Redox-Flow-Batterie im Praxistest - Stadtwerke Trier betreiben Anlage in einem Parkhaus im Stadtzentrum
Im Trierer City-Parkhaus betreiben die Stadtwerke Trier seit 2012 eine Redox-Flow-Batterie, um überschüssigen Solarstrom vom Gebäudedach u.a. für zwei Elektrotankstellen im Eingangsbereich zu speichern. Begleitet von einem Forschungsprojekt liegen nun erste Betriebsergebnisse vor.
Im Rahmen des Bundesforschungsprojektes „econnect Germany“ übernahm Falko Willmes die Projektleitung im Teilprojekt „econnect Trier“. Willmes ist seit 1993 für den SWT-Konzern tätig und seit 2003 Leiter der Abteilung Fernwirk- und Leittechnik. Bild: Falko Willmes/Stadtwerke Trier (SWT) Gruppe
Die Redox-Flow-Batterie der Stadtwerke Trier SWT steht direkt am Eingangsbereich des City-Parkhauses und versorgt mittels PV-Strom zwei Ladesäulen für Elektroautos. Bilder: Stadtwerke Trier (SWT) Gruppe
Das Diagramm stellt für Samstag, den 30. April 2016, die Strombilanz des City-Parkhauses in Trier dar. Der Gesamtverbrauch (rote Kurve) wurde in der Nacht durch Netzbezug gedeckt (dunkelblaue Kurve). Dieser reduzierte sich, je mehr die Solarflächen PV-Erzeugung lieferten (gelb und hellblau). Mit den PV-Überschüssen wurde die Batterie geladen (grüne Kurve), während sie bei mittäglichen Wolken sowie am späten Nachmittag durch den Bedarf der Ladestationen wieder entladen wurde. Das Laden der Batterie nach Sonnenuntergang erfolgte teils aus Netzbezug. Bild: Stadtwerke Trier (SWT) Gruppe
Die Stromversorgung des City-Parkhauses in Trier erfolgt über Photovoltaikanlagen (200 kWp), den Netzbezug sowie über die in der Redox-Flow-Batterie gespeicherten PV-Überschüsse. Unter den Verbrauch fallen neben der Beleuchtung auch zwei Ladesäulen für Elektromobile. Die Steuerung der Batterie erfolgt nach Wetterprognosen, aktuellen Strompreisen sowie anderen Steuerungseinflüssen. Bild: Stadtwerke Trier (SWT) Gruppe.
Die Stadtwerke Trier haben im Rahmen des Projekts econnect das „Parkhaus der Zukunft“ aufgebaut. „Dabei sollte Elektromobilität ganzheitlich dargestellt werden. Deshalb wurden auf dem Dach des Parkhauses PV-Module installiert, im Erdgeschoss der Batteriespeicher eingerichtet und die Ladestationen bereitgestellt“, berichtet Projektleiter Falko Willmes von den Stadtwerken Trier.
Batterie mit 100 kWh Kapazität
Die Batterie des Bielefelder Herstellers Gildemeister, Typ „Cellcube FB 10-100“ hat eine Kapazität von 100 kWh und Anschlüsse mit 10 kW Dauerleistung (15 kWp). Das etwa 11 t schwere Containermodul misst 4500 x 2200 x 2403 mm. Durch ein intelligentes Temperaturmanagement wird die Innentemperatur zwischen 20°C und 30°C gehalten.
Auf der Vanadium-Redox-Flow-Technologie ruhen große Erwartungen, ermöglicht sie doch unbegrenzte Be- und Entladevorgänge ohne Degradation und sie ist in der Regel wartungsarm. Die flüssigen Energieträger werden dabei in zwei externen Tanks gespeichert und durch elektrochemische Zellen gepumpt. Durch unterschiedliche Oxidationsstufen der Vanadiumelektrolyte können Elektronen durch eine Membran ausgetauscht werden. Abhängig von der anliegenden Spannung werden somit die Energieträger elektrochemisch aufgeladen bzw. entladen.
