Am Institut für Vernetzte Energiesysteme erstellt das Team um HyReK-Projektleiter Theys Diekmann (rechts) ein Simulationsmodell, mit dem der Betrieb des Hybridregelkraftwerkes der Stadtwerke Bremen im Labormaßstab optimiert werden kann.
Foto: DLR (CC BY 3.0)

DLR-Forschungsprojekt

Was kann ein Hybridkraftwerk für die Energiewende tun?

Oldenburger Forscher entwickeln anhand realer eines Regelkraftwerks ein Simulationsmodell. Das Ziel: Optimale Betriebsführung für mehr Flexibilität.

Inhaltsverzeichnis

Wie können zeitliche Schwankungen im Energieangebot zwischen Stromnetz, Mobilitätssektor und Wärmebedarf so ausgeglichen werden, dass die Stabilität der Netze nicht riskiert wird? Um Antworten auf diese zentrale Frage der Energiewende zu finden, entwickelt das Institut für Vernetzte Energiesysteme des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oldenburg eine digitale Nachbildung eines realen Kraftwerks. Es bietet Primärregelleistung an und nutzt dabei laut DLR die Schnittstelle zwischen Stromnetz und Wärmeversorgung besonders effizient.

Das Regelkraftwerk umfasst Stromspeicher, Wärmespeicher und Elektrokessel

Das Kraftwerkskonzept kombiniert eine Großbatterie mit einem Wärmespeicher und einem Elektrokessel. Ist die Batterie voll, kann überschüssige Energie direkt in Wärme umgewandelt werden. Diese wird je nach Bedarf gespeichert oder direkt ins Fernwärmenetz eingespeist.

Ziel der Oldenburger Energieforscher ist es laut DLR, dieses Hybridregelkraftwerk in seiner Flexibilität zu optimieren, um unterschiedliche Dienstleistungen erbringen zu können. Ein zweiter Forschungsschwerpunkt beschäftigt sich mit der ökologischen, ökonomischen und sozialen Bewertung der Potenziale dieses neuartigen Kraftwerkstyps vor.

„Die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien verursacht immer stärkere Schwankungen im Stromangebot. Diese werden bislang mit positiver oder negativer Primärregelenergie vornehmlich aus konventionellen Kraftwerken ausgeglichen. Wir möchten mögliche Wege aufzeigen, wie sich diese Dienstleistung mit dem neuen Kraftwerk auch in einem dekarbonisierten Energiesystem erbringen lässt“, erklärt Theys Diekmann, Leiter des Forschungsprojekt HyReK 2.0 (Hybridregelkraftwerk“) am Institut für Vernetzte Energiesysteme.

Das Simulationsmodell wird auf Basis realer Lastprofile entwickelt

Nachdem die neue Kraftwerkstechnologie im Juli 2019 im Bremer Stadteil Hastedt den Betrieb aufgenommen hat, entwickelt das Institut jetzt ein Simulationsmodell auf Basis der Realdaten aus der Anlage. Damit soll experimentell im Hochleistungsrechner analysiert werden, wie sich das Kraftwerk im Detail positiv am Stromnetz verhält. Der Gesamtverbrauch aus dem Hastedter Versorgungsgebiet wird laut DLR anhand von realen Lastprofilen berücksichtigt. Auch werden in der Simulation realtechnische Geräte wie zum Beispiel der Wechselrichter, der die Schnittstelle zwischen Batterie und Stromnetz darstellt, abgebildet.

„Auf dieser Basis wollen wir die Technik so weiterentwickeln, dass die Aktivitäten einzelner Kraftwerkskomponenten nicht separat betrachtet, sondern auf das Gesamtsystemverhalten ausgerichtet werden“, erklärt Diekmann. „Dadurch lassen sich Effizienz und Lebensdauer des Systems und der Einzelkomponenten optimieren, woraus sich ein wirtschaftlich tragfähiges Betreiberkonzept ableiten lässt.“

Im zweiten Schritt werden Simulationsdaten implementiert

Wie aussagefähig die Simulation tatsächlich ist, wird im weiteren Projektverlauf der Schritt in die simulierte Praxis zeigen: Dann werden die Simulationsdaten gemeinsam mit dem Kraftwerksbetreiber, der Bremer swb AG, im Reallabor in die Kraftwerkstechnik implementiert. „Dabei werden wir verschiedene Betriebsarten validieren, zum Beispiel, wie genau die elektrische Energie schonend in die Batterie ein- und ausgespeichert wird“, blickt Diekmann voraus.

Ergänzend zum Fokus auf das Bremer Hybridregelkraftwerk richtet sich der Blick der DLR-Wissenschaftler auch auf das „große Ganze“, wie Diekmann betont: „Mit dem Simulationsmodell können wir bereits heute Energieszenarien simulieren, die wir für die Zukunft vermuten. Das ermöglicht uns die Identifizierung möglicher weiterer Flexibilitätsoptionen rund um das Hybridkonzept.“

Bereits jetzt lassen die Untersuchungen erkennen, dass die Hybrid-Technologie einen vielversprechenden Transformationspfad der Energiewende aufzeigt. „Wir müssen Primärregelleistung, die derzeit noch durch überwiegend fossil betriebene Kraftwerke bereitgestellt wird, perspektivisch durch dekarbonisierte Systeme erbringen. Das ist die Herausforderung“, unterstreicht Diekmann. „Deshalb erforschen wir mit dem HyReK-Projekt bereits heute mögliche Optionen, wie sich konventionelle Kraftwerke im künftigen Energiesystem durch neue Technologien wirtschaftlich ersetzen lassen.“

Neben technischen Aspekten stehen auch zukünftige Geschäftsmodelle für die Marktgestaltung im Fokus der DLR-Wissenschaftler: „Dafür bereiten wir Handlungsempfehlungen vor, die aufzeigen, wie innovative Technologien perspektivisch wirtschaftlich und nachhaltig betrieben werden können.“

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