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News  – Nachrichten aus der Energieforschung

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Herten: Eine Stadt im Ruhrgebiet mit tausendjähriger Geschichte und ehemals eine der größten Bergbaustädte Europas diente als Modellregion für das Forschungsprojekt.
© Arnoldius, CC BY-SA 3.0
Stromnetze – lokales Managementsystem
12.04.2018

Teilnehmer des Abschlussworkshops (v.l.n.r.): Dr. Magret Waschbüsch (Projektträger Jülich), Franz Gilles (Hertener Stadtwerke), Leander Grunwald (Fraunhofer UMSICHT), Dr. Barbette Nieder (Stadt Herten), Andreas Dietrich (Universität Duisburg-Essen), Dr. Annedore Kanngießer (Fraunhofer UMSICHT), Thorsten Rattmann (Geschäftsführer der Hertener Stadtwerke), Dieter König (Projektleitung, TU Dortmund), Prof. Dr. Christoph Weber (Universität Duisburg-Essen), Dr. Jan Gall (Robert Bosch GmbH), Prof. Dr. Christian Rehtanz (TU Dortmund), Detlef Großjohann (Hertener Stadtwerke), Dr. Stefan Kippelt (TU Dortmund), Bernhard Dick (TU Dortmund), Carsten Beier (Fraunhofer UMSICHT)
© TU Dortmund

Die Stadt als virtueller Energiespeicher

Wissenschaftler aus Forschung, Industrie und kommunalen Unternehmen entwickelten im Projekt „Stadt als Speicher“ ein Managementsystem, das KWK-Anlagen, Wärmepumpen, Nachtspeicherheizungen, PV-Batterien und weitere Anlagen bündelt. Ein abschließender Feldtest zeigte, wie Speicher, Erzeuger und Lasten im koordinierten Betrieb als virtueller Energiespeicher das Stromnetz unterstützen.

Virtuelle Speicher in urbanen Regionen können bereits heute zu stabilen Stromnetzen beitragen. Zu dieser Quintessenz gelangten die Wissenschaftler nach Abschluss ihrer theoretischen und praktischen Untersuchungen. Ein großes Speicherpotenzial versteckt sich derzeit ungenutzt in den verschiedenen Anlagen der Verteilnetze. Durch Bündelung zu einem virtuellen Energiespeicher kann dieses Potenzial für den weiteren Ausbau erneuerbarer Energien genutzt werden. Simulationsrechnungen für die Modellregionen Herten und Wunsiedel ergaben ein erschließbares Speicherpotenzial von durchschnittlich 5 bzw. 3 MWh. Hochgerechnet auf das gesamte Bundesgebiet könnten virtuelle Speicher die Leistung der heute vorhandenen Pumpspeicherwerke übertreffen.

Das Forschungsprojekt (BINE Informationsdienst berichtete) zeigt auf, wie dies umgesetzt werden kann, aber auch, welche technischen und regulatorischen Hürden noch zu überwinden sind. Ein Feldtest in der Modellregion sollte zeigen, ob sich die erarbeiteten Modelle und technischen Lösungen in der Praxis bewähren.

Heterogener Anlagenpool

Im Feldtest arbeiteten unterschiedliche Energiewandler, Speicher und Verbraucher netzdienlich zusammen. Für die KWK-Anlagen, Wärmepumpen, Nachtspeicherheizungen, PV-Batterien und weitere Anlagen musste jeweils ein spezifisches Konzept entwickelt und umgesetzt werden. Dies ist in einem Forschungsprojekt technisch realisierbar, jedoch für eine wirtschaftliche Nutzung zu aufwendig. Die Wissenschaftler empfehlen, bei zukünftigen Produktentwicklungen eine Kommunikationsschnittstelle wie VHPREADY oder EEBUS zu integrieren, um Flexibilitätspotenziale von Einzelanlagen kostengünstig aktivieren zu können.

