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Das VAG-Netz als Speicher für PV-Strom

Das klimaneutrale Freiburger Fußballstadion wird nach Fertigstellung mit Strom aus Photovoltaikanlagen versorgt. Dabei mußten die Planer den stark schwankenden Energiebedarf – hoch an Spieltagen, niedrig in den Wochen dazwischen – in Betracht ziehen. Deshalb wurden beim Stadion zwei PV-Anlagen vorgesehen: eine kleine zur Deckung des Grundbedarfs und eine größere zur Deckung der Spitzenlasten. Kann der Strom nicht vom Stadion genutzt werden, wird er ins Stromnetz eingespeist. Wirtschaftlich ist das oft wenig sinnvoll, denn wenn auch andere Erzeuger erneuerbarer Energien viel Strom einspeisen, z. b. in sonnigen Sommermonaten, erhält der Betreiber nur geringe oder gar keine Erlöse. Daher analysierte eine Machbarkeitsstudie der badenova WärmePlus und des Fraunhofer ISE eine alternative Einspeisung, nämlich ins Straßenbahnnetz der VAG. Das Projektziel war es, herauszufinden, ob daraus eine Gewinnsituation für beide Seiten entstehen kann: Die VAG erhält Strom zu günstigeren Konditionen; die WärmePlus kann den PV-Strom direkt,wirtschaftlich und lokal sinnvoll einsetzen.

Zentraler Bestandteil eines solchen Systems ist ein Batteriespeicher, der flexibel zwischen Angebot und Nachfrage puffern kann. Ebenso könnte das Speichersystem auch die Energieeffizienz der VAG verbessern. Bisher gehen bis zu 950.000 kWh Bremsenergie pro Jahr verloren. Zwar sind die Straßenbahnen der VAG rückspeisefähig, d. h. sie können die beim Bremsen erzeugte Energie ans Straßenbahnnetz abgeben, das funktioniert aber nur, wenn sich gerade eine anfahrende oder beschleunigende Straßenbahn in unmittelbarer Nähe befindet, um die Energie aufzunehmen. Ist dies nicht der Fall, z. b. an Ausläuferstrecken oder Endhaltestellen, wandeln die Straßenbahnen die Bremsenergie in Verlustwärme um. Ein Batteriespeicher könnte diesen überschüssigen Strom aufnehmen.

In einem früheren Innovationsfondsprojekt hatte die VAG bereits einen kleineren Schwungradspeicher an einer Endhaltestelle erprobt. Im jetzigen Projekt wurde von den Experten der WärmePlus und dem Fraunhofer ISE ein komplexeres Speichersystem angedacht, dass sowohl PV-Strom als auch Bremsenergie aufnehmen und gezielt und erlösoptimiert entweder über einen Wechselrichter an das öffentliche Netz oder direkt als Gleichstrom in das Straßenbahnnetz abgibt. Dazu verglichen sie verschiedene auf dem Markt erhältliche Speichermodelle, und analysierten, wie groß ein solcher Speicher ausgelegt sein muss, um sowohl wirtschaftlich wie effizient zu sein.

Mit dem an die lokale Infrastruktur angepassten Konzept zeigte das Projekt neue Wege auf, um Energieversorgung und Energiewende ökologisch und ökonomisch sinnvoll zu gestalten.

Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt:

