EFZN

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Ausstattung

Die Labore auf dem EnergieCampus Goslar sind mit modernster Technik ausgestattet. Diese Seite bietet einen Überblick zur wissenschaftlichen Ausstattung und zur Funktion einzelner Geräte im Batterie- und Sensoriktestzentrum, im Labor "Aktive Verteilnetze", im Speicherlabor, in den Physik- und Chemielaboren, im 3D-Visualisierungsraum und im Energielabor, zu dem die hauseigene Anlage zur Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) gehört.

Am Standort Celle arbeiten die über das EFZN verbundenen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der dortigen Tiefbohr-Versuchsanlage "Drilling Simulator Celle (DSC)" zusammen.

 

 

Batterie- und Sensoriktestzentrum

Das Batterie- und Sensoriktestzentrum (BST) stellt eine gemeinsame Forschungsinfrastruktur des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts (HHI) und des Energie-Forschungszentrums Niedersachsen (EFZN) dar. Es ist angesiedelt auf dem "EnergieCampus" der TU Clausthal in Goslar. Im Vordergrund der gemeinschaftlichen Tätigkeiten stehen die Entwicklung und Tests sowie die anschließende Zertifizierung neuartiger Sicherungskonzepte stationärer Batteriesysteme. Neue Testmöglichkeiten wurden geschaffen, die sich von bestehenden Zentren abgrenzen und dadurch neuartige Grenzbelastungstests an Batterien bis zum Brand ermöglichen. Das BST verfügt über zwei Brandöfen mit Abgasreinigung sowie nachgeschalteter Abgasanalytik für Versuche an Batterien und neuartiger Schutzhüllen. Neben den elektrischen Prüfständen für Batteriezell- und modultests können auch komplexe Batteriesysteme mit bis zu 1,2 MW Leistung unter Klimatisierung be- und entladen werden. Ergänzt wird das Angebot durch faseroptische Sensorsysteme zur Erfassung von thermischen Zustandsgrößen und einer Gasanalytik zur Untersuchung entstehender Brandgase.

Ausstattung und Kernkompetenzen:

 

  • Elektrische Belastungstests bis 1000V/1200A/1,2MW
  • Kurzschlussversuche
  • hohe Strom- und Spannungsdynamik (<10 ms)
  • Temperaturfeldmessung in Batterien
  • Test von Batterie- und Thermomanagementsystemen in Grenzbelastungen
  • Klimatisierbarer Prüfcontainer
  • Brandöfen zur Durchführung von Brandversuchen an Batterien und Schutzhüllen
  • Faseroptische Messsensorik zur Temperatur- und Dehnungsmessung
  • Spektroskopische Gasanalytik

Das Batterie- und Sensoriktestzentrum stellt das Kernstück der apparativen Ausstattung für die Zusammenarbeit mit weiteren Partnern im Rahmen des "Batterie-Sicherheitscampus Deutschland" dar. 

Einen Informationsflyer über die Testeinrichtungen finden Sie hier.

Labor "Aktive Verteilnetze"

Der in dem Labor für "Aktive Verteilnetze" vorhandene Prüfstand ist eine Nachbildung eines elektrischen Verteilnetzes (Niederspannungsnetz) mit hohem Anteil dezentraler, regenerativer Einspeisung. Der Versuchsstand ermöglicht die Untersuchung der Auswirkungen auf den sicheren Netzbetrieb, die durch vermehrten Einsatz  leistungselektronischer Komponenten wie zum Beispiel PV-Wechselrichter verursacht werden. Für diese Untersuchungen stehen folgende Geräte zur Verfügung: Zwei Maschinensätze (jeweils eine Asynchronmaschine gekoppelt mit einer Synchronmaschine), die sowohl als Last als auch als Generator eingesetzt werden können, zwei hochdynamische und frei konfigurierbare Wechselrichter zur Nachbildung verschiedenster Erzeuger und Lasten, eine PV-Außenanlage und zusätzliche ohmsche und motorische Lasten. In einem aktuellen Projekt wird das Versuchsnetz zudem mit einstellbaren Netzersatzelementen  (Leitungsnachbildungen) zum Nachbilden verschiedener Netzstrukturen ergänzt.

Speicherlabor

Das Speicherlabor wird zur Konzeptentwicklung und Untersuchung von Energiespeichersystemen mit unterschiedlichen Technologien verwendet. Zur Verfügung stehen Blei-Säure-Batterien (450V – 650V, 40Ah), Doppelschichtkondensatoren (250V – 500V, 5F), ein Schwungmassenspeicher (600V – 800V, 6MJ), Elektrolyt- und Snubberkondensatoren und Lithium-Ionen-Batterien (300V – 450V, 24Ah) sowie eine Redox-Flow-Batterie (10 KW, siehe Bild), die in das hauseigene Energieversorgungssystem eingebunden ist. Dieses System kann den hohen Leistungsanforderungen im Zeitbereich von wenigen Mikrosekunden bis zu etwa einer Stunde gerecht werden. Es steht zudem eine elektronische Belastungseinheit zur Verfügung, mit der Speichertechnologien bidirektional mit bis zu 200kW dynamisch getestet werden können.

