Abschlussbericht ASAP - Einsatz von Superkondensatoren auf Fähren

Abstract

Derzeitiger Stand der Wissenschaft und Technik; Die aktuelle dt. Binnenfährflotte hat ein hohes Durchschnittsalter (ca. 47 Jahre) und wird hauptsächlich mit fossilen Energieträgern betrieben. Für die Elektrifizierung von Fähren sind zurzeit Lithium-Ion-Batterien der Stand der Technik, wobei dieses aufgrund ihrer relativ geringen Leistungsdichte nur teilweise im Tagesgeschäft von Binnenfähren geladen werden können und durch ihre Zyklenfestigkeit in ihrer Lebensdauer begrenzt sind. Superkondensatoren können trotz ihrer geringen Energiedichte eine sinnvolle Alternative sein, da sie hohe Leistungsdichten mit einer sehr hohen Zyklenfestigkeit (bis zu 1. Mio.) bieten. Begründung/Zielsetzung der Untersuchung: Um die Ziele einer klimaneutralen Mobilität zu erreichen, müssen die CO2-Emissionen im Binnenfährverkehr auf null gesenkt werden. Dafür eignet sich die Elektrifizierung von Binnenfähren, welche netzdienlich geladen werden müssen, um negative Rückwirkungen auf das Verteilnetz zu begrenzen. Methode: Es wurden Konzepte auf Basis von wissenschaftlicher Literaturrecherche, Simulationen und Ladeversuchen erstellt. Ergebnis: Bei allen Binnenfähren in Deutschland besteht das Potenzial diese mit Superkondensatoren zu Elektrifizieren und mit einer Kombination aus Batterie/Superkondensatorspeicher und Photovoltaikanlage netzdienlich zu laden. Schlussfolgerung/Anwendungsmöglichkeiten: Die Ergebnisse können dazu verwendet werden, bei bestimmten Fährstrecken mit hohem Einsparpotenzial von Treibhausgasemissionen bei der Neubeschaffung von Fähren neuartige Speicherkonzepte zu nutzen. Current state of science and technology: The current German inland ferry fleet has a high average age (approx. 47 years) and is mainly powered by fossil fuels. Lithium-ion batteries are currently state of the art for the electrification of ferries, although their relatively low power density means that they can only be partially charged in the day-to-day operation of inland ferries and their service life is limited by their cycle stability. Despite their low energy density, supercapacitors can be a useful alternative as they offer high power densities with very high cycle stability (up to 1 million cycles). Reason/objective of the study: To achieve the goals of climate-neutral mobility, CO2 emissions from inland ferry transport must be reduced to zero. The electrification of inland ferries, which must be charged grid-friendly to limit negative effects on the distribution network, is a suitable means of achieving this. Method: Concepts were developed based on scientific literature research, simulations and charging tests. Result: All inland ferries in Germany have the potential to be electrified with supercapacitors and charged in a grid-friendly manner using a combination of battery/supercapacitor storage and photovoltaic systems. Conclusion/possible applications: The results can be used to employ innovative storage concepts for certain ferry routes with high potential for greenhouse gas emission savings when procuring new ferries.