Das Verteilnetz entlasten
Im Rahmen des SmartPowerFlow-Projekts wurde 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-Energie-Einspeisung in das Stromnetz eines deutschen Netzbetreibers integriert. Ziel war es, zu quantifizieren inwieweit notwendige Netzausbaumaßnahmen zur Erhöhung der Aufnahmefähigkeit des Netzgebietes für Erneuerbare Energien, durch die Batterieintegration, vermieden werden können.
Analyse und Optimierung
Kernziel des Projektes war 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 setzte dabei auf die Verteilnetzebene, welche durch den raschen Zubau von dezentralen regenerativen Anlagen an ein neues Anforderungsprofil anpasst werden sollte. 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. Zudem entwickelten die Wissenschaftler innerhalb des Projektes ein Simulationsmodell zur optimalen Platzierung von Großbatterien in Verteilnetzen mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energieanlagen. Anhand des entwickelten Modells kann die breitflächige Integration von Großspeichern im deutschen Stromnetz vereinfacht und somit beschleunigt werden.
Das Projekt war in drei Schritte unterteilt:
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 (1. Jahr bis 2. Jahr)
Phase 3:
Gesamtkonzeptentwicklung zur Integration von Großbatterie in Verteilnetze und technische und wirtschaftliche Gesamtbewertung des Netzausbaus versus der Batterieintegration (2. Jahr bis 3. Jahr).
Projektzeitraum: 01.08.2013 - 31.07.2016
Im Rahmen des SmartPowerFlow-Projekts wurde 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-Energie-Einspeisung in das Stromnetz eines deutschen Netzbetreibers integriert. Ziel war es, zu quantifizieren inwieweit notwendige Netzausbaumaßnahmen zur Erhöhung der Aufnahmefähigkeit des Netzgebietes für Erneuerbare Energien, durch die Batterieintegration, vermieden werden können.
Analyse und Optimierung
Kernziel des Projektes war 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 setzte dabei auf die Verteilnetzebene, welche durch den raschen Zubau von dezentralen regenerativen Anlagen an ein neues Anforderungsprofil anpasst werden sollte. 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. Zudem entwickelten die Wissenschaftler innerhalb des Projektes ein Simulationsmodell zur optimalen Platzierung von Großbatterien in Verteilnetzen mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energieanlagen. Anhand des entwickelten Modells kann die breitflächige Integration von Großspeichern im deutschen Stromnetz vereinfacht und somit beschleunigt werden.
Das Projekt war in drei Schritte unterteilt:
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 (1. Jahr bis 2. Jahr)
Phase 3:
Gesamtkonzeptentwicklung zur Integration von Großbatterie in Verteilnetze und technische und wirtschaftliche Gesamtbewertung des Netzausbaus versus der Batterieintegration (2. Jahr bis 3. Jahr).
Projektzeitraum: 01.08.2013 - 31.07.2016
Fotos
-
- Das Batteriesystem in Tussenhausen | © Foto: RLI
-
- Luftaufnahme der Anlage | © Foto: RLI
-
- Das Bedienpanel des Batteriesystems | © Foto: RLI
Das RLI übernahm im Forschungsprojekt folgende Aufgaben:
- Projektkoordination
- systematische Analyse der Netzoptimierung
- wirtschaftliche Gesamtbewertung der unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten
Nach Abschluss des Forschungsprojekts lassen sich aus RLI-Sicht folgende Ergebnisse festhalten:
- Ergebnis 1: Das von den Projektpartnern entwickelte Batteriesystem wurde in einer einjährigen Testphase im Feld erprobt. Anhand von Messdaten war es möglich den Batterieprototyp sowie das lokale Stromnetz zu modellieren und damit eine optimale Betriebsstrategie für den Speicher zu entwickeln. Diese wurde im Feldtest bestätigt.
- Ergebnis 2: Für einen technischen und wirtschaftlichen Vergleich des Batterieeinsatzes mit anderen Flexibilisierungsoptionen, welche in diesem Projekt die cosφ(P)- und Q(U)-Regelung von Photovoltaiksystemen sowie den Einsatz von Heimspeichern umfassten, wurde ein zukünftiger Photovoltaik-Ausbaupfad für den Installationsort erstellt. Dieser basiert auf der Identifikation geeigneter Dachflächen für Solarsysteme unter Verwendung von Luftaufnahmen. Es wurde gezeigt, dass die Netzaufnahmefähigkeit für Erneuerbare Energieanlagen in allen Fällen gegenüber dem Szenario ohne Flexibilisierungsoptionen steigt, teils um bis zu 45 %.
- Ergebnis 3: Aus Perspektive der Netzbetreiber ist es ökonomisch sinnvoll, jede der untersuchten Optionen dem konventionellen Netzausbau vorzuziehen.
Vollständiger Projektreport mit detaillierten Ergebnissen aller Projektpartner
Projektpartner:
Gefördert als eines von 38 Leuchtturmprojekten in der Förderinitiative „Batterien im Verteilnetz“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages (Förderkennzeichen: 0325522A).
Die Forschungsarbeit am RLI wird finanziell durch die Reiner Lemoine Stiftung unterstützt.
