This literature research gives an overview about the various possibilities of energy storage for photovoltaics and electric vehicles. Therefore it discusses the general need for buffering and storage of renewable energy, the political setting and economic progress of electric mobility. Configurations, chemical reactions, advantages and disadvances of lead-, nickel-based-, metal-air, lithium-, high-temperature and redox-flow-batteries are discussed in concise form. A table of miscellaneous batteries sorted by their electrical and physical characteristics is attached to this document.

In diesem Planungsleitfaden wird ein typischer Planungsablauf zur Auslegung von solchen Be- und Entladesystemen beschrieben. Er gibt wichtige Hinweise und Richtlinien für die Planung, Entwicklung und Auslegung von Be- und Entladesystemen. Andere Vorgehensweisen und Varianten werden damit aber nicht ausgeschlossen. Die Ausführungen beruhen im Wesentlichen auf dem Abschlussbericht zum Forschungsprojekt „Weiterentwicklung und Optimierung von Be- und Entladesystemen für Tank- und Erdbeckenspeicher“ [1] innerhalb des Förderkonzeptes „Solarthermie 2000plus“ und stellen eine Zusammenstellung der für die Planung solcher Systeme relevanten Ergebnisse dar.

Der Vortrag stellt den Aufbau und die Herstellweise gedruckter Batterien dar. Mögliche Einsatzgebiete werden diskutiert. Ferner wird die Untersuchungs- und Anwendungsvielfalt der Abteilung hinsichtlich digitaler Drucktechnologien gezeigt.

Nowadays, the increasing requirements of portable, implantable, and wearable electronics have greatly stimulated the development of miniaturized energy storage devices (MESDs). Electrochemically active materials and microfabrication techniques are two indispensable parts in MESDs. Particularly, the architecture design of microelectrode arrays is beneficial to the accessibility of two-dimensional (2D) active materials. Therefore, this study reviews the recent advancements in microbatteries and microsupercapacitors based on electrochemically active 2D materials. Emerging microfabrication strategies enable the precise control over the thickness, homogeneity, structure, and dimension in miniaturized devices, which offer tremendous opportunities for achieving both high energy and power densities. Furthermore, smart functions and integrated systems are discussed in detail in light of the emergence of intelligent and interactive modes. Finally, future developments, opportunities, and urgent challenges related to 2D materials, device fabrications, smart responsive designs, and microdevice integrations are provided.

The aim of this thesis is to objectify the discussion regarding the availability of technologies related to the German energy transition. This work describes the state of development of relevant technologies on the basis of Technology Readiness Levels. Further, it points out development potentials and limits as well as the necessary power capacities needed for a certain energy system design that is mainly based on electricity. Thus, the scope is set to renewable energy sources suited to provide electricity in Germany, technologies that convert primary electricity for other energy sectors (heating and mobility) and storage technologies. Additionally, non-conventional technologies for electricity supply and grid technologies are examined. The underlying Technology Readiness Assessment is a method used to determine the maturity of these systems or their essential components. The major criteria for assessment are scale, system fidelity and environment. In order to estimate the relevant magnitudes for certain energy technologies regarding power and storage capacities, a comprehensible simulation model is drafted and implemented. It allows the calculation of a renewable, volatile power supply based on historic data and the display of load and storage characteristics. As a result, the Technology Readiness Level of the different systems examined varies widely. For every step in the direct or indirect usage of renewable intermittent energy sources