Netzdienlicher Betrieb von Batteriespeichersystemen in Verteilnetzen (Projekt ALene)

Batteriespeichersysteme spielen in modernen Energiesystemen eine entscheidende Rolle. Sie ermöglichen es, überschüssige Energie aus erneuerbaren Quellen wie Solar- und Windenergie zu speichern und bedarfsgerecht zu nutzen. Dies trägt dazu bei, das Stromnetz zu stabilisieren und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. Intelligente Algorithmen und fortschrittliche leistungselektronische Systeme sind unerlässlich, um die Effizienz und Zuverlässigkeit dieser Speicherlösungen zu maximieren.

Das Verbundprojekt ALene, eine Kooperation von Industrie, Netzbetreibern und Forschungseinrichtungen, hat zum Ziel, Algorithmen und leistungselektronische Systeme für den optimierten, netzdienlichen und multifunktionalen Betrieb von Batteriespeichern zu entwickeln und in der Praxis zu erproben. Dabei sollen Lösungen entstehen, die dazu beitragen, negative Netzeinflüsse und lokale Netzphänomene zu reduzieren und zu kompensieren, die Versorgungsqualität zu steigern, Betriebsmittel zu entlasten und die vorhandene Netzinfrastruktur optimal zu nutzen. Dies führt in Summe zu einer gesteigerten Gesamtsystemeffizienz und -resilienz in lokalen Verteilnetzen.

Im Rahmen des Projekts werden Batteriespeichersysteme mit erweiterten Systemdienstleistungsfunktionen ausgestattet und systemisch integriert. Dazu werden spezifische Algorithmen entwickelt, die in Kombination mit erweiterten leistungselektronischen Komponenten und intelligenter Kommunikationstechnik in die Systemführung integriert werden.

Projektziele

Das Projekt ALene zielt darauf ab, die Effizienz und Funktionsvielfalt von Batteriespeichersystemen in Verteilnetzen zu verbessern und deren Integration in übergeordnete Netzsteuerungssysteme zu optimieren. Die Hauptziele im Einzelnen sind:

1. Systemleitwarte für netzdienliche Speichersysteme: Entwicklung und Implementierung neuer Betriebs- und Steuerungsverfahren für Batteriespeichersysteme, um deren netzdienlichen Einsatz im Rahmen des übergeordneten Leit- und Steuerungssystems zu gewährleisten. Dabei sollen integrierte Lösungen für eine reaktionsschnelle und stabile Netzführung geschaffen werden.
2. Multifunktionales Speichersystem: Gestaltung eines technisch, ökologisch und ökonomisch optimierten Batteriespeichersystems, das multifunktional und netzdienlich eingesetzt wird. Ziel ist die Maximierung des Nutzens dieser Systeme durch eine erweiterte Funktionalität innerhalb des Gesamtsystems, um verschiedenen Anforderungen im Netzbetrieb gerecht zu werden.
3. Netzserviceoptimierte Leistungselektronik: Entwicklung einer Hard- und Softwarelösung, die es ermöglicht, die Leistungselektronik von Batteriespeichern für einen optimierten, multifunktionalen und netzdienlichen Betrieb zu nutzen. Dies beinhaltet die Anpassung der Betriebsführung an die Anforderungen moderner Verteilnetze.
4. Multifunktionale intelligente AC/DC-Mess- und Monitoringsysteme: Konzeption und Entwicklung präziser und integrierter Messsysteme, die zur Überwachung und Analyse der Netzqualität (Power Quality) sowie zur Erkennung von Resonanzen im Netz beitragen. Diese Systeme sollen in den netzdienlichen Betrieb von Batteriespeichern integriert werden, um eine verbesserte Kontrolle und Diagnose zu ermöglichen.
5. Netzdienliche Regel- und Steuerverfahren für 4-Zweige-Wechselrichter: Analyse und Entwicklung von Konzepten für die Steuerung von 4-Zweige-Wechselrichtern, zunächst durch Simulation und anschließend durch praktische Umsetzung. Ziel ist eine robuste Soft- und Hardwarelösung, die in Zusammenarbeit mit Industriepartnern getestet und optimiert wird.
6. Netzdienlicher Speichereinsatz im Microgrid: Integration, Validierung und Optimierung von Batteriespeichersystemen in Microgrids, um deren netzdienlichen Einsatz zu demonstrieren und die Wechselwirkungen mit verschiedenen Netzkomponenten zu analysieren. Dies soll im Rahmen des Gesamtsystems erfolgen.
7. Netzdienlicher Speicherbetrieb im Verteilnetz: Untersuchung und Erprobung relevanter Betriebsszenarien für Batteriespeichersysteme im Verteilnetz, um technische und wirtschaftliche Optimierungspotenziale zu identifizieren. Ziel ist es, die Einsatzmöglichkeiten von Batteriespeichern im Verteilnetz zu erweitern und ihre Rolle bei der Netzstabilisierung zu stärken.

