Energieautarker Ortsteil Feldheim. Die Aufschrift auf dem blauen Schild auf der linken Seite der Ortseinfahrt, neben dem üblichen Schild auf der rechten Seite, fällt sofort ins Auge. Seit 2010 versorgt sich der Ortsteil im Landkreis Potsdam-Mittelmark rechnerisch und auch physikalisch autark.
85 Prozent Effizienz
Bundesumweltminister Peter Altmaier hat sich das in seiner Amtszeit 2012 persönlich angesehen. Der Ökostrom stammt aus einem Windpark, der eine BHKW-Anlage versorgt. So ist Wärme und Strom erneuerbar. Feldheim dient als Spielwiese für den Projektierer Energiequelle mit Sitz in Kallinchen bei Berlin. Nun ist ein neues Spielzeug hinzugekommen: Seit Mitte September ist der größte Batteriespeicher Europas am Netz.
Bisher hielt diese Position ein Speicherwerk im britischen Leighton Buzzard, das eine Leistung von sechs Megawatt und eine Kapazität von zehn Megawattstunden besitzt. Der Speicher in Feldheim verfügt also über eine höhere Energiedichte. „Der Systemwirkungsgrad liegt bei 85 Prozent“, frohlockt Michael Raschemann, Geschäftsführer vom Projektierer Energiequelle. Das Unternehmen baute den Speicher in einem Jahr auf. Die Halle ist etwa so groß wie eine Turnhalle und misst 30 mal 17 Meter.
Die Technik für die Laderegler kommt vom Windanlagenbauer Enercon aus Aurich. Ein Forschungsprojekt begleitet den Betrieb des Speichers, um weitere Einsatzoptionen des Batteriespeichers zu analysieren.
Die Enercon-Tochter WRD aus Bremen forscht zudem an der Systemintegration von Ökostrom. Sie entwickelte die Steuerungstechnik für den Speicher, die ein besonders wichtiger Bestandteil ist, da die Batteriezellen schonend gefahren werden müssen. Nur so können sie länger und effizient arbeiten.
Zellen aus Südkorea
Die rund 3.360 Speichermodule kommen vom südkoreanischen Konzern LG Chem. 35 Klimaanlagen an der Rückseite der Halle halten die Temperatur für die Akkus bei 23 Grad Celsius. Der Chef von LG Chem Europe, Santiago Senn, sieht in diesem Projekt erst den Anfang einer weltweiten Entwicklung.
„Die Preis für Batterieakkus wird künftig besser werden“, verspricht Senn. Besonders hilfreich sei dafür die steigende Nachfrage der Hersteller von Elektroautos nach Batteriezellen.
Hersteller LG Chem gibt zehn Jahre Garantie auf die Zelle. Ein Modul besitzt 2,2 Kilowattstunden Kapazität. In jedem Schrank sind zehn davon enthalten. Dafür müssen allerdings bestimmte Bedingungen im Betrieb eingehalten werden. Beispielsweise betrifft das die Temperaturvorgabe in den Akkuhallen von 23 Grad Celsius plus/minus fünf Grad und das Ladeverhalten. Den Tausch eines defekten Moduls übernimmt LG Chem. Allerdings müssen dafür die vereinbarten Garantiebedingungen erfüllt sein.
12,8 Millionen Euro Kosten
Finanziert wird das Projekt durch eine Beteiligungsgesellschaft, zu der Energiequelle, Enercon und weitere Partner gehören. Zudem erhielt das Projekt Fördergelder vom Land Brandenburg und der Europäischen Union. Der brandenburgische Wirtschafts- und Energieminister Albrecht Gerber spricht „von einem Meilenstein für die Systemintegration der erneuerbaren Energien“. Das brandenburgische Wirtschaftsministerium unterstützt den Batteriespeicher mit rund fünf Millionen Euro aus dem RENplus-Programm.
Die Förderung setzt sich aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und Landesmitteln zusammen. Insgesamt kostet das Projekt 12,8 Millionen Euro.
