Immer mehr Strom wird mit erneuerbaren Energien produziert und ins Verteilnetz eingespeist. Da erneuerbare Energien, wie beispielsweise Windkraft oder Sonnenenergie, nicht konstant Strom produzieren, führt dies zu Schwankungen im Netz. Energiespeicher können hier als ausgleichendes Element eingesetzt werden: Sie speichern den Strom,

wenn er produziert wird, und lassen ihn zurück ins Netz fliessen, wenn er gebraucht wird. Die Testanlage in Dietikon gilt als Vorzeige- und Pionierprojekt und soll wertvolle Hinweise dazu liefern, wo die Grenzen eines solchen Systems liegen und welche Anforderungen es in Zukunft erfüllen soll.

Optimale Testumgebung
Die maximale Leistung des Energiespeichers beträgt ein Megawatt. Die Anlage in Dietikon besteht aus drei Komponenten:

  • Batterie
  • Konverter oder Umrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und umgekehrt
  • Steuerungssystem

Beim Energiespeicher sind Lithium-Ionen Batterien im Einsatz, die einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent aufweisen. Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems liegt je nach Betriebsart zwischen 80-90 Prozent. Die Anlage steht auf dem Areal der EKZ in Dietikon. An diesem Standort sind alle beteiligten Komponenten wie Wasserkraftwerk, Unterwerk, Verteilnetz, Photovoltaik und Elektrofahrzeuge vorhanden und können in den Betrieb der Anlage eingebunden werden.

Anspruchsvolle Steuerung
Die Testergebnisse waren bisher sehr positiv, das System funktioniert im Inselbetrieb mit dem Bürogebäude und der Photovoltaik-Anlage, für Spitzenlastmanagement (Peak Shaving), für die Blindleistungsregelung und als Regelreserve für das Übertragungsnetz (Primärregelung). Als äusserst anspruchsvoll erwies sich erwartungsgemäss die Entwicklung der für die Steuerung notwendigen Rechengrundlagen, der sogenannten Regelalgorithmen.

Wirtschaftlichkeit wird entscheidend sein
Nachdem der Pilotbetrieb gezeigt hat, dass der Speicher die technischen Anforderungen grundsätzlich erfüllt, wird sich in Zukunft vermehrt die Frage stellen, wie man die einzelnen Anwendungen am besten kombiniert, damit sich der Einsatz eines Batteriespeichers auch finanziell rechnet. Denn je vielfältiger der Speicher eingesetzt werden kann, umso wirtschaftlicher kann er betrieben werden. Sehr sorgfältig wird in diesem Zusammenhang auch der Alterungsprozess der Batterien beobachtet, weil dieser einen grossen Einfluss auf die Lebenszykluskosten eines solchen Systems hat.

Eckdaten der Energiespeicher-Anlage
Konverterleistung: 1 MVA
Speichergrösse: 500 kWh
Max. Energiestoss: 250 kWh in 15 Minuten
Anbindung: MS- und NS-Netz
Standort der Anlage: Dietikon
Inbetriebnahme: 21. März 2012

Batteriespeicher liefert Regelenergie

Nach einer aufwändigen technischen und betrieblichen Prüfung durch die Swissgrid kann der Speicher seit Juni 2014 offiziell Primärregelenergie liefern und damit zur Stabilität des Wechselstromnetzes in Europa beitragen.

Die Anlage in Dietikon ist damit der erste eigenständige Batteriespeicher mit kommerziellem Marktzugang in Europa und das erste Nicht-Wasserkraftwerk, das in der Schweiz Primärregelenergie anbietet.

Der Batteriespeicher der EKZ in Dietikon

Schnelle Reaktionszeit

Im Vergleich zu einem Wasserkraftwerk ist der Batteriespeicher zwar mit einem Megawatt Leistung relativ klein. Er hat jedoch den Vorteil, dass er sehr schnelle Reaktionszeiten hat. Der Batteriespeicher kann in weniger als einer Sekunde von einem Megawatt Laden auf ein Megawatt Entladen wechseln, so Abweichungen viel schneller ausgleichen und gleichzeitig dem Frequenzsignal sehr genau folgen. Damit entspricht er der steigenden Nachfrage nach sekundenschneller Regelung, die mit der wachsenden Zahl erneuerbarer Energiequellen einhergeht.

