Modellierung und Simulation von Batteriespeichern im multimodalen Betrieb

Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht den Anwendungsfall eines Batteriespeichersystems im multimodalen Betrieb. Die Systemdienstleistungen zur Vorhaltung bzw. Bereitstellung von Primärregelleistung zur Frequenzhaltung im Verbundnetz und die gleichzeitige Erbringung von Blindleistung für die statische Spannungshaltung sind Aufgabe des Batteriespeichersystems. Die Kriterien für speicherbegrenzte technische Einheiten zur Teilnahme an den Regelenergie-Ausschreibungen sind eindeutig definiert. Ein wirtschaftlicher Betrieb von Batteriespeichern zur Erbringung von Primärregelleistung ist aufgrund der hohen Investitionskosten herausfordernd. Durch den in Zukunft verstärkten Ausbau von Batteriespeichersystemen wird es noch schwieriger, Erträge mit der Erbringung von Primärregelleistung zu erzielen. Daher ist ein multimodaler Betrieb des Speichers ein für das Energienetz vorteilhaftes Konzept. Zugleich ist es auch ein wirtschaftlich nützliches Verhalten. Im Folgenden wird der Batteriespeicher zur Vorhaltung bzw. Bereitstellung von Primärregelleistung analysiert. Das erforderliche Lademanagement gemäß den Kriterien für speicherbegrenzte Einheiten wird im System implementiert. Der Einfluss verschiedener Speicherverhältnisse, die Aktivierung von Freiheitsgraden zur Unterstützung des Lademanagements und die Variation des Sollzustandes des Batterieladestatus im Hinblick auf den Energieaufwand des Lademanagements wird untersucht. Zusätzlich wird der multimodale Betrieb zur Vorhaltung bzw. Bereitstellung von Primärregelleistung und die Erbringung von Blindleistung überprüft. Eine Logik zur Beschränkung der Leistungen im Falle einer Überschreitung der maximalen Scheinleistung des Umrichters wird im System integriert. Die Ergebnisse zeigen, dass ein multimodaler Betrieb eines Batteriespeichersystems grundsätzlich möglich ist. Der Einsatz von Freiheitsgraden und Kombination daraus senkt den Energieaufwand des Lademanagements. Die Variation des Sollzustandes des Batterieladestatus können in Abhängigkeit von den Frequenzdaten ebenfalls den Energieaufwand des Lademanagements reduzieren. Durch den produktiven Einsatz dieser frei wählbaren Variablen können Kosten eingespart werden. Überdies ist beobachtbar, dass bei der Dimensionierung des Batteriespeichers ein niedrigeres Speicherverhältnis sinnvoll ist. Das bedeutet eine kleine nutzbare Speicherkapazität in Relation zu einer großen präqualifizierten Primärregelleistung. Mit den gegebenen Eingangsdaten kann zusätzlich zur Primärregelleistung gleichzeitig die Blindleistung ohne Einschränkungen bereitgestellt werden.

The present diploma thesis studies the application of a battery storage system in a multimodal operation. European transmission system services such as frequency containment reserve for the stabilization of the grid frequency and the provision of reactive power due to static change of voltage are implemented in the battery storage system. Both services are executed simultaneously. Units with limited capacity have to comply with certain clearly defined criteria to participate on the market for regulation services. Due to high investment costs for battery storage systems an economic operation only for frequency containment reserve is challenging. The increasing expansion of battery storage systems will make it even more difficult to create revenues in the future. Therefore, a multimodal operation is an economically useful concept. It also has many advantages for the power transmission grid. The operation of a battery storage system for frequency containment reserve will be analysed below. A SoC-Management which is to fulfill the criteria is integrated in the system. The influence of different storage ratio, the variance of supporting the SoC-Management and the variation of target SoC on the energy expenditure of the SoC-Managent are examined. In addition, the multimodal operation for frequency containment reserve and the provision of reactive power are studied. In case of exceeding the maximum apparent power of the inverter the active or reactive power is reduced. A multimodal operation with a battery storage system is in principle possible as shown in the results of the simulations. The activation of variance and combinations therefore reduce the energy expenditure of the SoC-Management. The variation of target SoC can reduce the energy effort of the SoC-Management depending on the frequency data used. Energy and by that costs can be reduced through the productive use of these freely selectable variables. The investigation shows, that a smaller storage ratio for the battery storage system is reasonable; that means a small usable storage capacity in relation to a large power. Frequency containment reserve and at the same time the provision of reactive power can be provided without restrictions from the battery storage system.