Integration von Energiespeichern

Die künftige Integration von Energiespeichern in das Stromnetz wird zunehmend wichtiger und ist Gegenstand dieses Beitrags. Ein neuer Hinweis des VDE FNN richtet sich an Netzbetreiber, Anlagenerrichter und Anlagenbetreiber sowie Hersteller von Erzeugungsanlagen, Energiemanagementsystemen und Speichern.

Der im Folgenden beschriebene VDE-FNN-Hinweis trägt die vollständige Bezeichnung: »Anschluss und Betrieb von Speichern am Niederspannungsnetz – Praxisnahe Definition verschiedener Anschlussvarianten«. Er dient der technischen Umsetzung des Anschlusses und Betriebs von Speichern am Niederspannungsnetz. Er gilt für Planung, Errichtung, Betrieb und Änderung von Speichern, die an das Niederspannungsnetz angeschlossen und parallel am Netzanschlusspunkt eines Netzbetreibers betrieben werden.

Dezentralität führt zu neuer Denkweise in Verteilnetzen

Grundsätzlich sind für den Anschluss und den Betrieb von Speichern die bekannten technischen Regeln (z. B. VDE-AR-N 4100, VDE-AR-N 4105, TAB) einzuhalten. Die Komplexität der Thematik und die Zunahme des Einsatzes von Speichern erfordern erläuternde Hinweise und praxisnahe Beispiele, die hier zu finden sind.

Diese VDE-FNN-Anwendungsregel bezieht sich auf Speicher, die ausschließlich wieder elektrische Energie abgeben. Um mit dem VDE-FNN-Hinweis arbeiten zu können, ist die Kenntnis spezieller Begriffe notwendig, womit dieser VDE-FNN-Hinweis im Abschnitt 3 auch zunächst beginnt.

Technische Anforderungen

Im Abschnitt 4 geht es dann weiter mit den technischen Anforderungen. Jeder Betreiber eines elektrischen Speichersystems ist verpflichtet, dieses System vor der Inbetriebnahme beim zuständigen Netzbetreiber anzumelden. Diese Anmeldung muss gemäß den Vorschriften der VDE-AR-N 4100 durchgeführt werden. Darüber hinaus ist eine Registrierung im Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur notwendig, um eine transparente Übersicht über alle aktiven Speichersysteme im deutschen Stromnetz zu gewährleisten.

Betriebsmodi und Spezifikationen

Speichersysteme müssen in der Lage sein, unterschiedliche Betriebsmodi zu unterstützen. Diese umfassen den Energiebezug aus dem öffentlichen Netz oder einer Erzeugungsanlage, die Energielieferung ins Netz und den Inselbetrieb, welcher den autarken Betrieb des Speichers ermöglicht. Für jeden dieser Modi gelten spezifische Anforderungen hinsichtlich der technischen Umsetzung und der Netzintegration. Wichtig ist hierbei, dass für den Inselbetrieb und die Netzintegration unterschiedliche technische Vorschriften (u. a. VDE-AR-N 4100, VDE-AR-N 4105 und VDE-AR-E 2510-2) beachtet werden müssen.

Anschluss und Betrieb am NS-Netz

Für den Betrieb von Speichersystemen am Niederspannungsnetz müssen bestimmte technische Anforderungen und Vorschriften beachtet werden. Die Technischen Anschlussbedingungen (TAB) des Netzbetreibers sowie die Normen VDE-AR-N 4100 und VDE-AR-N 4105 definieren diese Kriterien detailliert. Hierzu gehört, dass die durch den Netzbetreiber genehmigte maximale Anschlusswirkleistung am Netzanschlusspunkt nicht überschritten werden darf. Des Weiteren ist die Wiedereinspeisung von aus dem Netz bezogener und anschließend gespeicherter elektrischer Energie gemäß gesetzlicher Vergütungsregelungen – z. B. EEG oder KWKG – nicht gestattet.

Speichersysteme müssen als symmetrische dreiphasige Drehstrom-Einheiten konzipiert und betrieben werden, wobei einphasige Anschlüsse bis zu einer Grenze von 4,6 kVA zugelassen sind. Die Anforderungen an die Blindleistung und die symmetrische Einspeisung sind spezifiziert, einschließlich einer dynamischen Netzstützung und der Wirkleistungsbegrenzung, basierend auf messwertgesteuerter oder fest eingestellter Leistung der Systemkomponenten.

Im Kontext der Netz- und Anlagenschutzmaßnahmen (NA-Schutz) ist die Leistungssumme aus Speicher und Erzeugungsanlage bei gleichzeitiger Einspeisung relevant, wobei Anlagen über 30 kVA eines zentralen NA-Schutzes bedürfen. Der korrekte Nachweis der Einhaltung aller technischen Anforderungen erfolgt nach Abschnitt 9 der VDE-AR-N 4105 und DIN VDE V 0124-100, inklusive einer Konformitätserklärung für den Energieflussrichtungssensor (EnFluRi-Sensor) und der Dokumentation des Funktionsnachweises durch einen Elektrofachbetrieb.Des Weiteren sind bei der Planung, Errichtung und Betrieb von Speichern am NS-Netz folgende Aspekte zu beachten:

• Nulleinspeiser
• Energiemanagementsysteme (EMS)
• Integration der Elektromobilität
• Mehrfachnutzung von Speichern.

