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Elektrischer Speicher
BMWi
SmartRegion Pellworm 26.8.2015

Im Projekt SmartRegion Pellworm testen Wissenschaftler den Einsatz effizienter Speichersysteme.
© Eon

Hybrides Speichersystem basiert auf Erneuerbaren

Wie elektrische Speicher mit erneuerbaren Energien optimal zusammenarbeiten, erforschen Wissenschaftler im Projekt SmartRegion Pellworm. Dazu testen sie den Einsatz effizienter Speichersysteme. Inzwischen konnte die Insel Pellworm den Energiebezug vom Festland um bis zu 90 Prozent reduzieren.

Projektstatus Fertiggestellt
Typische Anlagengröße 0,56 (li-Ion) + 1,6 (Redox-Flow)
Typische Anlagengröße 0,56 (Li-Ion) + 0,2 (Redox-Flow)
Wirkungsgrad AC/AC Li-Ion: 95 %; Redox-Flow: 55 bis 65 %
Speicherverlust Li-Ion: 0,1 %; Redox-Flow: ~ 0,0027 % (<1%/Jahr)
Zyklenfestigkeit (80 % Entladetiefe) Li-Ion: 9200 bei 0.5 Imax; Redox-Flow: >20.000
Brauchbarkeitsdauer der Anlage (1 Zyklus/Tag) Li-Ion: 20 Jahre; Redox-Flow: 25 Jahre
Typische Entladezeit Li-Ion: 1-2 h; Redox flow: 5-10 h
Ansprechzeit bei Bereitstellung der Energie Li-Ion: 10 ms; Redox-Flow: 4 ms inkl. Leistungselektronik: 50 ms
Typische Zeit zwischen Ein- und Auslagerung Li-Ion: 0,5-5 h; Redox flow: 2-24 h
Anwendungsfelder Li-Ion: Hochleistungsspeicher (Peak Shaving, Primärregelleistung); Redox-Flow: Hochenergie (Load shifting, Energiehandel)
Projektlaufzeit April 2012 bis Juni 2015

Im Projekt „SmartRegion Pellworm“ wird eine effiziente Nutzung von elektrischen Speichern in einem System mit hohem Anteil erneuerbarer Energien getestet und demonstriert. Wesentliche Themen sind Datenerfassung, verteilte Speicherung, Batteriespeicher, Modellbildung, Kommunikationssysteme, Energiemanagementsysteme, Geschäftsmodelle und Übertragbarkeit. Das Projekt erforscht und demonstriert intelligente Speicherkonzepte, die je nach Versorgungsaufgabe eine Koordination verschiedener Speichertechnologien zur Erhöhung der Kosteneffizienz und Stabilität erlauben.

  • Das Bild zeigt die Aufstellung der Lithium-Ionen-Batterie auf der Insel Pellworm. &copy; Eon
  • Im Bild zu sehen ist die Aufstellung der Leistungselektronik. &copy; Fraunhofer UMSICHT
  • Klimatisiertung der Leistungselekteronik &copy; Fraunhofer AST
  • Befüllung der Redox-Flow-Batterie &copy; Eon
  • Im Projekt SmartRegion Pellworm testen Wissenschaftler den Einsatz effizienter Speichersysteme. &copy; Eon
  • Übersicht der Anlage &copy; Eon
  • Arbeiten an der Netzübertragungsstation &copy; Eon

Pellworm ist ein optimaler Standort für den Aufbau und Betrieb eines Smart Grids. Das haben die Fachhochschule Westküste und das Fraunhofer-Anwendungszentrum Systemtechnik AST in ihrer Studie nachgewiesen. Auf Pellworm existiert ein Hybridkraftwerk, das aus einer 772 kWp Photovoltaik-Anlage und einer 300 kW Windenergie-Anlage besteht. Im Jahresdurchschnitt erzeugen die Anlagen auf der Insel dreimal mehr Strom aus erneuerbaren Energien als die Bewohner der Insel verbrauchen . Die Akzeptanz der Bevölkerung ist groß: Über 75 Prozent der Inselbewohner stehen erneuerbaren Energien und dem Ausbau des Stromnetzes aufgeschlossen gegenüber.