technologies on megawatt scale are commercially available. The necessary scale for the energy storage capacity is in terawatt hours. Based on the examined storage technologies, only chemical storages potentially provide this magnitude. Further, the required total power capacities for complementary conversion technologies lay in the two-digit gigawatt range.:Abstract 2 Contents 3 1. Introduction 7 2. General remarks on the current state of the German energy system 12 3. Method of Technology Readiness Assessment 16 3.1. Fundamentals of the method 16 3.2. Drawbacks of TRA 19 3.3. Extended Readiness Levels 20 3.4. Conducting the Technology Readiness Assessment 21 3.5. Expert interviews 23 3.6. References 24 4. Preliminary remarks on the TRL assessment 25 4.1. Mission and environment 25 4.2. Simplifications and neglected aspects 26 4.3. References 26 5. Wind power 27 5.1. Technology description 27 5.2. Estimation of potential 32 5.3. Representation of the achieved state of expansion 37 5.4. TRL assessment 39 5.5. References 40 6. Solar energy 44 6.1. Technology description 44 6.2. Solar thermal energy 44 6.3. Photovoltaic technologies 45 6.4. Estimation of potential 48 6.5. Representation of the achieved state of expansion 52 6.6. TRL assessment 53 6.7. References 54 7. Geothermal energy 56 7.1. Technology description 56 7.2. Estimation of potential 59 7.3. Description of the current level of expansion 62 7.4. TRL assessment 63 7.5. References 64 8. Hydropower 66 8.1. Technology description 66 8.2. Estimation of potential 68 8.3. Description of the current level of development 70 8.4. TRL assessment 71 8.5. References 72 9. Biomass 73 9.1. Technology description 73 9.2. Estimation of potential 75 9.3. Representation of the achieved state of expansion 79 9.4. TRL assessment 81 9.5. References 82 10. Transmission and distribution grids 84 10.1. Technology description 84 10.2. Estimation of potential 90 10.3. Representation of the achieved state of expansion 94 10.4. TRL assessment 95 10.5. References 96 11. Power-to-heat 100 11.1. Technology description 100 11.2. Estimation of potential 104 11.3. Representation of the achieved state of expansion 107 11.4. TRL assessment 108 11.5. References 109 12. Power-to-cold 111 12.1. Technology description 111 12.2. Estimation of potential 114 12.3. Representation of the achieved state of expansion 117 12.4. TRL assessment 118 12.5. References 120 13. Power-to-chemicals 122 13.1. Technology description 122 13.2. Estimation of potential 134 13.3. Representation of the achieved state of expansion 137 13.4. TRL assessment 138 13.5. Manufacturer overview for electrolysis systems 140 13.6. References 142 14. Mechanical storage 146 14.1. Technology description 146 14.2. Estimation of potential 148 14.3. Representation of the achieved state of expansion 155 14.4. TRL assessment 155 14.5. References 158 15. Thermal storage 160 15.1. Technology description 160 15.2. Estimation of potential 164 15.3. Representation of the achieved state of expansion 169 15.4. TRL assessment 170 15.5. References 172 16. Chemical storage systems 175 16.1. Technology description 175 16.2. Estimation of potential 180 16.3. Representation of the achieved state of expansion 185 16.4. TRL assessment 186 16.5. References 188 17. Electro-chemical storage systems 191 17.1. Technology description 191 17.2. Estimation of potential 198 17.3. Representation of the achieved state of expansion 202 17.4. TRL assessment 202 17.5. References 204 18. Gas engines/gas turbines for hydrogen combustion 207 18.1. Technology description 207 18.2. Estimation of potential 208 18.3. Representation of the achieved state of expansion 211 18.4. TRL assessment 211 18.5. References 213 19. Chemicals-to-Power – Fuel cells 214 19.1. Technology description 214 19.2. Estimation of potential 218 19.3. Representation of the achieved state of expansion 221 19.4. TRL assessment 223 19.5. References 225 20. Interim conclusion for TRA 227 21. Evaluation of system integration 230 21.1. Modelling approach 230 21.2. Scenarios for a renewable energy supply 238 21.3. Results of the simulation 238 21.4. Consequences 244 21.5. References 245 22. Summary and Outlook 247 23. Abbreviations and symbols 249 24. Indices 254 25. List of Figures 255 26. List of Tables 258 27. Appendix 260 27.1. DOE TRL definition and description 260 27.2. Visualized summary of TRLs 262