  • Große Herausforderung bei der Auslegung des Gesamtsystems ist in diesem Fall die sich stark ändernde Energiebezugsleistung beim Anfahren der Straßenbahnen. Darin unterscheidet sich dieser Anwendung eines PV-Batterie-Speichersystems stark von herkömmlichen Einsatzgebieten. Eben dies führt auch dazu, dass sehr anwendungsspezifische Batteriespeichertechnik eingesetzt werden muss, um das Straßenbahnnetz sinnvoll mit PV-Strom zu speisen. Diese ist wiederum oft teuer, da sie bisher nicht im Massenmarkt eingesetzt wird.
  • Die aktuellen energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen erschweren den Ansatz eines multifunktionalen Batteriespeichers, wodurch viele Batteriespeicher mit nur einem Anwendungsfall nicht wirtschaftlich betrieben werden können. Bei weiteren Anwendungsfällen neben der PV-Stromzwischenspeicherung, wäre eine Wirtschaftlichkeit auch in diesem Fall leichter zu erzielen.
  • Für eine bessere Wirtschaftlichkeit ist auf möglichst kurze Kabelstrecken und ein geeigneter Netzanschlusspunkt zu achten, da dadurch die Investitionskosten reduziert werden können. In diesem Fall waren die Kabelwege im Verhältnis zur PV-Leistung wesentlich zu hoch.

Projektdaten

Projektnummer 2017-07
Projektart Forschung und Studien
Projektträger badenova Wärmeplus GmbH & Co. KG
Laufzeit April 2017 bis Dezember 2020
Zuschuss 62.853 €

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Realisierung eines "virtuellen" PV-Kraftwerkprototyps im badenova Stromnetz für die Einsatzplanung von regenerativen Stromgeneratoren und dezentralen KWK-Anlagen
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Virtuelles Kraftwerk

Seit der Gesetzgeber 1998 den Strommarkt liberalisierte, hat sich dieser stark verändert Neben den großen kommerziellen Anbietern speisen, unterstützt von diversen Förderprogrammen und dem erneuerbare Energien-Gesetz, auch immer mehr gewerbliche und private Kleinanlagen ihren aus regenerativen Quellen erzeugten Strom ins Netz ein. Die zahlreichen dezentralen, unregelmäßig produzierenden BHKW, Wind- ,Wasserkraft- oder Solarstromanlagen machen es für die Netzbetreiber zunehmend schwierig, die jeweils verfügbare Strommenge optimal vorherzusagen und zu steuern. Die Folge sind beispielsweise unerwünschte Stromspitzen. Ein Forschungsvorhaben von badenova und dem Freiburger Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme vernetzte deshalb die dezentralen Anlagen im badenova-Netz zu einem ‚virtuellen Kraftwerk’, dass die einzelnen Standorte zu einem effizienterem, besser koordinierten System zusammenfasst. Erstmals erprobten die Wissenschaftler ihre erarbeiteten Konzepte und Algorithmen in einem größeren Verteilnetz, in dem alternative Energiequellen stark vertreten sind. Anhand von Lastverläufen und Wetterprognosen erarbeitete das Team einen Betriebsführungsassistenten für die Leitwarten der Verteilnetzbetreiber wie Badenova. Diese stehen als Schnittstelle zwischen dem Verbraucher und dem dezentral erzeugten Strom. Indem es den Leitwarten hilft, das System effektiver zu steuern, machen sie das Netz stabiler und erlauben es, flexibler auf den Strommarkt zu reagieren. Mehr Informationen im Abschlussbericht und auf der Homepage des Fraunhofer ISE .

Umsetzung eines verkehrsträgerübergreifenden Buchungssystems in Freiburg
Freiburg

