Vernetzte Kleinstbatteriespeicher in Mehrfamilienhäusern

Millionen Menschen, die in Mehrfamilienhäusern leben, profitieren bislang kaum von den Möglichkeiten der Energiewende. Das Forschungsprojekt NaREsys (Nationale Resilienz für das Energiesystem) unter der Leitung von Prof. Dr. Stefan Dickmann, Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg soll nun zeigen, wie sich dieses bislang wenig erschlossene Kundensegment in die Energiewelt der Zukunft integrieren lässt. Für Bürgerinnen und Bürger eröffnet das die Perspektive auf geringere Energiekosten, mehr Versorgungssicherheit und eine stärkere Teilhabe an der Energiewende.

Grundlage von NaREsys ist ein Verbund aus Kleinstbatteriespeichern, die intelligent miteinander vernetzt und zentral gesteuert werden. Für Energieversorger werden dadurch neue Möglichkeiten für die Vermarktung von Flexibilität, optimierten Energiehandel, dynamische Tarifmodelle und weitere energiewirtschaftliche Anwendungen entstehen. Netzbetreiber können durch diese verteilten Batteriespeicher eine neue Möglichkeit für ein Plus an Netzstabilität erlangen.

Kleinstbatteriespeicher in Mehrfamilienhäusern bergen erhebliches Potenzial für die Energiewende

Allein in Deutschland leben mehr als 22 Mio. Haushalte in Mehrfamilienhäusern. Eigentümerinnen und Eigentümer von Einfamilienhäusern werden durch Konzepte angesprochen, die zum Beispiel Dach-Photovoltaik mit stationären Batteriespeichern kombinieren. Für Mieterinnen und Mieter in Mehrfamilienhäusern ohne eigene Erzeugungsanlagen fehlen bisher passende Angebote. Eigenverbrauchsspeicher rechnen sich bisher nur langsam und ihre Flexibilität wird bisher nicht ausreichend genutzt.

Das Forschungsvorhaben NaREsys erprobt Plug-and-Play-fähige Kleinstbatteriespeicher mit einer Kapazität von rund 2 kWh, die ohne bauliche Veränderungen oder Installationsaufwand in Wohnungen von Mehrfamilienhäusern installiert und zu einem intelligenten Speicherschwarm zusammengeschlossen werden können. Künftig können Energieversorger diese Speicherschwärme in ihrem Sinne steuern.

Neue Potenziale und mehr Handlungsspielraum für Energieversorger

Für Energieversorger soll durch den Speicherverbund eine Möglichkeit zur Erschließung zusätzlicher Erlösquellen entstehen. Die vielen dezentralen Einzelspeicher werden in Echtzeit koordiniert und können flexibel für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden. Die automatisierte Steuerung von Ladung und Entladung kann Energieversorgern neue Möglichkeiten eröffnen, Flexibilitäten an verschiedenen Energiemärkten zu handeln und Erträge zu erzielen.

Für die energiewirtschaftliche Optimierung sollen dafür unter anderem Preissignale des Strommarkts, Netzzustands-Informationen, Messdaten der einzelnen Speicher sowie Last- und Erzeugungsprognosen verarbeitet werden. Daraus entstehen automatisiert optimierte Fahrpläne für Beschaffung, Vermarktung und Flexibilität. Den Mehrwert aus dem optimierten Handel können die Versorger in Form von attraktiven, dynamischen Stromtarifen an die Mieterinnen und Mieter weitergeben.

Netzdienliche Flexibilität für Netzbetreiber

Intelligent vernetzte Speicher sind nicht nur unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten hochinteressant. Netzbetreiber erhalten mit dem zentral gesteuerten Schwarmspeicher ein neues Instrument, um dezentrale Flexibilität gezielt für den Netzbetrieb zu nutzen. Netzengpässe und Lastspitzen können im Niederspannungsnetz entschärft und Lastflüsse optimiert werden und die Integration erneuerbarer Energien für die Energiewende erleichtert werden. Der Speicherschwarm hat damit ein großes Potenzial, zu einem sicheren, effizienten und stabilen Netzbetrieb beizutragen. So kann Zeit für einen geordneten Netzausbau gewonnen werden.