With the rapid growth of the world population and the process of industrialization of modern society, the demand for energy continues to rise sharply. There is a pessimistic prediction that a peak of consumption primarily fossil fuels will happen in the 2020s to 2030s, hence it is urgent to develop alternative renewable clean energy sources before this coming energy crisis. But the availability of renewable clean energy always is discontinuous, uncontrollable, and unstable. Besides, the generated renewable energy cannot be used directly. Therefore, an energy storage system is urgently needed as the medium to harvest and store the energy generated from the intermittent renewable resource, and also to regulate the electricity output, and improve the tolerance ability of the power grid to renewable energy. Rechargeable aqueous zinc-ion battery, especially those that use mild electrolytes, is drawing more and more attention in the past decades and is regarded as the most promising candidate for large-scale energy storage systems. Compared with the widely used lithium-ion battery which dominated the commercial energy market now, the aqueous zinc-ion battery holds the merits of high theoretical capacity (820 mAh/g gravimetric capacity and 5855 mAh/m3 volumetric capacity), low electrochemical potential (-0.763 V vs. SHE) and high energy density due to the two-electron redox reaction, high abundance in the earth crust and high mass production, low toxicity, and environmental benignity, and the most valuable advantage intrinsic safety in aqueous electrolyte. In this dissertation, the first part focuses on the preliminary application of an aqueous zinc-ion battery. One kind of planar on-chip aqueous zinc-ion micro-battery with high-rate performance was designed and fabricated. The PEDOT and MnO2 cathode can suppress the dissolution of electrode material which can highly improve the cycling performance of the micro-battery. The as-prepared micro-battery displays a high specific capacity of 25.8 μAh/cm2 after 25 activation cycles at a current density of 1 mA/cm2. A reversible specific capacity of 6.2 μAh/cm2 is achieved after 200 cycles, with 55.4 % of the initial discharge capacity retention. To improve the cycling performance of the aqueous zinc-ion battery, the second part of this thesis is preparing a highly enhanced reversibility Zn anode by in-situ texturing. The crystal plane (002)-textured Zn anode with an ultrathin passivation layer suppressed the Zn corrosion and enhanced the full battery performance. Based on these merits, the cycling stability of the Zn anode is enhanced from 791 hours to more than 1500 hours. The coulombic efficiency (CE) of a Zn||Ti asymmetric cell is greater than 90% over 500-hour cycles. For the Zn||MnO2 full cell, the addition of H3PO4 into the electrolyte improves both the rate capability and cycling stability of Zn||MnO2 cells. More importantly, a highly reversible Zn||O2 full cell is demonstrated at a large depth of discharge of Zn (DODZn > 10%), projecting the lower bounds of the cell-level specific energy of lithium-ion batteries.:Abstract I Kurzfassung III List of Abbreviations IX Chapter 1 Background and motivation 1 1.1 Research motivation 1 1.2 Aim of this dissertation 2 1.3 Dissertation structure 3 Chapter 2 Introduction of aqueous zinc-ion battery and anode protection strategies 5 2.1 Introduction of aqueous zinc-ion battery 5 2.2 The challenges of zinc anode 8 2.2.1 Dendrites and protrusion 9 2.2.2 Hydrogen evolution reaction 10 2.2.3 Passivation layer 10 2.3 The strategies of zinc anode protection 11 2.3.1 Surface engineering 11 2.3.2 Electrolyte modification 15 2.3.3 3D structural skeleton and alloy strategies 22 Chapter 3 Experiment characterizations and calculations 