Technische Universität Braunschweig
Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge (IMN)
Langer Kamp 19 a
38106 Braunschweig
Landwirtschaftliche Betriebe sind zunehmend zugleich Erzeuger und Verbraucher von elektrischem Strom. Mit dem weiteren Ausbau erneuerbarer Energien steigt die zeitliche Schwankung der Einspeisung, während konventionelle Kraftwerke als flexible Ausgleichsoptionen zurückgehen. Gleichzeitig wächst der elektrische Energiebedarf in vielen Bereichen und perspektivisch auch in der Landwirtschaft selbst, wenn neben Stall- und Hofprozessen künftig auch bislang dieselbetriebene Maschinen elektrifiziert werden. Damit nehmen die Anforderungen an Netze und Netzbetrieb zu. Ohne geeignete Flexibilitätsoptionen können lokal Überlastungen, Spannungsschwankungen und im Extremfall Versorgungsunterbrechungen entstehen. Viele Betriebe verfügen jedoch über bislang unzureichend erschlossene Potenziale, um Erzeugung und Verbrauch besser aufeinander abzustimmen, etwa über verschiebbare Lasten, Speicher und eine steuerbare Fahrweise energiebereitstellender Anlagen.
Ziel des Vorhabens ist es, diese Potenziale am Beispiel eines repräsentativen Milchviehbetriebs systematisch zu erfassen, zu quantifizieren und in ihrem Nutzen zu bewerten. Dazu werden alle relevanten Energieflüsse im Tages- und Jahresverlauf für den Status quo und für ein Zukunftsszenario mit höherem Elektrifizierungsgrad der Maschinen untersucht. Auf dieser Grundlage werden Maßnahmen abgeleitet, mit denen Betriebe netzdienlich agieren können, insbesondere durch Lastverschiebung und Reduktion von Lastspitzen, durch Nutzung und Speicherung von Überschüssen, durch gezielte Vermarktung elektrischer Energie sowie durch weitere Beiträge zur Netzstabilisierung. Ergänzend wird betrachtet, wie kritische Betriebsprozesse auch bei Störungen der öffentlichen Stromversorgung aufrechterhalten werden können. Umweltrelevant ist das Vorhaben, weil es die Substitution fossiler Energieträger ermöglicht, Treibhausgas- und Schadstoffemissionen senkt und durch Flexibilisierung die Integration erneuerbarer Energien verbessert, wodurch emissionsintensive Reserveleistung seltener erforderlich wird.
Das Vorhaben ist als modell- und simulationsgestützte Untersuchung über 15 Monate angelegt und baut auf aufeinander abgestimmten Arbeitsschritten auf. Zunächst wird ein repräsentativer Milchviehbetrieb als Modellbetrieb aufgebaut. In Zusammenarbeit mit Praxispartnern werden Energiequellen und Energieverbraucher vollständig erfasst und zu hochaufgelösten Last- und Erzeugungsprofilen über Tages- und Saisonverläufe verdichtet. Für die Abbildung der Betriebsabläufe wird eine agentenbasierte Verfahrenssimulation eingesetzt und um Prozesse der Innenwirtschaft erweitert, sodass sowohl stationäre Verbraucher als auch mobile Arbeitsprozesse und künftige elektrifizierte Maschinen konsistent berücksichtigt werden. Parallel werden Modelle für betriebliche Stromerzeugung, Speicher und Ladeinfrastruktur aufgebaut, damit das Zusammenspiel von Angebot, Nachfrage und Speichereinsatz realitätsnah untersucht werden kann.
Darauf aufbauend werden Strategien entwickelt und bewertet, mit denen die Ziele erreicht werden. Dazu gehören Lastverschiebung und Lastspitzenkappung, die Zwischenspeicherung von Überschüssen sowie Konzepte zur Direktvermarktung von Strom über geeignete Ladeinfrastruktur. Zusätzlich werden Strategien zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen ausgearbeitet, insbesondere zur Teilnahme an Primär- und Sekundärregelleistung. Diese Regelstrategien werden als Softwarekomponenten implementiert und auf einer Rapid-Power-Prototyping-Plattform getestet. Ergänzend werden Konzepte für lokale Netzdienlichkeit und resiliente Betriebsweisen entwickelt, um die Spannungsqualität zu verbessern und bei Netzausfall einen stabilen Inselbetrieb für kritische Prozesse zu ermöglichen. Abschließend werden alle Strategien in einer integrierten Simulation mit dem Basisszenario verglichen und in ihrem technischen, betrieblichen und ökologischen Nutzen bewertet. Der Beitrag über den Stand der Praxis hinaus liegt in der gekoppelten Betrachtung von Innen- und Außenwirtschaft, der Einbindung mobiler Speicher und bidirektionaler Anbindung sowie der Kombination aus lokaler Netzentlastung, überregionaler Netzstabilisierung und erhöhter Versorgungssicherheit, wodurch eine nachhaltige Umweltentlastung unterstützt wird.