Flussbatterien, insbesondere Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFBs), entwickeln sich zu einer entscheidenden Technologie für die Langzeitenergiespeicherung (LDES). Sie bieten eine sichere, langlebige und kostengünstige Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, vor allem bei Entladezeiten von über acht Stunden. Ihre einzigartige Architektur trennt Energie und Leistung, was eine effizientere Skalierung ermöglicht.
Wichtige Erkenntnisse
- Flussbatterien sind ideal für Langzeit-Energiespeicherung (8+ Stunden) und häufige Zyklen.
- Sie sind sicherer als Lithium-Ionen-Batterien, da sie keine thermische Durchgehung erfahren.
- Die Lebensdauer von Flussbatterien kann über 25 Jahre und 20.000 Zyklen betragen.
- Kosten pro kWh sinken mit zunehmender Speicherdauer, im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien.
- Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFBs) sind die am weitesten verbreitete Technologie.
Die Notwendigkeit der Langzeit-Energiespeicherung
Der globale Energiemarkt erlebt einen rapiden Wandel hin zu erneuerbaren Energien. Wind- und Solarkraftwerke produzieren jedoch nicht konstant Energie. Um die Netzstabilität zu gewährleisten und die Stromversorgung rund um die Uhr sicherzustellen, sind zuverlässige Energiespeichersysteme unerlässlich. Hier kommt die Langzeit-Energiespeicherung (LDES) ins Spiel.
Experten schätzen, dass der LDES-Markt bis 2040 ein Volumen von 85 bis 140 Terawattstunden erreichen könnte. Lithium-Ionen-Batterien dominieren derzeit den Markt, sind aber primär für kürzere Entladezeiten von bis zu vier bis acht Stunden optimiert. Für längere Dauern, insbesondere über acht Stunden, zeigen Flussbatterien deutliche Vorteile.
Faktencheck: LDES Marktpotenzial
Der LDES Council prognostiziert einen globalen Markt von 85-140 TWh bis 2040. Dies unterstreicht die wachsende Bedeutung von Technologien, die über die Kapazitäten von Lithium-Ionen-Batterien hinausgehen.
Vorteile von Flussbatterien gegenüber Lithium-Ionen
Ein wesentlicher Unterschied liegt in der Speicherung der Energie. Bei Flussbatterien wird die Energie im Elektrolyt gespeichert, nicht in den Elektroden wie bei Lithium-Ionen-Batterien. Dies bedeutet, dass der Elektrolyt bei Bedarf einfach ausgetauscht oder regeneriert werden kann, was eine praktisch unbegrenzte Zyklenzahl ermöglicht und die Kapazitätsdegradation minimiert.
Sicherheit ist ein weiterer entscheidender Faktor. Flussbatterien verwenden nicht brennbare, wasserbasierte flüssige Elektrolyte. Sie sind immun gegen thermisches Durchgehen, ein Risiko, das bei Lithium-Ionen-Batterien besteht und zusätzliche Kosten für Versicherung, Standortwahl und Genehmigungen verursachen kann.
"Für LDES, wo die Entladezeiten viel länger sind und häufigere Zyklen erforderlich sind, sind Flussbatterien deutlich besser geeignet als Lithium-Ionen."
Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer
Die Wirtschaftlichkeit von Flussbatterien verbessert sich erheblich mit zunehmender Speicherdauer. Während Lithium-Ionen-Batterien für kurze Entladezeiten (bis zu 4 Stunden) aufgrund ihrer Energiedichte und Kosten pro kWh überlegen sind, kehrt sich dieses Verhältnis bei längeren Dauern um.
Die Kostenstruktur von Flussbatterien ist anders. Leistung und Energie sind entkoppelt. Die Leistungskomponente umfasst Stacks, Pumpen und Steuerungssysteme, während die Energiekomponente der Elektrolyt in Tanks ist. Da Elektrolyte relativ kostengünstig sind, sinken die Kosten pro kWh bei Flussbatterien, wenn das System skaliert wird, während sie bei Lithium-Ionen-Batterien linear bleiben. Ab etwa acht Stunden Entladedauer werden Flussbatterien deutlich wettbewerbsfähiger.
Zyklenfestigkeit und langfristige Performance
Flussbatterien sind ideal für Umgebungen mit hoher Zyklisierung, wie Spitzenlastmanagement, Netzausgleich und die Unterstützung erneuerbarer Anlagen. Ihre Degradation ist im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien vernachlässigbar. Lithium-Ionen-Batterien erreichen typischerweise einige tausend Zyklen, bevor sie signifikant an Kapazität verlieren. Flussbatterien hingegen können weit über 20.000 Zyklen überdauern und haben oft eine garantierte Lebensdauer von mindestens 25 Jahren.
Hintergrund: Pumpspeicherkraftwerke und Flussbatterien
Pumpspeicherkraftwerke (PHES) sind heute eine der größten und effizientesten LDES-Systeme. Sie sind jedoch geografisch begrenzt und erfordern lange Bauzeiten. Flussbatterien können viel schneller eingesetzt werden und eignen sich für Regionen, in denen PHES nicht praktikabel ist, und können diese ergänzen.
Globale Akteure und Projekte
Mehrere Unternehmen treiben die Entwicklung und den Einsatz von Flussbatterien weltweit voran. Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) ist die am weitesten verbreitete Technologie, aber auch Eisen- und organische Flussbatterien gewinnen an Bedeutung.