Batterie für Regelmarkt fit machen
Es handelt sich bei dem Regelkraftwerk Feldheim um die größte Einzelförderung, die im RENplus-Programm gewährt wurde, sagt Gerber. Er ist überzeugt, dass dieses Geld gut angelegt ist. „Wenn der Ausbau der Erneuerbaren in Siebenmeilenstiefeln voranschreitet, die Systemintegration aber nur in Trippelschritten, wird es nichts mit der Energiewende.“
Der Batteriespeicher in Feldheim stellt sogenannte Regelenergie zur Stabilisierung des Stromnetzes bereit. Sprich, er gleicht Schwankungen zwischen Angebot und Nachfrage aus. Bei einem Stromüberangebot kann sekundenschnell Energie aus dem Stromnetz entnommen und in Zeiten mangelnder Stromproduktion ins Netz abgegeben werden, um die Frequenz von 50 Hertz im Stromnetz stabil zu halten. Bis Jahresende soll der Speicher für den Regelenergiemarkt zugelassen sein. Denn die vier Übertragungsnetzbetreiber benötigen diese Systemdienstleistung.
50 Hertz überwachen
Der Speicher ist als eine Art Puffer in einem Windeinspeisenetz angeschlossen. Ein Szenario, das es künftig häufiger geben wird. Die Managementsoftware des Batteriekraftwerks kontrolliert und überwacht die Frequenz von 50 Hertz am Netzeinspeisepunkt.
„Bei einer Abweichung greift die Software korrigierend in einem Bruchteil einer Sekunde ein“, sagt Projektmanager Niklas Netzel von Energiequelle. Beispielsweise speist der Speicher Energie ins Netz, wenn die Frequenz unter 50 Hertz absinkt. Rein physikalisch kommt der Strom in Feldheim dann von den acht benachbarten Anlagen mit 16 Megawatt Leistung.
Die Leitung zwischen Windpark und Umspannwerk, wo der Strom von Mittel- auf Hochspannung von 110 Kilovolt transformiert wird, wurde geteilt. „Ein Abzweig läuft nun vom Umspannwerk über die neue Übergabestation mit 31,5 Kilovolt zum Batteriekraftwerk“, erklärt Netzel. Im Werk sind sieben Transformatoren, die die Spannung auf 400 Volt herunter transformieren. Einen weiteren Trafo gibt es für den eigenen Strombedarf des Kraftwerks. „Aufgrund einer neuen EU-Ökorichtlinie handelt sich dabei um besonders verlustarme ölfreie Trockentransformatoren“, sagt der Projektleiter.
Forscher begleiten das Projekt
Der primäre Regelenergiemarkt ist derzeit ein attraktiver Markt für den Speicher, um Geld zu verdienen. Nach der Zulassung wird der Speicher in Feldheim in den Pool für Primärregelleistung von Vattenfall integriert.
Wenn der heutige Markt in den nächsten zehn Jahren erhalten bleibe, werde der Betreiber nach zehn Jahren die private Investition von rund acht Millionen Euro wieder drin haben, überschlägt Netzel. Weitere Dienstleistungen, die der Speicher bereitstellen könnte, wie Blindleistung oder Schwarzstartfähigkeit, werden von einem begleitenden Forschungsprojekt untersucht.
Mit beteiligt sind die BTU Cottbus Senftenberg und der Übertragungsnetzbetreiber 50 Hertz. Es gilt, künftig Märkte für Speicher zu finden und den Betrieb besser zu verstehen.
Speicherinitiative in Brandenburg
Die Anforderungen an die Primärregelenergie sind allerdings besonders hoch: Innerhalb von 30 Sekunden muss die abgeforderte Energie bereitstehen. Für den Batteriespeicher ist das aber machbar. Für Primärregelleistung gibt es deutschlandweit einen organisierten Markt. Mit der Großbatterie in Feldheim werden 2.500 Euro pro Woche erlöst, sagt Netzel. So wird Speichertechnik künftig wirtschaftlich.
Die Landesregierung in Brandenburg hat Batteriespeicher nach oben auf ihre Agenda gesetzt. Dafür wurde das Förderprogramm RENplus weiterentwickelt. Es bringt Modellvorhaben mit Speichertechnologien sowie regionale und kommunale Energiekonzepte voran. „Hierfür wird die Koalition jährlich mindestens zehn Millionen Euro bereitstellen“, heißt es im Koalitionsvertrag. Diese Mittel fließen sowohl aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung als auch aus Landesmitteln.
