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Elektrischer Speicher
BMWi
Redox-Flow-Batterie 1.8.2016

Zu sehen ist die Frontansicht des Ortsspeichers in Tussenhausen.
© LEW

Flüssigspeicher vereinfacht Netzausbau

Wissenschaftler integrierten im Projekt SmartPowerFlow erstmals eine

Redox-Flow-Großbatterie in das Stromnetz eines deutschen Netzbetreibers.

Damit wollten sie herausfinden, inwieweit Stromspeicher die

Aufnahmefähigkeit des Netzes erhöhen und so den Aufwand für den

Netzausbau verringern.

Projektstatus Projekt beendet
Typische Anlagengröße (Energie) 0,4 MWh
Typische Anlagengröße (Leistung) 0,2 MW
Energiedichte volumetrisch ca. 50 Wh/l
Energiedichte gravimetrisch ca. 30 Wh/kg
Leistungsdichte volumetrisch < 10 W/l
Leistungsdichte gravimetrisch 166 W/kg
Wirkungsgrad AC/AC ca. 70 %
Speicherverlust Cold Standby 2,4 kWh/d
Zyklenfestigkeit (80 % Entladetiefe) ca. 13.000
Typische Entladezeit 1 bis 10 Stunden
Ansprechzeit bei Bereitstellung der Energie < 60 ms
Anwendungsfelder (Beispiele) SmartRegion Pellworm (Deutschland), Photonenbauer (Niederlande), King Island (Australien)
Projektlaufzeit August 2013 bis Juli 2016

Die zunehmende Einspeisung fluktuierender erneuerbarer Energien in das deutsche Stromnetz stellt die Netzbetreiber vor große Herausforderungen. Da Versorgungssicherheit und Netzstabilität jederzeit gegeben sein soll, müssen Investitionsentscheidungen bezüglich des Netzausbaus getroffen werden. Eine offene Frage ist dabei, ob die Integration von Großbatterien in das Stromnetz ein entscheidendes Werkzeug in diesem Prozess ist und den Ausbau der Erneuerbaren deutlich erleichtern kann. Im Projekt SmartPowerFlow soll erstmalig der Netzbetrieb unter Einbeziehung von Redox-Flow-Batterien und speziell hierfür entwickelter Leistungselektronik zur kostenoptimierten Integration von erneuerbaren Energien in einem hierfür besonders geeigneten Verteilnetz in Bayerisch-Schwaben demonstriert werden. Projektpartner bei dem für drei Jahre angelegten Projekt sind das Reiner Lemoine Institut, SMA Solar Technology, LEW Verteilnetz GmbH und Younicos.

  • Der Ortsspeicher in Tussenhausen besteht aus einem Wechselrichter (links im Bild) und einem sogenannten Cellcube FB 200 – 400 (rechts im Bild). &copy; LEW
  • Die Abbildung zeigt die Installation des Wechselrichters. &copy; LEW
  • Die Abbildung zeigt die Installation des Wechselrichters. &copy; LEW
  • SMA entwickelt den Wechselrichter Sunny Central 500 CP als Batteriewechselrichter neu. &copy; SMA Solar Technology
  • Auf dem Bild zu sehen ist die Batterie im aufgebauten Zustand. &copy; a + f GmbH
  • Die 200 kW starke Redox-Flow-Batterie CellCube FB 200-400 der Firma Gildemeister energy solutions hat eine Speicherkapazität von 400 kWh. &copy; a + f GmbH
  • Innenleben einer Batterie &copy; a + f GmbH
  • Die Funktionsweise einer Redox-Flow-Batterie. Anders als bei anderen Batterien wird die Energie in externen Tanks gespeichert. &copy; a + f GmbH
  • Der Systemschaltplan zeigt den Anschluss des Wechselrichters und der Batterie ans Verteilnetz und dessen Ansteuerung. &copy; a + f GmbH
  • Zu sehen ist die Frontansicht des Ortsspeichers in Tussenhausen. &copy; LEW

Das Verteilnetz entlasten

Im Rahmen des SmartPowerFlow-Projektes wurd erstmals eine Redox-Flow-Großbatterie – die sogenannte CellCube FB200-400 DC – von Gildemeister energy solutions zur Entlastung eines Verteilnetzes mit einem hohen Anteil an erneuerbarer Energieeinspeisung in das Stromnetz eines deutschen Netzbetreibers integriert. Ziel ist es hierbei, zu quantifizieren inwieweit notwendige Netzausbaumaßnahmen zur Erhöhung der Aufnahmefähigkeit des Netzgebietes für erneuerbare Energien, durch die Batterieintegration, vermieden werden können. Darüber hinaus wird untersucht inwieweit der Spagat zwischen wirtschaftlichem und netzstützendem Betrieb möglich ist. Installiert ist der Speicher in der Marktgemeinde Tussenhausen im Landkreis Unterallgäu.

