E2Fuels

Modellgestützte Optimierung und Lebenszyklusanalyse batteriehybrider, maritimer Antriebssysteme

Ziel des Vorhabens ist die ökonomische und ökologische Bewertung sowie Optimierung der Hybridisierung von mit e-Fuels betriebenen maritimen Großmotoren. Durch den Einsatz von e-Fuels kann zwar die Emission von Schadstoffen über die gesamte Kette von der Energieproduktion bis zur Erbringung von Traktionsleistung minimiert werden, lokal treten beim Verbrennen von Kraftstoff jedoch noch Emissionen auf. Daher soll das Senkungspotential dieser lokalen Emissionen durch die Hybridisierung von Großmotoren mit Batteriespeichern analysiert werden. Die hierzu durchgeführten Untersuchungen konzentrieren sich auf die Anwendungsfälle „Plug-In Ferry“ und „Hybrid Tugboat“, welche sich aufgrund der schnell wechselnden Lastanforderungen und Standby-phasen besonders für eine Hybridisierung eignen.

Um eine solche Analyse zu ermöglichen, wird in einem ersten Schritt eine Batteriezelle ermittelt, welche sich für maritime Anwendungen eignet. Diese wird anschließend analysiert und charakterisiert. Hierzu werden Vorgehensweisen aus dem Bereich der Charakterisierung von Zellen für Anwendungen im stationären- sowie KFZ Bereich übernommen und an die spezifischen Anforderungen im Bereich der Großmotoren mit synthetischen Kraftstoffen für maritime Anwendungen angepasst. Hier können sich unter anderem die Anforderungen an die Dynamik des Modells, sowie die Nutzungsart und die damit resultierende Alterung von bisherigen Anwendungsszenarien unterscheiden.
So wird schlussendlich ein elektrisches Modell, sowie ein Alterungsmodell der ausgewählten Batteriezelle erstellt. Dieses kann in einer Auslegungssimulation der Projektpartner zum Einsatz kommen, um so die optimale Dimensionierung der Batterie für die gewählten Anwendungsfälle zu ermitteln.

Außerdem muss ein optimales Zusammenspiel zwischen Großmotor und Batteriespeicher in der Auslegungssimulation gewährleistet werden, um eine optimale Batteriegröße zu ermitteln. Daher wird eine Betriebsstrategie für den Batteriespeicher entwickelt, welche in die Auslegungssimulation von integriert werden kann. Dieser Algorithmus bewertet verschiedene Betriebspunkte der Batterie nach ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten. So verursacht jede Nutzung der Batterie eine Degradation, welche über das Alterungsmodell der Batterie abgebildet wird. Diese Degradation muss gegen den Nutzen des Einsatzes des Speichers abgewogen werden, um eine ideal Betriebsstrategie zu ermöglichen.

Schließlich werden die Lebenszyklusauswirkungen des Speichers in einer Lebenszyklusanalyse bestimmt. Es werden also Energieaufwände zur Herstellung des Speichers, sowie bei Betrieb und Entsorgung bestimmt und systematisch hinsichtlich verschiedener Wirkkategorien analysiert. So kann ermittelt werden, ob die Nutzung eines Speichers über die gesamte Lebensdauer zu einer Verringerung der Emissionen führt. Zudem können die Einflüsse verschiedener Randbedingungen, wie z.B. des verwendeten Strommixes bei der Herstellung des Systems, quantifiziert werden, um auch für die Zukunft die Eignung eines Batteriespeichers in den genannten Anwendungen bewerten zu können.

Laufzeit

01. Oktober 2018 – 30. September 2021

Förderung

Das Projekt E2Fuels wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen 03EIV011F im Rahmen der Forschungsinitiative „Energiewende im Verkehr“ gefördert.