Rongke Power (China)
Rongke Power ist ein führendes Unternehmen im Bereich der Flussbatterien mit großen Installationen in China. Das Unternehmen bietet verschiedene VRFB-Produkte an, darunter die UPower-Serie (10kW/40kWh, 4-24 Stunden Dauer, über 20.000 Zyklen) und die Spower-Serie (240kWh, über 25.000 Zyklen).
- CTG Jimusaer ESS: Das größte VRFB-System der Welt mit 200 MW/1.000 MWh. Es ist für die Integration großer Mengen erneuerbarer Energien konzipiert.
- Xinhua Ushi ESS: Ein 175 MW/700 MWh System mit 4 Stunden Dauer, das größte netzbildende Energiespeichersystem mit VRFB.
- Dalian ConCurrent Energy Storage Project: Ein Stadtzentrumsprojekt mit einer Gesamtkapazität von 200 MW/800 MWh, das die Netzstabilität verbessert.
Rongke Power hat weltweit über 3,5 GWh installierte Kapazität. Die niedrigeren Arbeitskosten in China ermöglichen den Bau großer Projekte vor Ort.
Stryten Energy (USA)
Stryten Energy hat sich mit Largo Inc. zusammengetan, um Storion Energy zu gründen. Das Unternehmen konzentriert sich auf modulare VRFBs und den Aufbau robuster US-Lieferketten für Vanadium. Ihre VRFBs sind für mittlere bis lange Speicherdauern (4-12 Stunden) ausgelegt und skalierbar von kWh bis MWh.
Ein bemerkenswertes Projekt ist die Zusammenarbeit mit Terraflow: ein 9,6 MW/48 MWh VRFB-Projekt in Bellville, Texas, eines der größten LDES-Installationen in Texas.
Invinity Energy Systems (Großbritannien)
Invinity Energy Systems ist der größte nicht-chinesische Akteur im VRFB-Bereich und entwickelt modulare Systeme für netzgebundene, kommerzielle und industrielle (C&I) sowie Rechenzentrums-LDES-Anwendungen. Ihre Endurium-Systeme sollen eine um 25-30% geringere Kosten als Li-Ionen-Systeme bieten und eine 3,8-fache Lebensdauer aufweisen.
Invinity ist an über 90 Projekten in 17 Ländern beteiligt und hat über 190 MWh Speicherkapazität bereitgestellt oder vertraglich vereinbart. Dazu gehören:
- Das größte VRFB-Projekt Europas in Copwood, UK (20,7 MWh).
- Ein 5 MWh VRFB für den Energy Superhub Oxford.
- Ein 1,8 MWh System in Schottland, gekoppelt mit Gezeitenkraft und einem Elektrolyseur.
Das Unternehmen hat seit der Einführung von Endurium eine Kostenreduktion von 36% erzielt und plant weitere Projekte, darunter ein 72 MWh Projekt in den USA und ein 11 MWh Projekt in Ungarn.
Alternative Flussbatterietechnologien
Neben VRFBs entwickeln sich auch andere Flussbatterietechnologien, die vielversprechende Lösungen für die Langzeitenergiespeicherung bieten.
ESS Tech Inc. (USA) – Eisen-Flussbatterien
ESS Tech Inc. stellt modulare Eisen-Flussbatterien her. Diese Systeme bieten eine Entladedauer von 8-22 Stunden und eine Lebensdauer von mindestens 25 Jahren. Sie sind für große Versorgungs- und C&I-Projekte konzipiert und können Energiedichten von bis zu 300 MWh/Acre erreichen.
Ein großes angekündigtes Projekt ist eine 50 MW/500 MWh Anlage im Kraftwerk Boxberg in Ostdeutschland in Zusammenarbeit mit LEAG. ESS Tech konzentriert sich zunehmend auf sein "Energy Base"-Produkt für größere Projekte in erneuerbaren Energien und Rechenzentren.
CMBlu (Deutschland) – Organische Flussbatterien
CMBlu entwickelt organische Flussbatterien, die kohlenstoffbasierte Moleküle anstelle von Metallionen für die Elektrolyte verwenden. Diese Systeme bieten ebenfalls eine potenziell unbegrenzte Zyklenlebensdauer und erreichen Wirkungsgrade von bis zu 90% (DC-zu-DC).
CMBlu ist an verschiedenen Projekten beteiligt, darunter die Implementierung in einem Industriepark in Bayern und die Entwicklung von Speichersystemen für die Ladeinfrastruktur von Elektrofahrzeugen.
Fazit: Flussbatterien als Schlüsseltechnologie
Flussbatterien sind auf dem besten Weg, sich als wettbewerbsfähige LDES-Technologie zu etablieren. Ihre Vorteile in Bezug auf Sicherheit, Lebensdauer und Skalierbarkeit machen sie zu einer idealen Lösung für die Integration erneuerbarer Energien, die Stabilisierung von Stromnetzen und die Versorgung abgelegener Gebiete und Inselgemeinschaften. Insbesondere in Schwellenländern wie Südafrika, Indonesien, Thailand und Indien könnten Flussbatterien eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Netzstabilität spielen und die wirtschaftliche Entwicklung unterstützen.
Die fortlaufenden Innovationen und die zunehmende Anzahl von Großprojekten weltweit zeigen, dass Flussbatterien ein zentraler Bestandteil der zukünftigen Energielandschaft sein werden.
