Projekt 35503/51

Kosten- und energieeffiziente Energiespeicherlösung für Industrie- & Netzanwendung

Projektdurchführung

Zielsetzung

Der zunehmende Ausbau von Wind- und Solarenergie führt zu Herausforderungen innerhalb des Energienetzes hinsichtlich Stabilität und Qualität. Zeitgleich steigen auch deswegen die Energiepreise stetig an. Energiespeicher, insbesondere Lithium-Batterien und Pumpspeicherkraftwerke, werden zur verbesserten Integration der volatilen, erneuerbaren Energiequellen eingesetzt.
Die Hypnetic GmbH ist 2019 mit der Mission gestartet, Druckluftspeicher (CAES) dezentral einsetzbar und marktfähig zu machen. Bis zum heutigen Tage werden keine dezentralen CAES betrieben. Konventionelle CAES können nicht dezentral eingesetzt werden, weil sie auf Untergrund-Kavernen angewiesen sind, in denen das Druckgas zwischengespeichert wird. Das direkte Komprimieren von Gasen mittels Gaskompressoren in konventionellen Druckluftenergiespeichern verhindert einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Energiedichte. Es werden externe Kühlkreisläufe und damit zusätzliche Komponenten mit Wirkungsgradverlusten notwendig. Für die Expansion des Gases in der Rückverstromung werden zusätzliche Wärmezuführsysteme (Verbrennung von Öl/Gas) erforderlich, damit an der Gasturbine keine Vereisung auftritt. Im Gegensatz dazu nutzt die Technologie der Hypnetic einen hydraulisch bidirektionalen Prozess, um reinen Stickstoff in einem geschlossenen Kreislauf auf Hochdruck zu bringen (Beladung) und diesen dann wieder in der Expansion zur Umwandlung in elektrischen Strom zu nutzen (Entladung). Die bei der Beladung entstehende Wärme wird innerhalb des Systems zwischengespeichert und für die Entladung wieder genutzt.
Die Unterstützung durch das Green-Startup-Programm der Deutschen Bundesstiftung Umwelt zielte besonders auf die weitere technische Entwicklung basierend auf dem vorhandenen Prototyp hin zum möglichen Markteintritt ab.

Arbeitsschritte

Die Arbeitsschritte sind in betriebswirtschaftlichen und technischen Aufgaben unterteilt und in 6 Bereiche gefasst worden. Im Bereich 1 sind die betriebswirtschaftlichen und organisatorischen Aufgaben zusammengefasst. In diesem Bereich fällt auch die Patent-Gestaltung und -Einreichung. Der Bereich 2 umfasst Versuche & Weiterentwicklungen mit dem vorhandenen Prototyp. Unter Bereich 3 sind die Aufgaben zusammengefasst, die für die Vorbereitung und Durchführung einer Seed-Finanzierungsrunde erforderlich sind. Der Bereich 4 umfasst die Entwicklung für das Management-System des Hypnetic-Energiespeichers, welches neben der einzigartigen Verschaltung aus in anderen Industrie-Bereichen etablierten Komponenten eine zentrale Rolle einnimmt. Hauptaugenmerk hierbei liegt auf der Steuerung und Regelung, den Schnittstellen zu vorhandenen Kunden-Systemen und der Entwicklung eines Predictive Maintenance Ansatzes. Im Bereich 5 sind sämtliche Aufgaben innerhalb der Themengebiete Marketing und Vertrieb untergebracht. Dazu zählen besonders die Erstellung von Marketing-Materialien, die Realisierung von Messe-Auftritten und Marketing-Kampagnen und die Akquise und Kommunikation mit potenziellen Anwendern des Speichersystems.
Der Bereich 6 umfasst die Durchführung von technischen Abschlussarbeiten (am IfES, LUH) für die Weiterentwicklung des Systems und Arbeiten rund um die Gewinnung von Personal.
Die gesetzten Ziele gehen über den Stand der Technik hinaus, weil weltweit kein dezentral einsetzbares Druckluft-Speichersystem eingesetzt wird. Durch den Einsatz der Technik kann die Integration von Solar- und Windkraft in das Energienetz verbessert werden.

