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Batteriespeicherlabor

Microgrid- und Energiespeicherlabor

Mit dem Projekt Microgrid- und Energiespeicherlabor ENGiNe wird der Aufbau einer Versuchsanlage verfolgt, welche alle Bereiche einer dezentralen regenerativen Energieversorgung in der Niederspannung integriert. Die Umsetzung erfolgt dabei mit realen Betriebsmitteln, ergänzt durch simulative Komponenten.

Erforscht wird dabei das Zusammenwirken der Einzelkomponenten (Einspeisung, Speicher, Last) in verschiedenen Konstellationen zur Netzdienlichkeit, zur Erhöhung des Eigenverbrauchs unabhängig von politischen Rahmenbedingungen oder auch zur Teilnahme am Regelenergiemarkt. Sowie die Stabilität und Regelung von Mikronetzen im Verbundbetrieb und im Inselnetz. Aufgebaut ist das Microgrid- und Energiespeicherlabor Lehrstuhlstandort Nürnberg aufAEG.

Als regenerative Einspeisung wurde Ende 2017 eine Photovoltaikanlage mit einer Nennleistung von 17,42 kWp auf den Dachflächen des Gebäudes installiert.

Das Microgrid- und Energiespeicherlabor integriert unterschiedliche Energiespeicher zu einem hybriden Speichersystem. Unter anderem ist ein Lithium-Ionen Batteriespeichersystem mit einer Nennleistung von 20 kW und einer Netto-Speicherkapazität von 22 kWh installiert. Bleibasierte Batteriespeicher stellen dagegen eine kostengünstige und robuste Form der Energiespeicherung dar. Die geringere spezifische Energiedichte im Vergleich zu Lithium-basierten Systemen ist bei stationären Speichern von untergeordneter Bedeutung. Nachteile von Bleispeichern sind die relativ hohe Selbstentladerate, ein geringerer Wirkungsgrad und eine geringere Zyklenfestigkeit. Das im Speicherlabor ENGiNe integrierte Blei-Batteriespeichersystem besteht aus vier Blei-Gel-Batterien mit je sieben Zellen und einer Gesamtnennleistung von insgesamt 4,6 kW und einer Netto-Speicherkapazität von 4 kWh. Des Weiteren wurde ein neuartiges Redox-Flow-Batteriespeichersystem auf Vanadium-Basis mit einer Nennleistung von 5 kW und einer Netto-Speicherkapazität von 15 kWh installiert. Die Redox-Flow Technologie zählt zu den elektrochemischen Energiespeichern. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterietechnologien lassen sich Leistung und speicherbare Energiemenge unabhängig voneinander skalieren und somit den individuellen Anforderungen anpassen.

Als sichere Betriebsumgebung für die Batteriespeicher wurde ein Brandschutzcontainer angeschafft.

Zur Steuerung des Mikronetzes wird eine integrierte Netzsteuerungslösung aufgebaut. Dieser Microgrid-Controller übernimmt die optimale Balance und Steuerung aller Anlagenbestandteile.

Zukünftig soll auch ein Echtzeitsimulator integriert werden. Dieser kann einzelne Betriebsmitteln bis hin zu ganzen Teilnetzen simulativ in das reale Microgrid- und Energiespeicherlabor integrieren, sowie Netzzustände, welche am öffentlichen Netz nicht nachstellbar sind (z.B.: Kurzschlüsse, Netzausfall, Power-Quality-Ereignisse).

Insbesondere soll das Microgrid- und Energiespeicherlabor auch in der Lage sein, umfangreiche Systemdienstleistungen (beispielsweise Regelenergie) auf Verteilnetzebene bereitzustellen. Da die Netzbetreiber eine direkte Netzeinspeisung nicht ohne weiteres gestatten, können die Untersuchungen durch den Echtzeitsimulator mit einem synthetischen Netz durchgeführt werden, welches zudem erlaubt, perspektivische Systemstrukturen zu simulieren. Als Schnittstelle zwischen Simulation und Hardware dient ein hochdynamischer, bidirektionaler Leistungsumrichter.