Ein Batteriespeicher für mehr Nachhaltigkeit

Deutschland deckt seinen Strombedarf bereits zu einem großen Teil aus erneuer­baren Energien. Windkraft und Photovoltaik leisten dazu einen erheblichen Beitrag. Wetter­bedingt kommt es allerdings zu Schwankungen in der Energie­erzeugung. Eine der großen Heraus­forderungen der Energiewende ist es, diese Schwankungen im Stromnetz auszu­gleichen. Regelenergie hält das Netz stabil, bei Bedarf wird diese flexibel ins Netz ein- oder ausgespeist. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und AEG Power­solutions haben gemeinsam mit dem Bremer Strom­versorger SWB Betriebs­konzepte für dessen Hybrid­regel­kraftwerk entwickelt. Damit ist es möglich, Regel­leistung als besonders CO2-arme Dienst­leistung anzubieten.

SWB betreibt im Bremer Stadtteil Hastedt das hybride Kraftwerk HyRek. Mit einem leistungs­fähigen Batterie­speicher kann über­schüssiger Strom für künftige Regel­energie-Einspeisungen zwischen­gespeichert werden. Die Batterie wird fast nur zur Energieabgabe ins Netz verwendet und hat dadurch eine höhere nutzbare Kapazität. Bei hohen Überschüssen im Netz wird die elektrische Energie im Hybrid­kraftwerk mit einem innovativen Schalter direkt auf einen Elektro­heizkessel geleitet. Auf diese Weise lässt sich elektrische Energie in Wärme umwandeln und bei Bedarf dem Fernwärme­netz zuführen.

Wärme aus Strom zu erzeugen ist aktuell noch mit hohen finan­ziellen Abgaben belastet. Das DLR hat im Projekt HyRek 2.0 unter Berück­sichtigung der aktuellen gesetzlichen Vorgaben ein Betriebs­konzept entwickelt, um das Kraftwerk ökologisch und wirtschaftlich zu optimieren. In Hastedt wurden bereits Teile dieses Konzepts auf dem Gelände des Heizkraft­werks implementiert. Die DLR-Forscher haben das Zusammenspiel von Kraftwerk und Speichern optimiert. Die nun maximierte Ausnutzung der Batterien hat zur Folge, dass sie langsamer altern. Somit sind die Batterien länger im Einsatz und brauchen seltener ausgetauscht zu werden, was folglich weniger Material­aufwand bedeutet.

Um den Beitrag des Kraftwerks zum Klimaschutz bewerten zu können, hat Henning Wigger vom DLR-Institut für vernetzte Energiesysteme, die Anlage im Rahmen einer Ökobilanz ganzheitlich betrachtet: „Wir haben alle verbauten Komponenten in ihrem gesamten Lebenszyklus untersucht. Dieser beginnt bereits beim Abbau des Erzes zur Herstellung von Komponenten und berücksichtigt, unter welchen Bedingungen ein Bauteil hergestellt wurde und welche Emissionen dadurch entstanden sind.“ Hierdurch ist es möglich, Treib­haus­gase in Höhe von bis zu 25 Prozent im Vergleich zu konven­tio­nellen Batterie­speichern einzusparen. Zudem haben Wissen­schaftler auch Recycling­konzepte im Projekt HyRek 2.0 angedacht. Für den Batterie­speicher könnten beispiels­weise auch ausgediente Batterien aus Elektroautos in Frage kommen.

Um das Kraftwerks­konzept für künftige Anwendungen zu optimieren, haben die Wissen­schaftler ein Simulations­modell entwickelt und auf Basis von Realdaten aus der Anlage in Hastedt validiert. Das Modell kann auch abbilden, wann und wie lange wie viel Strom in die Batterien ein- und ausgespeist wird. Damit lässt sich die Batterie­alterung untersuchen. Die DLR-Forscher haben zudem ermittelt, wie sich das Kraftwerk am Netz verhält, und in welcher Form Regelenergie in Zukunft erforderlich sein muss.

Dabei bildet das Modell auch real­technische Geräte wie den Wechsel­richter ab, zu dem das DLR zusammen mit SWB und AEG Power­solutions wichtige Impulse zur Weiter­ent­wicklung geliefert hat. „Wir haben bei unseren Unter­suchungen die Aktivitäten einzelner Kraftwerks­komponenten nicht separat betrachtet, sondern wie der Wechsel­richter das Zusammenspiel von Batterie­speicher und Wärme­erzeuger als Gesamtsystem regelt“, erklärt Patrick Draheim vom DLR-Institut für vernetzte Energiesysteme. „Unser aktuelles Stromnetz lässt sich auf diese Weise einfach weiter­betreiben. Durch das optimale Zusammenspiel der Einzel­komponenten innerhalb des Systems lässt sich wiederum ein wirtschaftlich tragfähiges Betreiber­konzept ableiten.“

DLR / RK

Weitere Infos

• Institut für vernetzte Energiesysteme, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Oldenburg