Diese Ziele sollen durch die Kombination von innovativer Steuerungs- und Regelungstechnik, intelligenter Leistungselektronik und präziser Messtechnik erreicht werden, um einen Beitrag zur Transformation der Energienetze hin zu mehr Nachhaltigkeit und Zuverlässigkeit zu leisten.

Teilprojekt: Systemleitwarte für netzdienliche Speichersysteme

Im Teilprojekt »Systemleitwarte für netzdienliche Speichersysteme« widmen sich die Expertinnen und Experten des Fraunhofer IFF der Entwicklung und Integration von Betriebs- und Steuerungsverfahren sowie Lösungen für netzdienliche Speichersysteme. Der Fokus liegt dabei auf der Gesamtsystemarchitektur zur Ertüchtigung, Integration und Realisierung von netzdienlichen Speichersystemen für unterschiedliche Netzanwendungsszenarien sowie deren Umsetzung in einem Leitwartensystem. 

Dazu werden IKT-Architekturen (Informations- und Kommunikationstechnik) sowie Betriebs- und Steuerungsalgorithmen entwickelt. Diese sollen die Effizienz steigern und unterschiedliche Zielfunktionen berücksichtigen, die technisch, ökonomisch, ökologisch oder auf Resilienz optimiert sind. Zur Effizienzsteigerung und Berücksichtigung unterschiedlicher Zielfunktionen für Multi-Speicher-Anwendungen werden Speichereigenschaften und Systemverhalten modelliert und in die Betriebsalgorithmen integriert. Es wird eine IKT-Struktur entwickelt, um Batteriespeicher, Leistungselektronik, Mess- und Regeltechnik für die AC- und DC-Ebene sowie die verschiedenen IKT-Komponenten der Teilsysteme zu verknüpfen und in einer Energieleitwarte zu integrieren. 

Die entwickelten Lösungen und Betriebsszenarien werden innerhalb eines Microgrids, einer Test- und Evaluationsumgebung sowie unter realen Bedingungen erprobt und optimiert. Ziel ist es, die unterschiedlichen systemspezifischen sowie Betriebs- und Systemparameter anwendungsgerecht und optimiert für einen zentralen Betrieb aufzubereiten.

Erwartete Projektergebnisse in ALene

• batterieoptimierte Leistungselektronik für batterieschonenden und effizienten Betrieb (Long-Life and High-Efficiency)
• netzdienliche Leistungselektronik durch VISMA+ Topologie und Regelung (Virtuelle Synchronmaschine mit Phasenselektivität)
• performantes, präzises und intelligentes AC/DC-Mess- und Monitoringsystem (Netz- und Speichermonitoringsystem sowie Überwachungssystem)
• Monitoring- und Leitsystem für netzdienliche Batteriespeichersysteme
• Gesamtsystemarchitektur für netzdienliche Batteriespeichersysteme