Batteriespeicher geben Windparks einen gehörigen funktionalen Booster in Richtung Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit und Netzqualität. Dabei lassen sich gerade ältere Anlagen außerhalb von Förderzeiträumen effektiv mit Speichern ausstatten, um sie länger am Netz zu behalten.

46,2 Prozent beträgt der Anteil der regenerativen Quellen in Deutschland am Bruttostromverbrauch. Die Zahl des Umweltbundesamts betrachtet das Jahr 2022 und bezeichnet die Windenergie mit einem Ertrag von 125,3 Milliarden kWh als wichtigsten Träger im Energiemix. Laut Statista lag der Anteil der Windenergie bei 21,7 Prozent. Das klingt zunächst gut. Dennoch darf die Bewertung nicht darüber hinwegtäuschen, dass laut Bundesumweltamt ein höheres Ausbautempo beim Wind gefragt ist, um Klimaziele zu erreichen. Neben dem weiteren Ausbau geht es immer wieder um die Frage, wie mit Windenergieanlagen (WEA) älterer Baujahre umgegangen wird. Gemeint sind vor allem Anlagen, die mit staatlicher Förderung im Zug des 2000 in Kraft getretenen Erneuerbareenergiegesetz (EEG) errichtet wurden. Daraus folgt heute, dass die ersten WEA gut 20 Jahre alt sind und als „ausgefördert“ gelten.

Zweites Leben nach der Förderung

Aufgrund wegfallender staatlicher Vergütungen stellt sich für die Betreiber die wirtschaftlich motivierte Frage, ob die Anlagen abgebaut oder einfach weiterbetrieben werden sollen. Eine dritte Möglichkeit: Repowering im Zusammenspiel mit industriellen Energiespeichern. Damit erschließt sich für in die Jahre gekommene Windparks ein zweites Leben, da sich in der Kombination mit Energiespeichern ganz neue Geschäfts- und Nutzungsmodelle ergeben. Phoenix Contact begleitet diese Entwicklung mit Systemen für die Installation von Energiespeichern aus einem Baukasten heraus. Ferner betreibt das Unternehmen mit offener Steuerungstechnik auch den Lückenschluss zwischen Energieerzeugung, Speicherung und weiterer Nutzung. Dahinter steht das Ziel der Sektorenkopplung, mit der Phoenix Contact weiter an der All Electric Society arbeitet.

Wenn eine frische Brise weht, dann freuen sich alle Betreiber von Windenergieanlagen über die Erträge, die sie mit der Kraft des Winds ernten. Bleibt der Wind aus, dreht sich nichts mehr, auch wenn der Bedarf an elektrischer Energie bleibt. Und genau hier kranken die regenerativen Energiequellen, da sie für sich allein nicht grundlastfähig sind. Dies ändert sich spätestens dann, wenn die Parks ihren eigenen Speicher erhalten. Mit diesem Puffer können auch ältere Windparks am Primärregelleistungsmarkt teilnehmen. Dafür erfolgt die Kombination aus Windpark und Speicher idealerweise am gemeinsamen Netzanschlusspunkt. Gebildet wird dabei eine Reserveeinheit, die aufgrund ihres Energiespeichers Primärregelleistung verfügbar macht.

Regelleistung über Energiespeicher

Primärregelleistungen sind notwendig für die Stabilität des Stromnetzes. Das Netz hat naturgemäß physikalisch keine Chance, Energie zu speichern. Folglich ist stetig der Ausgleich zu schaffen zwischen Angebot und Nachfrage. Die Energiebranche unterscheidet an dieser Stelle zwischen drei Formen der Regelleistung, die sich durch ihre zeitliche Abruffähigkeit definieren. Primärregelleistungen müssen innerhalb von 30 Sekunden zur Verfügung stehen. Bei Sekundärleistungen bleiben fünf Minuten Zeit für die Reserve. Sie hat dann auch die Aufgabe, den Staffelstab der Primärleistung innerhalb von 15 Minuten zu übernehmen, damit sich diese wieder erholen kann. Die Tertiärregelung wird auch als Minutenreserve bezeichnet. Auch sie muss innerhalb von 15 Minuten für negative und positive Regelenergie zur Verfügung stehen. Für positive Leistungen kommen in der Praxis schnell anfahrbare Kraftwerke zum Einsatz. Negative Lasten sind mit großen Verbrauchern wie Lichtbogenöfen, Nachtspeicherheizungen, Pumpspeicherwerken oder auch dem kontrollierten Herunterfahren von Windenergieanlagen erreichbar. Alle knapp skizzierten Maßnahmen verfolgen in Summe das Ziel, die Netzstabilität zu gewährleisten. „Liegt eine zu hohe Last an, sinkt die Frequenz. Fallen Lasten weg, steigt sie. Beide Fälle sind zu vermeiden“, fasst Dr. Rüdiger Meyer, Applikationsexperte für Energiespeicher bei Phoenix Contact, zusammen.

