Bachelorarbeit: Optimale Integration eines Batteriespeichers im Niederspannungsnetz von Stadtwerk Winterthur

Stromkosten sparen dank Batteriespeicher

Wird innert kurzer Zeit eine hohe Stromleistung benötigt, entsteht eine Lastspitze. Sara Engeler und Claudia Morf haben in ihrer Bachelorarbeit im Studiengang Energie- und Umwelttechnik untersucht, wie zwei Industrieunternehmen mit einem gemeinsamen Batteriespeicher die Lastspitzen ihres Strombedarfs brechen könnten.

Sara Engeler (links) und Claudia Morf haben im Rahmen ihrer Bachelorarbeit einen Batteriespeicher ins Netz von Stadtwerk Winterthur integriert.

Nicht nur der Verbrauch, sondern auch die Leistung wird bei der Stromrechnung berücksichtigt. Für zwei Industriebetriebe in Winterthur, die hohe Lastspitzen aufweisen, macht sich das deutlich bemerkbar: Mit durchschnittlich 196’600 Franken pro Jahr machen die Lastspitzen rund die Hälfte der Stromkosten aus. Könnten die Lastspitzen gebrochen werden, hätte das grosse Einsparungen zur Folge. Für den Auftraggeber Stadtwerk Winterthur untersuchten Sara Engeler und Claudia Morf, Absolventinnen des Studiengangs Energie- und Umwelttechnik, wie dies mit einem gemeinsamen Batteriespeicher erreicht werden könnte. Dabei bauten sie auf eine Projektarbeit auf, die sich zuvor bereits mit der Dimensionierung der Batterie auseinandergesetzt hatte. In der anschliessenden Bachelorarbeit lag der Fokus auf der Netzintegration und Optimierung der Batterie sowie Berechnungen dazu, wie wirtschaftlich ein solcher Speicher wäre.

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«Unsere Bachelorarbeit dient Stadtwerk Winterthur als Vorlage für künftige Projekte mit ähnlicher Ausgangslage.»

Sara Engeler

Mittel- und Niederspannung zusammenführen

Die Absolventinnen mussten dabei verschiedene Schwierigkeiten meistern, wie Sara Engeler erklärt: «Obwohl es sich um benachbarte Firmen handelt, sind sie nicht am gleichen Stammkabel angeschlossen. Zudem liegen die Anschlüsse beider Betriebe auf verschiedenen Netzebenen – Mittel- beziehungsweise Niederspannung. Wir mussten also eine Lösung finden, wie beides zusammengeführt werden kann.» Bei einer Umwandlung von Mittel- auf Niederspannung wäre der mögliche Spannungsabfall zu hoch gewesen, weshalb sich die Absolventinnen für eine Zusammenführung auf Mittelspannungsebene entschieden. «Allerdings verlangen die rechtlichen Rahmenbedingungen in diesem Fall, dass nicht nur Strom bezogen, sondern auch Strom ins Netz eingespeist wird. Deshalb haben wir uns entschieden, den Batteriespeicher um eine Photovoltaikanlage zu ergänzen», sagt Claudia Morf.

Prognosen und Lastverschiebung

Um die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprojekts zu erhöhen, mussten die Absolventinnen die Batterie weiter optimieren. «Wir haben die Batterie gemäss den Lastprofilen der vergangenen drei Jahre ausgelegt. Zusätzlich haben wir Lastprognosen und Erzeugungsprognosen beigezogen und Möglichkeiten zur Lastverschiebung identifiziert. Das heisst: Aufgrund vergangener Daten versuchten wir vorauszusagen, wann wir die Batterie laden und wann wir sie entladen, um die Spitzen weiter zu reduzieren», erklärt Sara Engeler. Weil die Lastspitzen der beiden Unternehmen nicht mit den städtischen Lastspitzen jeweils zur Mittagszeit zusammenfallen, könnte Stadtwerk Winterthur die Batterie mitbenutzen. Weiter könnte die Batterie mit einer Leistungs- und Kapazitätserhöhung für Primärregelenergie eingesetzt werden. Claudia Morf fasst zusammen: «Mit diesem zusätzlichen Nutzen wäre das Gesamtprojekt bei gleichbleibenden Bedingungen und einem Zinssatz von fünf Prozent nach 16 Jahren amortisiert.»

Die Grafik zeigt anhand einer typischen Woche im Mai, wie die Lastspitzen (blau) durch Einsatz von Batterie, Prognose und Lastverschiebung reduziert werden können (orange).

Vorlage für künftige Projekte

Die Absolventinnen geben allerdings zu bedenken, dass die Aufgaben, welche die Batterie dann effektiv übernehmen würde, im Vorfeld bekannt sein müssen – nur so könne die richtige Batterietechnologie ausgewählt werden. «Denn nicht jeder Batterietyp eignet sich für jede Aufgabe gleich gut», erklärt Claudia Morf. Allerdings bestehen derzeit keine konkreten Pläne, den Batteriespeicher für die beiden Industrieunternehmen tatsächlich umzusetzen, wie Sara Engeler sagt: «Unsere Bachelorarbeit dient Stadtwerk Winterthur eher als Vorlage für künftige Projekte mit ähnlicher Ausgangslage.»

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