“Technical and Economic Comparison of Grid Supportive Vanadium Redox Flow Batteries for Primary Control Reserve and Community Electricity Storage”. M. Resch, J. Bühler, B. Schachler, R. Kunert, A. Meier, A. Sumper. 2018
Abschlussbericht: „Smart Power Flow - Optimierung der Netzerweiterung versus Energiespeicher auf der Verteilnetzebene infolge zunehmender regenerativer Leistungsflüsse“. J. Bühler, M. Resch, B. Schachler, G. Merei, B. Ortiz, P. Schwaegerl. 2017
M. Resch, J. Bühler, M. Klausen, A. Sumper, "Impact of operation strategies of large scale battery systems on distribution grid planning in Germany," in Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 74, July 2017, Pages 1042–1063.
O. Camacho Rascon, M. Resch, B. Schachler, J. Bühler, A. Sumper, "Increasing the Hosting Capacity of Distribution Grids by Implementing Residential PV Storage Systems and Reactive Power Control" i. E. 13th European Energy Market Conference (EEM)
B. Schachler, R. Kunert, J. Bühler, M. Resch, “Technisch-wirtschaftliche Optimierung der Teilnahme einer netzdienlichen Großbatterie am Primärregelleistungsmarkt”, in 4. Konferenz „Zukünftige Stromnetze für Erneuerbare Energien“, Berlin, Deutschland, 2017
O. Rascon, M. Resch, J. Bühler, A. Sumper, “Techno-economic comparison of a schedule based and a forecast based control strategy for residential photovoltaic storage systems in Germany”, in Electrical Engineering, Volume 98, Issue 4, S. 375–383, 2016.
M. Klausen, M. Resch, J. Bühler, “Analysis of a potential single and combined business model for stationary battery storage systems”, in Energy Procedia, Volume 99, November 2016, Pages 321–331, 2016.
E. Gaudchau, M. Resch, A. Zeh, "Quartierspeicher – Definition, rechtlicher Rahmen und Perspektiven" in Ökologisches Wirtschaften 2.2016 (31), S. 26-27.
A. Gonzalez, J. Bühler, B. Kleinschmit, M. Resch, “Analysis of Potential Distribution and Size of Photovoltaic Systems on Rural Rooftops”, in GI Forum, Salzburg, Österreich, 2015.
J. Bühler, M. Resch, J. Wiemann, J. Twele, „Lebenszyklusanalyse von Großbatterien am deutschen Regelenergiemarkt“, in IEWT 2015, Wien, Österreich, 2015.
M. Resch, J. Bühler, H. Huyskens, A. Sumper, „Optimale Positionierung von Großbatterien in Verteilnetzen“, in 30. Symposium Photovoltaische Solarenergie, Bad Staffelstein, Deutschland, 2015.
M. Resch, B. Ramadhani, J. Bühler, A. Sumper, “Comparison of the control strategies of residential PV storage systems”, in IRES 2015, Düsseldorf, Deutschland, 2015.
Abschlussbericht: „Smart Power Flow - Optimierung der Netzerweiterung versus Energiespeicher auf der Verteilnetzebene infolge zunehmender regenerativer Leistungsflüsse“. J. Bühler, M. Resch, B. Schachler, G. Merei, B. Ortiz, P. Schwaegerl. 2017
M. Resch, J. Bühler, M. Klausen, A. Sumper, "Impact of operation strategies of large scale battery systems on distribution grid planning in Germany," in Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 74, July 2017, Pages 1042–1063.
O. Camacho Rascon, M. Resch, B. Schachler, J. Bühler, A. Sumper, "Increasing the Hosting Capacity of Distribution Grids by Implementing Residential PV Storage Systems and Reactive Power Control" i. E. 13th European Energy Market Conference (EEM)
B. Schachler, R. Kunert, J. Bühler, M. Resch, “Technisch-wirtschaftliche Optimierung der Teilnahme einer netzdienlichen Großbatterie am Primärregelleistungsmarkt”, in 4. Konferenz „Zukünftige Stromnetze für Erneuerbare Energien“, Berlin, Deutschland, 2017
O. Rascon, M. Resch, J. Bühler, A. Sumper, “Techno-economic comparison of a schedule based and a forecast based control strategy for residential photovoltaic storage systems in Germany”, in Electrical Engineering, Volume 98, Issue 4, S. 375–383, 2016.
M. Klausen, M. Resch, J. Bühler, “Analysis of a potential single and combined business model for stationary battery storage systems”, in Energy Procedia, Volume 99, November 2016, Pages 321–331, 2016.
E. Gaudchau, M. Resch, A. Zeh, "Quartierspeicher – Definition, rechtlicher Rahmen und Perspektiven" in Ökologisches Wirtschaften 2.2016 (31), S. 26-27.
A. Gonzalez, J. Bühler, B. Kleinschmit, M. Resch, “Analysis of Potential Distribution and Size of Photovoltaic Systems on Rural Rooftops”, in GI Forum, Salzburg, Österreich, 2015.
J. Bühler, M. Resch, J. Wiemann, J. Twele, „Lebenszyklusanalyse von Großbatterien am deutschen Regelenergiemarkt“, in IEWT 2015, Wien, Österreich, 2015.
M. Resch, J. Bühler, H. Huyskens, A. Sumper, „Optimale Positionierung von Großbatterien in Verteilnetzen“, in 30. Symposium Photovoltaische Solarenergie, Bad Staffelstein, Deutschland, 2015.
M. Resch, B. Ramadhani, J. Bühler, A. Sumper, “Comparison of the control strategies of residential PV storage systems”, in IRES 2015, Düsseldorf, Deutschland, 2015.
Kontakt
