Innovative Stromspeicher wissenschaftlich beleuchtet
Unter welchen Bedingungen investieren Privathaushalte mit einer Photovoltaikanlage in innovative Stromspeicher?
Wie tragen diese Speicher zur Stabilisierung des Stromnetzes bei? Und welchen Nutzen schaffen sie aus Sicht des Netzbetreibers bzw. der Privathaushalte?
Mit diesen zentralen Fragestellungen beschäftigen sich die wissenschaftlichen Begleitstudien an drei Lehrstühlen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) im Auftrag der N-ERGIE Aktiengesellschaft. Die Studien bilden das zweite Projekt im Rahmen der Kooperation der N-ERGIE mit dem Energie Campus Nürnberg (EnCN).
Bei einem Termin mit dem N-ERGIE Vorstandsvorsitzenden Josef Hasler am 23. April 2015 stellten Professor Dr. Matthias Luther, Professor Dr. Reinhard German und Simon Mehl in Vertretung von Professor Dr. Veronika Grimm ihre Studienvorhaben bzw. erste Ergebnisse vor. Die Abschlussergebnisse sollen bis 2018 vorliegen.
Virtuelle Großspeicher – ein Beitrag zur Energiewende
Ziel der Untersuchungen ist es, Erkenntnisse über virtuelle Großspeicher zu gewinnen und zu vertiefen. Im Februar 2014 startete die N-ERGIE gemeinsam mit der Caterva GmbH, Pullach, das Pilotprojekt SWARM. Im Rahmen des Projekts werden mehrere im Netzgebiet verteilte Energiespeicher zu einem virtuellen Großspeicher gebündelt.
Das von Caterva entwickelte Energiespeichersystem (ESS) mit einer Gesamtleistung von 20 Kilowatt und einer Kapazität von 21 Kilowattstunden brutto richtet sich an private Betreiber von Photovoltaikanlagen, die deutlich mehr als die durchschnittlich üblichen 30 Prozent ihres selbst erzeugten Stroms im eigenen Haushalt nutzen möchten. Das ESS ermöglicht eine 60- bis 80-prozentige Nutzung und damit eine hohe Deckung des individuellen Strombedarfs aus Eigenerzeugung.
Die Innovation des Speichers liegt in seiner zweiten Funktion: Über Mobilfunk können – im Pilotprojekt zunächst bis zu 75 – Energiespeichersysteme zu einem virtuellen Großspeicher in Form eines Schwarms vernetzt werden, um ihre Leistung als Primärregelleistung bereitzustellen und zur Stabilisierung des Stromnetzes beizutragen. Der Schwarm speichert Strom, wenn ein Überangebot im Netz besteht, und speist umgekehrt bei Strombedarf in das Netz ein.
„Damit kann die bisher überwiegend von fossilen Kraftwerken übernommene Stabilisierungsfunktion des Netzes zunehmend durch erneuerbare Energieerzeuger erfolgen – ein wichtiger Beitrag zur Energiewende und einer der Gründe, weshalb sich die N-ERGIE an diesem Innovationsprojekt beteiligt“, erläuterte Josef Hasler, Vorstandsvorsitzender der N-ERGIE.
Derzeit werden die ESS sukzessive eingebaut und getestet. Im Sommer 2015 soll die virtuelle Vernetzung zum Schwarm erfolgen. Das Projekt wird vom Freistaat Bayern gefördert.
Begleitstudie mit technischen und wirtschaftlichen Fragestellungen
Professor Dr. Matthias Luther vom Lehrstuhl für Elektri-sche Energiesysteme und sein Team untersuchen u.a. die Wirkungen der Schwarmspeicher auf die Netzstabilität. Mittels Netzberechnungen werden die Wechselwirkungen zwischen den Speichern und dem Stromnetz simuliert und anhand von Messungen überprüft. Das Team geht dabei unter anderem der Frage nach, ob und in welchem Maße sich der Einsatz von Speichersystemen auf den künftigen Umfang von Netzausbaumaßnahmen in Verteil- und Übertragungsnetzen auswirken könnte.
Professor Dr. Reinhard German vom Lehrstuhl für Informatik 7 – Rechnernetze und Kommunikationssysteme entwickelt ein Simulationsmodell eines Kleinspei¬cher-Schwarms. Ziel des Modells ist es, die technischen Auswirkungen der Speicher auf die Netze ebenso zu ermitteln wie den wirtschaftlichen Nutzen für die beteiligten Privathaushalte und für das gesamte Energiesystem.
In beratender Funktion werden die beiden Forschungsvorhaben vom Lehrstuhl für Wirtschaftsmathematik unterstützt.
Das dritte Forschungsprojekt setzt verhaltensökonomisch an. Professor Dr. Veronika Grimm vom Lehrstuhl für Wirtschaftstheorie untersucht mit ihrem Team die Charakteristika von Personen bzw. Privathaushalten, die in eine innovative Technologie investieren, und welche Kriterien für diese Entscheidungsprozesse bedeutsam sind.
An den drei beteiligten Lehrstühlen sollen im Rahmen des Projekts mehrere studentische Arbeiten entstehen. Darüber hinaus ist geplant, die Forschungsergebnisse in Form von wissenschaftlichen Publikationen und Dissertationen zu veröffentlichen.
„Um die Herausforderungen der Energiewirtschaft bewältigen zu können, sind Kreativität und neues Denken gefragt. Auf der Suche nach innovativen Lösungsansätzen setzen wir auf Partnerschaft – mit Unterneh¬men, wie der Caterva, und mit der Wissenschaft. Ich freue mich, heute bereits das zweite Kooperationsprojekt mit dem EnCN vorstellen zu können. Die Studien sind für uns nicht nur aufgrund ihrer Praxisrelevanz bedeutsam, positiv ist aus unserer Sicht auch die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses“, betonte Josef Hasler.
Impulse und innovative Lösungen durch Kooperationen
Der EnCN ist ein interdisziplinäres Energieforschungszentrum. Die Kooperation aus Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm (THN), den Fraunhofer Instituten IIS, IISB und IBP sowie dem Bayerischen Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. (ZAE) verfolgt das Ziel, die notwendigen Technologien für eine nachhaltige Energieversorgung zu entwickeln, die auf regenerativen Energiequellen gründen.
Im vergangenen Herbst stellte die N-ERGIE ihr erstes Kooperationsprojekt mit dem EnCN vor, bei dem es um die Prognose der Restlebensdauer von Mittelspannungskabeln geht.