Dual-Use: Für die Resilienz des Energiesystems

Darüber hinaus verfolgt NaREsys einen Dual-Use-Ansatz: Die Speicher sollen perspektivisch auch Sicherheitsfunktionen übernehmen können. Bei Stromausfällen ermöglichen sie beispielsweise die Versorgung von kleinen Verbrauchern wie Mobiltelefonen oder Radios. Durch die verteilte Architektur bleibt das System auch dann handlungsfähig, wenn keine permanente Verbindung zu einer zentralen Leitstelle besteht. Ein elektromagnetisch optimiertes Design sowie eine robuste Elektronik steigern zusätzlich Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit der Speichersysteme und damit die Resilienz des Energiesystems.

FZI entwickelt intelligente Algorithmen und validiert sichere Systemarchitekturen

Das FZI Forschungszentrum Informatik bringt seine langjährige Expertise in den Bereichen intelligente Energiesysteme, Künstliche Intelligenz und Cybersicherheit in das mit 13 Millionen Euro aus Bundesmitteln geförderte Projekt ein. Die Forschenden entwickeln Algorithmen, die den optimalen Einsatz der Speicher im Schwarm koordinieren und unterschiedliche Ziele wie Wirtschaftlichkeit, Netzstabilität und Resilienz miteinander in Einklang bringen.

Darüber hinaus überprüft das FZI die Sicherheitsarchitektur des Gesamtsystems hinsichtlich ihrer Sicherheit. Da die Speicher künftig Teil kritischer Energieinfrastrukturen werden, setzt NaREsys konsequent auf moderne Zero-Trust-Konzepte, gehärtete Edge-Knoten, Endpoint-Schutz, Sealed-Cloud-Technologien sowie Verfahren zur Anomalie-Erkennung im Netzwerkverkehr.

Im Rahmen der Vernetzung von Kleinstbatteriespeichern werden voraussichtlich auch Anpassungen des regulatorischen Rahmens, insbesondere zu der 4,2 kW-Grenze für Netzentgeltreduzierung nach §14a EnWG, erforderlich. Hierfür kann das FZI Erkenntnisse aus dem Vorhaben in Gremien wie das VDE FNN einbringen, um die Weiterentwicklung der Regelwerke sicherzustellen.

Reallabor bereitet Skalierung vor

Zur praktischen Erprobung der innerhalb des Forschungsprojekts gewonnenen Erkenntnisse erfolgt eine Pilotierung in einem Reallabor im sächsischen Borna. Hier wird die gesamte Kette von Installation über Anbindung bis hin zum Betrieb mit über 100 Batteriespeichern unter realen Markt- und Netzbedingungen erprobt. Weitere Testfelder, auch in anderen Städten, sollen während der Projektlaufzeit ebenfalls akquiriert werden. Dabei soll der Handel der Energiemengen der Speicher am kontinuierlichen Intraday-Markt demonstriert werden, die Abrechnung der Energiemengen gegenüber den Energieversorgern sowie Endverbraucherinnen und Endverbrauchern erprobt und die Auswirkungen auf das örtliche Stromnetz untersucht werden. So sollen die Erkenntnisse bereits praxisnah realisiert werden und der Weg für eine spätere Skalierung geebnet werden.

Partner aus Energieversorgung, Wissenschaft und Industrie

Die Konsortialführung des Forschungsvorhabens NaREsys hat im Auftrag des Bundesministeriums der Verteidigung die Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg unter der Leitung von Prof. Dr. Stefan Dickmann inne. Sie bringt in das bis zum Februar 2029 laufende Projekt Expertise zur Energiesystemintegration, Netzstabilität, Leistungselektronik und Sensorik ein.

Das FZI Forschungszentrum Informatik entwickelt intelligente Algorithmen für die optimale Schwarmkoordination und übernimmt die Überprüfung der Sicherheitsarchitektur des Gesamtsystems. Navimatix entwickelt die Plattform und die Schnittstellen für die netzdienliche Steuerung. InnoCharge verantwortet die energiewirtschaftliche Optimierung der Speicher sowie deren Einsatz in Beschaffung und Vermarktung. exnaton kümmert sich um Tarifgestaltung, Abrechnung und das zu entwickelnde Geschäftsmodell, ExaMesh um die Entwicklung der Speicher, Edge Computing und den IoT-Betrieb.

Auch Becker Büttner Held als eine auf Energiewirtschaft spezialisierte Kanzlei sowie der IT-Sicherheitsanbieter DriveLock liefern wesentliche Beiträge. Die Städtischen Werke Borna betreiben das Reallabor des Projektes.