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Erneuerbarer Strom aus dem Großquartiersspeicher

© ENTEGA
Die Solarsiedlung im hessischen Groß-Umstadt erhält nach Abschluss des Forschungsprojekts einen neuen Quartiersspeicher. © ENTEGA

| Kira Crome |

Stromspeicher haben eine wichtige Brückenfunktion für die Energiewende. Sie tragen dazu bei, die Schwankungen zwischen Erzeugung und Verbrauch von Strom aus erneuerbaren Energien flexibel auszugleichen. Wie ein Großspeicher in einer Solarsiedlung die Anlagenbetreiber unterstützt und mit ihrem selbst erzeugten Strom übers Jahr versorgen kann, hat ein Forschungsprojekt erprobt. Ein Erklärvideo und eine Website zeigen, wie die Lösung funktioniert.

Energiespeicher sind ein wichtiger Pfeiler der Energiewende. Denn vor allem Windenergie- und Photovoltaikanlagen erzeugen Strom nach Wetterlage und nicht nach Bedarf. In einem Versorgungssystem, dass zunehmend auf erneuerbaren Energien beruht, braucht es deshalb Puffer, die die Schwankungen zwischen Erzeugung und Verbrauch flexibel ausgleichen. Diese Funktion übernehmen Stromspeicher – zum Beispiel im heimischen Keller. Erzeugt die Solaranlage auf dem Dach mehr Strom als verbraucht wird, fließt er in die Batterie. Von dort kann er zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgerufen werden, wenn Strom benötigt wird. So lässt sich der Eigenverbrauch des selbst erzeugten Stroms mehr als verdoppeln. Doch statt viele kleine Speicher in einzelnen Hauskellern zu installieren, könnten sich mehrere Haushalte in einem Quartier einen Großspeicher teilen und gemeinsam nutzen. Wie diese Lösung funktioniert und ob sie sich lohnt, hat ein Forschungsprojekt unter Federführung des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) in einem Feldtest untersucht. Kooperationspartner des Projekts „Energiespeicherdienste für smarte Quartiere“ (Esquire) sind der Darmstädter Energieversorger Entega und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Fraunhofer Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO).

Energiespeicher gemeinsam nutzen
„Stromspeicher entlasten die Netze, indem sie Erzeugung und Verbrauch von Strom zeitlich entkoppeln und überschüssigen Sonnenstrom, den die Haushalte nicht sofort selbst verbrauchen, später verfügbar machen“, erklärt Swantje Gährs, Projektleiterin am IÖW. Ein zentraler Großspeicher in einem Quartier verspricht gegenüber individuellen Lösungen eine Reihe von Vorteilen. „Die privaten Solaranlagenbetreiber müssen ihren Strom nicht selbst in einer eigenen Batterie in ihrem Haus speichern, sparen Platz und gehen kein technisches Risiko ein“, sagt Gährs. Sie haben zum Beispiel keine zusätzliche Brandlast im Keller und müssen sich nicht um Wartung und Instandhaltung kümmern.

„Die Speicherkapazitäten im Großspeicher können vom Anlagenbetreiber variabel genutzt werden“, erklärt Bernhard Fenn, Leiter des Bereichs Forschung und Entwicklung beim Forschungspartner Entega. Der Vorteil für die angeschlossenen Haushalte mit Solaranlage auf dem Dach: Sie können unter dem Strich mehr von ihren lokal erzeugten Stromüberschüssen direkt nutzen. Auch der Netzbetreiber profitiert von der zentralen Lösung: Intelligent gesteuert, können große Speichereinheiten dem Netzbetreiber als Ausgleichsmasse dienen, um das Netz stabil zu halten. Einspeise- und Nachfragespitzen werden durch den Quartiersspeicher abgepuffert.

