Die Stadt als Speicher: Strom virtuell speichern

Virtuelle Energiespeicher in Städten als Beitrag zur Integration erneuerbarer Energien

© Fraunhofer UMSICHT

Virtueller Energiespeicher

Das Prinzip des virtuellen Energiespeichers schließt verschiedene Anlagen mit ein.

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Zentrale Optimierungsplattform

Über eine grafische Benutzeroberfläche lässt sich der virtuelle Speicher in Form von aktuellen Prognosen, Messdaten und Fahrplänen beobachten.

Projektziele

Wenn Stromerzeuger und -verbraucher einer Stadt über ein zentrales System zusammenarbeiten, entsteht ein virtueller Speicher für das Energiesystem. Das Verbundprojekt »Die Stadt als Speicher« hat untersucht, wie sich virtuelle Energiespeicher in der Praxis umsetzen lassen und welche technischen und regulatorischen Hürden dafür überwunden werden müssen. Ein besonderes Augenmerk lag auf der Erschließung von bereits vorhandenen, aber ungenutzten Speichermöglichkeiten in Städten. Dazu gehören beispielsweise Blockheizkraftwerke und Wärmepumpen mit Wärmespeicher, aber auch Elektrospeicherheizungen oder kleine Batteriespeicher.

Nutzen

Der Wandel hin zu fluktuierender erneuerbarer Stromerzeugung erfordert flexible Energiesysteme, damit auch zukünftig die Stromnetze stabil betrieben werden können. Aus ökonomischer und technischer Sicht ist somit ein Ausbau elektrischer Speicherkapazitäten notwendig. Großes Speicherpotenzial versteckt sich derzeit ungenutzt in lokalen Verteilnetzen Sowohl in kommunalen Standorten (Schwimmbäder, Nahwärmenetze) als auch in Privathaushalten befindet sich eine Vielzahl von Anlagen, deren Flexibilität bisher nicht aktiv genutzt wird. Die verteilten Speichermöglichkeiten urbaner Räume wurden im Verbundprojekt »Die Stadt als Speicher« identifiziert und anschließend zu einem virtuellen Großspeicher gebündelt. Auf diese Weise lässt sich das versteckte Speicherpotenzial für den weiteren Ausbau erneuerbarer Energien nutzen.   

Virtueller Speicher ein Jahr im Feldtest demonstriert

Die Realisierbarkeit eines virtuellen Energiespeichers stand im Vordergrund des Vorhabens und wurde ein Jahr in den Modellregionen Herten und Wunsiedel untersucht. Im Rahmen des Feldtests wurden die zum virtuellen Speicher gebündelten Anlagen nach einem optimierten Fahrplan gesteuert. Die Fahrpläne wurden mit einer eigens entwickelten Modellierungs-, Optimierungs- und Prognoseumgebung bei ermittelt und mehrmals täglich aktualisiert. Dabei wurden die Anlagenrestriktionen, der Zustand des lokalen Verteilnetzes und die Anforderungen des Energiemarktes sowie der eigens prognostizierte Wärmebedarf der Kunden berücksichtigt.

 

Ergebnis

Im Projekt »Die Stadt als Speicher« wurde ein zentrales Managementsystem entwickelt, das dieSpeicherkapazitäten von KWK-Anlagen, Wärmepumpen, Elektrospeicherheizungen, PV-Batteriespeichern und weiteren Anlagen virtuell bündelt und optimiert. Die aufgebaute IKT-Infrastruktur gewährleistete eine sichere und verlässliche Kommunikation mit den Einzelanlagen. Der einjährige Feldtest des Systems durch die Stadtwerke in Herten und Wunsiedel konnte zeigen, dass Speicher, Erzeuger und Lasten im koordinierten Betrieb als virtueller Energiespeicher die schwankende Erzeugung aus erneuerbaren Energien ausgleichen können. Dabei wurde eine Vielzahl an praktischen Erkenntnissen gewonnen, welche Anlagen bevorzugt eingebunden werden sollten und wie die technische Anbindung und Steuerung realisiert werden kann. Dies stellt eine wichtige Grundlage für eine wirtschaftliche Anschlussnutzung durch die Stadtwerke dar. Simulationsrechnungen für die Modellregionen Herten und Wunsiedel ergaben zudem ein erschließbares Verschiebepotenzial von bis zu zehn Megawattstunden (MWh) pro Tag. Hochgerechnet auf das gesamte Bundesgebiet könnten virtuelle Speicher die Leistung der heute vorhandenen Pumpspeicherwerke übertreffen.

Projektpartner

  • TU Dortmund, Institut für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft
  • Universität Duisburg-Essen, Lehrstuhl für Energiewirtschaft
  • Robert Bosch GmbH
  • Bittner+Krull Softwaresysteme GmbH
  • SWW Wunsiedel GmbH
  • Hertener Stadtwerke