Wirtschaftliche Dimensionierung eines Großbatteriespeichers – FfE Projekt mit der Qair Deutschland GmbH

Im Rahmen des Projektes „Wirtschaftliche Dimensionierung von Großbatteriespeichern“ analysierte die FfE die wirtschaftliche Integration von Batteriespeichern in bestehende Energiekonzepte. Ziel des Projektes war es, ein flexibles Tool zu erarbeiten, mit dem die optimale Dimensionierung eines Großbatteriespeichers ermittelt werden kann. Die Speichergröße wird dabei in Abhängigkeit von technischen Kennwerten existierender Anlagen und ökonomischer Grenzwerte für verschiedene Zukunftsjahre bestimmt.

Methodik

Die Analyse bewegte sich im Rahmen eines existierenden Standortes in Deutschland, an dem die Qair Deutschland GmbH Wind- und PV-Anlagen projektiert. Um die zur Verfügung stehende Transformatorleistung des dortigen Umspannwerkes und somit des Netzzugangs des Geländes voll auszunutzen, wurde der Bau eines Batteriespeichers erwogen.

Primäres Ziel des Projekts war eine datenbasierte Abschätzung der maximalen Leistung des Batteriespeichers, die sich am Standort wirtschaftlich umsetzen lässt. Im ersten Schritt wurden je 50 standortspezifische Erzeugungszeitreihen für Wind und PV erzeugt, basierend auf fünf Zieljahren (2025-2045, in 5-Jahres-Schritten) und zehn historischen Wetterjahren (2010-2019). Zusammen mit der Nennleistung der Umspannwerke wurde aus diesen Erzeugungszeitreihen die Leistungslücke am Umspannwerk bestimmt, die ein Batteriespeicher füllen könnte.

Um eine marktbasierte Fahrweise für den Batteriespeicher simulieren zu können, wurden für die fünf Zieljahre Prognosen der deutschlandweiten Last und Erzeugung erneuerbarer Energieträger mit dem FfE-eigenen Energiesystemmodell ISAaR erstellt. Dabei wurde angenommen, dass der Speicher zu Zeiten mit hoher Residuallast (hoher Last und geringer Erzeugung Erneuerbarer) lädt, während er zu Zeiten mit geringer Residuallast entlädt. Da die Residuallast stark mit dem Strompreis korreliert wurde somit eine marktbasierte Fahrweise abgebildet.

Im nächsten Schritt konnte die daraus resultierende Batteriefahrweise mit der stündlichen Leistungslücke des Umspannwerks verschnitten und das System daraufhin optimiert werden. Zielbedingung war, den Speicher auf eine solche Weise zu dimensionieren, dass möglichst viel Energie gehandelt werden kann und dabei die Abschaltung des Speichers durch mangelnde Transformatorleistung auf einen vordefinierten Grenzwert minimiert wird. Verschiedene Grenzwerte maximal akzeptierter Speicherabschaltung wurden dabei bezogen auf die mögliche Batteriespeicherkapazität verglichen.

Ergebnisse

Durch die große ungenutzte Transformatorleistung der Umspannwerke am Standort lässt sich ein möglicher Batteriespeicher großzügig dimensionieren. Die Varianz in der Erzeugung der Erneuerbaren Energien zwischen den verschiedenen untersuchten Wetterjahren liegt bei ca. 10% und hat Einfluss auf die maximal mögliche Batteriespeichergröße. Eine Überdimensionierung des Speichers in Form höherer akzeptierter Abschaltungsgrenzwerte ermöglicht eine größere Dimensionierung des Speichers bei nur marginal steigender Abschaltungswahrscheinlichkeit. Abbildung 1 zeigt, dass dieser Vorteil einer Speichervergrößerung bei steigenden Grenzwerten abnimmt, wie sich an der nach rechts hin abflachenden Kurve erkennen lässt.

Das Projekt ermöglicht eine erste Abschätzung möglicher Speichergrößen und eine Vorauswahl passender Batteriespeichersysteme. Für dieses Systeme können dann weitere Simulationen und Wirtschaftlichkeitsanalysen durchgeführt werden.