Anschluss- und Bedienkonzepte

Abschnitt 5 des VDE-FNN-Hinweises bietet eine umfassende Übersicht über Anschluss-, Betriebs- und Messkonzepte für Speichersysteme. Die Ausführung der Konzepte muss in enger Abstimmung mit dem zuständigen Netzbetreiber erfolgen. Dabei sind auch die gesetzlichen Rahmenbedingungen sowie Festlegungen relevanter Regulierungsbehörden zu beachten. Insgesamt bietet Abschnitt 5 wertvolle und dataillierte Leitlinien für die Planung und Implementierung von Speicher- und Erzeugungssystemen im Einklang mit aktuellen technischen und gesetzlichen Anforderungen. Im Folgenden dazu eine kurze Zusammenfassung.

Spezielle Symbolik

Die Darstellung verwendet spezifische Symbole, um verschiedene Komponenten wie Zähler, Sensoren, Erzeugungsanlagen und Speichersysteme zu kennzeichnen (Bild 1). Besondere Beachtung finden dabei die Unterscheidungen zwischen abrechnungsrelevanten und nicht abrechnungsrelevanten Messungen sowie zwischen AC- und DC-Kopplung von Speicher- und Erzeugungsanlagen.

Intelligente Messsysteme und Energiemanagement

Als wichtige Komponente gewinnen Erzeugungszähler an Bedeutung. Sie sind insbesondere für den vergüteten Eigenverbrauch bei PV-Anlagen, im Marktintegrationsmodell und für den Mieterstromzuschlag erforderlich. Zusätzlich sind Erzeugungszähler für KWK-Anlagen vorgesehen, die den KWK-Zuschlag erhalten.

Intelligente Messsysteme werden vorgeschrieben, wenn die installierte Erzeugungsleistung 7 kW oder der Jahresenergiebezug im Dreijahresmittel 6000 kWh überschreitet. Sie sind auch erforderlich, wenn steuerbare Verbrauchseinrichtungen installiert sind.

Ein Energiemanagementsystem (EMS) ist ein zentraler oder verteilter Automatisierungsmechanismus innerhalb der Kundenanlage, der den Energie- und Leistungsfluss anhand einer Betriebsstrategie steuert. Es berücksichtigt unter anderem Erzeugungsleistung, Nutzungsverhalten und Lastverlauf.

Das EMS spielt eine Schlüsselrolle bei der Einhaltung von Netzanschlussbedingungen und bei der effizienten Nutzung lokaler Erzeugungs- und Speicheranlagen.

Anschluss- und Betriebskonzepte

Verschiedene Anschluss- und Betriebskonzepte werden erläutert, darunter:

• Überschusseinspeisungskonzepte für Speicher ohne Netzlieferung.
• Nulleinspeisungskonzepte zur Vermeidung jeder Netzrückspeisung.
• Das Mieterstrommodell, das die Nutzung selbst erzeugten Stroms in Mehrfamilienhäusern fördert und die Komplexität des Messaufwands reduzieren soll.

Die entsprechenden Abschnitte behandeln die Integration verschiedener Energieträger, die Erweiterung bestehender Anlagen und die Kombination von Speichern mit Erzeugungsanlagen. Spezifische Herausforderungen und technisch-bilanzielle Anforderungen, wie die Wirkleistungsbegrenzung und die Verhinderung von Rückspeisung ins Netz, werden diskutiert. Auch die Kombination mit dynamischen Stromtarifen und die Mehrfachnutzung von Speichern für Regelleistungserbringung und gewillkürte Vorrangregelungen werden erörtert.

Viele schematische Darstellungen als Vorlage zur planerischen Umsetzung

Das mit 27 Abbildungen als wirklich zahlreich zu bezeichnende Angebot von detaillierten Bildern in diesem VDE-FNN-Hinweis gibt einen umfassenden Einblick in die vielfältigen Aspekte der Integration von Speichern in elektrische Netze, einschließlich der Anforderungen, Konzepte und spezifischen Anwendungen, z.B.:

• Abbildungen 1 und 4 präsentieren Grenzkurven für die Wirkleistung (kritische Funktionen von EnFluRi-Sensoren)
• Abbildungen 2 und 3 verweisen auf Konzepte von Erzeugungsanlagen mit Speichern ohne Leistungsbezug aus dem Netz
• Abbildung 5 und 6 zeigen Blockschaltbilder zur Darstellung der AC- und DC-Kopplungsmöglichkeiten von Speichern mit Erzeugungsanlagen (Bild 2)
• Abbildung 7 visualisiert die Leistungsflüsse innerhalb eines Energiemanagementsystems (Bild 3)
• Abbildung 8: Flexibilitätsmanagement
• Abbildungen 9 bis 11 sowie die Abbildungen 17 bis 19 erörtern verschiedene, mögliche Anschluss- und Betriebskonzepte für Speicher in Verbindung mit Erzeugungsanlagen, von Überschuss- bis Nulleinspeisung
• Abbildungen 12 bis 16 widmen sich dem Mieterstrommodell, das in verschiedenen Konfigurationen von der reinen Teilnahme am Mieterstrommodell bis hin zu komplexeren Systemen mit mehreren Erzeugungsanlagen und Speichern reicht (Bild 4)
• Abbildung 20 und 21 stellen die Integration steuerbarer Verbrauchseinrichtungen in Kombination mit Speichern und Erzeugungsanlagen vor
• Abbildung 22 fokussiert auf die bidirektionale Nutzung von Elektrofahrzeugen
• Abbildungen 23 und 24 diskutieren die Nutzung von Speichern in Kombination mit Erzeugungsanlagen bei Volleinspeisung und mit dynamischen Stromtarifen
• Abbildungen 25 bis 27 zeigen komplexe Anschlussbeispiele für Speicher mit mehreren Erzeugungsanlagen.

Autor

Dipl.-Ing. (FH) Michael Muschong, Redaktion »de«

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net