Noch aber ist die Zahl der Anwendungsfälle in Deutschland aber überschaubar. „Aktuell sind Großspeicher noch teuer und hohen rechtlichen und regulatorischen Anforderungen ausgesetzt“, sagt Bernd Hirschl vom IÖW. Neben den technischen Herausforderungen, die eine solche Lösung birgt, wollten die Forschungspartner herausfinden, unter welchen Bedingungen solche Quartierslösungen genutzt werden und wie mögliche Geschäftsmodelle zur Überschusseinspeisung und Strombezug für die Haushalte aussehen können.

Solarsiedlung als Testlabor
Testfeld für den Forschungsgroßspeicher ist ein Neubaugebiet im hessischen Groß-Umstadt. Das Quartier „Am Umstädter Bruch“ ist eine Solarsiedlung mit 80 Grundstücken für Einzel-, Doppel- und Reihenhäuser. Wer hier bauen will, ist per Bebauungsplan dazu verpflichtet, eine Photovoltaikanlage auf dem Hausdach zu installieren und den Solarstrom zu speichern – entweder im Heimspeicher oder im zentralen Großspeicher. Eine ideale Ausgangslage für die Forscher. „Um die Interessenlage zu erkunden, sind wir mit Befragungen von privaten Solaranlagenbetreibern gestartet“, erklärt Gährs. Befragt wurden 500 Anlagenbesitzer. Das Ergebnis: „Dreiviertel der Befragten würden lieber einen eigenen Speicher besitzen oder mieten“, sagt Gährs. Nur 14 Prozent der Befragten würden einen Großspeicher gemeinsam mit anderen besitzen oder einen Anteil daran mieten. „Läge aber ein konkretes Angebot zur Teilhabe an einer solchen Lösung vor, stieg die Zustimmung interessanterweise auf über 60 Prozent.“

Für das Forschungsvorhaben wurde in der Solarsiedlung ein Großspeicher in einem Container vor Ort eingerichtet, betrieben vom Energieversorger Entega. 25 Haushalte aus dem Neubaugebiet wurden nach ersten Beteiligungsworkshops gefunden und an den zentralen Speicher angeschlossen. „Wir haben festgestellt, dass das Produkt Gemeinschaftsspeicher, obwohl es sehr einfach ist, doch sehr erklärungsbedürftig ist. Das lässt sich kaum auf die Schnelle verkaufen“, sagt Fenn im Rückblick auf den mehrjährigen Feldversuch. Dennoch wertet Fenn die Pilotphase als Erfolg. „Wir haben von teilnehmenden Haushalten sehr gute Rückmeldungen erhalten. Daraus ist eine feste Kundengruppe entstanden, die sehr gut mit uns zusammenarbeitet.“

Mit mehreren Dienstleistungen die Wirtschaftlichkeit verbessern
Für die Forschung wurden die teilnehmenden Haushalte über verschiedene Beteiligungsformate eingebunden, und ihr Energieverbrauch erfasst. Den Forschungspartnern kam es darauf an, die Nutzung des Großspeichers genau auszuwerten, um festzustellen, wie viel Speicherkapazität die einzelnen Haushalte wirklich benötigen. Die Erkenntnisse helfen, den Speicherbetrieb und die damit verbundenen Dienstleistungen genauer auf die Bedürfnisse der Haushalte abzustimmen und richtig zu dimensionieren. Eine Herausforderung für die Auslegung des Großspeichers ist zum Beispiel der saisonal vergleichsweise hohe Strombedarf in den Haushalten, die ihre Heizwärme mithilfe einer Wärmepumpe erzeugen, die mit möglichst viel selbst erzeugtem Strom vom Dach betrieben werden soll. Um als reiner Jahreszeitenspeicher zu fungieren, müsse der Quartiersspeicher unverhältnismäßig groß sein, erklärt Frieder Schnabel vom Forschungspartner Fraunhofer IAO. Damit sich der Betrieb rentiert, müsse der Ausnutzungsgrad durch weitere zusätzliche Dienstleistungen erhöht werden. „Diese Dienstleistungen in Verbindung mit Quartiersspeichern sind deshalb interessant, weil sie die vergleichsweise hohen Investitionsgebühren von Speichern durch mögliche Einnahmequellen wieder einbringen können. Gleichzeitig wird für die Bewohner im Quartier ein Mehrwert durch das Dienstleistungsangebot geschaffen“, sagt Schnabel.