Aus dem Blickwinkel der Wirtschaftlichkeit heraus sind schnell verfügbare Gasturbinenkraftwerke für die Minutenreserve genauso ineffizient wie das Herunterfahren von Windparks. Auf der einen Seite wird elektrische Energie mit einem hohen Primärenergieeinsatz erzeugt und auf der anderen Seite die verfügbare Bewegungsenergie des Winds nicht genutzt. Dr. Rüdiger Meyer sieht angesichts dieses Dilemmas sehr gute Entwicklungsperspektiven gerade für die Ausrüstung bestehender Windparks mit Energiespeichern. „Kombinieren wir Windparks mit Großspeichern, lassen sich die Lastverläufe des Netzes puffern. Die Windturbinen können dank ihres eigenen Speichers auch dann im Wind bleiben, wenn das Netz voll ist.“ In umgekehrter Richtung sind aus dem Speicher heraus Leistungen abrufbar, wenn sich kein Lüftchen regt. Damit nehmen die Einheiten ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Netzstabilität ein.

Spitzenlasten glätten und dabei Geld verdienen

Und genau an dieser Stelle entwickeln sich gerade für Windparks älterer Baujahre neue Betätigungsfelder in Richtung „Empowering“. Die Kombination mit Speichersystemen auf Grundlage von Lithium-Ionen-Batterien oder Redox-Flow-Zellen leistet einen wertvollen Beitrag zur Netzstabilität. Zudem eröffnen sie für Betreiber neue Ertragsmöglichkeiten durch Arbitragegeschäfte. Hierbei greifen die stark schwankenden Strompreise am Spotmarkt. Der Speicher nimmt während Niedertarifzeiten den Windstrom auf. Bei temporär auftretenden Spitzenlasten gibt er ihn zu höheren Preisen wieder ab. Dieses Wirtschaftsmodell ist ohne Frage monetär motiviert. Es zeigt aber, dass sich mit Hilfe von Speichern Energieerzeugung und Energieverbrauch zeitlich trennen lassen. Diese Entkopplung bringt also neue Möglichkeiten für die Sektorenkopplung auf dem Weg zur All Electric Society mit sich.

Phoenix Contact bietet dafür bereits heute vorbereitete Lösungen bis hin zu einbaufertigen Teilapplikationen für die Ausrüstungen von Windenergieanlagen. Der Funktionsumfang reicht bis hinauf in Cloud-Anwendungen inklusive einer Integration aktueller und künftiger Kommunikationsstandards. Hierbei übernimmt die offene Steuerungsplattform PLCnext eine Schlüsselfunktion, da sich mit ihr individuelle Anforderungen komfortabel erfüllen lassen. Hierzu zählen auch IoT-basierte Geschäftsmodelle. Sie sind notwendig im Hinblick auf cloudbasierte Services sowie datenbankgestützte Informationsprozesse. Auf Hardware-Ebene kommen unter anderem Komplettlösungen für das Einspeisemanagement zum Einsatz. Das weit gefasste System bietet zum Beispiel Anschlusslösungen für die Leistungselektronik in jeglichen Querschnitten. Zudem bietet Phoenix Contact vorbereitete Applikationen für das Netz-Monitoring. Obligatorisch ist zudem der effektive und verlässliche Schutz vor Blitzeinschlägen durch Hochleistungs-Blitzstromableiter.

Erneuerbare Hybridkraftwerke

„Wir sind heute mit unserem gesamten Portfolio in der glücklichen Lage, ein Repowering von Windparks mit der notwendigen Technik für industrielle Energiespeicher zu begleiten – bis hin zum Engineering. Damit schaffen wir eine wesentliche Grundlage für die Sektorenkopplung“, fasst Dr. Rüdiger Meyer zusammen. Das Aufwerten von Windparks mit Energiespeichern macht aus den regenerativen Anlagen zur Energiegewinnung erneuerbare Hybridkraftwerke – also Energieerzeugung und Energiespeicherung an einem Ort. Dr. Rüdiger Meyer: „Batteriespeicher sind vor diesem Hintergrund eine sehr gut nutzbare Alternative, die Spitzenlastkraftwerke zu ersetzen. Zumal Batteriespeicher nicht erst hochfahren müssen und ihre Leistung innerhalb von Millisekunden bereitstellen.“

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Thorsten Sienk

Täglich ein bisschen „Die Sendung mit der Maus“. Das betrachte ich seit mehr als 20 Jahren Fachredaktion und Fotografie immer noch als echtes Geschenk. Wo habe ich sonst die Gelegenheit, in so viele industrielle Anwendungsgebiete mit ganz viel Neugier hineinschauen zu können? Das Beste: die Recherchegespräche mit Menschen, die für ihre Sache und ihren Beruf lichterloh brennen. Bei Phoenix Contact haben wir noch viel vor mit dem Erzählen spannender Geschichten – vor allem, wenn es um zukunftsweisende Themen wie Klimaschutz und Nachhaltigkeit geht.

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