IKT-Infrastruktur, Protokolle und Schnittstellen

Die Hauptaufgabe des zentralen Rechners bestand in der Datenerfassung verschiedener Anlagentypen und in der Weitergabe der Anlagenfahrpläne an die verwendete Steuerung. Es zeigt sich, dass der Betrieb eines virtuellen Speichers mit einem vergleichsweise hohen Datenaufkommen verbunden ist und daher effizient gestalteter Datenbanken, Protokolle mit geringem Overhead und einheitlicher Schnittstellen bedarf. Neue Kommunikationsprotokolle und Schnittstellen wurden dazu implementiert. Für die Visualisierung der Daten der virtuellen Speicher wurden Widgets entwickelt.

Einsatzplanung virtueller Speicher

Der zentrale Optimierungsansatz erwies sich in der Praxis als erfolgreich. Die entwickelte Rahmensoftware und Modellierungssprache zeigte eine gute Performance und steigende Zuverlässigkeit im Verlauf des Feldtests. Für eine sehr hohe Anzahl beteiligter Anlagen wäre in der Praxis jedoch zu prüfen, inwieweit die Rechenzeit den Anforderungen des Fahrplanbetriebs gerecht wird. Hier sollte aus den Erfahrungen des Feldtests auch insbesondere auf die Performance der Datenbanken und Schnittstellen zum Abruf von Prognosen und Messdaten geachtet werden.

Prognosemethoden

Die Wärmebedarfsprognose hat sich als sehr wichtiges Element des gesamten Optimierungskonzeptes herausgestellt. Besonders bei Anlagen mit kleinen Wärmespeichern können Fehlprognosen zu großen Abweichungen vom geplanten Fahrplan führen. Gerade in dieser Leistungsklasse fehlt es aber oft an detaillierten Messungen des Anlagenbetriebs und Wärmebedarfs, so dass im Feldtest teilweise mit Jahresverbräuchen gearbeitet werden musste. Der Einbindung in einen virtuellen Speicher sollte daher eine Beobachtungs- und Messphase vorausgehen, bei der insbesondere die Wärmebedarfe in den verschiedenen Jahreszeiten aufgezeichnet werden.

Virtuelle Speicher in Verteilnetzen

Der Feldtest konnte zeigen, dass die technischen Restriktionen von Verteilnetzen vergleichbar einfach in der Einsatzplanung virtueller Speicher berücksichtigt werden können. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass eine hinreichend genaue Prognose der Netzbelastung vorliegt und diese Information an den Speicherbetreiber weitergegeben werden kann.

Praktisches Flexibilitätspotenzial verschiedener Anlagentypen

Grundsätzlich können alle betrachteten Technologien in einen virtuellen Speicher integriert werden, jedoch mit sehr unterschiedlichen Potenzialen. Bei kleineren Anlagen wie Wärmepumpen wird der Wärmespeicher in Kombination mit fehlenden Wärmemengenmessungen schnell zum begrenzenden Faktor. Hier erwies sich die Umrüstung auf einen größeren Pufferspeicher als sinnvoll, stellte aber gleichzeitig hohe Anforderungen an die Steuerung vor Ort. Bestehende Elektrospeicherheizungen können unter bestimmten Randbedingungen im Verhältnis zu den erforderlichen Umbaumaßnahmen eine hohe Flexibilität in der Praxis bieten. Bei Batteriespeichern, insbesondere in Kombination mit einer PV-Anlage, ist individuell zu prüfen, ob ein kombinierter Betrieb unter Einbezug des Eigenverbrauchs einer rein marktbezogenen Optimierung vorzuziehen ist.

Forschungsinitiative Energiespeicher

Das Forschungsprojekt wurde innerhalb der Forschungsinitiative Energiespeicher vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Der Abschlussbericht wird in Kürze veröffentlicht.

Weitere Details zum Projekt gibt es in der Projektvisitenkarte auf dem Webportal forschung-energiespeicher.info, der Förderinitiative Energiespeicher.

(me)

Merkzettel

Adressen

Projektleitung
TU Dortmund, ie3

Projektpartner
Robert Bosch GmbH

Projektpartner
Fraunhofer UMSICHT

Projektpartner
SWW Wunsiedel GmbH

Links

Die Stadt als Speicher
Projektpräsentation auf dem Portal der Förderinitiative Energiespeicher

Energiespeicher
Portal der Förderinitiative Energiespeicher mit aktuellen Meldungen aus Forschung, Entwicklung und Demonstration von Energiespeichern

Forschungsförderung

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