25 3.1 Electrochemical methods 25 3.1.1 Chronoamperometry 25 3.1.2 Chronopotentiometry 26 3.1.3 Cyclic voltammetry 27 3.1.4 Galvanostatic charge/discharge 28 3.1.5 Electrochemical impedance spectroscopy 29 3.1.6 Tafel measurement 30 3.2 Characterization methods 31 3.2.1 X-ray diffraction 31 3.2.2 Scanning electron microscope 32 3.2.3 X-ray photoelectron spectroscopy 32 3.2.4 Raman spectroscopy 33 3.3 Experimental calculations 34 3.3.1 b value calculation 34 3.3.2 CE calculation 34 3.3.3 RTC calculation 35 3.3.4 DFT calculation 36 3.3.5 DOD calculation 37 3.3.6 Corrosion rate calculation 38 Chapter 4 A planar on-chip aqueous zinc-ion micro-battery with high-rate performance 41 4.1 Introduction 41 4.2 Experimental section 43 4.2.1 Interdigitated electrodes 43 4.2.2 Preparation of micro-battery 44 4.2.3 Microstructural properties characterization 45 4.2.4 Electrochemical characterization 45 4.3 Results and discussion 46 4.3.1 Characterization of micro-battery 46 4.3.2 Electrochemical performance measurement 49 4.4 Conclusions 56 Chapter 5 Highly enhanced reversibility of a Zn anode by in-situ texturing 57 5.1 Introduction 57 5.2 Experimental section 63 5.2.1 Preparation of the textured Zn anode 63 5.2.2 Synthesis of cathode materials 63 5.2.3 Electrochemical and material characterizations 64 5.3 Results and discussions 64 5.3.1 Nonuniform Zn deposition on an epitaxial substrate 65 5.3.2 In-situ texturing and SEI formation during the cycling 72 5.3.3 Full-cell performance 77 5.4 Conclusions 81 Chapter 6 Summary and outlook 83 6.1 Summary 83 6.2 Outlook 84 References： 87 Acknowledgment 99 Publications 101 Curriculum Vitae 103 Selbstständigkeitserklärung 105

Die Menschheit steht vor der großen Herausforderung der Energieversorgung des 21. Jahrhundert. Nirgendwo ist diese noch dringlicher geworden als im Bereich der Energiespeicherung und Umwandlung. Konventionelle Energie kommt hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen, die auf der Erde nur begrenzt vorhanden sind, und hat zu einer starken Belastung der Umwelt geführt. Zusätzlich nimmt der Energieverbrauch weiter zu, insbesondere durch die rasante Verbreitung von Fahrzeugen und verschiedener Kundenelektronik wie PCs und Mobiltelefone. Alternative Energiequellen sollten vor einer Energiekrise entwickelt werden. Die Gewinnung erneuerbarer Energie aus Sonne und Wind sind auf jeden Fall sehr wichtig, aber diese Energien sind oft nicht gleichmäßig und andauernd vorhanden. Energiespeichervorrichtungen sind daher von großer Bedeutung, weil sie für eine Stabilisierung der umgewandelten Energie sorgen. Darüber hinaus ist es eine enttäuschende Tatsache, dass der Akku eines Smartphones jeglichen Herstellers heute gerade einen Tag lang ausreicht, und die Nutzer einen zusätzlichen Akku zur Hand haben müssen. Die tragbare Elektronik benötigt dringend Hochleistungsenergiespeicher mit höherer Energiedichte. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit beinhaltet Lithium-Ionen-Batterien unter Verwendung von einzelnen aufgerollten Siliziumstrukturen als Anoden, die durch nanotechnologische Methoden hergestellt werden. Eine Lab-on-Chip-Plattform wird für die Untersuchung der elektrochemischen Kinetik, der elektrischen Eigenschaften und die von dem Lithium verursachten strukturellen Veränderungen von einzelnen Siliziumrohrchen als Anoden in einer Lithium-Ionen-Batterie vorgestellt. In dem zweiten Teil wird ein neues Design und die Herstellung von flexiblen on-Chip, Festkörper Mikrosuperkondensatoren auf Basis von MnOx/Au-Multischichten vorgestellt, die mit aktueller Mikroelektronik kompatibel sind. Der Mikrosuperkondensator erzielt eine maximale Energiedichte von 1,75 mW h cm-3 und eine maximale Leistungsdichte von 3,44 W cm-3. Weiterhin wird ein flexibler und faserartig verwebter Superkondensator mit einem Cu-Draht als Substrat vorgestellt. Diese Dissertation wurde im Rahmen des Forschungsprojekts GRK 1215 "Rolled-up Nanotechnologie für on-Chip Energiespeicherung" 2010-2013, finanziell unterstützt von der International Research Training Group (IRTG), und