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100 Millionen Euro investierte STEAG in sechs Großbatterie-Systeme – und liefert damit einen weiteren Baustein für die Umsetzung der Energiewende. Was steckt hinter dieser Großinvestition?

 

 

Hier im westlichen Westfalen nahm vor rund 80 Jahren alles seinen Anfang: Lünen ist der Gründungsstandort von STEAG. Er verfügt über zwei Steinkohlekraftwerksblöcke zur Erzeugung von standardmäßigem 50-Hertz-Strom. Einer davon kann über eine Bahnstromanlage direkt den von der Deutschen Bahn benötigten Strom mit einer Frequenz von 16 2/3 Hertz erzeugen. Auf dem Areal davor arbeitet STEAG an der Zukunft der Energieversorgung: Hier entsteht seit Ende März 2016 das erste von sechs Großbatterie-Systemen. Ihre Aufgabe: die zunehmenden Leistungsschwankungen im Stromnetz innerhalb von Sekunden auszugleichen. Doch wie entstehen diese Schwankungen überhaupt? Und warum ist es für die Versorgungssicherheit so wichtig, sie umgehend auszugleichen?

„Die Erbringung der Primärregelleistung, die von zentraler Bedeutung für die Versorgungssicherheit ist, ist die ‚Champions League‘ der Netzausregelung – und STEAG zeigt, dass neue Technologien ganz oben mitspielen können.“

Christian Karalis, Projektleiter STEAG

Stabile Energieversorgung für die Energiewende
Der Anteil Erneuerbarer Energien im deutschen Energiemix steigt im Zuge der Energiewende immer weiter an – 55 bis 60 Prozent sollen es bis zum Jahr 2035 sein. Das ist unter Umweltschutzgesichtspunkten erfreulich, führt aber auch immer stärker dazu, dass die Frequenz im Stromnetz um den Sollwert von 50 Hertz schwankt – denn die Produktion von Solar- oder Windenergie ist ungleichmäßig und nicht exakt zu prognostizieren. Schwankungen im Stromnetz müssen umgehend ausgeglichen werden, damit das Netz in einem stabilen Zustand bleibt und es nicht zu größeren Systemausfällen kommt. Für diese Netzausregelung wird von den Übertragungsnetzbetreibern (in Deutschland sind dies die Unternehmen Tennet TSO, 50Hertz Transmission, Amprion und TransnetBW) sogenannte „Regelenergie“ eingesetzt. Dabei wird zwischen Primär- und Sekundärregelleistung sowie Minutenreserve unterschieden. Primärregelleistung muss innerhalb von 30 Sekunden, Sekundärregelleistung innerhalb von fünf Minuten, Minutenreserve innerhalb von 15 Minuten im erforderlichen Umfang bereitgestellt werden (mehr Informationen auf www.regelleistung.net). Die Primärregelleistung bildet dabei das „Rückgrat“ der Netzausregelung – und ist somit heute und in Zukunft von zentraler Bedeutung für die Versorgungssicherheit.

Ausgleich innerhalb von Sekunden
Die Erbringung der Primärregelleistung wird von den Übertragungsnetzbetreibern wöchentlich ausgeschrieben. STEAG kann diese Dienstleistung künftig noch wirtschaftlicher und ressourcenschonender bereitstellen. Innerhalb von Sekunden können die Großbatterie-Systeme vollautomatisch Energie aus dem Netz aufnehmen oder ins Netz einspeisen. So werden die Schwankungen, die durch die Erneuerbaren Energien, aber auch durch einen Kraftwerksausfall oder Fluktuationen im Verbrauch entstehen, ausgeglichen – und die Frequenz wird wieder auf 50 Hertz gebracht. Damit werden die Großbatterie-Systeme von STEAG zu einem wesentlichen Baustein für die Umsetzung der Energiewende. Bei der Entwicklung der neuen Systeme konnte STEAG auf Erfahrungen zurückgreifen, die man mit dem Batterie-System LESSY im Rahmen eines Forschungs- und Entwicklungsprojektes gewonnen hatte. Seit Mitte 2014 arbeitet bei STEAG ein Team daran, die hier gewonnenen Erkenntnisse in ein wirtschaftlich tragfähiges Konzept umzuwandeln. Das Kernteam besteht aus Projektleiter Christian Karalis vom Handelsbereich ‚Trading & Optimization‘, Dr. Matthias Pracht aus dem Bereich ‚Erzeugung‘, zuständig für die technische Leitung und Koordination, und Dipl.- Ing. Michael Mühl von STEAG Energy Services, der die Konzeptionierung und technische Abwicklung verantwortet.

Ressourcenschonendere Primärregelleistung
Die Primärregelleistung wird bisher vor allem über konventionelle Kraftwerke erbracht. Diese müssen hierzu jederzeit eine bestimmte Mindestlast erzeugen und verbrennen dafür Kohle, Öl oder Gas. Bei Großbatterien ist dies nicht erforderlich. So werden wertvolle Ressourcen geschont, CO2-Emissionen verringert und Kosten gesenkt.

Von LESSY lernen
Mit dem am Kraftwerk Völklingen-Fenne installierten LESSY-System hat STEAG von Februar 2014 bis Ende Februar 2016 eine Großbatterie ( 1 MW Leistung) in der Primärregelleistung genutzt und dabei wertvolle Erfahrungen gesammelt. Die Entwicklung dieses Lithium-Elektrizitätsspeichersystems wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt.

