Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) in Erlangen hat ein System zur Lastspitzenreduktion (Peak Shaving) mit modularen stationären Batteriespeichern konzipiert. Damit werden unerwünschte Lastspitzen, ohne teure Eingriffe in Fertigungsabläufe, ausgeglichen. Wie gut das funktioniert, testen die Wissenschaftler derzeit im Rahmen des Energieforschungsprojekts SEED.

Das modulare Batteriesystem hat eine Kapazität von 60 kWh und soll auf 100 kWh ausgebaut werden. Um den Batteriespeicher optimal auszunutzen und zu den richtigen Zeitpunkten zuzu­schalten, haben die Forscher einen Algorithmus und Software für die Steuerung und Regelung entwickelt. Mit Batteriegrößen von 60 beziehungsweise 100 kWh ergibt sich bereits eine mögliche Reduktion der Lastspitze von zehn beziehungsweise 16 Prozent für diesen Anwendungsfall. Bei den aktuellen Batteriepreisen sind Amortisationszeiten von fünf Jahren möglich.

Dreistufiger Ansatz

Die Praxisergebnisse am Fraunhofer IISB zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit vorher durchgeführten Simulationen und sind grundsätzlich auf andere Verbraucher übertragbar. Um eine effiziente und rentable Integration der Batteriespeicher zu garantieren, verfolgen die Spezialisten des Instituts dabei einen dreistufigen Ansatz: Mit Hilfe einer umfassenden Datenanalyse werden zunächst verschiedene und für das weitere Vorgehen relevante Parameter extrahiert. Das umfasst auch spezifische Kenngrößen des betrachteten Lastgangs, wie zum Beispiel den Energieumsatz oder die statistische Verteilung der Lastspitzen.

Mittels eines speziellen Optimierungsverfahrens werden anschließend die Batteriedaten festgelegt, beispielsweise die maximale Leistung und die Gesamtkapazität. Die genaue Bestimmung dieser Daten vermeidet eine Über- oder Unterdimensionierung des Speichersystems. Bei Bedarf findet in dieser Phase eine Anpassung der Algorithmen für die Betriebsstrategie statt. Im letzten Schritt werden schließlich die Lastverläufe simuliert, welche – basierend auf den historischen Daten – aus dem Einsatz des Batteriesystems resultieren.

Erweiterung mit BHKW möglich

Mit den Algorithmen des Fraunhofer IISB können nicht nur Batteriesysteme bedarfsgerecht ausgelegt und optimal für die Lastspitzenreduktion genutzt, sondern auch individuelle Erweiterungen mit zusätzlichen Komponenten berücksichtigt werden, beispielsweise ein Blockheizkraftwerk (BHKW) mit Wärmespeicher. Oft ist es auch interessant, Infrastrukturanlagen zur Bereitstellung von Wärme und Kälte mittels thermischer Speicher zu flexibilisieren und in die Lastspitzenreduktion zu integrieren. Im Vordergrund der Arbeiten des Fraunhofer IISB steht dabei stets die Übertragbarkeit auf andere Energiesysteme für eine möglichst breite Anwendung der Maßnahmen zur Lastspitzenreduktion.

Für Industriebetriebe und gewerbliche Stromverbraucher ist das Thema Lastspitzenreduktion von großer betriebswirtschaftlicher Bedeutung. Die dabei angestrebte Glättung der Lastprofile erfordert aber oft unerwünschte Eingriffe in die Produktion und aufwendige Veränderungen an der Infrastruktur. Technologische Fortschritte und sinkende Preise ermöglichen mittlerweile den rentablen Einsatz elektrischer Batteriespeicher. So können elektrische Lastspitzen auf Verbraucherseite verringert werden, ohne in Fertigungsabläufe einzugreifen.

Kommerziell verfügbar

Neben verschiedenen Energieversorgern und Energiesystembetreibern erkennen zunehmend auch die Batteriehersteller das Potenzial der Lastspitzenreduktion. So hat das Fraunhofer IISB gemeinsam mit dem Batteriehersteller Hoppecke einen innovativen Batteriehochleistungsspeicher für einen Industriekunden ausgelegt. Dabei waren sowohl eine effiziente Zwischenspeicherung großer Energiemengen als auch die Abgabe hoher Leistungen sicherzustellen. Das Ergebnis: Ein Energiespeicher von ca. 350 kWh würde eine Lastspitzenreduktion von ungefähr 40 Prozent ermöglichen, da viele der Lastspitzen nur sehr kurzzeitig auftreten. (hp)