Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB
Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB

Forschungsangebot

Forschungsplattform und Reallabor für ein intelligentes dezentrales Energiesystem am Fraunhofer IISB

Am Fraunhofer IISB wird ein einzigartiges Reallabor für intelligente dezentrale Energiesysteme betrieben, welches die Basis für eine anwendungsnahe Energieforschung darstellt. Das Institutsgebäude des Fraunhofer IISB bildet den Mittelpunkt des Reallabors. Neben Strom (AC und DC), Wärme und Kälte spielt der Bereich Wasserstoff eine sehr wichtige Rolle in zukünftigen Energiesystemen. Dieser bildet auch einen der Schwerpunkte im Reallabor, indem die effiziente Systemintegration von Wasserstofferzeugung, -speicherung und -verstromung untersucht wird. Die Anforderungen des IISB an unterschiedliche Energieformen ist mit mittleren Unternehmen vergleichbar. So gibt es am Institut hohe Lastschwankungen und Spitzenlasten. Zudem wird ein erheblicher Bedarf an Sekundärenergie (z. B. Wärme) für Laboratorien und Geräte aus dem Bereich der Halbleiterforschung benötigt. Das IISB bildet somit Büro-, Industrie- und Laboraspekte ab.

© Fraunhofer IISB
Reallabor für intelliegente dezentrale Energiesysteme am Fraunhofer IISB

Das Hauptziel des Reallabors ist die Verknüpfung verschiedenster energietechnischer Anlagen und Energieformen im Rahmen einer Sektorenkopplung. Das ermöglicht die Untersuchung und Optimierung der Teilsysteme sowie des Gesamtsystems. Die betrachteten Sektoren sind:

  • Strom: Untersuchung der effizienten Einbindung elektrischer Energiespeicher (z. B. Lithium-Ionen-Batterie, Redox-Flow-Batterie) und Erzeugungsanlagen (PV). Die Kopplung erfolgt über ein DC-Microgrid.
  • Wärme: Verwendung von thermischen Anlagen (Blockheizkraftwerk und Wärmepumpe) für die Wärmeversorgung sowie für sekundäre Anwendungen (z. B. Lastspitzenreduktion) – die notwendige Flexibilität wird durch Wärmespeicher bereitgestellt.
  • Kälte: Nutzung der Kältetechnikanlagen (Kältemaschine und Rückkühlwerk) für eine effiziente Kälteerzeugung (Verschiebung von Betriebspunkten), erhöhte Nutzung von freier Kühlung sowie zur Lastspitzenreduktion mit Hilfe eines Kältespeichers.
  • Wasserstoff: Intelligente Einbindung von Wasserstoffkomponenten (Brennstoffzelle, Elektrolyseur, H2-Druckspeicher und chemische Wasserstoffspeicherung in flüssigen organischen Wasserstoffträgern (LOHC)) in dezentrale Energiesysteme und mobile Anwendungen, Wasserstoffsystemintegration.

Kern des Systems sind intelligente Steuer- und Regelalgorithmen sowie Betriebsstrategien, welche im Rahmen von Projekten entwickelt und in das Reallabor implementiert wurden. Die Automatisierungstechnik (z. B. SPS-Programmierung) wird dabei vom IISB entwickelt und umgesetzt.

Forschungsangebote und Kompetenzen

Am Fraunhofer IISB werden intelligente Energiesysteme entwickelt, untersucht und optimiert. Im Vordergrund steht die effiziente Kopplung verschiedener Energiesektoren und die Gesamtsystemintegration einschließlich hybride Lösungen für Wasserstoff. Dafür werden intelligente Betriebsstrategien für energietechnische Anlagen und Speicher entwickelt. Neben stationären Anwendungen wird im Bereich der Wasserstoffsysteme auch ein mobiler Einsatz, z. B. innerhalb des Antriebsstrangs von Zügen, betrachtet.

© Fraunhofer IISB
Forschungsangebote und Kompetenzen des Fraunhofer IISB im Bereich intelligenter dezentraler Energiesysteme

Die Systemanalyse und Konzepterstellung wird von Simulationen unterstützt, um den Einfluss von Auslegung, Betriebsstrategie und Optimierungsmaßnahmen zu quantifizieren. Dafür werden das Energiesystem sowie die relevanten Komponenten als digitale Zwillinge abgebildet. Die Simulationen bilden die Grundlage für die Entwicklung von Software-Tools. Weiterhin erlaubt die Simulation die Auslegung und Dimensionierung von Komponenten. Typische Optimierungsziele sind:

  • Lastspitzenreduktion mit Energiespeichern und energietechnischen Anlagen
  • Eigenverbrauchsoptimierung von Strom aus regenerativen Energiequellen sowie aus Sonnenenergie
  • Effizienzerhöhung durch Verschiebung von Anlagenarbeitspunkten
  • CO2-Reduktion durch optimierten Ressourceneinsatz

Eine umfangreiche Test- und Laborinfrastruktur ermöglicht die Charakterisierung und Weiterentwicklung von Energietechnologien (u.a. PEM-Brennstoffzellen). Zudem stehen eine weltweit einmalige Anlage für die Ein- und Ausspeicherung elektrischer Energie auf Basis flüssiger organischer Wasserstoffträger (LOHC) sowie eine Redox-Flow-Batterie als Forschungsplattformen zur Verfügung.

Die Erfahrungen aus dem Bereich intelligenter Energiesysteme werden im Rahmen von Workshops und Trainings an Anwender vermittelt. Diese werden speziell an die Forschungs- und Entwicklungsfragen der KooperationspartnerInnen angepasst.