Projektleiter Willmes berichtet, diese Batterieart biete die Möglichkeit der modularen Skalierbarkeit, eine redundante Überwachung der Anlage durch Hersteller und ein Stadtwerke-eigenes Leitsystem durch eine standardisierte Schnittstelle. Im Vorfeld habe man alternativ auch die Lithium-Ionen-Technologie und Hochtemperatur-Batterien geprüft und kam zum Schluss: „Die Entscheidung für die Redox-Flow-Batterie fiel auf Basis ihrer Vorteile und weil im Rahmen des Forschungsprojektes auch Praxiserfahrung mit neuen Technologien gesammelt werden sollte.“
Strom vom Dach für Elektroautos
Den Strom für die Batterie liefert die hauseigene PV-Anlage mit 200 kWp Leistung. Sie ist Ost-West-ausgerichtet, besteht aus 118 polykristallinen Modulen auf 1300 m² Fläche und ermöglicht eine Jahresproduktion von 189 MWh (2015). Die Ladestationen des Herstellers Mennekes haben vier Ladepunkte mit wahlweise Schuko- oder Typ-2-Stecker. Die Ladeleistung beträgt maximal 22 kW pro Ladepunkt. Die öffentlich zugängliche Stromtankstelle wird nach Angaben von Falko Willmes gut angenommen: „Der Absatz betrug im vergangenen Jahr 6900 kWh bei 1120 Ladevorgängen.“
Energieverbund als Motivation
Die Stadtwerke Trier vertreten die Ansicht, dass Elektromobilität nur dann Sinn macht, wenn der Strom dazu auch regenerativ erzeugt wird. „Die Batterie wurde daher als zusätzlicher Baustein in den Energieverbund der Stadtwerke integriert, um Angebote aus vor allem Solar- und Windstrom und Nachfrage, hier der Elektroladestationen, in Echtzeit regional auszuregeln.“
Die Speicherbatterie wurde mittels einer selbst entwickelten Software in das Leitsystem der Stadtwerke eingebunden. Hilfreich sei dabei die standardisierte Datenschnittstelle der Redox-Flow-Batterie gewesen, die eine einfache Kommunikationsanbindung der Batterie mit den anderen Bausteinen des Energiesystems im Parkhaus ermöglichte. Die Software könne zukünftig auch auf andere Verbraucher wie Wärmepumpen, aber auch Erzeuger und Speichertechnologien erweitert und angewendet werden.
Betriebserfahrungen
Seit Inbetriebnahme im September 2012 habe die Batterie die Erwartungen erfüllt, berichtet Projektleiter Willmes. Dazu zählten vor allem die schnellen Reaktionszeiten beim Ein- und Ausspeichern im Energieverbund des Parkhauses. Im Laufe des Projekts habe sich aber auch herausgestellt, dass oft nur ca. 80% der Ladekapazität genutzt werden können. Allein physikalisch könne die Batterie nur bis zu ca. 90% aufgeladen werden. „Beim Entladen muss eine Restkapazität von ca. 10% vorgehalten werden, um einen störungsfreien Betrieb sicherzustellen.“
Die ersten Betriebsjahre haben zudem gezeigt, dass der Solarstrom vom Parkhausdach im Sommer ausreicht, um die Batterie und somit Ladestationen und Parkhaus zu versorgen. Im Winter wurde die Batterie zusätzlich mit regionaler Windkraft gespeist. „Dies wurde durch das Stadtwerke-eigene Verbundleitsystem geregelt“, so Willmes, und kommt zum Schluss: „Das Forschungsprojekt hat bestätigt, dass eine sinnvolle Nutzung der Batterie im Jahresverlauf nur im regionalen Energieverbund sichergestellt werden kann.“
Wirtschaftlichkeit und Marketing
Über die Kosten des Batteriespeichers geben die Stadtwerke Trier „aus betrieblichen Gründen“ keine Auskunft. Soweit sei aber klar: „Ein wirtschaftlicher Betrieb ist auf Basis der aktuellen Markt- und politischen Rahmenbedingungen aber nicht möglich.“ Bislang sind Redox-Flow-Batterien zwar noch teuer, doch dies könnte sich in Zukunft ändern. Kosten von mehr als 500 Euro/kWh waren in den vergangenen Jahren nicht unüblich. Einflussfaktoren auf den Preis sind unter anderem die gewünschte Leistung und Energiebereitstellungsdauer, aber auch Aufwand für Installation und Netzanbindung.
Aus Trier ist zu erfahren, die primäre Grundidee im Rahmen des Forschungsprojekts sei gewesen, erst einmal die technischen Voraussetzungen zu schaffen, um die Versorgung der Ladestationen mit regionalen Erneuerbaren Energien sicherzustellen. „Und das hat funktioniert.“ Hinzu kommt der Marketingnutzen: Die Batterie steht unmittelbar hinter der Einfahrt zum Parkhaus. Ein Schaubild erklärt den ganzheitlichen regionalen Ansatz des Projektes. Willmes ist überzeugt: „Die Reaktionen der Nutzer sind gefühlt durchweg positiv, auch wenn wir dies empirisch nicht belegen können.“
Autor: Martin Frey
