskoordination

Für die Bereitstellung hochdynamischer Netzregelleistung ist das bestehende Energiemanagement zum Energieaustausch zwischen SMS und Netz über den DC-Zwischenkreis grundlegend zu überarbeiten. Ziel ist, dass Identifizieren einer geeigneten Regelungsstruktur, die in optimierter Weise eine Koordinierung zwischen den netz- und maschinenseitigen Sollwerten durchführt. Die Bereitstellung angeforderten Blind- und Wirkleistung soll innerhalb von wenigen Millisekunden erfolgen, was für die Stabilisierung des Netzes von großer Bedeutung ist („virtual inertia“). Der Zwischenkreis wird um einen DC/DC-Wandler mit stärker absetzbarem Kondensator erweitert. Diese Maßnahme eröffnet zudem die Möglichkeit durch die Substitution von Elektrolyt- durch Folienkondensatoren die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Umrichtersystems zu steigern.

Auslegung und Aufbau Maschinen- und Netzwechselrichter

Untersuchung wie durch Wahl und Auslegung der Leistungselektronik die Verluste in der elektrischen Maschine minimiert werden können. Potentielle Topologien für den Maschinenwechselrichter werden ausgewählt und ausgelegt und nach dem Gesamtwirkungsgrad und Kosten untersucht und verglichen. Zur Validierung werden die zwei vielversprechendsten Topologien für den Maschinenwechselrichter aufgebaut.

Geberlose Regelung der elektrischen Maschine

Ein geberloses Regelverfahren wird entwickelt für die elektrische Maschine im Schwungmassenspeicher. Dieses Verfahren soll sowohl für eine Synchronmaschine mit Permanentmagneten als auch für eine Synchron-Reluktanzmaschine einsetzbar sein.

Projektpartner und –förderung

Die Verbundpartner sind das Institut für Mechatronische Systeme im Maschinenbau (IMS), das Institut für Stromrichtertechnik und Antriebsregelung (LEA), beides TU Darmstadt, Adaptive Balancing Power GmbH (ABP), compoScience GmbH (CS) und LTI Motion GmbH (LTI). Die Forschungsschwerpunkte der Verbundpartner sind in der Abbildung zu sehen.