Weltweit eine der kleinsten Speicherkapazitäten pro Megawatt

Der Batteriespeicher hat weltweit eine der kleinsten Speicherkapazitäten pro Megawatt für die Primärregelung. Damit er trotzdem zuverlässig der Frequenz nachfahren kann und nicht plötzlich leer ist, wenn er Strom liefern sollte oder umgekehrt, musste im Vorfeld die Steuerung mit grossem Aufwand und Fachwissen programmiert werden. In den vergangenen zwei Jahren wurde sehr viel Zeit in die Entwicklung der entsprechenden komplexen Regelalgorithmen investiert.

Neben der schnellen Reaktionszeit hat der Batteriespeicher den Vorteil, dass er den Strom im Gegensatz zu einem Wasser- oder Kohlekraftwerk nicht zuerst noch produzieren muss. Und er kann praktisch überall und verhältnismässig kostengünstig aufgestellt werden. Dem gegenüber stehen die noch relativ hohen Kosten für Batteriezellen.

Damit die Netzfrequenz stabil bleibt, müssen Produktion und Verbrauch elektrischer Leistung immer im Gleichgewicht sein. Abweichungen, führen zu einer Veränderung der Netzfrequenz, welche zu einem europäischen Stromausfall führen können.

In der Schweiz ist es die Aufgabe von Swissgrid, Netzüberlast oder Netzunterlast rechtzeitig zu erkennen. Schon bei minimalen Abweichungen der Netzfrequenz vom Sollwert muss je nachdem positive oder negative Regelleistung eingesetzt werden, um die Frequenz stabil bei 50 Hertz zu halten. Die Kapazität für diese Regelleistung muss jederzeit bereitstehen, also als Reserve vorgehalten werden.

Für diese Reserveleistung gibt es einen separaten Markt. Kraftwerksbetreiber können sich an Online-Auktionen bei der Swissgrid dafür bewerben. Die Vergütung basiert auf der zur Verfügung gestellten Leistung und betrug in den vergangenen Monaten im Schnitt rund 3000 bis 6000 Franken pro Woche und Megawatt. Bei Mangellagen, zum Beispiel wenn die Speicherseen leer sind, kann es kurzfristig auch deutlich mehr sein.

Peak Shaving

Die Stromversorgung muss sowohl auf kurzfristig besonders hohe Stromnachfragen als auch auf Produktionsspitzen ausgelegt sein. Mit dem sogenannten Peak Shaving, dem Senken und Glätten von solchen Lastspitzen, kann das Verteilnetz entlastet und effizienter genutzt werden.

Peak Shaving ist ein wichtiges zukünftiges Einsatzgebiet von Batteriespeichern. Speicher können die Lastspitzen glätten, indem sie sich bei hoher Stromnachfrage entladen und bei schwacher Nachfrage wieder aufladen. Umgekehrt können sie auch Produktionsspitzen aus dezentraler Erzeugung, wie zum Beispiel Photovoltaik-Anlagen, ausgleichen. Da die Leistung von Trafos und Leitungen im Verteilnetz auf die Bewältigung von Spitzenlasten ausgerichtet sein muss, kann die gezielte Reduktion dieser Spitzen Netzausbauten hinauszögern oder ganz überflüssig machen. Peak Shaving mit an den richtigen Stellen platzierten Batteriespeichern haben also direkte Auswirkungen auf die nötigen Investitionen im Verteilnetz.

Heute nur in Spezialfällen ökonomisch sinnvoll
Oft muss nur sehr wenig Energie verschoben werden, um eine deutliche Reduktion der Spitzenlast zu erzielen. In Abbildung 1 ist die Lastkurve im EKZ Verteilnetz dargestellt.

Für eine Reduktion der Spitzenlast um 20% (siehe Abbildung 2) müssten pro Jahr rund 1% der total umgesetzten Energiemenge verschoben werden. Heute ist das nur in Spezialfällen ökonomisch sinnvoll. Bei zunehmender dezentraler Produktion und weiterer Kostenreduktion der dezentralen Speicher nehmen aber die ökonomisch sinnvollen Einsatzmöglichkeiten von Peak Shaving im Verteilnetz stetig zu. 

Diagramm der Lastkurve im EKZ Verteilnetz im Jahr 2010

Lastkurve im EKZ Verteilnetz im Jahr 2010

Diagramm Peak Shaving Verteilnetz auf 800 MW

Peak Shaving Verteilnetz auf 800 MW

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