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Elektrischer Speicher
BMBF
Netze 18.10.2016

Neblig: Das Umspannwerk der Energiequelle steht am Standort Feldheim.
© Energiequelle GmbH

Netzstabilisierung mit Batteriekraftwerken

Wie lässt sich ein Batteriespeicher zu einem Regelkraftwerk weiterentwickeln? Dieser Frage gehen die Forscher im Projekt SDL-Batt nach. Darin erproben sie verschiedene Systemdienstleistungen und bewerten sie wirtschaftlich. Im Fokus der Forschung stehen dabei die Betriebsdaten, energetische Bilanzierung und die Simulation verschiedener Verfahrensweisen.

Projektstatus Erfassen und Auswerten von Betriebsdaten
Wirkungsgrad AC/AC > 85 %
Typische Anlagengröße – Energie 10,7 MWh
Typische Anlagengröße – Leistung 10 MW
Brauchbarkeitsdauer der Anlage (1 Zyklus/Tag) ca. 20 Jahre
Typische Entladezeit 60 Minuten
Ansprechzeit bei Bereitstellung der Energie < 1 Sekunde
Typische Zeit zw. Ein- und Auslagerung 1 Sekunde bis 10 Minuten
Anwendungsfelder Beispiele Lieferung von Primärregelleistung (PRL)
Projektlaufzeit März 2013 bis August 2017

Die Weiterentwicklung eines hocheffizienten Batteriespeichers zum Regelkraftwerk bzw. zur Bereitstellung von Netzstabilisierungsleistungen stellt den Schwerpunkt des Verbundvorhabens dar. Hierbei sollen verschiedene Systemdienstleistungen untersucht, teilweise erprobt, dokumentiert und in ihrer Wirtschaftlichkeit miteinander verglichen werden. Die Erbringung von Regelleistung und weiteren Systemdienstleistungen sowie die hierfür notwendigen Entwicklungen und Erprobungen werden auf Basis eines innovativen 10-MW-Li-Ion-Batteriesystems betrachtet. Betriebsdaten, energetische Bilanzierung, rechtlich-regulatorische Randbedingungen und Simulation verschiedener Fahrweisen stehen im Vordergrund der Untersuchungen.

  • Projektmitarbeiter der BTU Cottbus bei der Arbeit &copy; BTU Cottbus
  • Im Labor finden Untersuchungen zur Zyklenbelastung und Alterung an Batterien des LS Kraftwerkstechnik statt. &copy; BTU Cottbus
  • Messrechner mit Software zur Durchführung und Auswertung der Einzelzellversuche &copy; M. Nimtz
  • Batterieteststand am Lehrstuhl Kraftwerkstechnik, BTU Cottbus-Senftenberg &copy; M. Nimtz
  • Controller und Elektronische Lasten des Batterieteststandes &copy; M. Nimtz
  • Dies ist das Gebäudemodell für die 10MW-Batterie der Energiequelle. &copy; Energiequelle GmbH
  • Die Abbildung zeigt die Netzfrequenzanzeige bei 50Hertz Transmission. &copy; 2013 50Hertz Transmission GmbH
  • Das Diagramm zeigt die Zyklusarbeit bei Primärregelung. &copy; BTU Cottbus
  • Messplatz für Li-Ionen-Einzelzellen &copy; M. Nimtz

Theoretische Grundlagen und Voruntersuchungen in 2013

Der Projektstart war Anfang März 2013, das Projekt betrachtet in der ersten Projekthälfte vorwiegend die theoretischen Grundlagen bezüglich der Erbringung von SDL mittels Li-Ionen Zellen. Laufende Arbeitsinhalte sind die politischen und rechtlichen Rahmenbedingungen für Batteriespeicherkraftwerke im nationalen und europäischen Kontext. Weiterhin werden theoretische Betriebssimulationen für verschiedene Anwendungsfälle der Stromspeicherung und der Bereitstellung von Systemdienstleistungen, insbesondere zur Bereitstellung von Primärregelenergie, erstellt. Eine Potenzial-, Markt- und Netzintegrationsstudie wurde begonnen.

Parallel erfolgt die Projektierung und Errichtung des 10-MW-Batteriekraftwerks durch den Betreiber Energiequelle GmbH, welche zu einer Inbetriebnahme des Speichers Mitte 2015 führen soll. Der Bau des Speicherkraftwerks stellt gleichzeitig den wesentlichen Meilenstein im Projekt dar. Nach Inbetriebnahme können die theoretischen Untersuchungen durch experimentelle Versuchsdaten und reale Fahrweisen präzisiert werden. Die Bilanzierung des Batteriespeichers und dessen Betriebsverhalten werden anschließend detailliert untersucht, insbesondere in der Fahrweise der Regelleistungserbringung.
Ergänzend zu den Messungen an der Großbatterie erfolgen Untersuchungen an einzelnen Batteriezellen hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Alterung beim Betrieb unter Mikrozyklen (kleine Leistungen und kleine Entladetiefen, schnell wechselnde Ladung/Entladung). Diese treten insbesondere bei der Bereitstellung von Primärregelenergie auf. Dazu werden einzelne Li-Ionen-Zellen in einem Batterieteststand an der BTU Cottbus-Senftenberg verschiedenen Dauerlastversuchen ausgesetzt und hinsichtlich Ihrer zeitlichen Parameterverläufe ausgewertet. Ziel ist eine messdatenbasierte Lebensdauerprognose.