Ergebnisse

Innerhalb des Förderprojektes wurde die Technologie-Entwicklung des hydropneumatischen Energiespeichers sowie die Unternehmens-Entwicklung der Hypnetic GmbH als Unternehmen zur Herstellung und Vermarktung deutlich vorangebracht.
Für die Technologie-Entwicklung wurde der Prototyp aufgebaut und getestet. Es konnte validiert werden, dass ein konventioneller Hydraulik-Motor zum Zwecke der elektrischen Energiespeicherung eingesetzt werden und dass die Hubraumverstellung des Hydraulik-Motors für die Leistungsregelung sinnvoll sein kann. Basierend auf dem Prototyp-Einhub-Konzept wurde ein weiteres Konzept, das Hochdruck-Niederdruck-Konzept erarbeitet und getestet, welches die Skalierungsprobleme des Einhub-Konzeptes lösen kann. Das Management-System für den hydropneumatischen Energiespeicher ist für die betriebssichere und möglichst effiziente Realisierung der vom Anwender gewünschten Be- bzw. Entladung zuständig. Für das Management-System plant die Hypnetic GmbH den Einsatz von modernen Regel- und Wartungsmechanismen. Während des Förderzeitraumes konnten signifikante Fortschritte in den Bereich Predictive Control und Predictive Maintenance erreicht werden. Es konnte gezeigt werden, dass eine MPC-Regelung die Performance des hydropneumatischen Energiespeichers erhöhen kann. Für die zukunftsorientierte Instandhaltung konnten Ansätze zur Realisierung erarbeitet und die Sinnhaftigkeit für den Einsatz im hydropneumatischen Energiespeicher validiert werden.

Innerhalb der Unternehmensentwicklung wurden die Bereiche Betriebswirtschaft, die Verwaltung und Organisation, Marketing- und Vertriebsthemen, die Seed-Finanzierungsrunde sowie die Akquise von Teamverstärkungen erfolgreich realisiert. In dem Förderzeitraum konnte die Zielgruppe und deren Anwendung und Nutzen detailliert sowie verschiedene Kontakte zur markttechnischen Anwendung des hydropneumatischen Energiespeichers geknüpft werden. Zudem konnte durch die Seed-Finanzierungsrunde sichergestellt werden, dass die Entwicklung der Technologie und des Unternehmens fortgeführt werden kann. Als Teamverstärkung konnten insgesamt sechs Studierende für Entwicklungsarbeiten und Anwendungsmöglichkeiten der hydropneumatischen Energiespeicher-Technologie gewonnen werden.
Bei allem Fortschritt der technischen Entwicklung des Prototyps musste aus Gründen der Verzögerungen das ursprünglich definierte Arbeitspaket, welches zur Durchführung des Pilot-Projektes gedacht war, aus dem Projekt genommen werden.

Öffentlichkeitsarbeit

Während des Förderzeitraumes und darüber hinaus war Hypnetic auf zahlreichen Events vertreten. Folgend einige Beispiele aus dem Jahr 2023: Hannover Messe, Smart City Summit, SMINT Prototypenparty, LUH Summer School, Volta X, Spreewindtage, Energietag von hannoverimpuls
Die Hypnetic pflegt einen LinkedIn Beitrag und postet in regelmäßigen Abständen aktuelle Ereignisse und Fortschritte auch in der technischen Entwicklung. Die Beiträge werden auch auf der Website (www.hypnetic.de) veröffentlicht.
Auch im Jahr 2024 arbeitet Hypnetic an der Verbreitung der Technologie: Bereits gebucht sind Messeauftritte auf der Hannover-Messe sowie auf der Intersolar in München.

Fazit

Die Förderung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt schloss rückblickend betrachtet die Finanzierungslücke zwischen dem EXIST-Gründerstipendium und der Seed-Finanzierung und hatte somit große Bedeutung für die Unternehmens-Entwicklung der Hypnetic GmbH. Die Fortschritte der Technologie-Entwicklungen haben gezeigt, dass der hydropneumatische Energiespeicher eine Anwendung im Markt finden und eine sinnvolle Erweiterung der gegenwärtig verfügbaren Speicher-Technologien sein kann. Zu diesem Zweck konnten mit der Förderung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt wichtige Meilensteine wie Prototypen-Tests, Management-System-Entwicklungen, Kontaktknüpfungen zu potenziellen Anwendern und die Seed-Finanzierung erfolgreich bewältigt werden.