Optimale Standorte und Kapazitäten mehrerer BESS in einem mit EE integrierten Verteilnetz: eine Fallstudie aus der Praxis

Die Stromversorgung in einer saubereren Welt aufrechterhalten

Wenn immer mehr Haushalte und Unternehmen von Solarparks und Biomasseanlagen anstelle fossiler Brennstoffe versorgt werden, wird die Stabilisierung des Stromnetzes unerwartet kompliziert. Sonneneinstrahlung und erneuerbare Erzeugung schwanken im Tagesverlauf, während unser Strombedarf abends Spitzen erreicht. Diese Studie untersucht, wie große Batteriespeichersysteme in einem realen thailändischen Stromnetz positioniert und dimensioniert werden sollten, damit das Netz stabil bleibt, Verluste sinken und die Kosten im Rahmen bleiben — und liefert damit einen praktischen Einblick, wie sauberere Netze von morgen funktionieren können.

Warum Batterien für die Stromversorgung im Alltag wichtig sind

Erneuerbare Anlagen wie Aufdach-Solaranlagen und Biomassegeneratoren speisen Strom in lokale Leitungen ein, die als Verteilnetze bekannt sind. Diese Leitungen wurden ursprünglich für den Einwegfluss von großen Kraftwerken zu den Verbrauchern ausgelegt. Werden an vielen Punkten Erneuerbare hinzugefügt, können Spannungen schwanken, Leitungen überlastet werden und die Gesamtverluste steigen. Große Batterie-Energiespeichersysteme können wie Stoßdämpfer wirken: Sie laden, wenn die Nachfrage gering und Strom günstig ist, und entladen, wenn die Nachfrage hoch ist. Werden diese Batterien an geeigneten Orten installiert und richtig dimensioniert, können sie Spannungsschwankungen glätten, Verluste verringern und die höchsten Nachfragepeaks reduzieren, die die Netzkosten in die Höhe treiben.

Aus einem komplexen Netz ein Planungsrätsel machen

Die Forschenden untersuchten einen realen Verteilungs-Feeder in Hua Hin, Thailand, mit 102 Anschlussstellen und zwei Erzeugungsanlagen: einem Solarpark und einer Biomasseanlage. Sie betrachteten das Problem als Planungsrätsel: An welchen Stellen dieses Leitungsnetzes sollten ein, zwei oder drei große Batteriespeicher installiert werden und wie groß sollte jeder einzelne sein, um die beste Gesamtleistung zu erzielen? Die Leistung wurde durch eine einzige Kostenkennzahl bewertet, die die Anschaffungs-, Installations- und Wartungskosten der Batterien mit den Einsparungen durch geringere Spannungsprobleme, Energieverluste in den Leitungen und niedrigere Spitzenleistungen aus dem übergeordneten Netz kombiniert. Um das Betriebsverhalten der Batterien über einen ganzen Tag realistisch abzubilden, verwendete das Team eine mathematische Beschreibung von Lade- und Entladekurven und berücksichtigte dabei Grenzen für Energie, Leistung und Entladetiefe.

Digitale Flusskrebse auf der Suche nach der besten Lösung

Da es viele mögliche Standorte und Batteriekapazitäten gibt, nutzte das Team eine moderne Suchmethode, die vom Verhalten von Tieren inspiriert ist: den Crayfish Optimization Algorithm. Bei diesem Ansatz repräsentiert jeder virtuelle „Flusskrebs“ einen Kandidatenplan für Standort und Kapazität der Batterien. Durch wiederholte Schritte, die Futtersuche, Schutzsuche und Territorienverhalten nachahmen, verbessert sich die Kandidaten-Schwarmpopulation schrittweise. Der Algorithmus bewertet jeden Plan, indem er eine vollständige 24-Stunden-Simulation des realen Feeders durchführt, inklusive tatsächlicher Last- und Erzeugungsprofile der erneuerbaren Quellen. Zum Vergleich wandten die Forschenden außerdem zwei andere verbreitete Suchverfahren an, basierend auf Partikelschwarm- und Salp-Schwarm-Algorithmen, wobei dieselben Netzdaten und dieselbe Kostenfunktion verwendet wurden.

Was passiert, wenn Batterien hinzugefügt werden

Die Studie betrachtete vier Szenarien: keine Batterie, eine Batterie, zwei Batterien und drei Batterien. Das Hinzufügen von Batterien veränderte deutlich die tägliche Belastung des Feeders: Sie luden in Zeiten geringer Nachfrage und entluden in Spitzenzeiten, wodurch die höchste aus dem Netz bezogene Leistung sank, Energieverluste reduziert und die minimalen Spannungen im Netz verbessert wurden. Drei Batterien lieferten die stärksten technischen Verbesserungen mit den geringsten Verlusten und Spannungsabweichungen, erforderten jedoch auch die größte Investition. Zwei gut platzierte Batterien erreichten hingegen das beste Kosten-Nutzen-Verhältnis: Sie reduzierten erheblich die Kosten im Zusammenhang mit Spannungsschwankungen, Verlusten und Spitzenlasten, ohne die zusätzlichen Ausgaben für eine dritte Einheit zu rechtfertigen. In nahezu allen Vergleichen fand die crayfish-basierte Methode günstigere und wirksamere Lösungen als die anderen Algorithmen, und die gewählten Standorte waren entlang einer großzügigen Straßenstrecke praktisch realisierbar.

Was das für ein saubereres, intelligenteres Netz bedeutet

Für Nicht-Spezialisten lautet die Kernbotschaft: Einfach Batterien oder Erneuerbare willkürlich im Netz zu verteilen reicht nicht aus; ihre Standorte und Größen sind entscheidend für Zuverlässigkeit und Kosten. Diese reale Fallstudie zeigt, dass ein sorgfältig geplanter Satz aus zwei großen Batterien an den richtigen Stellen die meisten technischen Vorteile liefern kann, ohne in unnötige zusätzliche Hardware zu investieren. Indem ein fortschrittliches Suchverfahren erfolgreich auf ein Netz in Versorgungsgröße angewendet wurde, legt die Arbeit nahe, dass ähnliche Werkzeuge Netzbetreibern weltweit helfen können, stabilere und effizientere Netze zu entwerfen, während erneuerbare Energien wachsen.

Zitation: Khunkitti, S., Wichitkrailat, K. & Siritaratiwat, A. Optimal locations and capacities of multiple BESSs in a RES-integrated distribution network: a real-world case study. Sci Rep 16, 9992 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40971-z

Schlüsselwörter: Batterie-Energiespeicher, Integration erneuerbarer Energien ins Netz, Verteilnetze, Optimierungsalgorithmen, Reduzierung von Spitzenlasten