Die gesamte Projektlaufzeit beträgt drei Jahre.

Projektkontext

Angesichts der steigenden Einspeisung von Strom aus Erneuerbaren Energien (EE) sind Speicher für den Ausgleich von Erzeugung und Bedarf langfristig unerlässlich.

Die Erbringung von Systemdienstleistungen in konventionellen Kraftwerksblöcken führt zu einem „must-run“ (hoher Mindestarbeitspunkt ohne weitere Absenkmöglichkeiten) dieser Anlagen, wodurch sich bei hoher Einspeisung  von Erneuerbaren ein Systemkonflikt ergibt. Hierfür sind nicht-konventionelle Erbringer von Systemdienstleistungen wie das projektierte Batteriekraftwerk ein wesentlicher Lösungsansatz.

Der diesem Verbundvorhaben zugrunde liegende stationäre Demonstrations-Batteriespeicher ist eine 10 MW Einheit. Er wird durch den Betreiber Energiequelle GmbH an einem Standort in der energieautarken Gemeinde Feldheim (Brandenburg) installiert, die Investitionskosten sind nicht Bestandteil des Projektes SDL-Batt. Die Kapazität des „Regionalen RegelenergieKraftWerks“ (RRKW) beträgt im Rahmen des Verbundprojektes voraussichtlich 5 MWh. Der projektierte Speicherwirkungsgrad beträgt ca. 90 % für das Gesamtsystem Batterie mit Wechselrichter.

Forschungsfokus

Das RRKW Feldheim besteht aus vier Hauptkomponenten: dem 10-Megawatt-Energiespeicher, einem hoch innovativen Vollumrichtersystem für die Anbindung an das Netz, dem übergeordneten intelligenten Energiemanagement und der Schnittstelle zum Übertragungsnetz der 50Hertz Transmission GmbH.
Erstmals soll im Rahmen eines Verbundforschungsprojektes die reale Erbringung von Systemdienstleistungen mit Schwerpunkt Regelenergiebereitstellung untersucht und praktisch erprobt werden. Die Leistungsklasse 10 Megawatt ist in Deutschland einmalig.  
Optimierungspotenziale im Bereich der projektspezifischen Untersuchungen werden in den Themenfeldern energetische Optimierung (Effizienz, Wirkungsgrad), wirtschaftliche Optimierung (Kosteneffizienz, Marktfähigkeit) sowie Dimensionierung und Auslegung des Systems im Hinblick auf Leistung und Kapazität für die unterschiedlichen Anwendungsfälle erforscht.

Wirtschaftlichkeit und Dauerhaftigkeit

Mit dem Anwendungsfall Primärregelung ist die voraussichtlich lukrativste Anwendung des geplanten Batteriekraftwerkes bereits heute an der Schwelle zur Wirtschaftlichkeit gegeben. Der Regelenergiemarkt ist jedoch ein höchst volatiler Markt, so dass Prognosen sehr unsicher sind. Als Teilergebnisse des Projektes führen eine optimierte Auslegung in Verbindung mit Betriebserfahrungen und zukünftig höheren Stückzahlen zu einer Kostensenkung des Gesamtsystems.

Durch die Funktionsweise auch als reines Systemdienstleistungs-Kraftwerk unabhängig von Wirkleistungseinspeisung trägt der 100-Prozent-Regelleistungsbetrieb des Batteriespeichers zu einem kosteneffizienten Systemumbau im Rahmen der Energiewende bei.

Teilvorhaben

Die BTU Cottbus erweitert durch aktive Forschungsarbeit den Wissensstand rund um den Themenkomplex „Systemdienstleistungen im Energieversorgungssystem der Zukunft“ und erarbeitet vielfältige Problemlösungen durch relevante wissenschaftliche Beiträge. Die Schwerpunkte der Untersuchungen liegen in den Bereichen des regulatorischen Rahmens, des Energie- und Regelleistungsmarktes sowie im Bereich der Betriebsdaten und Betriebssimulation.

Die Energiequelle GmbH beabsichtigt mit diesem Vorhaben die technischen und betriebswirtschaftlichen Möglichkeiten von Batteriespeichern als zu fluktuierenden Kraftwerken (Windparks, PV-Anlagen) ergänzender Lieferant von Systemdienstleistungen zu untersuchen und daraus neue Geschäftsmodelle zu entwickeln.

Die 50Hertz Transmission GmbH ist schwerpunktmäßig vor allem bei den Bereichen Marktmodellierung und der technisch-organisatorischen Integration des Speichers in das Übertragungsnetz aktiv. Darüber hinaus bringt 50Hertz eine umfassende Expertise zu den Marktbedingungen für Systemdienstleistungen sowie zur Netzmodellierung in das Projekt ein.

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

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Forschungsförderung

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