Vattenfall poolt mehrere Speicher
Als Erstes hat das brandenburgische Wirtschaftsministerium einen Batteriespeicher unterstützt, der in den Solarpark in Alt Daber bei Wittstock integriert wurde. Das Projekt wurde mit 376.000 Euro gefördert. Der Speicher mit Blei-Säure-Batterien besteht aus zwei Containern. Die Leistung pro Einheit beträgt ein Megawatt. Die zwei Speichercontainer stützen bereits die Frequenz im Hochspannungsnetz. Denn sie wurden vom Übertragungsnetzbetreiber 50 Hertz für den Markt der Primärregelleistung zugelassen.
Er wurde präqualifiziert, wie Regulierer sagen. Dabei muss die „technische Einheit“ nachweisen, dass sie die Anforderungen des Übertragungsnetzbetreibers an die Systemsicherheit des Energienetzes erfüllt.
Akkus brauchen andere Bedingungen
Für Batteriespeicher wird dadurch Neuland betreten. In Zusammenarbeit mit dem Übertragungsnetzbetreiber wurden eigens neue Prüfbedingungen definiert. Nun kann Vattenfall den Batteriespeicher mit 1,3 Megawatt Leistung in seinem Pool in wöchentlichen Ausschreibungen anbieten. Die Speicherinitiative förderte ein drittes Projekt in einem ehemaligen Flugzeughangar in Neuhardenberg, das ebenfalls mit Lithiumakkus läuft. Und zwar in unmittelbarer Nähe eines Mitte 2013 in Betrieb genommenen Solarparks mit 146 Megawatt Leistung. 2,85 Millionen Euro stellte die brandenburgische Landesregierung für das insgesamt 6,25 Millionen Euro teure Projekt bereit.
Die Gesamtleistung der Speichereinheit liegt bei fünf Megawatt, die Kapazität bei fünf Megawattstunden – ebenso wie beim Großspeicher der Wemag in Schwerin, der vor einem Jahr ans Netz ging.
Großspeicher werden normal
Die Sonne scheint an diesem Nachmittag auf den autarken Ortsteil Feldheim. Die Gäste aus Politik und Wirtschaft sind bestens gelaunt. Aus der Perspektive eines internationalen Batterieherstellers gibt Senn einen Einblick in seine Vision.
In einigen Jahren werden wir auf Feldheim als einen kleinen Batteriespeicher zurückblicken, frohlockt der LG-Manager und fügt hinzu: „Große Batteriespeicher sind dann keine Ausnahme, sondern überall zu finden.“
Gildemeister Energy Storage
Flow-Batterie in Tschechien versorgt E-Tankstelle
Ein Redox-Flow-Speicher versorgt die erste E-Tankstelle in einem tschechischen Nationalpark mit Strom. Der Park ist Teil des Böhmerwalds, eines der größten zusammenhängenden Waldgebiete in Zentraleuropa. Eine vom Netz unabhängige Batterie sollte die Flotte der Elektrofahrzeuge versorgen, so die Vorgabe.
Das Speichersystem Cellcube von Gildemeister Energy Storage verfügt über zehn Kilowatt Leistung und eine Kapazität von 40 Kilowattstunden. Es arbeitet in Kombination mit einer Elf-Kilowatt-Solaranlage sowie einer kleinen Windkraftanlage mit fünf Kilowattstunden. Diese Kombination aus mehreren erneuerbaren Energien mit einem Speichersystem ermöglicht eine kohlendioxidfreie Versorgung der Ladestation. Die Nutzung einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie bringt zudem den Vorteil, dass sie weder brennbar noch explosiv ist. Somit ist sie ideal für den Naturpark.
