Feldbacher Batteriespeichersystem zur Steigerung des lokalen Eigenverbrauchs erneuerbarer Energie (FeldBATT)

Das Ziel des Projektes FeldBatt war die Entwicklung eines Konzeptes für den Betrieb eines Quartierbatteriespeichers im urbanen Umfeld Feldbachs, der für die Steigerung der Eigenverbrauchsrate lokaler Erneuerbarer Erzeugung (PV und Kleinwasserkraft) von Gebäuden, die über eine Direktleitung an den Speicher angeschlossen sind eingesetzt werden soll. Dafür sollten Geschäftsmodelle für die Eigenverbrauchssteigerung aber auch darüberhinausgehende Einsatzbereiche (Regelenergiebereitstellung, Notstromversorgung, etc.) des Speichers ermittelt, modelliert und simuliert werden. Die Entwicklung der notwendigen Regelalgorithmen für den Betrieb des Speichers gemäß der Geschäftsmodelle, sowie deren Implementierung waren ursprünglich ebenfalls Teil des Projektes. Das entwickelte FeldBLATT-System wurde aufgrund mangelnder Wirtschaftlichkeit nicht in einem Demonstrationsbetrieb getestet.

Ausgangssituation

Der Wandel der Energiewirtschaft zu einem steigenden Anteil erneuerbarer und vor allem auch dezentraler Energieversorgung führt zunehmend zu Herausforderungen entlang der gesamten Versorgungskette der Stromversorgung: (1) Höher belastete Übertragungsnetze, (2) Herausforderung hinsichtlich der Spannungsqualität in Verteilnetzen, (3) Volatilität der erneuerbaren Erzeugung bei deren Vermarktung und (4) Notwendigkeit der Optimierung des Eigenverbrauchs bei dezentralen Anlagen. Zur Bewältigung dieser Herausforderungen rücken Flexibilitäten, allen voran Batteriespeichersysteme, zunehmend in den Fokus. Diese sind jedoch ausgesprochen kapitalintensiv, weshalb eine Wirtschaftlichkeit lediglich bei optimaler Nutzung der Speicher erreicht werden kann, d.h. wenn mehrere Einsatzgebiete bedient werden.

Ziele & Ergebnisse

Die Projektziele lassen sich wie folgt zusammenfassen: - Erhöhung des Eigenverbrauchsanteils der lokalen erneuerbaren Erzeugung auf 100 % - Sicherstellung der Wirtschaftlichkeit des Batteriespeichers mittels Definition zusätzlicher Einsatzbereiche - Sicherstellung der Versorgung kritischer Infrastruktur durch Speicher, Direktleitungen und erneuerbare Erzeugung für 1-3 Tage - Entwicklung von Regelalgorithmen für die Optimierung des Speichereinsatzes in den unterschiedlichen Einsatzbereichen - Errichtung eines Demonstrators und Erprobung der entwickelten Geschäftsmodelle und Regelalgorithmen. Durch die Entwicklung einer multimodalen Bewirtschaftungsstrategie für die Nutzung lokaler, erneuerbarer Energieträger und den Aufbau des Direktleitungssystems sollte für alle Beteiligten eine Wirtschaftlichkeit erreicht werden. Aufgrund der rechtlichen und technischen Komplexität, der Ergebnisse der durchgeführten Lastprofilanalysen und der örtlichen Gegebenheiten musste die Anzahl der Nutzer:innen im Vergleich zur ursprünglichen Planung eingeschränkt werden. Die optimale Größe des Speichers wurde anhand von Simulationsrechnungen ermittelt (Leistung ca. 200 kW; Kapazität ca. 450 kWh). Anhand von Simulationsmodellen erfolgte die Erarbeitung der Regelstrategien für das System - sowohl für den Normalbetrieb als auch den Notversorgungsbetrieb. Anhand dieser Regelstrategien wurden Regelalgorithmen ausgearbeitet. Auf Basis einer negativen Stop-or-go Entscheidung aufgrund mangelnder Wirtschaftlichkeit wurde kein Demonstrationsbetrieb durchgeführt. Das FeldBatt-System wurde jedoch als Hardware-in the-loop Aufbau nachgebildet, der ein Abbild der Realität darstellt. Damit wurden umfangreiche Tests durchgeführt sowie das Regelungssystem erprobt und evaluiert. Es konnten umfassende Erkenntnisse hinsichtlich eines Betriebs des FeldBatt-Systems gewonnen werden.

Innovation

Der innovative Charakter des Projektes zeichnet sich anhand der nachfolgenden Punkte ab: (1) Es wurde eine multimodale Bewirtschaftungsstrategie für die Nutzung lokaler, erneuerbarer Energieträger entwickelt, die auf den Verbund aus Speicher, Direktleitungen und Prosumern aufbaut. (2) Die Beteiligten Prosumer erreichen eine Eigenverbrauchsquote von 100 % aus der Erzeugung von Kleinwasserkraft und PV. (3) Es wurden Direktleitungen zur Minimierung der Kosten und Maximierung der Wirtschaftlichkeit eingesetzt. (4) Das Konzept berücksichtigt die Eventualität einer notwendigen Notstromversorgung von kritischer Infrastruktur. Aus dem Projekt wurden Erkenntnisse über den Betrieb eines Quartierspeichers im urbanen Umfeld, ein Konzept für die Notstromversorgung sowie innovative Betriebsstrategien und Geschäftsmodelle für zentrale Batteriespeichersysteme resultieren.

Forschungsergebnisse in die Praxis überleiten

Ein für alle Beteiligten wirtschaftliches Geschäftsmodell implementieren. Optimierung des Eigenverbrauchs durch das entwickelte Regelungs- und Steuerungskonzept. Verhalten des Inselnetzes im Blackoutfall (Schutzkonzept).

Stadt als Testbed nutzen

Betrieb eines Inselnetzes, welches im Normalbetrieb jedoch an das öffentliche Netz angebunden ist. Einbindung der ansässigen Unternehmen als mögliche Prosumer.

Kommunalen Mehrwert erzeugen

Erhöhung des Eigenverbrauchsanteils von lokal erzeugter erneuerbarer Energie aus PV und Kleinwasserkraft. Versorgung des Freizeitzentrum als Anlaufstelle für die Bevölkerung im Blackout-Fall mit einem theoretisch zeitlich unbegrenzt funktionierendem System.

Summary

For the project FeldBatt a single battery storage system for several prosumers was considered, with one major service being the provision of the means to maximise the local own energy consumption of PV and small hydropower generation. The problem regarding the use of one single storage capacity for that specific task, is the necessity to pay grid tariffs for the energy stored into and taken from the battery. To ensure economic feasibility, the transport of electrical energy between prosumers and battery needs to be done via direct lines. The project FeldBatt focused on the following goals: - Increase of own consumption of local renewable generation up to 100 % - Reduction of electricity costs for the involved prosumers of at least 10 % - Ensure economic feasibility of the battery storage by the definition of additional services - Ensure the supply of critical infrastructure for 1-3 days by using the storage capacities, direct lines and renewable energy generators. - Development of control algorithms for the optimisation of the storage deployment with regards to the different services provided. - Installation of a demonstrator to test the developed business models and control algorithms under real-life conditions. Based on a negative stop-or-go decision due to lack of economic viability, no real demonstration was initiated. However, the FeldBatt system was replicated as a hardware-in-the-loop setup, which represents an image of reality. Extensive tests were carried out; the control system was tested and evaluated. Extensive knowledge was gained regarding the operation of the FeldBatt system.

Zuletzt aktualisiert am 10/13/2020

Projektdaten – Umsetzungsprojekt im 9 Call

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