Intelligentes Stromnetz und innovative Stromspeicher in Betrieb genommen

Die Nordseeinsel Pellworm ist seit heute eine Modellregion für die Energiewende: Heute haben dort Schleswig-Holsteins Ministerpräsident Torsten Albig, Dr. Leonhard Birnbaum, Vorstandsmitglied der E.ON SE und Matthias Boxberger, Vorstand der Schleswig-Holstein Netz AG, das erste intelligente Stromnetz in Norddeutschland in Betrieb genommen. Damit wird dort beispielhaft die lokale Speicherung von regenerativ erzeugtem Strom sowie der Betrieb eines intelligenten Stromnetzes erprobt und weiter entwickelt.
Hierzu haben E.ON und die Schleswig-Holstein Netz AG ein spezielles Speichersystem errichtet und die Stromanschlüsse der Kunden über Datenverbindungen mit den Windkraft- und Photovoltaikanlagen auf der Insel gekoppelt, sodass eine optimale Energieverwertung vor Ort möglich wird. Wird bei Starkwind und Sonne zu viel Strom erzeugt, fließt dieser in Hochleistungsbatterien sowie dezentrale Haushaltsspeicher. Gibt es kaum Wind oder Sonne, liefern die Batterien den Strom für die Inselbewohner.
Ziel des Projektes „SmartRegion Pellworm“ ist es, gleich mehrere Herausforderungen der Energiewende anzugehen: Mit diesem Projekt soll die schwankende Einspeisung erneuerbarer Energien abgefedert und deren Verwertung vor Ort verbessert werden. Was heute auf Pellworm modellhaft bereits realisiert ist, kann künftig in größerem Maßstab dazu beitragen, die Abhängigkeit von großräumigen Strom-Abtransporten quer durch Deutschland und Europa und den dafür erforderlichen Netzausbau zu reduzieren. Das Projekt mit einem Investitionsvolumen von fast zehn Millionen Euro wird von einem breit aufgestellten Innovationsverbund aus Industrie und Wissenschaft durchgeführt. Es wird im Rahmen der Energiespeicherinitiative des Bundes von verschiedenen Bundesministerien gefördert und tritt jetzt in die entscheidende Praxisphase.
Ministerpräsident Torsten Albig würdigte das Projekt: "Schleswig-Holstein schaut heute nach Pellworm: Hier wird dezentrale Stromgewinnung mit innovativer Speichertechnik und gutem Netz-Management verknüpft. Der Strom wird selbst gewonnen, vor Ort in Hochleistungsbatterien gespeichert und dann verteilt. Die SmartRegion Pellworm verbindet außerdem auf innovative Weise die Bereiche Wirtschaft, Forschungsinstitute, die Hochschulen unseres Landes und die Politik“, sagte Albig.
Dr. Leonhard Birnbaum, im Vorstand der E.ON SE unter anderem für Technologie & Innovation verantwortlich, betont: „Mit dem Ausbau der Erneuerbaren Energien in Deutschland übersteigt das Angebot bei starkem Wind oder hoher Sonneneinstrahlung immer häufiger und in immer größerem Umfang den Strombedarf. Damit kommt das Stromnetz auch immer stärker an die Grenzen seiner Belastbarkeit. Daher investiert E.ON schon heute in die Entwicklung intelligenter Netze und Techniken zur Speicherung großer Energiemengen. Wir müssen hier noch viele Erfahrungen sammeln und lernen. Die SmartRegion Pellworm zeigt sehr anschaulich, wie vielversprechende Lösungen für das Energieversorgungssystem der Zukunft aussehen können."
„Dieses Projekt bietet eine hervorragende Gelegenheit, Innovationskraft sowie Kompetenz bei Netz- und Speichertechnologie in Schleswig-Holstein deutlich voranzubringen“, sagt Matthias Boxberger, Vorstand der Schleswig-Holstein Netz AG. „Wir wollen Stromerzeugung und -verbrauch so koppeln, dass das Energiesystem besser genutzt wird und dadurch leistungsfähig sowie bezahlbar bleibt. Je erfolgreicher dieses Projekt ist, desto mehr Energie kann vor Ort verwertet werden und desto weniger abhängig ist man von großräumigen Energietransporten. So gesehen untersuchen wir auf Pellworm die gesamte Bandbreite der energietechnischen Perspektiven für Schleswig-Holstein.“
Für das Projekt „SmartRegion Pellworm“ wurde die vorhandene Strominfrastruktur auf der Insel durch unterschiedliche Komponenten ergänzt, um so die Energieflüsse besser steuern sowie Stromerzeugung und -verbrauch optimal aufeinander abstimmen zu können. Dabei geht das Projekt völlig neue Wege, denn bislang wurden große Stromspeicher noch nicht in regionale Netze eingebunden. Auch das Konzept eines Großspeichersystems, das mit Li-Ionen und Redox-Flow-Batterien zwei der aktuell modernsten Akkutechniken verbindet, ist eine Innovation. Neben diesen Stromspeichern gehören regelbare Ortsnetz-Transformatoren, eine spezielle Leistungselektronik und das Energiemanagementsystem zu den wichtigsten Komponenten dieses neuartigen Stromnetzes.
