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Elektrischer Speicher
BMWi
Strom-Wärme-Speicheranlagen 12.4.2017

Laborinstallation des INE-VES-Konzepts (BHKW plus Wärmespeicher und Ansteuerung) bei Vaillant GmbH
© Vaillant GmbH

Speicher mit hybridem Photovoltaiksystem vernetzen

Forscher entwerfen neue Strategien für den Betrieb von hybriden Photovoltaik-Anlagen von Wohngebäuden und kleinen Gewerbebetrieben. Dabei sollen kleine elektrische Energiespeicher mit den thermischen Speichern zusammenarbeiten, die das Gebäude mit Wärme versorgen. Im Projekt INE-VES bewerten und optimieren die Wissenschaftler dazu die Betriebsführung mit Simulationen und Messungen im Labor. Die optimierte Betriebsführung für die Strom-Wärme-Speichersysteme soll den Nutzen der Speicher sowohl für das Stromnetz als auch für den Anlagenbetreiber erhöhen.

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Typische Anlagengröße (Energie) 4 bis 12 kWh
Typische Anlagengröße (Leistung) 3 bis 10 kW
Energiedichte volumetrisch 20,54 Wh/l
Energiedichte gravimetrisch 47,05 Wh/kg
Wirkungsgrad AC/AC 85 bis 90% (inkl. BMS und Wechselrichter)
Speicherverlust 6%/d (Verbrauch des BMS)
Zyklenfestigkeit 4.000 bis 7.000 Zyklen (abhängig von Ladestrom)
Brauchbarkeitsdauer der Anlage 1 Zyklus/d
Typische Zeit zwischen Ein- und Auslagerung 6 bis 12 h
Anwendungsfelder Netzdienlicher PV-Eigenverbrauch, marktorientierter Betrieb, Lastmanagement
Projektlaufzeit Oktober 2013 bis März 2017

Das Verbundvorhaben INE-VES befasst sich mit der Entwicklung und Implementierung eines intelligenten Energiemanagements für elektrisch-thermisch gekoppelte Erzeuger-Speichersysteme. Im Vorhaben betrachten die Wissenschaftler Aspekte der Systemintegration von Strom-Wärme-Speichersystemen im Hinblick auf die elektrischen Netze und die Gebäudeenergieversorgung. Hierfür entwickeln sie für ausgewählte Anwendungsszenarien zielgerichtete Betriebsführungsstrategien, die sie mittels Simulationen und Labormessungen bewerten und optimieren. Dabei steht der Nutzen des Speichersystems sowohl aus Sicht des Netzes als auch aus Sicht des Anlagenbetreibers im Fokus. Gemeinsam mit einer verbesserten Methodik zur Systemdimensionierung werden somit wesentliche Beiträge zum wirtschaftlichen Betrieb von Strom-Wärme-Speichersystemen geliefert. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Untersuchung von innovativen Speichertechnologien und übergeordneten Regelungen zur Bildung von virtuellen Großspeichern innerhalb des Niederspannungsnetzes.

  • NE-VES-Konzept zur ganzheitlichen Bewertung von Strom-Wärme-Speichersystemen © Fraunhofer IWES
  • Übersicht über die verschiedenen Szenarien aus Sicht verschiedener Akteure: Endkunde – Szenario I, II, III; Energielieferant/Netzbetreiber – Szenario IV,V) © Fraunhofer IWES
  • Ansatz zur Systemdimensionierung und Komponentenauslegung © Fraunhofer IWES
  • Laborinstallation des INE-VES-Konzepts (BHKW plus Wärmespeicher und Ansteuerung) bei Vaillant GmbH © Vaillant GmbH
  • Laborerprobung des Batteriewechselrichters Sunny-Island in Kombination mit der Saft Li-Batterie und kommunikativer und elektrischer Ankopplung des Wechselrichters an das Batteriesystem © SMA Solar Technology AG

Vernetzte Speicher in Kombination mit PV- und BHKW-Systemen

INE-VES fokussiert sich dabei auf Strom-Wärme-Speicheranlagen im kleinen Leistungsbereich. Zielsetzung des Vorhabens ist die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Strom-Wärme-Speichersystemen durch die Verknüpfung optimierter Systemdimensionierung und intelligenter Betriebsführungsstrategien. Innovative und vernetzte Energiespeicher in Kombination mit PV- und BHKW-Systemen helfen somit bei der erfolgreichen Gestaltung der Energiewende. Am Projekt beteiligt sind das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES, Saft Batterien, SMA Solar Technology und Vaillant.

