7750 € Ersparnis pro Jahr – so lohnt sich die Batterie an der Biogasanlage
Ein Batteriespeicher kann eine Biogasanlage flexibler und ausfallsicherer machen. In einer Fraunhofer-Modellrechnung senkte ein 50-kW-Speicher das jährliche Netzentgelt rechnerisch um rund 7750 €. Entscheidend ist, dass die Batterie mehrere Aufgaben übernimmt.
Biogasanlagen können über längere Zeit regelbare Energie bereitstellen. Im Projekt BioBatSys untersuchte das Fraunhofer IEE, wie Batteriespeicher solche Anlagen bei Lastspitzen und in der Ersatzstromversorgung ergänzen können.
Foto: Smarterpix/vschlichting
Fast 10.000 Biogasanlagen in Deutschland kämpfen ums Überleben, da die EEG-Förderung ausläuft. Umso wichtiger wird die Frage, wie Betreiber ihre Anlagen wirtschaftlich weiterbetreiben können.
Eine Antwort kommt vom Fraunhofer IEE: Im Projekt BioBatSys hat das Institut untersucht, was ein Batteriespeicher an der Biogasanlage bringt. In einer Modellrechnung ließen sich damit rund 7750 € Netzentgelt pro Jahr einsparen. Derselbe Speicher kann zudem Teil der Ersatzstromversorgung sein.
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Batterie fängt schnelle Laständerungen ab
Batterien und Biogasanlagen ergänzen sich: Ein Batteriespeicher ändert seine Leistung in Sekunden, ein Biogas-BHKW braucht dafür Minuten, liefert dafür aber über Stunden Strom und Wärme. Wie groß der Unterschied ist, zeigen Messungen des Fraunhofer IEE an zwei Aggregaten mit 125 kW und 75 kW elektrischer Leistung: Sie kommen auf Leistungsgradienten von rund 24,8 kW/min und 18,8 kW/min. Springt im Betrieb ein großer Verbraucher an, ändert sich die Last schneller, als das BHKW nachregeln kann. Genau hier soll der Batteriespeicher einspringen.
Er übernimmt kurzzeitig die Differenz zwischen Erzeugung und Verbrauch, während das BHKW anschließend die längerfristige Versorgung übernimmt. Für die Auslegung reicht es daher nicht aus, lediglich Energieverbräuche über längere Zeiträume zu betrachten. Erforderlich sind hochaufgelöste Lastprofile, mit denen Leistungsspitzen und dynamische Vorgänge erkannt werden können.
Das gilt besonders bei motorischen Verbrauchern. In landwirtschaftlichen Betrieben gehören beispielsweise Rührwerke, Pumpen, Lüfter, Fördertechnik oder Melkanlagen zu den größeren Lasten. Beim Anfahren können Motoren kurzzeitig ein Mehrfaches ihres Nennstroms aufnehmen. Im untersuchten Betrieb wurden Anlaufströme bis zum Fünffachen des Nennstroms berücksichtigt.
Lastspitzenkappung kann Batteriespeicher mitfinanzieren
Ein wirtschaftlich interessanter Anwendungsfall ist die Kappung von Lastspitzen. Bei leistungsgemessenen Entnahmestellen bestimmt neben der bezogenen Strommenge auch die Jahreshöchstleistung das Netzentgelt. Ein Batteriespeicher kann solche Spitzen abfangen und damit den abrechnungsrelevanten Leistungswert reduzieren.
Für das Landwirtschaftszentrum Eichhof in Bad Hersfeld (Landesbetrieb Landwirtschaft Hessen) analysierte das Fraunhofer IEE Lastgangdaten aus dem Jahr 2020. Der maximale Leistungsbezug lag bei 198,2 kW, der Mittelwert bei 87,4 kW. Für die Lastspitzenkappung wurde ein Speicher mit 50 kW Leistung und 50 kWh Kapazität angesetzt. Bei dem für die Modellrechnung verwendeten Leistungspreis von 154,93 €/kW ergab sich rechnerisch ein Einsparpotenzial von rund 7750 € pro Jahr.
