Der Rückzug der synchronen Stromerzeugung führt weltweit dazu, dass Stromnetze wichtige Quellen für Systemstabilität verlieren. Netzbildende (GFM) Technologien werden entscheidend sein, um diese Fähigkeit zu ersetzen und sicherzustellen, dass Stromnetze die Widerstandsfähigkeit besitzen, um Schocks während der Energiewende zu bewältigen.
Die meisten bestehenden, wechselrichterbasierten Erzeuger im NEM nutzen netzgeführte (GFL) Wechselrichter, die darauf ausgelegt sind, die aktive Leistungsabgabe ins Netz zu maximieren. Diese Wechselrichterwahl ist sinnvoll für intermittierende Technologien, die ihre Leistung nicht flexibel anpassen können. Doch mit dem Rückzug thermischer Kraftwerke stehen immer weniger Anbieter für Trägheit und Systemstärke zur Verfügung.
Dieser Artikel beleuchtet den Stand von GFM im NEM, einem der weltweit fortschrittlichsten GFM-Märkte. Es wird erklärt, was GFM ist, wie erste Projekte finanziert wurden und wie sich die Kosten zwischen GFM und GFL unterscheiden.
Zusammenfassung:
- GFM-Batterien nutzen fortschrittliche Wechselrichtersteuerungen, um ihre eigene Spannungswellenform zu erzeugen. Als Spannungsquelle können sie Netzunterstützungsdienste bereitstellen.
- Zwölf GFM-Batterien sind nun im NEM in Betrieb. Die meisten davon wurden bislang von ARENA und anderen staatlichen Förderprogrammen unterstützt.
- GFM-Batterien werden im NEM zunehmend für Systemdienstleistungen beauftragt. Drei GFM-Batterien sind für Spannungsstützung, synthetische Trägheit und Netzstabilität im Einsatz.
- Die Baukosten einer GFM-Batterie im NEM sind mittlerweile nahezu identisch zu GFL. GFM erfordert intensivere Tests, was diesen Teil des Prozesses etwas teurer macht.
Was ist eine netzbildende Batterie?
Netzgeführte Batterien maximieren die Leistungsabgabe eines Generators ins Netz, reagieren aber nicht aktiv auf die Bedürfnisse des Netzes. Diese Batterien können keine Netzunterstützungsdienste wie Systemstärke oder Spannungsregelung bieten und sind daher bei Netzstörungen von Abregelung bedroht.
Netzbildende Batterien nutzen fortschrittliche Wechselrichtersteuerungen, um Spannung und Frequenz am Anschlusspunkt zu erzeugen und zu regeln. Dadurch können sie auf lokale Netzbedingungen reagieren und die Stabilität durch Dienste wie Spannungsregelung, Frequenzhaltung und synthetische Trägheit unterstützen.
GFM-Batterien ermöglichen umfassendere Netzunterstützung und betriebliche Flexibilität
GFM-Batterien erzeugen ihre eigene Spannungswellenform, anstatt sich auf das Netz zu verlassen. Als Spannungsquelle verfügen sie über Fähigkeiten, die über die reine Energielieferung hinausgehen.
Zu den wichtigsten Fähigkeiten von netzbildenden BESS gehören:
- Spannungs- und Blindleistungsstützung: Sie können die Netzspannung stabil halten und bei Störungen schnell Blindleistung einspeisen oder aufnehmen. Gemessen in MVAr.
- Unterstützung des Kurzschlussniveaus: GFM-Batterien können bei Fehlern kurzzeitig hohe Ströme liefern. Das verbessert die Fehlerüberbrückung und unterstützt Schutzsysteme. Gemessen in MVA.
- Trägheitsantwort: GFM-Batterien stellen über ihre Steuerungen synthetische Trägheit bereit und verlangsamen so die Frequenzänderungsrate bei Störungen. Gemessen in MW.s.
- Betrieb im Inselmodus: GFM-Batterien können auch bei Trennung vom Hauptnetz einen lokalen Betrieb stabil aufrechterhalten.
Dank dieser Fähigkeiten können GFM-Batterien Netzunterstützungsdienste anbieten, die bislang von Kohle- und Gaskraftwerken bereitgestellt wurden.
Im NEM beeinträchtigt die Teilnahme an diesen Diensten in der Regel nicht die Energie- oder FCAS-Teilnahme, da die meisten Dienste über Blindleistung erbracht werden. Trägheit basiert auf Wirkleistung, aber der nötige Spielraum ist gering und der Einfluss auf die Einnahmen minimal.