Zusammenarbeit zwischen Speicher und Erneuerbaren

Ein wichtiger Baustein für den Ausbau erneuerbarer Energien sind intelligente Speicherkonzepte. SmartRegion Pellworm nimmt genau diese Herausforderungen an. Wissenschaftler erforschen den Einsatz effizienter Speichersysteme, bei denen mehrere Technologien kombiniert zum Einsatz kommen. Das Projekt soll Erkenntnisse darüber gewinnen, wie Speicher mit erneuerbaren Energien optimal zusammenarbeiten. Durch ihren Einsatz kann die Insel Pellworm den Energiebezug vom Festland um bis zu 90 Prozent reduzieren.

Es erfolgt eine kommunikationstechnische Integration der zu installierenden zentralen und lokalen elektrischen Batteriespeicher sowie die Einbindung bereits existierender elektrothermischer Speicher. Durch eine zusätzliche Lastprofilanalyse und eine wetterabhängige Erzeugungsprognose des bereits auf der Insel installierten Hybridkraftwerks kann eine optimierte Betriebsführung ermittelt werden, die den Strombezug vom Festland minimiert und die Einspeisung der Erzeugungsanlagen maximiert.

Teilvorhaben

Hybrides Speichersystem
Die Forscher untersuchen, ob die vorgeschlagene Kombination verschiedener Technologien in einem hybriden Speichersystem aus systemtechnischer Sicht ein nachhaltiges Konzept zur dezentralen Speicherung darstellt und welcher Zusatznutzen für die Region geschaffen wird. Dabei analysieren sie das Systemkonzept zum einen hinsichtlich des Nutzens für die verschiedenen Stakeholder der Region und zum anderen sollen auch die Anwendungsmöglichkeiten des Speichersystems für Energieversorger und/oder Netzbetreiber beurteilt werden. Aus energie-ökonomischer Sicht soll die Bewertung eines solchen Aggregatoren-Konzeptes im Rahmen einer engpassbehafteten Region auch unter Berücksichtigung vertrieblicher und regulatorischer Aspekte erfolgen. Gleichzeitig soll das technische Zusammenspiel der vorgesehenen Anlagentechnik, Informations- und Kommunikationstechnik, Messtechnik und dem Energiemanagement analysiert und bewertet werden.

Direktvermarktungskonzept erneuerbarer Energien
Neben dem Unbundling-konformen Steuerungskonzept wird als neues Paradigma die Direktversorgung aus erneuerbaren Energien realisiert und erprobt. Dabei wird aufgrund der sonst sehr hohen Investitionskosten nicht die Insel als Bilanzkreis aufgefasst, sondern ein virtueller Bilanzkreis innerhalb der Insel gebildet. Die Beteiligung weiterer interessierter erneuerbarer Energieanlagen neben dem Hybridkraftwerk ist erwünscht und kann als weiteres Geschäftsmodell verstanden werden. Dazu gehören insbesondere private PV-Anlagen, die eine große Rolle im Elektrizitätsportfolio der Insel spielen. Durch die Anreize ökonomischer aber auch umweltorientierter Art den individuellen Eigenverbrauch von PV-Strom zu steigern, bietet sich die Betrachtung von Aufdach-Photovoltaik- Anlagen besonders an.

Energiemanagementsysteme
Es wird ein Energiemanagementsystem basierend auf dezentralen Ansätzen aufgebaut, welches alle Bereiche eines Verteilungsnetzes bis hin zur Niederspannungsebene umfasst. Es werden Softwaremodule entwickelt, die im abgesetzten Betrieb die optimale Fahrweise von Netzabschnitten auf der Basis globaler Vorgaben und unter Einbeziehung des Netzzustandes und der Energiespeichersysteme unter Beachtung bereitzustellender Prognosen für Wind- und PV-Energie ermöglichen. Neben der Betriebsführung im ungestörten Betrieb soll auch die optimale Fahrweise des Netzes während und nach möglichen Störungsfällen wie z. B. Inselbildung und Schwarzstart untersucht werden.