Komplexität meistern
Ein solches Großprojekt ist ein komplexes Unterfangen, bei dem viele Aspekte zu beachten sind. Für jeden Standort mussten mehr als sechs Gutachten erstellt werden, etwa zum Brandschutz und zum Naturschutz. „Dank der interdisziplinären Zusammenarbeit im STEAG-Konzern und mit den Behörden vor Ort konnten in Lünen alle Auflagen erfüllt werden. Für den Standort ist die Genehmigung Anfang März 2016 erteilt worden, und die Arbeiten können planmäßig beginnen“, freut sich Christian Karalis. Jedes Großbatterie-System wird aus elf Containern bestehen. Die Container mit den technischen Anlagen werden beim Industriesystem-Spezialisten Nidec in Frankreich gebaut, während die eigentlichen Batteriezellen von LG aus Südkorea kommen. Die Kollegen Pracht und Mühl reisten ins Nidec-Werk nach Roche-la-Molière in der Region Rhône-Alpes, um die technische Ausrüstung der Container zu besprechen und die Qualität der Ausführung sicherzustellen. Michael Mühl hat sich darüber hinaus vor Ort in Südkorea vergewissert, dass bei der Fertigung der Batteriezellen und Module die hohen Sicherheitsanforderungen erfüllt werden, und nahm hierzu auch persönlich an Tests teil. Die Container werden derzeit in Frankreich bei Nidec mit den technischen Anlagen vorkonfiguriert. Vor Ort müssen sie nur noch mit den Batteriemodulen bestückt und angeschlossen werden. Die Batteriemodule kommen per Schiff und Lkw an die einzelnen Standorte – dabei muss streng auf die Einhaltung bestimmter Temperaturen geachtet werden, damit sie keinen Schaden nehmen.

30 Minuten Mindesterbringung für hohe Versorgungssicherheit
Bei den sechs Systemen kommt die neueste Generation von hocheffizienten Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz. Sie sind für den bei der Erbringung von Primärregelleistung erforderlichen Betrieb im mittleren Ladezustand optimal geeignet. Jede Anlage verfügt über eine Leistung von 15 MW, so dass ab Anfang 2017 eine Gesamtleistung von 90 MW im STEAG-Verbund zur Verfügung stehen wird. Die Anlagen werden alle aktuell gültigen Kriterien der Leistungserbringung für Batteriespeicher in der Primärregelung erfüllen – dazu zählt auch die Mindesterbringung über 30 Minuten. Hintergrund dieser Anforderung der deutschen Übertragungsnetzbetreiber sind Großstörungen, bei denen die Netzfrequenz über einen längeren Zeitraum signifikant vom Normalzustand abweicht. Batteriesysteme, die mit Speicherkapazitäten von beispielsweise nur 15 Minuten ausgestattet sind, laufen entsprechend schneller leer oder voll: Somit können sie gegebenenfalls nicht über die gesamte Dauer einer Großstörung Primärregelleistung erbringen und damit für die Stabilität des Netzes sorgen. Größere Systemausfälle könnten die weitere Folge sein. Simulationen von STEAG am Beispiel von real aufgetretenen Großstörungen, wie infolge der fehlerhaften Abschaltung zweier Hochspannungsleitungen während der Ausschiffung eines Kreuzfahrtschiffes in der Ems im Jahr 2006, haben dies bestätigt. „Für eine sichere Energieversorgung ist eine Mindesterbringung von 30 Minuten unerlässlich, sofern wir als Gesellschaft auch weiterhin einen vergleichbar hohen Anspruch an die Netzstabilität und Versorgungssicherheit stellen wollen wie bisher“, bekräftigt Christian Karalis.

Wirtschaftlich und zukunftsfähig
Mit der Investition von rund 100 Millionen Euro wird STEAG zum Vorreiter in der Nutzung von Großbatterie-Systemen. STEAG ist von der Wirtschaftlichkeit und Zukunftsfähigkeit der Technologie überzeugt und investiert diese Summe, Das Projektteam bespricht letzte Details des Baus HANDELN ohne Fördermittel in Anspruch zu nehmen. Um eine gewisse Verteilung über das Netz zu erhalten, entstehen die Großbatterien an sechs deutschen Kraftwerksstand- orten: Lünen, Herne und Duisburg-Walsum in Nordrhein-Westfalen sowie Bexbach, Völklingen-Fenne und Weiher im Saarland. Die Großbatterien nutzen die Infrastruktur der Kraftwerksstandorte, werden aber unabhängig von diesen betrieben. Zum wirtschaftlichen Betrieb trägt nicht zuletzt die Einbindung in das virtuelle Kraftwerk OneOpt bei, das dezentrale und zentrale Anlagen von STEAG miteinander vernetzt (siehe www.steag-oneopt.com). Ein Vorteil: Für die geforderte Absicherung der Leistungserbringung muss STEAG keine redundanten Anlagen an den Standorten bauen. Wenn einmal eine Batterie ausfallen sollte, kann die benötigte Primärregelenergie aus einer anderen Quelle im „virtuellen Kraftwerk“, die für die Primärregelung präqualifiziert ist, erbracht werden. Das senkt die Kosten für die Systeme erheblich.

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