Das Kraftwerk Bremen-Hastedt ist ein besonderes Kraftwerk, in dem sich Historie und Moderne des Energiesystems vereinen. Im Jahr 1905 wurde es erbaut und ist damit das älteste in Bremen. Über 100 Jahre später bekam es im Block 15 eine innovative Erweiterung, die ein Hybridsystem aus Großbatterie und Power-to-Heat-Anlage kombiniert.

Wie kann ein stabiles und effizientes Energiesystem, das auf erneuerbaren Energien basiert, in Zukunft realisiert werden? Vor allem, wenn der Wind nicht immer weht und die Sonne nicht immer scheint. Wie können die Schwankungen in der Stromerzeugung von PV- und Windkraftwerken zuverlässig ausgeglichen werden, um das Stromnetz stabil zu halten? Denn für ein sicher funktionierendes Stromnetz wird flexible Regelenergie benötigt. Sie gleicht als Reserve Schwankungen im Netz aus, indem sie bei Bedarf eingespeist oder entnommen wird. An diesem Punkt setzt die Forschung der Projektpartner im Gemeinschaftsprojekt HyReK an: Das Hybridregelkraftwerk soll die Flexibilität der Energieabgabe erhöhen und damit das Stromnetz effizient stabilisieren. Zunächst wird im digitalen Simulationsmodell untersucht, wie der Betrieb des Hybridregelkraftwerks optimiert werden kann.

Schematische Darstellung des Hybridsystems und seiner Funktionsweise. © swb | Schematische Darstellung des Hybridsystems und seiner Funktionsweise.

Stromspeicher, Wärmespeicher und Elektrokessel kombinieren

Um herauszufinden, wie dies nun in der Praxis funktionieren soll, muss ein genauerer Blick auf Kraftwerksblock 15 des Kraftwerks Bremen-Hastedt geworfen werden. Dieser ist bereits mit einem Wärmespeicher verbunden. Zusätzlich wurde dieser Block im Projekt HyReK noch um einen Lithium-Ionen-Batteriespeicher ergänzt. In dieser kann überschüssiger Strom für zukünftige Regelenergie-Einspeisungen zwischengespeichert werden. Das Besondere daran: Die Batterie wird fast nur für die Energieabgabe in das Stromnetz eingesetzt und hat dadurch eine höhere nutzbare Kapazität. Kommt es dagegen zu einer Energieaufnahme aus dem Netz wird die elektrische Energie im Hybridkraftwerk mit Hilfe eines Schalters direkt auf einen Elektroheizkessel geleitet und dann als Wärme im Wärmespeicher gesichert, sobald die Kapazität des Batteriespeichers ausgeschöpft ist. Bei Bedarf kann diese Wärme dann in das Fernwärmenetz eingespeist werden und sorgt dann im Bremer Osten für warme Wohnungen.

Zusammenspiel von Kraftwerk und Speichern verbessern

Damit das Kraftwerk und die Speicher optimal aufeinander abgestimmt arbeiten wurde eine leittechnische Systemintegration entwickelt und integriert. Sie sorgt für eine sehr hohe Flexibilität des Kraftwerks. Doch wie genau wird nun die Flexibilität des Kraftwerks erhöht, damit es mehrere Dienstleistungen erbringen kann? Um die Antwort auf diese Frage zu finden, betrachten die Energieforscherinnen und -forscher die Kombination der einzelnen Kraftwerkskomponenten. Denn nicht die Aktivitäten von Stromspeicher, Wärmespeicher und Elektrokessel im Einzelnen sind entscheidend, sondern das Verhalten des Gesamtsystems.

Mit Realdaten die Netzdienlichkeit prüfen

Zusätzlich hat das Forschungsteam auch noch ein Simulationsmodell auf Basis der Realdaten aus dem Kraftwerk erstellt. In dieser digitalen Nachbildung analysieren sie mithilfe von Experimenten in einem Hochleistungsrechner wie sich das Kraftwerk im Detail positiv am Stromnetz verhält, also ob es netzdienlich ist. HyReK-Projektleiter Ewald Röben möchte mit dem Simulationsmodell den Blick der Energieforschung aber auch noch weiter in die Zukunft werfen: „Modellhafte Energieszenarien eröffnen uns die Möglichkeit weitere Wege zu entdecken, mit denen wir die Flexibilität im Hybridkonzept erhöhen könnten. Auf diese Weise wollen wir weitere Strategien entwickeln, mit denen sich das zukünftige Energiesystem auch ohne zusätzlichen Netzausbau, der eigentlich erforderlich wäre, gestalten lässt.“

Die Energiewende mittels Hybrid-Technologie umsetzen

Erste Ergebnisse lassen bereits erkennen, dass der Hybrid-Ansatz vielversprechende Pfade auf dem Weg zur Energiewende aufzeigen könnte. So könnte das HyReK-Modell dazu beitragen konventionelle Kraftwerke im dekarbonisierten Energiesystem durch neue Technologien zu ersetzen. Denn derzeit wird die Regelenergie, die Schwankungen im Stromnetz ausgleicht, noch überwiegend durch fossil betriebene Kraftwerke bereitgestellt. Damit solch innovative Technologien auch wirtschaftlich und nachhaltig umgesetzt und betrieben werden können, analysieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler darüber hinaus auch ökologische, ökonomische und soziale Fragestellungen rund um den neuartigen Kraftwerkstyp und bereiten Handlungsempfehlungen vor, die die Potenziale zur Umsetzung in Deutschland volkswirtschaftlich einordnen.