Batteriespeicher in Nichtwohngebäuden : Untersuchungen zum Einsatz zur Lastspitzenkappung und Steigerung der Netzdienlichkeit

Abstract

Im Fokus dieser Dissertation steht die Integration von Batteriespeichersystemen in Energieversorgungskonzepte von Nichtwohngebäuden unter Beachtung des Einflusses auf das Elektrizitätsnetz. Letzteres wird im Kontext effizienter Stromversorgung von Gebäuden aus der Perspektive des Elektrizitätsmarktes in Deutschland betrachtet. Als Indikatoren für Effizienz fungieren hier der geringe Großhandelsstrompreis und der hohe Anteil der volatilen Erneuerbaren Energien am Erzeugungsmix. Als Maß dient das sog. „netzdienliche“ Lastverhalten, d. h. ein bezüglich des entsprechend gewählten Netzsignals vorteilhaftes Lastverhalten.

Die Gruppe der Untersuchungsgebäude stellen 10 Hotelgebäude an unterschiedlichen Standorten in Deutschland dar. Als Datengrundlage dienen elektrische Lastgänge der Gebäude in 15-minütiger Auflösung für einen Zeitraum von einem Jahr, zur Verfügung gestellt von den zuständigen Hotelbetreibern.

Der erste Teil der Arbeit ist dem Einsatz von Batteriespeichersystemen zur Lastspitzenkappung bei den Hotelgebäuden gewidmet. Ziel dabei ist es, die optimale Auslegung von Batteriespeichersystemen zur Erreichung der maximalen Wirtschaftlichkeit dieser Anwendung zu bestimmen. In der Untersuchung werden zudem Lithium-Ionen- und Blei-Säure-Batteriespeichersysteme bezüglich der notwendigen Systemgrößen und der erreichten Wirtschaftlichkeit einander gegenübergestellt. Die Analyse zeigt, dass der wirtschaftliche Einsatz von Lithium-Ionen-Batteriespeichersystemen bei einem Anschaffungspreis unter 570 Euro/kWh möglich ist. Bei der Erreichung maximaler Wirtschaftlichkeit ist zudem das optimal gewählte Leistungslimit für die Lastspitzenkappung maßgeblich. Die notwendigen Batteriekapazitäten variieren je nach Gebäude zwischen 5--25 kWh pro 1 MWh Tagesstromverbrauch. Ferner zeigt die Analyse keine Veränderung der Netzdienlichkeit der Gebäude bezüglich der untersuchten Netzsignale beim Einsatz von Lithium-Ionen-Batteriespeichersystemen zur Lastspitzenkappung für die Erreichung der maximalen Wirtschaftlichkeit.

Im zweiten Teil der Arbeit wird ein Konzept für die Betriebsführung der Batteriespeichersysteme zur Steigerung der Netzdienlichkeit von Gebäuden vorgeschlagen. Dabei wird das Batteriespeichersystem anhand des gewählten Netzsignals („netzreaktiv“) und des daraus errechneten Lade- und Entladeschwellwerts gesteuert. Die Analyse zeigt, dass mithilfe der entwickelten Betriebsführung eine Verbesserung der Netzdienlichkeit der Hotelgebäude hinsichtlich der untersuchten Netzsignale erzielt werden kann. Ferner kann diese Verbesserung durch die Anpassung der maximalen spezifischen Leistung oder des Schwellwerts für das Laden und Entladen der Batterie noch weiter gesteigert werden. Dabei führt insbesondere die Absenkung der maximalen spezifischen Leistung der Batterie zur Verbesserung der Effizienz ihres Einsatzes bezüglich der Steigerung der Netzdienlichkeit sowie der relativen Erhöhung der maximalen Last und des Stromverbrauchs der Gebäude.