Techno-ökonomische Auslegung von Stromspeichern für Fabriken

Abstract

Für Industrieunternehmen gewinnt der Einsatz von Stromspeichern zunehmend an Bedeutung, da die Kosten für eine sichere und qualitativ hochwertige Energieversorgung kontinuierlich steigen. Insbesondere durch die volatile Erzeugung erneuerbarer Energien und daraus resultierenden schwankenden Strompreisen ergibt sich ein wirtschaftliches Potenzial für die Integration von Stromspeichern. Die vorliegende Arbeit beantwortet aus diesem Grund die Frage, wie Stromspeicher für Fabriken techno-ökonomisch ausgelegt werden können. Ziel ist es, einen Stromspeicher sowohl für die Einsatzoption Netzentgeltreduktion durch Spitzenlastreduktion und atypische Netznutzung als auch für multifunktionale Einsatzoptionen auszulegen und über die Lebensdauer ökonomisch zu bewerten. Durch die multifunktionalen Einsatzoptionen werden mehrere Einsatzoptionen mit einem Stromspeicher bedient, um die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen. In dieser Arbeit werden die Einsatzoptionen Netzentgeltreduktion, Eigenverbrauchsoptimierung und Arbitrage-Handel in unterschiedlichen Möglichkeiten kombiniert. Hierzu werden die Stromspeichertechnologien Blei-Batterie, Natrium-Batterie, Lithium-Batterie und Redox-Flow-Batterie untersucht. Der Fokus der Arbeit liegt auf dem elektrischen Energieversorgungssystem der Fabrik inklusive erneuerbarer Energien. Die Ergebnisse zeigen jeweils eine Konfiguration für die Blei-Batterie, die Natrium-Batterie, die Lithium-Batterie und die Redox-Flow-Batterie sowie einen Fahrplan des jeweiligen Stromspeichers. Im Rahmen von zwei untersuchten Fallbeispielen aus der Praxis konnte für beide jeweils ein wirtschaftlicher Stromspeicher ausgelegt werden. Es zeigte sich, dass die Investition in einen Stromspeicher zur Netzentgeltreduktion für Unternehmen wirtschaftlich sein und die Energiekosten langfristig und dauerhaft reduziert werden können.

For industrial companies the use of electric storages is becoming increasingly important, as the costs for a safe and high-quality energy supply are rising continuously. Especially the volatile generation of renewable energies and the resulting fluctuating electricity prices offer an economic potential for the integration of electric storages. Therefore, this thesis answers the question how electric storage systems for factories can be sized in a techno-economic way. The aim is to size the electric storage both for the application grid charge reduction by peak load reduction and atypical grid usage and for multifunctional applications and to evaluate it economically over its lifetime. Through the multifunctional applications, several applications are served with one electric storage in order to increase the economic efficiency. In this work, the applications of grid charge reduction, self-consumption optimization and arbitrage trading are combined in different possible opportunities. For this purpose, the electric storage technologies lead battery, sodium battery, lithium battery and redox flow battery are analysed. The focus of the work is on the electrical energy supply system of the factory, including renewable energies. The results show a configuration for the lead battery, the sodium battery, the lithium battery and the redox-flow battery as well as a schedule of the respective electric storage. Within the scope of two examined case studies from practice, an economic electric storage could be sized for each of them. It was shown that an investment in an electricity storage to reduce the grid charge for industrial companies is economical and cann reduce the energy costs in the long term and permanent.