Ein zweites Projekt setzte Gildemeister für den South Bohemian Science and Technology Park in Budweis um, der etwa 100 Kilometer südlich von Prag liegt. Dort arbeitet der Speicher mit einer Solaranlage, die über 76 Kilowatt Leistung verfügt. Der Speicher hat eine Leistung von 30 Kilowatt und eine Kapazität von 130 Kilowattstunden. So wird der Eigenverbrauch des Innovationszentrums auf dem Gelände der Universität erhöht.
Energiequelle
Spielwiese Feldheim
Im Ortsteil Feldheim der brandenburgischen Stadt Treuenbrietzen ist eine Art Labor oder Spielwiese des Projektierers Energiequelle. Dessen Hauptsitz ist in Kallinchen bei Zossen. In Feldheim betreibt die Firma insgesamt 43 Windenergieanlagen mit einer Leistung von 74,1 Megawatt. Die erste Anlage ging 1998 ans Netz. Insgesamt sind 37 Haushalte mit 145 Bewohnern sowie zwei Gewerbe- und drei Agrarbetriebe ans Strom- und Wärmenetz angeschlossen. Beide Netze gehören Energiequelle. Seit September ist hier zudem der größte Batteriespeicher Europas am Netz. Für das Dorf bedeutet das jede Menge interessierte Besucher. Dafür wurde eigens ein Infozentrum eingerichtet.
SMA Solar Technology
Mit 1.500 Volt Systemspannung
Die Konzerne SMA und Siemens bauen künftig zusammen große Solarparks. SMA bringt dabei technisches Wissen und Erfahrungen bei der Auslegung komplexer Systeme ein. Siemens steuert Transformatoren und Schaltanlagen für den Hoch- und Mittelspannungsbereich einschließlich der Netzanbindung bei. So entsteht ein von der DC-Seite bis zum Netzanschluss abgestimmtes System.
Die beiden Unternehmen haben zunächst einen 2,5-Megawatt-Zentralwechselrichter von SMA, einen Mittelspannungstransformator sowie eine Mittelspannungsschaltanlage von Siemens vereint. Die neue Lösung passt in einen 20-Fuß-Container. Die Systemspannung beträgt 1.500 Volt, die Inbetriebnahme dauert pro Wechselrichter nur rund zwei Stunden. Mittelspannungstrafo und Schaltanlage sind anschlussfertig integriert.
Damit schließt SMA zu General Electric (GE) auf. Der amerikanische Konzern hat schon vor über einem Jahr seine 1.500-Volt-Technik entwickelt. Diese baut der fränkische Projektierer Belectric in seine vorkonfektionierten Solarparks ein. Die Grundausstattung besteht aus Dünnschichtmodulen mit einer Gesamtleistung von drei Megawatt. Belectric verbaut die Module von First Solar, die schon für eine Systemspannung von 1.500 Volt freigegeben sind. Der zweite zentrale Bestandteil ist die Power Conditioning Unit. Diese wiederum enthält zwei Prosolar-Zentralwechselrichter von GE. Die Leistungselektronik der Amerikaner kann die hohen Spannungen, die durch die langen Strings aus dem Solarfeld kommen, gut aufnehmen und in Wechselstrom mit einer Spannung zwischen 400 und 550 Volt umrichten.
Damit können die Parkbetreiber ihren Strom aber nur ins Niederspannungsnetz einspeisen. Um auf höhere Netzebenen zu kommen, muss der Strom noch einmal auf höhere Spannungen transformiert werden.
An dieser Stelle zeigt sich die Innovation von SMA. Denn im Unterschied zu den früheren Lösungen für Solarparks bringt der jetzige Container gleich einen Trafo mit. Dazu mussten die Niestetaler ihren Wechselrichter aber trotz der hohen Systemspannung, die er aufnehmen kann, möglichst kompakt gestalten. SMA hat die Leistung so weit verdichtet, dass der Trafo von Siemens auch noch Platz im Container findet.
Der Trafo ist über eine Stromschiene an den Wechselrichter angeschlossen. Diese Lösung ist viel zuverlässiger als ein Anschluss über Kabel, die bei großen Strömen auch ausreichend dick sein müssen. Um die Kabel überhaupt noch handhaben zu können, dürfen sie aber nicht zu dick werden. Dann hat man sechs oder gar acht Kabel an einem Pol. Außerdem sinkt mit der Stromschiene das Fehlerrisiko beim Anschluss des Trafos. Insgesamt kann SMA mit dem Container mit Spannungen zwischen 6,6 und 35 Kilovolt direkt ins Mittelspannungsnetz einspeisen.
