E³ON - Effizienter elektrischer Energiespeicher für den öffentlichen Nahverkehr

Synopsis:

Kinetische Energiespeicher (Flywheel-Speicher) haben das Potenzial, elektrochemische Energiespeicher als Zwischenspeicher in Hybridfahrzeugen wie auch Elektrofahrzeugen abzulösen. Im Projekt E³ON soll die Realisierbarkeit dieser Energiespeicher unter den in öffentlichen Nahverkehrsfahrzeugen gegebenen technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen (Lastprofile, Beanspruchungen, Lebensdauer, Preis) untersucht werden.

Kurzbeschreibung

Die Hybridisierung von im öffentlichen Nahverkehr eingesetzten Fahrzeugen bietet die Möglichkeit signifikanter Treibstoff- und Emissionsreduktionen, da die Fahrzyklen gut vorhersehbar sind und häufige Brems- und Beschleunigungsvorgänge enthalten (Start-Stopp Betrieb). Der Einsatz verfügbarer elektrochemischer Speicher (Batterien, Ultracaps) zur Zwischenspeicherung der Bremsenergie ist zwar möglich, jedoch können die geforderten Leistungen bzw. die gewünschte Lebensdauer nur mit großem finanziellen Aufwand bzw. starker Überdimensionierung des Energiespeichers erreicht werden. Im Gegensatz zu den elektrochemischen Speichern bieten Flywheel-Speicher das Potenzial, eine hohe Leistungsdichte mit einer hohen Energiedichte zu verbinden. Durch den Einsatz moderner (Verbund-)Materialien sowohl im Schwungrad selbst wie auch in den Lagern können Flywheel-Speicher sehr kompakt und leicht gebaut werden. Außerdem erreichen sie bereits mit heute verfügbarer Lager-Technologie eine im Vergleich zu modernen Batteriesystemen deutlich erhöhte Lebensdauer.

In dem Projekt E³ON soll die Realisierbarkeit von kompakten Flywheel-Speichern unter den in öffentlichen Nahverkehrsfahrzeugen gegebenen Rahmenbedingungen untersucht werden: Gemeinsam mit potenziellen Kunden (siehe beiliegende LOI) werden für Schienenfahrzeuge und Hybridbusse typische Lastprofile sowie extern auftretende mechanische Belastungen (Vibrationen, Fliehkräfte, …) spezifiziert. Auf deren Basis werden die Hauptkomponenten des Systems (Schwungmasse und Lagerung, Motor/Generator, Umrichter) theoretisch und experimentell in Bezug auf Lebensdauer und Sicherheitsaspekte untersucht.

Das Ergebnis der Forschungsarbeiten sind Realisierungsvorschläge für die einzelnen Komponenten sowie eine erste Abschätzung der unter den gegebenen Randbedingungen erreichbaren Lebensdauer und der Kosten. Daraus können die wichtigsten Parameter eines im Rahmen eines Folgeprojekts zu realisierenden Prototyps bzw. Vorseriengeräts abgeleitet werden, wobei speziell der erreichbare Wirkungsgrad (round-trip efficiency), der speicherbare Energieinhalt, die aufnehmbare bzw. abgebbare elektrische Leistung, die erreichbare Lebensdauer und der zu erwartende Preis von Interesse sind. Zusätzlich können die Projektergebnisse zur Beurteilung der Realisierbarkeit von noch weiter miniaturisierten Flywheel-Speichern herangezogen werden. Derartige Speicher eignen sich zum Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen des zukünftigen Individualverkehrs.

Abbildung 1: Magnetfeldsimulation des E3ON-Schwungradspeichers
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Publikationen

  • A. Buchroithner und Michael Bader, “History and development trends of flywheel-powered vehicles as part of a systematic concept analysis”, European Electric Vehicle Congress, Brüssel, Belgien, November 2011.
Ansprechpartner
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Hannes Wegleiter
Assoc.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
Tel.
+43 (316) 873 - 30512
Fax
+43 (316) 873 - 1030512
Sprechstunden
nach Vereinbarung
Steckbrief
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Projekttyp: Förderprojekt

Status: Abgeschlossen

Programm: a3plus - Strategieprogramm Intelligente Verkehrssystem und Services, 3. Ausschreibung

Laufzeit: 2 Jahre

Arbeitsgruppe: Energy Aware Systems

Partner
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  • Traktionssysteme Austria GmbH
  • SKF Österreich AG