Grafik Grüner Strom, © lassedesignen - Fotolia

Wissenschaftler untersuchen im Projekt „ReserveBatt - Momentanreserve mit Hochleistungsbatterien“, wie die Netzstabilität mit Erneuerbaren Energien garantiert werden kann. © lassedesignen - Fotolia

In dem am 01. Juni 2017 gestarteten Forschungsvorhaben gehen die Goslarer Wissenschaftler des Energie-Forschungszentrums Niedersachsen (EFZN), der TU Clausthal und des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts (HHI) der Frage nach, wie durch den Einsatz leistungsstarker und intelligenter Batteriesysteme zu jedem Zeitpunkt ein Gleichgewicht zwischen fluktuierender Energieerzeugung und -verbrauch gewährleistet werden kann. Unterstützt werden sie durch Industriepartner, die den Forschern für eine anwendungsnahe Umsetzung des Hochleistungs-Batteriesystems, bestehend aus Batterie und Leistungselektronikkomponenten, zur Netzintegration zur Seite stehen.

Grafik Erzeugung - Verbrauch von Energie, Bild: EFZN
Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch. Bild: EFZN

„Um bei zunehmender fluktuierender Einspeisung die Sicherheit der Energieversorgung zu garantieren, brauchen wir in Zukunft Hochleistungsbatteriesysteme zur Frequenzstabilisierung“, sagt Projektleiter Professor Hans-Peter Beck. Der Vorstandsvorsitzende des EFZN und Direktor des Instituts für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme (IEE) an der TU Clausthal hebt hervor: „Ein wichtiges Instrument dazu ist die sogenannte Momentanreserve, die aktuell hauptsächlich durch die rotierenden Massen in den konventionellen Kraftwerken zur Verfügung steht.“ „Da die Bereitstellung der Momentanreserve durch diese Kraftwerke zukünftig nicht garantiert werden kann, sind Alternativen, wie etwa leistungsstarke Batteriespeicher, vorzusehen“, ergänzt der Projektkoordinator Dr. Ralf Benger. Der Energieinhalt der Batterie zum Erbringen der Momentanreserve kann im Vergleich zur Leistung recht klein sein, d.h. schon mit einer relativ kleinen Batterie lässt sich, eine hohe Leistungsfähigkeit vorausgesetzt, die Schwungmasse des Kraftwerksgenerators nachbilden.

Im Rahmen des Projektes, das eine Laufzeit von drei Jahren haben wird, wird eine speziell für Hochleistungsanwendungen geeignete Batterie über gesteuerte Leistungselektronikkomponenten mit dem Energieversorgungsnetz verbunden. Die Steuerung und Regelung dieser Leistungselektronikkomponenten erfolgt nach dem von den Clausthaler Forscherinnen und Forschern entwickelten und weltweit patentierten Prinzip der Virtuellen Synchronmaschine (VISMA). Das System aus Batterie und Leistungselektronikkomponenten kann so gesteuert werden, dass es sich verhält wie ein Generator in einem Großkraftwerk und die gleichen stabilisierenden Eigenschaften ausweist.

Partner aus dem Netzbereich an Forschung beteilgt

Um die Anforderungen an das Batteriesystem aus Netzsicht zu formulieren und die stabilisierende Wirkung zu bewerten, partizipieren mit Harz Energie Netz und Tennet TSO zwei Netzbetreiber am Projekt.

Das Hochleistungs-Batteriespeichersystem für das Vorhaben wird von Akasol aufgebaut. Das Fraunhofer HHI wird dabei zusammen mit Stöbich technology die nötige Sensorik und bei der Sicherheitstechnik zusammen mit dem EFZN die Hochleistungsanwendung der Batterie weiterentwickeln. Die entsprechende Forschungslinie für das Energiewandlungssystem und seine Komponenten decken Infineon Technologies und LTI ReEnergy ab. Infineon wird in einem intelligenten Leistungsmodul die wesentlichen Komponenten der Leistungselektronik kombinieren und als universelle Basiskomponente bereitstellten. LTI ReEnergy erforscht eine flexible Steuerung des Leistungselektronikmoduls und die Schnittstellen zur Batterie und setzt das Konzept in einen prototypischen Gesamtaufbau, der im Batterietestzentrum installiert wird, um. Die Felderprobung wird zusammen mit der Harz Energie in Goslar durchgeführt. Insgesamt beläuft sich der Industriebeitrag auf rund 1,9 Millionen Euro.

Das EFZN ist verantwortlich für das VISMA Regelsystem, Betrachtungen der Lebensdauer der Batterie unter den Betriebsbedingungen der Momentanreserveerbringung sowie für die Betrachtung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems. Mit dem vom EFZN und dem Fraunhofer HHI betriebenen Batterietestzentrum steht den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Goslar die nötige Forschungsinfrastruktur zur Verfügung.

Gemeinsam mit der Harz Energie soll nach der erfolgreichen Funktionsprüfung die netzstabilisierende Wirkung des Batteriespeichers im öffentlichen Verteilnetz erprobt werden. Die Übertragbarkeit auf andere Spannungsebenen und Anwendungsfelder bleibt der Zukunft vorbehalten. hei