Eine flexible Mobilitätsplattform für Freiburg

Ein Fünftel der deutschen CO2-Emissionen entstehen immer noch durch den Verkehr. In ländlichen Regionen, wo mehr Menschen ein Auto besitzen, liegt der Anteil sogar bei bis zu 40 Prozent. Um diese Werte zu senken haben Städte und Gemeinden in den vergangenen Jahren darauf gesetzt, den öffentlichen Nahverkehr auch im ländlichen Raum zu verbessern und ihn mit nachhaltigeren Optionen wie Elektroautos, Carsharing oder Leihrädern zu kombinieren. Das Projekt der VAG Freiburg in Kooperation mit der Stadt Freiburg und badenova zielte darauf ab eine Verknüpfung der Verkehrsträger des Umweltverbundes zu schaffen, so dass die Nutzer auch ohne eigenes Auto flexibel unterwegs sein können. Ausgehend von einer von der Stadt Freiburg in 2013 beauftragten Konzeptstudie sollte mit dem Projekt die Umsetzung zur besseren Verknüpfung ausgewählter Verkehrsträger des Umweltverbundes durchgeführt werden. Zu den Verkehrsträgern des Umweltverbundes zählen der öffentliche Nahverkehr, Fuß- und Radverkehr, aber auch Carsharing und Taxi. Die Umsetzung sollte zum einen durch ein gemeinsames Produkt erfolgen. Zum anderen aber auch sowohl eine integrierte Buchung als auch eine integrierte Abrechnung für die Kundinnen und Kunden ermöglichen. Hierzu sollte eine technische Lösung in Form der Entwicklung einer Plattform im Fokus stehen. Die Schaffung einer technischen Plattform würde auch die Ausweitung auf die Region ermöglichen. In diesem Projekt wurde die Umsetzung der neuen Angebote zunächst für zwei bis drei ausgewählte Kundengruppen zum Test angestrebt. Das Projekt konnte leider nicht im geplanten Rahmen verwirklicht werden und wurde deshalb zurückgezogen.

