Nordseeinsel Borkum: Neuer hybrider Energiespeicher auf dem Prüfstand

09.03.2018 – Mittels eines einjährigen Feldtests wird auf der Nordseeinsel Borkum ein neuartiges hybrides Energiespeichersystem getestet. Gemeinsam mit Partnern haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE einen Speicher aufgebaut, der aus einer Lithium-Ionen-Batterie sowie einem Superkondensator für kurzzeitige Leistungsanforderungen besteht. Die Fortschritte bei der Energiewende lasse den Stromanteil aus fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne ansteigen, so das Fraunhofer ISE. Darauf müsse zukünftig mit dem Ausbau von Speicherkapazitäten sowie einem flexibel reagierendem Energiemanagement reagiert werden.

Realisiert wird der Test im Rahmen des 2015 gestarteten EU-Projekts „NETfficient“. Dafür werden auf Borkum nicht nur diverse Speichertechnologien installiert, sondern auch das Stromverteilnetz mit einem hohen Anteil Erneuerbarer Energien ausgestattet. Mittels eines neuartigen modularen Wechselrichters wird der hybride Speicher dann an das Mittelspannungsnetz angekoppelt.

Sämtliche Speicher sowie Stromerzeugungsanlagen werden in ein Smart Grit eingebunden und von einem intelligenten Energie- und  Netzmanagementsystem gesteuert. Dadurch können 40 Heim-Speicher, fünf Gewerbespeicher, ein thermischer Speicher sowie der hybride Energiespeicher in das Mittelspannungsnetz integriert werden. Der Superkondensator wird zusätzlich zur Lithium-Ionen-Batterie als Kurzzeitspeicher eingebunden und kann Leistungsspitzen abfedern, wodurch die Lebensdauer der Batterie verlängert wird.

Neuartiger Batteriewechselrichter

„Neben der 500 kWh Lithium-Ionen-Batterie ist eine der wichtigsten Komponenten im System der am Fraunhofer ISE entwickelte Batteriewechselrichter“, so Olivier Stalter, Leiter des Geschäftsbereichs Leistungselektronik, Netze und intelligente Systeme am Fraunhofer ISE. „Dieser hat eine Gesamtleistung von einem Megawatt und besteht aus hochkompakten und besonders dynamischen Untereinheiten mit einer Leistung von je 125 kW“, so Stalter. „Dadurch lassen sich alle beliebigen Systemgrößen bis in den Multi-Megawatt-Bereich realisieren.“

„Der vom Fraunhofer ISE entwickelte Wechselrichter kann durch eine deutlich erhöhte Schaltfrequenz schneller auf Schwankungen im Stromnetz reagieren als kommerziell erhältliche Geräte und eignet sich daher als sehr schnelle Primärreserve, für die Reduzierung von Spitzenlasten sowie für Eigenverbrauchslösungen im Industriemaßstab“, erklärt Stefan Schönberger, Teamleiter am Fraunhofer ISE. Der Megawatt-Wechselrichter wurde in einem 19 Zoll-Rack mit einer Höhe von 200 cm untergebracht. Damit sei er um den Faktor zwei bis vier kleiner als aktuell verfügbare Vergleichsgeräte, so Schönberger.

Die Forscher des Fraunhofer ISE haben außerdem auch das Energiemanagementsystem für das hybride Energiespeichersystem entwickelt. Aufgrund des modularen Aufbaus und der Vielzahl an Kommunikationsmöglichkeiten wird hierbei das am Institut entwickelte Energiemanagement-Software-Framework „OpenMUC“ zum Einsatz kommen. Dadurch könne der Batteriespeicher, der Superkondensator und der Wechselrichter gesteuert und sicherheitsrelevante Parameter überwacht werden. Mit neuartigen Algorithmen teile das Energiemanagementsystem im Feldtest die Leistung zwischen Batterie und Superkondensator auf. jk