Langzeitspeicher Redox-Flow-Batterie
Als Großspeicher ist die Redox-Flow-Batterie ein wichtiger Bestandteil des Forschungsprojekts SmartRegion Pellworm. Den Strom, der nicht direkt verbraucht wird, speichert die Batterie für wind- und sonnenarme Zeiten. Durch eine elektrochemische Reaktion (Reduktion) wird die Batterie geladen und durch eine erneute Reaktion (Oxidation) wieder entladen. Als Elektrolyte dienen Vanadiumsalze. Mit einer Speicherkapazität von 1.600 kWh und einer maximalen Leistung von 200 kW kann die Batterie in acht Stunden komplett geladen oder entladen werden, so dass sie als Langzeitspeicher eingesetzt wird.
Hochleistungsspeicher Lithium-Ionen-Batterie
Das Speichersystem der SmartRegion Pellworm wird von der leistungsfähigen Lithium-Ionen-Batterie der Firma Saft Batterien GmbH komplettiert. Mit einer Speicherkapazität von 560 kWh, einer maximalen Entladeleistung von 1,1 MW und einer Ladeleistung von 0,56 MW lässt sie sich in rund einer halben Stunde komplett entladen und innerhalb einer Stunde laden. Somit fungiert sie als Kurzzeitspeicher. Viele einzelne Lithium-Ionen-Batteriezellen sind modular in immer größere Einheiten zusammengefasst, bis sie zusammen mit einem Batteriemanagementsystem einen ganzen Container füllen.
Regelbare Ortsnetz-Transformatoren
Die beiden hochmodernen regelbaren Ortsnetz-Transformatoren in der SmartRegion Pellworm zählen zu den ersten dieser Art in Schleswig-Holstein. Automatisch regeln sie die Spannung im Netz, so dass diese konstant auf 400 V gehalten wird – für eine stabile und sichere Stromversorgung der Insel mit erneuerbaren Energien. Denn Wind und Sonne allein sind nicht in der Lage, eine konstante Spannung zu liefern. Eine manuelle Steuerung der Trafos ist nicht mehr notwendig, da sie sich automatisch regeln und sich somit der jeweils aktuellen Situation im Netz anpassen.
Leistungselektronik
Die 1 MVA-Leistungselektronik der Firma Gustav Klein GmbH & Co. KG bildet die Schnittstelle zwischen der Li-Ionen-Batterie und dem Netz. Beim Laden der Batterie wandelt sie den Wechselstrom aus dem Netz in Gleichstrom um, damit dieser in der Batterie gespeichert werden kann. Beim Entladen stellt sie sicher, dass der Gleichstrom aus der Batterie in Wechselstrom gewandelt wird, der den Qualitäts-anforderungen des Versorgungsnetzes genügt. Zusätzlich kann die Leistungselektronik beim Entladen sogenannte Blindleistung generieren, die das Netz stabilisiert.

Intelligentes Energiemanagementsystem
Das vom Fraunhofer Institut entwickelte Energiemanagement-System steuert die SmartRegion Pellworm und die Speicher. Das System bildet Energieprognosen aus vielen Einflussfaktoren spezifisch für die Insel Pellworm. Dazu gehören zum Beispiel Wetterdaten wie Temperatur, Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeit und Niederschlag, Verbrauchs- und Erzeugungsdaten und besondere Ereignisse wie Feiertage oder Veranstaltungen. Dabei fließen historische, aktuelle und prognostizierte Daten mit ein. Das Programm löst die aus der Vorhersage entstehenden komplexen Optimierungsaufgaben.
Hybridkraftwerk der E.ON Hanse AG
Ein Solarfeld und eine Windenergieanlage produzieren zusammen als Hybridkraftwerk zu Spitzenzeiten etwas mehr als 1 MW Leistung aus erneuerbaren Energien. Der produzierte Strom reicht für die Versorgung der rund 370 Haushalte auf der Insel. Der Vorteil des Hybridkraftwerks: Die beiden Erzeugungstechniken ergänzen sich, da nachts häufig der Wind weht, während die Sonne tagsüber scheint. Die Windenergieanlage hat 300 kW Nennleistung. Ihre Rotorblätter haben einen Durchmesser von 33,4 Metern und spannen damit eine Rotorfläche von fast 880 m² auf – größer als ein Handballfeld. Die Nabe des Rotors wird immer automatisch so ausgerichtet, dass sie dem wehenden Wind entgegen zeigt, sodass zu jeder Zeit die Windbedingungen optimal ausgenutzt werden. Die heute auf dem Solarfeld rund 5.000 installierten Module haben eine Gesamtleistung von 771 kW.
Schleswig-Holstein Netz AG