Analyse und Optimierung

Kernziele des Projektes ist die technische und wirtschaftliche Analyse und Optimierung von Netzerweiterungen und lokalen Energiespeichern sowie deren Demonstration auf Basis eines Redox-Flow-Speichers. Die Firma Gildemeister energy solutions setzt dabei auf die Verteilnetzebene, welche durch den raschen Zubau von dezentralen regenerativen Anlagen an ein neues Anforderungsprofil anpasst werden sollen. Die wichtigsten Zwischenschritte: Identifikation von Netzmerkmalen zur wirkungsvollen Optimierung von Netzausbau versus dezentraler Speicherung, Entwicklung von angepassten Batteriewechselrichtern für Redox-Flow-Batterien im Leistungsbereich 200 kW DC / 630 kVA sowie konkrete Demonstration und Bestätigung der analytisch ermittelten Maßnahmen zur Netzoptimierung.

Die Wissenschaftler entwickelten innerhalb des Projektes ein Simulationsmodell zur optimalen Platzierung von Großbatterien in Verteilnetzen mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energieanlagen. Anhand des entwickelten Modells soll die breitflächige Integration von Großspeichern im deutschen Stromnetz vereinfacht und somit beschleunigt werden. Aktuell wird der Speicher so eingesetzt, dass er durch eine intelligente Spannungsregelung an dem Installationsort nicht nur den Netzausbau in dem Ortsnetz einschränkt, sondern dieser stellt zeitgleich Primärregelleistung bereit, was unter den aktuellen Rahmenbedingungen der lukrativste Einsatzbereich für Großbatterien ist.

In drei Schritten zum Ergebnis

Phase 1: Bestimmung des optimalen Standorts für eine Redox-Flow-Großbatterie im Netzgebiet der LVN (LEW Verteilnetz GmbH) anhand von Simulationen und Entwicklung eines Wechselrichters für die Batterie (bis Sommer 2014);
Phase 2: Integration und Betrieb der Batterie in das Netzgebiet der LVN und Validierung der Simulationsmodelle anhand von Messdaten (Zeitraum: 1. Jahr bis 2. Jahr)
Phase 3: Gesamtkonzeptentwicklung zur Integration von Großbatterie in Verteilnetze und technische und wirtschaftliche Gesamtbewertung des Netzausbaus versus der Batterieintegration (Zeitraum 2. Jahr bis 3. Jahr). 

Teilvorhaben

Zunächst wird eine Simulation des Modellnetzes (LVN Verteilnetz) im Hinblick auf die aktuelle und zukünftig zu erwartende Situation mit EE-Anlagen, deren Konsequenzen auf das lokale Verteilnetz und die Möglichkeit zur Einbindung von Speichern durchgeführt.
Die Simulation wird so konzipiert, dass aus ihr der benötigte wirtschaftlich optimale Speicherbedarf und die technischen Anforderungen eines Redox-Flow-Speichers auf der Verteilnetzebene, insbesondere das notwendige dynamische Verhalten erschließbar sind. Parallel hierzu wird ein für Redox-Flow-Batterien und Netzsystemdienstleistungen geeigneter Batteriewechselrichter der Leistungsklasse 200 kW DC / 500 kVA durch SMA entwickelt. Die Younicos AG übernimmt die Definition und die Ausarbeitung einer Schnittstelle einer Redox-Flow-Batterie zum Stromnetz und zum Batteriewechselrichter.
Aufbauend auf den Simulations-Ergebnissen wird ein Demonstrations-Speicher der Firma Gildemeister energy solutions gemäß den notwendigen Spezifikationen projektiert und in das lokale Verteilnetz an einem optimalen Netzpunkt integriert.

Abschließend wird ein wirtschaftliches und technisches Gesamtkonzept zur Integration von Redox-Flow Speichern und deren Betriebsführung in dem beschriebenen Einsatzbereich erarbeitet. Die Projektergebnisse werden zeigen, ob Vanadium Redox-Flow-Batterien grundsätzlich geeignet sind, um in Deutschland einen signifikanten energiewirtschaftlichen Beitrag im Rahmen der Energiewende zu leisten.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

24. April 2017
Group Exhibit Hydrogen + Fuel Cells + Batteries

8. Mai 2017
Energy Storage World Forum 2017

10. Mai 2017
Energy Storage Innovations Europe

» Alle Termine

Projektadressen

Ansprechpartner
Weitere Adressen

Infobox

Forschungsförderung

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