Nach der auf einem Workshop des Fraunhofer IEE vorgestellten Fraunhofer-Rechnung war unter diesen Annahmen eine Amortisation nach etwa sechs Jahren möglich. Die Zahlen sind allerdings nicht ohne Weiteres auf andere Betriebe übertragbar. Leistungspreise, Lastprofile, Speicherkosten und Netzentgelte unterscheiden sich erheblich. Das Beispiel macht jedoch deutlich, weshalb die Dimensionierung eines Batteriespeichers auf realen Lastgangdaten basieren sollte.
Notstromversorgung stellt andere Anforderungen an den Speicher
Zusätzlichen Nutzen kann derselbe Batteriespeicher im Ersatzstrombetrieb liefern. Das ist insbesondere für Tierhaltungsbetriebe relevant. Wenn bei einem Stromausfall die Versorgung der Tiere mit Futter und Wasser nicht gewährleistet wäre, schreibt die Tierschutz-Nutztierhaltungsverordnung ein Notstromaggregat vor. Bei elektrisch abhängiger Stalllüftung müssen zudem eine Ersatzvorrichtung für den Luftaustausch und eine Alarmierung vorhanden sein.
Für den untersuchten Betrieb ermittelte das IEE bei gleichzeitiger Nutzung verschiedener Betriebsbereiche einen Leistungsbedarf von bis zu 125 kW. Allein die Biogasanlage benötigt zeitweise bis zu 50 kW, der Kuhstall bis zu 80 kW und der Schweinestall bis zu 25 kW.
Für ein Biogas-Batterie-System zur Ersatzstromversorgung ist deshalb nicht allein die Speicherkapazität entscheidend. Wechselrichter und Batterie müssen auch kurzfristige Leistungsspitzen und hohe Anlaufströme beherrschen. Das BHKW kann anschließend die kontinuierliche Energieversorgung übernehmen und den Batteriespeicher wieder laden.
Mehrfachnutzung entscheidet über die Wirtschaftlichkeit
Die Untersuchung des Fraunhofer IEE zeigt, dass nicht jeder technisch mögliche Einsatz eines Batteriespeichers automatisch auch wirtschaftlich ist. Interessant wird das System insbesondere dann, wenn ein Speicher mehrere Aufgaben übernehmen kann. So lässt sich eine Batterie im Normalbetrieb zur Eigenverbrauchsoptimierung und Lastspitzenkappung einsetzen und bei einem Netzausfall gleichzeitig als Bestandteil der Ersatzstromversorgung nutzen. Die Lastspitzenkappung kann laufende Einsparungen erzeugen, während die Ersatzstromfunktion die Betriebssicherheit erhöht.
Voraussetzung ist ein entsprechend ausgelegtes Energiemanagementsystem. Es muss Erzeugungsanlagen, Speicher und Verbraucher erfassen und koordinieren können. Im Pilotbetrieb wurde dafür unter anderem eine neue Hauptstromverteilung aufgebaut. Der Netzersatzbetrieb wurde anschließend schrittweise für unterschiedliche Betriebsbereiche getestet.
Für längere Stromausfälle empfehlen die Forschenden darüber hinaus, bereits bei der Planung festzulegen, welche Verbraucher tatsächlich weiterbetrieben werden müssen. Eine vollständige Versorgung sämtlicher Betriebsteile kann die Leistung und die Kosten des Speichers unnötig erhöhen.
Biogas und Batterie können dem Stromsystem Flexibilität liefern
Die Forschenden sehen darüber hinaus Potenzial für eine systemdienliche Nutzung der gekoppelten Anlagen. Batterien eignen sich für kurzfristige Leistungsänderungen, während flexibel betriebene Biogasanlagen über längere Zeiträume regelbare Energie bereitstellen können. Damit könnten landwirtschaftliche Betriebe perspektivisch neben Eigenverbrauch und Versorgungssicherheit zusätzliche Flexibilität für Strommärkte oder Verteilnetze bereitstellen. Ob sich solche Mehrfachnutzungen wirtschaftlich rechnen, hängt jedoch von den technischen, regulatorischen und betrieblichen Rahmenbedingungen ab.