Durch die Kombination dieser Dienste mit den normalen Einnahmequellen können Batterien sie deutlich günstiger bereitstellen als andere Anbieter von Stabilitätsdiensten.
Die Australian Energy Market Commission schätzt die Kosten für die Bereitstellung von Trägheit je Technologie wie folgt ein:
| Fixkosten ($/MW.s/Jahr) | Variable Kosten ($/MW.s/Stunde) | |
|---|---|---|
| Neuer synchroner Kondensator | $7,600 | $0.20-0.50 |
| Neue netzbildende BESS | $0-806 | $0.02 |
Damit sind GFM-Batterien künftig die kostengünstigsten Anbieter von Trägheit.
Staatliche Förderung hat bisher alle netzbildenden BESS unterstützt
Derzeit gibt es zwölf betriebsbereite GFM-Batterien von insgesamt 30 im NEM. Das ursprüngliche ARENA-Pilotprogramm finanzierte fünf dieser Projekte, mit Fokus auf schwache Netzregionen in New South Wales und Südaustralien. Das zweite ARENA-Programm, die Large Scale Battery Storage Funding Round, unterstützte die Nachrüstung und Inbetriebnahme von drei netzbildenden Batterien – alle mit mehr als 200 MW Leistung.
Diese Unterstützung half Entwicklern und OEMs, das Risiko der Technologie zu mindern, GFM-Wechselrichter zu testen und ihren Wert für die Systemsicherheit zu demonstrieren. Alle bisher in Betrieb befindlichen GFM-Batterien beziehen Wechselrichter von Tesla, Power Electronics oder EPC Power.
Auch bundeslandspezifische Förderungen für GFM-Batterien entstehen. Führend ist hier der Victorian Energy Innovation Fund, der bereits 126 Millionen US-Dollar für zwei GFM-Projekte (Koorangie und Terang) zugesagt hat.
Die staatliche Förderung geht über bestehende Projekte hinaus – vier weitere Batterien sind in Entwicklung: Liddell, Gnarwarre, Mortlake und Terang.
Staatliche Mittel haben eine Schlüsselrolle bei der Einführung von GFM-Technologien in frühen Projekten gespielt, aber die Anreize verschieben sich nun dahin, wie die Technologie langfristig Netzunterstützung leisten kann.
Drei GFM-Batterien verfügen bereits über Verträge mit Übertragungsnetzbetreibern (TNSP), nämlich:
- Riverina und Darlington Point: Vertrag zur Bereitstellung von Spannungsstützungsdiensten für Transgrid.
- Wallgrove: ebenfalls von Transgrid beauftragt, netzskalige Fast Frequency Response als Form der synthetischen Trägheit bereitzustellen.
- Koorangie: Vertrag zur Bereitstellung von Systemstärkediensten und Netzstabilität im Nordwesten Victorias.
Die Details dieser Netzunterstützungsverträge sind zwar vertraulich, sie unterstreichen jedoch den wachsenden Wert der GFM-Fähigkeiten.
Die Baukosten eines GFM-BESS sind praktisch gleich wie bei GFL
Die Kosten für GFM-Wechselrichter sind soweit gesunken, dass der Aufpreis für eine GFM-Batterie gegenüber einer GFL-Batterie bei neuen Projekten kaum noch ins Gewicht fällt. GFM-Systeme im NEM erfordern zwar mehr Tests für die Netzanbindung, was den Inbetriebnahmeprozess etwas teurer macht.
Im Vergleich dazu kann die Nachrüstung von Netzbildungsfunktionen bei einem bestehenden Projekt bis zum 21-fachen der Mehrkosten kosten, die bei einer direkten GFM-Implementierung anfallen würden. Daher ist es für Entwickler wirtschaftlich sinnvoll, GFM gleich zu Projektbeginn zu wählen. Dennoch sind die Nachrüstungskosten relativ gering und liegen im Schnitt bei 12.000 US-Dollar/MW für eine 250-MW-Anlage.
GFM-Batterien entwickeln sich im NEM von Pilotprojekten zur Standardlösung. Während frühe Projekte staatlich gefördert wurden, treten nun Netzverträge als neuer Anreiz in den Vordergrund. Da es kaum noch Kostenunterschiede zwischen netzbildend und netzgeführt gibt, wird die Wahl für netzbildend zum Standard bei neuen Projekten.
Für alle, die tiefer einsteigen möchten, gibt es hier eine Liste von Artikeln mit Erfahrungswerten aus bestehenden GFM-Batterien.