Physiklabore

In den physikalischen Laboren befindet sich ein Femto-Sekunden-Laser (fs-Laser) zur maßgeschneiderten Modifikation von Materialien. Damit ist es zum Beispiel möglich, Wellenleiter und photonische Strukturen direkt ins Glas zu schreiben. Weiterhin wird mit dem fs-Laser schwarzes Silizium für die Prozessierung von Solarzellen hergestellt. Zur  weiteren Bearbeitung stehen Handschuhbox, Beschichtungsanlage, ein Excimerlaser zur Pulsed Laser Deposition (PLD) und ein Bondinggerät zur Kontaktierung bereit. Materialanalysen sind mittels Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) möglich. Außerdem steht ein Solarcharakterisierungslabor zur Verfügung.

Chemielabore

Forschungsgeräte in den fünf elektrochemischen und materialwissenschaftlichen Laboren sind zwei große Redox-Flow-Prüfstände, ein Zink-Luft-Prüfstand (Eigenbau) und eine Handschuhbox. Im Bereich der Brennstoffzellenforschung stehen ein Direkte-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC) Prüfstand, zwei kleinere Prüfstände für DMFC (Eigenbau) und ein Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) Prüfstand zur Verfügung. Darüber hinaus gibt es einen Druckelektrolyseur zur Versorgung zum Beispiel der Brennstoffzellen im Langzeittest mit Wasserstoff. Der Aufbau des modernen Prüfstandes für die Aufladung von Brennstoffzellen und die Hochaufladung von Downsizing-Motoren soll zukünftig anwendungsorientierte Forschungs- und Entwicklungsvorhaben auf dem Gebiet der Aufladung von Verbrennungsmotoren, Brennstoffzellen und Batterien ermöglichen.

3D-Visualisierungsraum

Weiterhin wurde am EFZN ein System zur dreidimensionalen Darstellung eingerichtet. Die VR-Wall ("VR" steht für "Virtual Reality"), die in einem eigenen Raum installiert wurde, ermöglicht Studenten und Wissenschaftlern, die dritte Dimension in ihre Untersuchungen mit einzubeziehen. Vier Beamer, die durch einen eigenen Rechner angesteuert werden, projizieren ein Bild auf eine spezielle Leinwand. Mittels 3D-Brillen können die Betrachter dann ein dreidimensionales Bild sehen. Speziell in der  Lagerstättenkunde ist das von großem Vorteil, da die Ingenieure so die Bohrungen optimal platzieren können. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die dreidimensionale Darstellung von Strömungen in Gesteinen, die zuvor mittels Computertomographie dreidimensional gescannt und digital rekonstruiert wurden: zum Beispiel "Digital Rock", Pumpspeicher unter Tage und Raumordnung unter Tage. Auch andere Fachbereiche nutzen dieses Labor zur Visualisierung von räumlichen Daten.

Energielabor - KWKK

Das EFZN wird über ein Blockheizkraftwerk (BHKW) mit zugeordneter Absorptions-Kältemaschine mit Strom, Wärme und Kälte versorgt. Das System entspricht dem Ansatz der Dezentralisierung der Strombereitstellung mit direkter Nutzung der Abwärme in angeschlossenen Gebäuden (auch im Sommer). Das BHKW mit den Leistungsdaten 210 kW thermisch/150 kW elektrisch wird mit Erdgas betrieben und versorgt das Gebäude im Heizbetrieb mit Abwärme aus der Stromproduktion. Im Sommerbetrieb wird die Abwärme in einer Absorptions-Kältemaschine zur Bereitstellung von 70 kW Kältewirkung genutzt. Die auf dem Niveau von 6/12 Grad Celsius verfügbare Kälte dient zur Kühlung der EDV-Räume, der Laserlabore sowie des Gebäudes. Die Kältebereitstellung im Gebäude erfolgt hierbei über als innovative Heiz- und Kühlflächen ausgeführte Radiatoren mit Taupunktregelung. Zur Harmonisierung des BHKW-Betriebes sind für die Verlängerung der Laufzeiten je ein 6-m³-Wärmespeicher und ein 3-m³-Kältespeicher der Wärme- beziehungsweise Kälteerzeugung und Kälteverteilung zwischengeschaltet. Über die zum Kältespeicher umgenutzte ehemalige Löschwasserzisterne stehen weitere 190 Kubikmeter Speichervolumen auf dem Gelände zur Verfügung. Ziel der Organisation des Anlagenbetriebes ist die Wärme-, Kälte- und Strombereitstellung bei minimiertem Einsatz von fossilen Energien und Emissionen. Zur wissenschaftlichen Begleitung des Betriebes des Energieversorgungssystems steht ein Monitoring-System zur Verfügung, über das alle Energieströme sowie Betriebssituationen erfasst werden. Die Zentrale der Energieversorgung wird damit zum Labor mit real betriebener Anlagentechnik. Die Energieversorgung des EFZN setzt damit Maßstäbe hinsichtlich moderner Organisation der Energieversorgung und bietet Potential zur Optimierung von Betriebsstrategien in der Praxis.

 

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