Pflanzenkohle als Maßnahme gegen Nitratauswaschung im Weinbau
Merzhausen

Pflanzenkohle im Weinbau

In der Landwirtschaft werden häufig stickstoffhaltige Dünger eingesetzt. Außerdem wird durch Bodenbearbeitungsmaßnahmen die Freisetzung von Stickstoff aus dem Boden, insbesondere aus dem Humus, gefördert. Je nach Bodenbeschaffenheit und Wetter wird dabei Nitrat in tiefere Bodenschichten und damit ins Grundwasser verlagert. Auch wenn Landwirte heutzutage wesentlich sparsamer und verantwortungsvoller mit Dünger umgehen, bleiben erhöhte Nitratwerte im Grundwasser ein Problem für die Wasserversorger. Badenova unterstützte schon mehrere Projekte, um die Nitratbelastung des Grundwassers zu reduzieren. In diesem Projekt wurde untersucht, ob sich Pflanzenkohle dazu eignet, Nitrat im Boden zu binden, so dass es verstärkt in den oberen Bodenschichten verbleibt und dennoch gut für die Pflanze verfügbar ist. Das Projektteam des Büros für Nachhaltigkeits-Projekte und des Staatlichen Weinbauinstituts Freiburg nutzt hierfür Pflanzenkohle-Kompost, der für den Öko-Anbau geeignet ist. Der Spezialkompost stammte aus einer vorherigen Kooperation zwischen Dr. C. Holweg und dem ROM-Kompostwerk. Für die Verkohlung selbst wurde das BiGchar-Verfahren aus Australien verwendet, das sich bereits in einem vorherigen Innovationsfondsprojekt bewährte. Als Material zur Herstellung der Kohle diente ausschließlich Landschaftspflegeholz und Gehölz aus Naturschutz- oder Rebflächen. Pflanzenkohle entsteht, wenn Biomasse – d.h. Holz oder andere pflanzliche Ausgangsstoffe – verkohlt wird. Das Herstellungsprinzip auf Grundlage von Hitzezufuhr und Sauerstoffentzug entspricht ganz dem von Holzkohle. In den vergangenen Jahren wurden die nützlichen aber auch die begrenzenden Eigenschaften verschiedener Pflanzenkohlen untersucht. Die gute Wasser- und Nährstoffbindekapazität der Pflanzenkohle führen zu Vorteilen für den Boden. Auch das Argument der Kohlenstoffsenke wird häufig genannt, da Pflanzenkohle durch ihre sehr lange Haltbarkeit CO2 lange gebunden hält. Wie genau sich Pflanzenkohle auf den Nitrathaushalt des Bodens und der Pflanzen in Rebenjunganlagen auswirkt, war zu Projektbeginn noch unbekannt. Das Projekt erforschte dies exemplarisch für den Weinbau, einer für Südbaden typischen landwirtschaftlichen Kultur. Auf Flächen der Wein- und Sektgüter Norbert Helde in Sasbach-Jechtingen, sowie Andreas Dilger in Freiburg St. Georgen und Heinrich Gretzmeier in Merdingen erprobte das Projektteam über drei Jahre hinweg verschiedene Versuchsanordnungen, maß regelmäßig die Nitratgehalte in verschiedenen Bodentiefen und verfolgte die Effekte auf Pflanzenwachstum und Bodenqualität. Besonders interessant war es herauszufinden, ob es mögliche Synergieeffekte zwischen Pflanzenkohle und Kompost gibt, wenn beide gemeinsam ausgebracht werden, denn die Pflanzenkohle speichert sowohl die im Kompost enthaltenen als auch die im Boden frei werdenden Nährstoffe und macht sie für die Wurzeln der Rebe verfügbar. Gleichzeitig ist so weniger Pflanzenkohle nötig. Ab April 2017 kam eine Fläche in Heitersheim (Julian Zotz) hinzu, auf der pure Pflanzenkohle zum Vergleich diente. Im Weinbau ist das Risiko, dass Nitrat ins Grundwasser ausgewaschen wird, in den Jahren und Jahrzehnten der Ertragsanlage bei der heutzutage üblichen Bewirtschaftung zwar gering, aber vor allem nach der Rodung alter Anlagen und im Pflanzjahr deutlich erhöht. Durch das Einbringen eines Pflanzenkohle-Substrates kurz vor oder während der Pflanzung von Reben kann eventuell der mögliche Nitrataustrag in das Grundwasser reduziert oder unterbunden werden. Um die Kosten für die Winzer gering zu halten, wurden die Substrate nur entlang der Rebzeilen, Gassen oder direkt ins Pflanzloch eingebracht. Als nitratbindender Stoff, der bei richtiger Anwendung der pflanzlichen Aufnahme nicht entgegensteht, bietet Pflanzenkohle einen Weg für einen nachhaltigeren Wein- und sonstigen Pflanzenbau, effizienteren Einsatz von Düngemitteln und reineres Grundwasser. Fachveranstaltungen und Begehungen auf den Versuchsflächen informierten über Fortschritte und Ergebnisse. Die drei wesentlichen Erkenntnisse aus dem Projekt sind: Im 1. Jahr der Rebenneuanlage bewirkte Pflanzenkohle eine N-Retention über die Wintermonate (im Kaiserstuhl, Jechtingen, bei einem Hektaraufwand von 7,2 t). Das Auswaschungspotenzial von Nitrat in das Grundwasser ist damit geringer. Die Wirkung dauerte in den Folgejahren an. Im 2. Standjahr wurden höhere Gehalte an N-Verbindungen im Most gemessen, die für die alkoholische Gärung und die Weinqualität wichtig sind. Dass hierfür schon eine Pflanzenkohlemenge von 7,2 t/ha ausreicht, die nur bei Rebzeilen nötig ist, bedeutet ökonomische Vorteile. Bei hoher Pflanzenkohledosis waren die Bodenwassergehalte deutlich erhöht. Gemahlen nimmt Pflanzenkohle mehr Wasser auf als ungemahlen. Die Vorbehandlung mit Grünschnitt-Kompost und eine tiefe Einarbeitung in den Boden (z.B. per Spatenmaschine) verbessert die Effektivität der Pflanzenkohleanwendung. Wie Rebstockkohle direkt im Feld durch einfachste Methoden zu Pflanzenkohle umgesetzt und dem Boden rückgeführt werden kann, zeigt ein erster Praxistest vom Februar 2019 bei Freiburg. Die Idee ist, den Aufwand über eine CO2-Kompensation zu tragen. Den Artikel dazu aus der DER WINZER 06/2019 finden Sie unter Downloads.