Techno-ökonomische Bewertung von energieträgerübergreifenden hybriden Energiespeichern

Abstract

Um die Klimaziele erreichen zu können, muss die zukünftige Energieerzeugung zu großen Teilen über erneuerbare Energien bereitgestellt werden. Diese Erzeugungsarten unterliegen Fluktuationen, wodurch der Energiebedarf und die Energieerzeugung nicht synchron sind. Energiespeicher sind eine potenzielle Lösung, um die Erzeugung und den Verbrauch zeitlich zu entkoppeln. Energiespeichertechnologien erweisen sich nicht nur im Kontext des Stromnetzes, sondern auch im Einsatz für Industrieunternehmen als sinnvoll. So kann ein Energiespeicher für diverse Anwendungsfälle in der Industrie genutzt werden. Dabei bietet der Einsatz von Energiespeichern verschiedene Vor- und Nachteile. Die größten Hemmnisse beim Einsatz von Energiespeichertechnologien sind die zu hohe Investition und zu geringen Erlöse. Fokus der Arbeit ist die Bewertung und Auslegung von energieträgerübergreifenden hybriden Energiespeichersystemen für Industrieunternehmen und die damit verbundenen wirtschaftlichen Erlöse, die ein Industrieunternehmen erzielen kann. Das Ergebnis ist ein neues methodisches Vorgehen zur techno-ökonomischen Bewertung von energieträgerübergreifenden hybriden Energiespeichern, der es erlaubt, den Einsatz, die Investition und die Erlöse von Energiespeichersystemen im industriellen Kontext zu optimieren und damit ein zukunftsorientiertes Energiesystem zu betreiben. In dieser Arbeit werden die Anwendungsfälle Netzentgeltreduktion (Peak Shaving und Atypische Netznutzung), Eigenverbrauchsoptimierung, Effizienzsteigerung und Nutzung dynamischer Strompreise näher betrachtet. Dabei wird sich auf die Kombination von elektrochemischen, thermischen, mechanischen und chemischen Energiespeichern zu energieträgerübergreifenden hybriden Energiespeichersystemen fokussiert. Anhand zweier Fallstudie aus der Praxis werden jeweils monoenergetische und hybride Energiespeicherkonfigurationen ausgelegt und bewertet. Dabei zeigt sich, dass die Wirtschaftlichkeit stark von den technischen und ökonomischen Kennwerten der Energiespeichertechnologien und von den eingesetzten Energieträgern abhängig ist.

In order to be able to achieve the climate targets, future energy generation must be provided to a large extent by renewable energies. These types of generation are subject to fluctuations, which means that energy demand and generation are not synchronized. Energy storage is a potential solution to decouple generation and consumption over time. Energy storage technologies are proving useful not only in the context of the power grid, but also in applications for industrial companies. Thus, energy storage can be used for various applications in industry. In this context, the use of energy storage offers various advantages and disadvantages. The biggest obstacles in the use of energy storage technologies are the too high investment costs and too low revenues. The focus of this work is the evaluation and design of cross-energy-carrier hybrid energy storage systems for industrial companies and the associated economic revenues that an industrial company can achieve. The result is a new methodological approach for the technical and economic evaluation of cross-energy hybrid energy storage systems, which allows to optimize the deployment, investment costs and revenues of energy storage systems in an industrial context and thus to operate a future-oriented energy system. In this work, the use cases of grid charge reduction (peak shaving and atypical grid usage), self-consumption optimization, efficiency increase and use of dynamic electricity prices are considered in more detail. The focus is on the combination of electrochemical, thermal, mechanical and chemical energy storage systems into hybrid energy storage systems across energy carriers. Based on two case studies from practice, monoenergetic and hybrid energy storage configurations are designed and evaluated. It is shown that the economic efficiency is strongly dependent on the technical and economic parameters of the energy storage technologies and on the energy carriers used.