Hochschulvizepräsident Prof. Dr. Marcus Jautze betonte den Wert der Landwirtschaft für die Gesellschaft und die Bedeutung des Themas Nachhaltigkeit und Energieversorgung in diesem Bereich. Er begrüßte den Referenten, Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger, der über eine großartige Expertise im Bereich Energiespeicher und Batterien verfüge. Er bedankte sich für dessen großes Engagement beim Auf- und Ausbau des Technologiezentrums Energie der Hochschule in Ruhstorf sowie des Forschungsbereiches Energie. Prof. Dr. Josef Hofmann, Sprecher des Forschungsschwerpunkts Energie, erklärte, das TZE sei in Europa exzellent vernetzt, viele Projekte hätten einen Leuchtturm-Charakter und der Forschungsbereich sei einer der umsatzstärksten an der Hochschule Landshut. Beide gaben der Hoffnung Ausdruck, dass Prof. Dr. Pettinger, der Ende des Semesters seinen wohlverdienten Ruhestand antreten wird, auch in Zukunft seine Expertise zur Verfügung stellen wird.
Der aktuelle Vortrag befasse sich mit dem Thema einer sicheren Stromversorgung in der Landwirtschaft und wie Stromspeicher dabei unterstützen können, Strom müsse „just in time“ verfügbar sein, um landwirtschaftliche Betriebe mit Viehzucht betreiben zu können, wie Prof. Dr. Hofmann in seiner Themeneinführung betonte.
Wetterabhängigkeit durch Einspeisung regenerativer Energiequellen
Gerade regenerativen Energiequellen, wie Solar- oder Windanlagen,-stellen für die Energieversorgung und die Netzsicherheit eine Herausforderung dar, wie Prof. Dr. Pettinger (wissenschaftlicher Leiter TZE) in seinem Vortrag erläuterte. Einen Blackout, einen Stromausfall, habe man bisher trotz Abschaltung der deutschen Atomkraftwerke noch nicht erlebt. Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien bei gleichzeitigem Rückgang der steuerbaren Kraftwerksleistung werde die Stromversorgung aber immer wetterabhängiger, dies besonders durch die sog. Dunkelflaute, wenn Solar- oder auch Windstrom nicht in ausreichender Menge zur Verfügung stehen. Die Spitzenlast liege in Deutschland derzeit bei rund 80 GW, im Jahr 2023 habe Deutschland 8,6 TWh Strom importiert und der Stromverbrauch werde stark ansteigen: bis 2050 sollte die Leistung an Erneuerbaren auf das 10-fache des Bedarfs ausgebaut werden, um Grundlastfähigkeit zu erreichen. Zur Pufferung für 1 Woche Ausfall im Jahr 2050 seien 8 TWh Speicher notwendig, 270 Mal alle installierten Pumpspeicherwerke in Deutschland.
Für die Netzstabilisierung seien sowohl die Erhaltung der Spannung von 230 Volt sowie einer Frequenz von 50 Herz grundlegend. Die sog. Redispatch-Maßnahmen, um die Sicherheit der Stromversorgung sicherzustellen, hätten sich gerade durch die Einspeisung der vielen dezentralen PV-Anlagen enorm erhöht. „Das Netz selbst speichert keine Energie“, betont Prof. Dr. Pettinger, Speicher werden für die Netzsicherheit eine immer wichtigere Rolle spielen.
Dabei müsse man beim Einsatz der geeigneten Speichertechnologie unterscheiden, wie viel Strom wie schnell zur Verfügung stehen müsse. Klein- und mittelgroße Speicher, aktuell meist Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen oder Hausspeichern seien für die lokale Einspeisung im Niederspannungsbereich geeignet. Doch könnten hier auch andere Speichertechnologien – wie z.B. Lithium-Eisenphospat-, Redox Flow-, ZEBRA-Batterie oder Natrium-Zellen sinnvoll sen. Er stellt auch weitere Speicher-Optionen für Großspeicher vor, die für eine Netzunterstützung oder Netzpufferung geeignet sind: hier bieten Pumpspeicherwerke, synthetisches Erdgas oder Wasserstoff große Möglichkeiten.