Betriebsführung und Energiemanagement
Durch die Entwicklung und Demonstration eines multifunktionalen Großspeichersystems ist es ein technisches Arbeitsziel, Nutzen für verschiedene Stakeholder zu erwirtschaften. Dazu wird die Unterstützung des Netzbetriebs, die Senkung der Belastung von Betriebsmitteln und die Partizipation an verschiedenen Märkten als weitere Applikationsmöglichkeiten betrachtet. Es ist das Ziel, zunächst ausgewählte „single-use“ Betriebsführungsstrategien des hybriden Speichersystems in einem definierten Zeitraum zu testen und den Nutzen für den jeweiligen Stakeholder zu bewerten. Sobald die ausgewählten attraktiven „single-use“ Betriebsführungsstrategien getestet wurden, soll eine multifunktionale Einsatzweise durchgeführt werden, in dem abhängig vom aktuellen Wert der Speicher-dienstleistung für die existierenden Stakeholder die Betriebsführung gewählt wird.

Geschäftsmodelle
Ein weiteres wichtiges technisches Arbeitsziel ist die Entwicklung von zukünftigen Geschäftsmodellen im Rahmen des SmartRegion-Konzepts. Dabei soll die Flexibilität und Multifunktionalität des hybriden Speichersystems im Verbund mit anderen Anlagen Berücksichtigung finden. Die folgenden wissenschaftlichen Fragestellungen sollen dabei beantwortet werden:

  • Welche wirtschaftlichen Potentiale bietet eine Vermarktung des Hybridkraftwerks in Verbindung mit Batteriespeichern und verteilten thermischen Speichereinheiten an Spot- und Regelenergiemärkten?
  • Welche Dienstleistungen können durch das hybride Speichersystem und die messtechnische Erschließung von Pellworm für das lokale Verteilungsnetz erbracht werden?
  • Lassen sich hierdurch Kosteneinsparungen im Netzbetrieb realisieren?
  • In welchem Maße lässt sich ein lokales Kundenportfolio mit Hilfe des hybriden Speichersystems aus lokalen regenerativen Erzeugungseinheiten nachhaltig direkt versorgen?
  • Welchen Einfluss hat dies auf die Versorgungskosten?

Kundeninteraktion und Technologieakzeptanz
Ein weiteres Arbeitsziel ist die Entwicklung eines für Verbraucher transparenten und akzeptablen Vorgehens im Rahmen der Direktvermarktung erneuerbarer Energien. Dazu muss zunächst das aus Sicht des Energieversorgers geeignete partizipierende Kundenportfolio hinsichtlich Zusammenstellung und der Größe erarbeitet werden. Zudem soll der Kunde die Möglichkeit erhalten, sich über eine ansprechende und übersichtliche Visualisierung über die Vorgänge im Rahmen des Projektes, seine Verbrauchsdaten und die Anteile von erneuerbaren Energie an der aktuellen Versorgung zu informieren. 

Übertragbarkeit
Die Sicherstellung und Untersuchung der Übertragbarkeit des Projektkonzepts ist ein wesentliches technisches und wissenschaftliches Arbeitsziel. Es soll analysiert und bewertet werden, wie sich eine Anwendung des SmartRegion-Konzepts in anderen Regionen mit einer hohen Durchdringung erneuerbarer Energien auf das Versorgungssystem auswirkt. Bestandteil der Analyse ist auch eine geeignete Dimensionierung und Standortwahl für Speichersysteme in den verschiedenen Regionen. Durch die Untersuchung von unterschiedlichen Regionstypen (ländlich, vorstädtisch, städtisch) sollen für Deutschland repräsentative Ergebnisse ermöglicht werden.

IKT- und Messtechnik
Für die informations- und kommunikationstechnische (IKT) Anbindung und Steuerung einer Vielzahl verteilter technischer Einheiten unterschiedlicher Größe ist die Erarbeitung einer für Pellworm angepassten IKT- und Messtechnik-Architektur ein wichtiges Arbeitsziel. Dabei sollen verschiedene Übertragungstechniken unter Berücksichtigung der Kosteneffizienz und der Anforderung an Sicherheit und Übertragungsgeschwindigkeit untersucht und getestet werden.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

22. August 2017
Intersolar South America

12. September 2017
Energiespeicher & Energieeffizienz 2017

21. September 2017
Elektromobilität im ÖPNV

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Forschungsförderung

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