Zur ganzheitlichen Bewertung von Strom-Wärme-Speichersystemen werden folgende wissenschaftliche Ziele verfolgt:

  • Entwicklung und Implementierung eines intelligenten Energiemanagements für Strom-Wärme-Speichersysteme, das sowohl lokale als auch zentrale vernetzte Systemregelungen erlaubt
  • Bewertung verschiedener Anwendungsfälle und Betriebsführungen für Strom-Wärme-Speichersysteme unter Berücksichtigung verschiedener technischer, ökonomischer und regulatorischer Randbedingungen
  • Analyse der Wechselwirkungen zwischen Anwendungsfällen, Betriebsführung und Systemauslegung
  • Weiterentwicklung einer Simulationsplattform für Strom-Wärme-Speichersysteme
  • Entwicklung eines Monitoringkonzeptes für Strom-Wärme-Speichersysteme
  • Durchführung von modularen und ganzheitlichen Systemtests zur Performance-Bewertung im Labor

Anwendungsfälle jeweiliger Anforderungen

Ausgangspunkt für alle Untersuchungen sind unterschiedliche Anwendungsfälle für gekoppelte PV-KWK-Speicher-Systeme. Hierfür werden zunächst verschiedene grundlegende Szenarien beschrieben, aus denen sich die Anwendungsfälle ableiten. Bei der Bewertung der Anwendungsfälle werden die jeweiligen Anforderungen von Anlagenbetreibern, Endkunden und Energielieferanten sowie von Netzbetreibern als beteiligte Akteure betrachtet. Dabei wird die Interaktion zwischen den einzelnen Akteuren sukzessive von Szenario zu Szenario erhöht.
Es werden eigenverbrauchs- und marktorientierte sowie netzdienliche Betriebsführungsstrategien für die Strom-Wärme-Speichersysteme entwickelt und bewertet. Damit einher geht eine ökonomische Optimierung der Anlagendimensionierung und Komponentenzusammenstellung je nach Anwender und Betriebsführungsstrategie.

Durch die Analyse von neuen Geschäftsmodellen für Strom-Wärme-Speichersysteme, eine gezielte Betriebsführungsentwicklung und dementsprechende Systemauslegung soll die Wirtschaftlichkeit der aktuellen Systemlösungen verbessert werden.

Teilvorhaben

Markt- und Technologieanalyse:

  • Definition der Rahmenbedingungen, der Anwendungsfälle und der Einsatzszenarien für Strom-Wärme-Speichersysteme
  • Ableitung von technischen und ökonomischen Randbedingungen für eine erste Bewertung und die Systemmodellierung

Entwicklung der Betriebsführung, Modellierung und simulative Systembewertung:

  • Implementierung der Komponentenmodelle in einer Strom-Wärme-Speicher-Simulationsumgebung
  • Entwicklung von optimierten Betriebsführungen für Strom-Wärme-Speichersysteme zum lokalen und vernetzten Betrieb im Stromnetz
  • Bewertung der verschiedenen Anwendungsfälle für Speicher unter Berücksichtigung verschiedener technischer und wirtschaftlicher Aspekte
  • Implementierung der Betriebsführung und Energiemanagement:
  • Implementierung der entwickelten Betriebsführung mittels der Fraunhofer IWES-Plattform OGEMA
  • Auslegung der Schnittstellen der einzelnen Komponenten zur Demonstration des lokalen und des vernetzten Betriebs

Systemtest und Demonstration:

  • Entwicklung eines Performance-Bewertungsverfahren für Strom-Wärme-Speichersysteme
  • Durchführung eines leistungs- und energiebezogenen Labortests, der sowohl einzelne Komponententests als auch Tests am Gesamtsystem umschließt

Im Labortest wird die Performance der Systeme bewertet. Hier wird ein Verfahren entwickelt, das eine möglichst einheitliche Bewertung der verschiedenen Systemkombinationen ermöglicht.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

31. Mai 2017
Intersolar Europe 2017

31. Mai 2017
ees Europe

1. Juni 2017
8. Forum ElektroMobilität – KONGRESS

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Projektadressen

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Weitere Adressen

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Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.