dem PAKT Projekt "Elektrochemische Energiespeicherung in autonomen Systemen, no. 49004401" 2013-2014, angefertigt. Das Ziel der Projekte war die Entwicklung von fortschrittlichen Energiespeichermaterialien für die nächste Generation von Akkus und von flexiblen Superkondensatoren, um das Problem der Energiespeicherung zu addressieren. Hier bedanke ich mich sehr, dass IRTG mir die Möglichkeit angebotet hat, die Forschung in Deutschland stattzufinden. / Human beings are facing the grand energy challenge in the 21st century. Nowhere has this become more urgent than in the area of energy storage and conversion. Conventional energy is based on fossil fuels which are limited on the earth, and has caused extensive environmental pollutions. Additionally, the consumptions of energy are still increasing, especially with the rapid proliferation of vehicles and various consumer electronics like PCs and cell phones. We cannot rely on the earth’s limited legacy forever. Alternative energy resources should be developed before an energy crisis. The developments of renewable conversion energy from solar and wind are very important but these energies are often not even and continuous. Therefore, energy storage devices are of significant importance since they are the one stabilizing the converted energy. In addition, it is a disappointing fact that nowadays a smart phone, no matter of which brand, runs out of power in one day, and users have to carry an extra mobile power pack. Portable electronics demands urgently high-performance energy storage devices with higher energy density. The first part of this work involves lithium-ion micro-batteries utilizing single silicon rolled-up tubes as anodes, which are fabricated by the rolled-up nanotechnology approach. A lab-on-chip electrochemical device platform is presented for probing the electrochemical kinetics, electrical properties and lithium-driven structural changes of a single silicon rolled-up tube as an anode in lithium ion batteries. The second part introduces the new design and fabrication of on chip, all solid-state and flexible micro-supercapacitors based on MnOx/Au multilayers, which are compatible with current microelectronics. The micro-supercapacitor exhibits a maximum energy density of 1.75 mW h cm-3 and a maximum power density of 3.44 W cm-3. Furthermore, a flexible and weavable fiber-like supercapacitor is also demonstrated using Cu wire as substrate. This dissertation was written based on the research project supported by the International Research Training Group (IRTG) GRK 1215 "Rolled-up nanotech for on-chip energy storage" from the year 2010 to 2013 and PAKT project "Electrochemical energy storage in autonomous systems, no. 49004401" from 2013 to 2014. The aim of the projects was to design advanced energy storage materials for next-generation rechargeable batteries and flexible supercapacitors in order to address the energy issue. Here, I am deeply indebted to IRTG for giving me an opportunity to carry out the research project in Germany. September 2014, IFW Dresden, Germany Wenping Si

Die Menschheit steht vor der großen Herausforderung der Energieversorgung des 21. Jahrhundert. Nirgendwo ist diese noch dringlicher geworden als im Bereich der Energiespeicherung und Umwandlung. Konventionelle Energie kommt hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen, die auf der Erde nur begrenzt vorhanden sind, und hat zu einer starken Belastung der Umwelt geführt. Zusätzlich nimmt der Energieverbrauch weiter zu, insbesondere durch die rasante Verbreitung von Fahrzeugen und verschiedener Kundenelektronik wie PCs und Mobiltelefone. Alternative Energiequellen sollten vor einer Energiekrise entwickelt werden. Die Gewinnung erneuerbarer Energie aus Sonne und Wind sind auf jeden Fall sehr wichtig, aber diese Energien sind oft nicht gleichmäßig und andauernd vorhanden. Energiespeichervorrichtungen sind daher von großer Bedeutung, weil sie für eine Stabilisierung der umgewandelten Energie sorgen. Darüber hinaus ist es eine enttäuschende Tatsache, dass der Akku eines Smartphones jeglichen Herstellers heute gerade einen Tag lang ausreicht, und die Nutzer einen zusätzlichen Akku zur Hand haben müssen. Die tragbare Elektronik benötigt dringend Hochleistungsenergiespeicher mit höherer Energiedichte. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit beinhaltet Lithium-Ionen-Batterien unter Verwendung von einzelnen aufgerollten Siliziumstrukturen als Anoden, die durch nanotechnologische Methoden hergestellt werden. Eine Lab-on-Chip-Plattform wird für die Untersuchung der elektrochemischen Kinetik, der elektrischen Eigenschaften und die von dem Lithium verursachten strukturellen Veränderungen von einzelnen Siliziumrohrchen als Anoden in einer Lithium-Ionen-Batterie vorgestellt. In dem zweiten Teil wird ein neues Design und die Herstellung von flexiblen on-Chip, Festkörper Mikrosuperkondensatoren auf Basis von MnOx/Au-Multischichten vorgestellt, die mit aktueller Mikroelektronik kompatibel sind. Der Mikrosuperkondensator erzielt eine maximale Energiedichte von 1,75 mW h cm-3 und eine maximale Leistungsdichte von 3,44 W cm-3. Weiterhin wird ein flexibler und faserartig verwebter Superkondensator mit einem Cu-Draht als Substrat vorgestellt. Diese Dissertation wurde im Rahmen des Forschungsprojekts GRK 1215 "Rolled-up Nanotechnologie für on-Chip Energiespeicherung" 2010-2013, finanziell unterstützt von der International Research Training Group (IRTG), und dem PAKT Projekt "Elektrochemische Energiespeicherung in autonomen Systemen, no. 49004401" 2013-2014, angefertigt. Das Ziel der Projekte war die Entwicklung von fortschrittlichen Energiespeichermaterialien für die nächste Generation von Akkus und von flexiblen Superkondensatoren, um das Problem der Energiespeicherung zu addressieren. Hier bedanke ich mich sehr, dass IRTG mir die Möglichkeit angebotet hat, die Forschung in Deutschland stattzufinden. / Human beings are facing the grand energy challenge in the 21st century. Nowhere has this become more urgent than in the area of energy storage and conversion. Conventional energy is based on fossil fuels which are limited on the earth, and has caused extensive environmental pollutions. Additionally, the consumptions of energy are still increasing, especially with the rapid proliferation of vehicles and various consumer electronics like PCs and cell phones. We cannot rely on the earth’s limited legacy forever. Alternative energy resources should be developed before an energy crisis. The developments of renewable conversion energy from solar and wind are very important but these energies are often not even and continuous. Therefore, energy storage devices are of significant importance since they are the one stabilizing the converted energy. In addition, it is a disappointing fact that nowadays a smart phone, no matter of which brand, runs out of power in one day, and users have to carry an extra mobile power pack. Portable electronics demands urgently high-performance energy storage devices with higher energy density. The first part of this work involves lithium-ion micro-batteries utilizing single silicon rolled-up tubes as anodes, which are fabricated by the rolled-up nanotechnology approach. A lab-on-chip electrochemical device platform is presented for probing the electrochemical kinetics, electrical properties and lithium-driven structural changes of a single silicon rolled-up tube as an anode in lithium ion batteries. The second part introduces the new design and fabrication of on chip, all solid-state and flexible micro-supercapacitors based on MnOx/Au multilayers, which are compatible with current microelectronics. The micro-supercapacitor exhibits a maximum energy density of 1.75 mW h cm-3 and a maximum power density of 3.44 W cm-3. Furthermore, a flexible and weavable fiber-like supercapacitor is also demonstrated using Cu wire as substrate. This dissertation was written based on the research project supported by the International Research Training Group (IRTG) GRK 1215 "Rolled-up nanotech for on-chip energy storage" from the year 2010 to 2013 and PAKT project "Electrochemical energy storage in autonomous systems, no. 49004401" from 2013 to 2014. The aim of the projects was to design advanced energy storage materials for next-generation rechargeable batteries and flexible supercapacitors in order to address the energy issue. Here, I am deeply indebted to IRTG for giving me an opportunity to carry out the research project in Germany. September 2014, IFW Dresden, Germany Wenping Si