Wie diese zusätzlichen Anwendungen des Großspeichers aussehen können und wie der Betreiber damit Geld verdienen kann, wurde im Feldtest untersucht. Für die Zwischenspeicherung von selbst erzeugtem Strom im Quartiersspeicher wurde das Modell des fest buchbaren Speicheranteils mit einer starren Speicherkapazität zu einem flexiblen Modell weiterentwickelt. „Die Haushalte können die Größe ihrer angemieteten Speicherkapazität monatlich variieren“, erklärt Fenn. Damit können die Kunden ihre gebuchten Kapazitäten ihren jahreszeitlichen Einspeisehöhen und ihrem Verbrauchsverhalten anpassen. Speicherkapazitäten, die durch dieses Prinzip vor allem in den Wintermonaten freiwerden, werden vom Speicherbetreiber für andere Zwecke genutzt. Solche Multi-Use-Konzepte erhöhen die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit. Die Forschungspartner haben untersucht, welche Dienstleistungen sich gut kombinieren lassen. „Grundsätzlich lassen sich Dienstleistungen gut kombinieren, wenn sich die unterschiedlichen Belastungssituationen des Speichers technisch gut ergänzen und nicht zeitgleich – sowohl stunden- oder minutenweise, als auch saisonal – anfallen“, erklärt Schnabel. So ist es etwa möglich, mit dem überschüssigen Strom Elektrofahrzeuge zu laden. Ein weiteres Kriterium ist unter anderem die Vorhersagbarkeit der Be- und Entladevorgänge. Je sicherer und je weiter im Voraus diese bekannt sind, desto effektiver kann die Speichernutzung geplant werden.

Testphase beendet
Die Erfahrungen aus Forschung und Praxis flossen in das Geschäftsmodell für einen neuen Batteriespeicher ein, den Entega für das Quartier beschafft hat und der im Juli 2020 installiert werden soll. Er kann bis zu 274 Kilowattstunden Strom aus den Solaranlagen auf den Dächern der Kunden in der Siedlung speichern. Damit können die Haushalte bis zu 70 Prozent ihres Verbrauchs aus selbst erzeugtem Strom decken. „Der Speicher ist ein neues Produkt, das wir gemeinsam mit verschiedenen Speicherherstellern konfektioniert haben und der in Groß-Umstadt erstmals zum Einsatz kommt. Wir rechnen damit, dass er zehn bis zwölf Jahre in Betrieb sein kann“, erläutert Fenn. Den Strom, den die Solarsiedlung nicht selbst vor Ort benötigt, wird der Energieversorger künftig auf dem Strommarkt anbieten.

Regulatorische Rahmenbedingungen nachbessern
Noch stehen Quartiersspeicherlösungen hohen rechtlichen und regulatorischen Anforderungen gegenüber. „Die aktuellen Regelungen im Energiewirtschaftsgesetz verhindern, dass das ökonomische und ökologische Potenzial von Quartiersspeichern ausgeschöpft wird, welches sich ergibt, wenn erhöhter Eigenverbrauch vor Ort mit einer Netzentlastung einhergeht“, sagt Gährs. Der Gesetzgeber müsse hier noch nachbessern. Die Begleitforschung zeige, dass es letztlich keine Blaupause für die Errichtung eines zentralen Großspeichers gebe.

Um die Zusammenhänge zu erklären, haben die Projektmacher eine interaktive multimedial bestückte Website „Stromspeicher in der Stadt“ eingerichtet. Hier werden die technischen Details erklärt und die Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt vorgestellt. Interessierte können sich über die Einsatzmöglichkeiten von Quartiersspeichern informieren, erfahren wie ihre Daten geschützt werden oder welche Art von Speicher sich besonders für Quartiere eignet. Kurze Texte, Erklärfilme und Infografiken bringen die Themen näher.