Dazu kommt noch, dass die neuen Zentralwechselrichter von SMA keine obere MPP-Grenze mehr haben. Damit ist der obere MPP gleichzeitig die Leerlaufspannung der Module. Das ist besonders gut bei großen Auslegungen.
Tesvolt
Kühlhaus versorgt sich zu zwei Dritteln selbst
Das Unternehmen Tesvolt hat einen Lithiumspeicher für Gewerbe und Industrie entwickelt. Der modulare Speicher ist ab zehn bis zu einer Kapazität von 240 Kilowattstunden und sogar bis zum Megawattspeicher zu haben. In Morxdorf bei Wittenberg installierte Tesvolt einen Speichercontainer mit 120 Kilowattstunden Kapazität. Das Kühlhaus der Firma von Eis & Friends hat eine Photovoltaikanlage mit 110 Kilowatt Leistung auf dem Dach. Durch den Speicher kommt das Kühlhaus auf einen Eigenverbrauch von rund 68 Prozent, statt 39 Prozent ohne Akkucontainer.
Die Lithiumakkus verfügen demnach über eine Zyklenfestigkeit von 8.000 Zyklen. Die Speicher können beispielsweise im PV-Sol 7.5 von Valentin Software im Zusammenhang mit einer Solaranlage und Lastprofilen ausgelegt werden. Die Speicher sind sowohl On-Grid und auch Off-Grid Bereich einsetzbar und bieten eine Notstromversorgung.
Herzstück des Speichers ist ein neues System fürs Batteriemanagement. Gegenwärtige Systeme verheizen die Energie durch passives Balancing. Oder Sie verteilen die Energie in eine Richtung von Zelle zu Zelle durch aktives Balancing. „Beide etablierten Verfahren sind umso größer die Systeme werden, zu verlustreich und zu langsam“, sagt Geschäftsführer Daniel Hannemann.
Der mittlere Wirkungsgrad von herkömmlichen AC-Speichersystemen mit Lithiumakkus liegt bei 70 bis 90 Prozent. Tesvolt entwickelte ein bidirektionales Managementsystem. Im Unterschied zum herkömmlichen aktiven Balancing kann jede Zelle von einer anderen Zelle geladen oder in alle anderen Zellen entladen werden. Das gezielte Ansteuern einzelner Zellen beschleunigt den Ladungsausgleich und steigert die effizient des Gesamtsystems.
Das bidirektionale Batteriemanagementsystem von Tesvolt lädt gezielt überschüssige Energie in die jeweilige Zelle, so dass lediglich einmal ein Verlust von acht Prozent auftritt. Dieses gezielte ansteuern einzelner Zellen ermöglicht einen deutlich schnelleren Ladungsausgleich mit einem Wirkungsgrad von mindestens 92 Prozent. Zudem ist es über eine sogenannte Master-Slave-Funktion machbar, beliebig viele Speicher zu integrieren.
RRKW: Das Kürzel steht für „Regionales Regelkraftwerk“. Es soll ab nächstem Jahr Regelenergie bereitstellen.
3.360 Batteriemodule des koreanischen Konzerns LG Chem wurden eingebaut.
Das Surren der Trafos ist nicht zu überhören, wenn ein Besucher um das Kraftwerk herumgeht.
Läuft: 35 Klimaanlagen an der Rückseite der Halle halten die Temperatur für die Akkus bei 23 Grad Celsius.
Zwischen den Trackern hindurch erhascht auch der Zaungast einen Blick auf den neuen Speicher.
Das Marketing stimmt: ein Ortsteil, der es schon zu einiger Bekanntheit gebracht hat.
Der Grundriss des Regelkraftwerks zeigt sieben einzelne Räume für die Batterieakkus.
Andreas Wendrock, einer der Projektleiter bei Energiequelle, prüft, ob die Daten der Trafos den Vorgaben entsprechen.