Diese Arbeit entstand an der Professur für Fahrzeugmodellierung und –simulation der TU Dresden in Zusammenarbeit mit der Fa. Bombardier Transportation („Bombardier Center of Competence“). In einem Teilprojekt dieser Kooperation wird die Einführung technischer Funktionen und Systeme zur Energieeinsparung bei Lokomotiven untersucht. Die Nutzung von Speichertechnologien ist neben der Abwärmenutzung und der energiesparenden Fahrweise die effizienteste Maßnahme zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs bei Dieselfahrzeugen. Zusätzlich zur Rekuperation von Bremsarbeit können die Funktionen Lastpunktverschiebung und emissionsfreier Betrieb mit Hilfe eines Energiespeichers realisiert werden. Der Einsatz elektrischer Energiespeicher erweist sich als geeignet für dieselelektrische Schienenfahrzeuge im Personenverkehr, da diese durch die bereits vorhandenen elektrischen Antriebskomponenten relativ einfach zu hybridisieren sind und eine nutzungsgerechte Speicherauslegung aufgrund weitgehend bekannter Fahraufgaben möglich ist. In der Arbeit wird ein durchgängiges Verfahren zur Auslegung von dieselelektrischen Lokomotiven mit Energiespeichern im Personenverkehr beschrieben. Im Fokus liegt dabei der Einsatz von Optimierungsalgorithmen zur Verbesserung des Generatorsystems und des Einsatzes von elektrischen Energiespeichern im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch und die weiteren Anteile der Lebenszykluskosten. Das im Rahmen der Arbeit erstellte Programm zur energetischen Simulation bildet die Basis zur Untersuchung verschiedener Strategien für die Fahrtgestaltung unter Berücksichtigung der Fahrzeitreserven, den Betrieb des Energiespeichers und der Steuerung von Anlagen mit mehreren Dieselmotorgeneratorsätzen. Neben der Nutzung regelbasierter Strategien werden dabei auch vorausschauende Betriebsstrategien eingesetzt, welche die Möglichkeiten der bei Schienenfahrzeugen im Vorfeld bekannten Streckengeschwindigkeit und -topologie nutzen. Die dafür angewandten Methoden sind die Dynamische Programmierung nach BELLMANN und der äquivalenzkostenbasierte Betrieb. Die Optimierung der Fahrzeugkonfiguration wird durch einen Programmbaustein realisiert, welcher unter Berücksichtigung der Lokkonfiguration und der Energiesimulation für ein vorgegebenes Streckenprofil die Verbrauchs-, Instandhaltungs- und Anschaffungskosten für das Fahrzeug berechnet.

In einem Vorprojekt wurde die Machbarkeit der Kältespeicherung untersucht und positiv bewertet. Obwohl in der Bundesrepublik Deutschland bis 2007 noch kein großtechnischer Kurzzeit-Kältespeicher existierte, haben die Stadtwerke Chemnitz AG einen Speicher erfolgreich errichtet. Seit 2007 ist dieser Kaltwasserspeicher in Betrieb. Die Professur Technische Thermodynamik der TU Chemnitz übernahm bei diesem Verbundforschungsvorhaben die Begleitforschung (Forschung, Entwicklung, Beratung, Überwachung). Es wurde demonstriert, dass große Kältespeicher energetische, ökologische und ökonomische Vorteile bewirken können. Diese Vorteile kann man nutzen, um die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung zu stärken. Neben dem höheren Einsatz von Abwärme aus der Kraft-Wärme-Kopplung, ist die Reduktion des Elektroenergiebedarfs und die Begrenzung von Lastspitzen von besonderer energiewirtschaftlicher Bedeutung. Folgeprojekte in Deutschland zeigen die Akzeptanz dieser Technik. Dieser Bericht liefert eine Beschreibung des Systems und die Ergebnisse des Verbundvorhabens. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Auswertung des Betriebs von 2007 bis 2009. Das zugrunde liegende Monitoringprogramm lieferte hierfür die entsprechenden Messwerte.