Stromspeicher für Netzstabilität im landwirtschaftlichen Bereich
Für den landwirtschaftlichen Bereich empfiehlt Prof. Dr. Pettinger entweder auf Lithium-Ionen-Speicher oder für größere Anwendungen auf Redox-Flow Batterien - diese speichern Elektrolyten in Tanks, die Energie bleibt dauerhaft erhalten - zu setzen. Auch Lithium-Eisenphosphat-Speicher seien für größere Landwirtschaften geeignet (125 kW/150kWh). Diese seien für eine unterbrechungsfeie Stromversorgung den Redox-Flow-Batterien vorzuziehen, da diese relativ langsam seien. Allerdings könnten sie mit Superkondensatoren als Leistungsträger verbunden werden, diese Hybridisierung mache sie schnell, biete das Beste aus zwei Welten.
Der Einsatz von Batterie-Speichern böte viele Vorteile, sei hilfreich für die Energiespeicherung, Leistungsbereitstellung, Blindlastkompensation, Schwarzstartfähigkeit (das Hochfahren auch bei abgeschaltetem Stromnetz) sowie eine stabile Stromversorgung. Bei der Dimensionierung einer solchen Speicheranlage müsse man überlegen, was passiert, wenn die Netzwerkversorgung ausfällt. Man solle die Batterien also überdimensionieren, das bringe auch Geld. Besonders bei den im landwirtschaftlichen Bereich benötigten Größenordnung von 100 KWh
Für die Batteriedimensionierung bildet das jeweilige Lastprofil die Grundlage. Den Strombedarf könne man über ein Smart Meter – falls verbaut – oder über eine Schätzung ermitteln.
Benötigt würden zur Auslegung von Batteriespeichern 15 Minuten Mittelwerte. Grundlagen seien dabei permanente, periodische und stochastische Lasten mit Laufzeiten pro Tag. Beispiele für permanente Lasten sind z.B. Computersystem, Wasserpumpen für die zentrale Versorgung von Ställen, Heizung oder Infrarot-Wärmlampen. Zu den periodisch und stochastisch anfallenden Lasten zählen u.a. Spaltenschieber, Hackschnitzeltrocknung, Kühlung, Kutter, Öfen, Kneter oder Getreidemühle. Hinzugezählt müsse natürlich der Haushaltsverbrauch werden, für 4 Personen liege der Standardwert bei ca. 4000 kWh pro Jahr.
Bei der Dimensionierung gibt Prof. Pettinger den Tipp, erst einmal zu überlegen, welche Verbraucher tatsächlich gepuffert werden müssen und auf welche man verzichten könne. Damit werde die abzudeckende Last schon geringer. Im zweiten Schritt sollten Leistungsspitzen abgeschätzt werden, um den AC/DC-Wandler dimensionieren zu können, auch hier solle man sich überlegen, welche Verbraucher man wirklich brauche. Bei der Batterieauslegung lautet die Empfehlung von Prof. Pettinger, die Kapazität - bezogen auf den Energiebedarf für 24 Stunden - um den Faktor 2,5 bis 3 zu überdimensionieren. Seine Schätzung für den Strombedarf bei landwirtschaftlichen Betrieben liege bei einer Größenordnung von 100-250 KWh, sie hänge aber vom jeweiligen Lastprofil ab.
Die Vortragsreihe "Landshuter Energiegespräche" informiert über aktuelle Entwicklungen in den Bereichen Energietechnik, Energiewirtschaft und Energiepolitik. Nach den Vorträgen besteht jeweils ausreichend Zeit zur Diskussion mit den Referenten/-innen. Veranstaltet werden die Landshuter Energiegespräche vom Forschungsbereich Energie, dem Technologiezentrum Energie und dem Institut für Transfer und Zusammenarbeit der Hochschule Landshut, unterstützt werden sie durch die Partner Solarfreunde Moosburg, den Freundeskreis Maschinenbau der Hochschule sowie den Bund der Selbständigen in Bayern (BDS).
Aktuelle Informationen zu den Landshuter Energiegesprächen immer unter www.haw-landshut.de/la-energiegespraeche.
