Bild 01: Anwendungen wie der Schwungmassenspeicher, die im Zuge der Energiewende entwickelt werden, profitieren in hohem Maß von der Multi-Level-Technologie der Frequenzumrichter von Sieb & Meyer. (Quelle: Sieb & Meyer)
Seit dem klaren politischen Bekenntnis zur E-Mobilität stellt sich immer wieder folgende Frage: Ist unser Stromnetz leistungsfähig genug, um flächendeckend rund um die Uhr eine Lademöglichkeit für Elektrofahrzeuge zu garantieren? Vor allem in Regionen mit schwacher Netzinfrastruktur wird das bezweifelt.
Nachhaltige Alternative: Schwungmassenspeicher
Eine Lösung bietet hier als nachhaltige Alternative zum Batteriespeicher der Einsatz eines Schwungmassenspeichers (flywheel) zur Unterstützung der Ladesäule (Bild 2). Dieser speichert zwischen den Ladevorgängen Strom in Form von kinetischer Energie. Diese Bewegungsenergie treibt dann beim nächsten Laden einen Generator an, der eine hohe Stromstärke für eine zügige Beladung bereitstellt.
„Das Schwungrad ist die älteste bekannte Methode zur Energiespeicherung“, erklärt Nicolai Meder (Bild 3), einer der beiden Gründer von Adaptive Balancing Power [1]. „Schon die Töpferscheibe nutzte das Prinzip, Rotationsenergie zu speichern, ebenso wie das Schwungrad. Mit unserem modernen Schwungrad-Hochleistungsspeicher Adaptive Amperage heben wir dieses Prinzip auf ein neues Leistungsniveau (Bild 4).“
Speichergeometrie ermöglicht Round-Trip-Wirkungsgrad von über 92 %
Der Schwungmassenspeicher von Adaptive Balancing Power wird über einen E-Motor beschleunigt und dabei elektrische in mechanische Energie umgewandelt. Umgekehrt fungiert der Motor beim Entladeprozess als Generator, der wiederum die Bewegungsenergie in Strom transformiert. Angesteuert und betrieben werden Motor bzw. Generator über den MultiLevel-Frequenzumrichter SD2M von Sieb & Meyer [2].
„Der Rotor unseres Speichers ist ein energetisch optimierter Hightech-Hohlzylinder aus Kohlenstoffmaterial, der sich mit bis zu 18 000 min−1 magnetgelagert im Vakuum dreht“, fasst N. Meder die Besonderheiten des Schwungmassenspeichers Adaptive Amperage zusammen. „Durch diese sogenannte Außenläufer-Bauform generieren wir im Vergleich zu anderen Schwungmassenspeichern nicht nur einen sehr großen Energieinhalt und eine elektrische Leistung bis 350 kW, sondern erreichen dabei auch einen Round-Trip-Wirkungsgrad von mehr als 92 %. Die hohe Leistung wiederum ermöglicht es dem Nutzer, sein Fahrzeug zügig zu laden.“
Weitere Vorteile des Speichers liegen in seinem einfachen modularen Aufbau, der weder Netzerweiterung noch Trafo erfordert, seiner Skalierbarkeit sowie einem minimalen Wartungsaufwand. Darüber hinaus lassen sich verschiedene erneuerbare Energiequellen ins System integrieren und priorisiert ansteuern. „Wir halten verschiedene internationale Patente zu Detaillösungen an unserem Schwungmassenspeicher“, erklärt N. Meder. „Ein erstes Patent zur Außenläufer-Bauform hat die Nasa in den 1970ern angemeldet, nach unserem Kenntnisstand aber seitdem nicht funktional umsetzen können – genauso wie viele andere, die es auch versucht haben. Entsprechend stolz sind wir, dass wir 2013 an der TU Darmstadt erstmals weltweit gezeigt haben, dass die Technologie Außenläufer-Schwungmassenspeicher tragfähig ist.“