BESS Energiespeicher für die Energiewende

BESS Energiespeicher mit FAVEOS entwickeln

Intelligente Energiespeicherung und Netzstabilisierung

BESS Energiespeicher (Battery Energy Storage Systems) sind aktuell sehr gefragt. Denn durch den schnellen Zubau von erneuerbaren Stromerzeugungskapazitäten (Solaranlagen und Windenergieanlagen) im Rahmen der Energiewende entstehen neue technische Bedarfe bei der Stromspeicherung sowie der Netzstabilisierung. Hier können große BESS Energiespeicher erhebliche Vorteile bieten, da sie zum einen große Energiemengen zwischenspeichern und darüber hinaus auch Strom zur Netzstabilisierung liefern können! Beides sehr wichtige Funktionen, um die Volatilität von Erneuerbaren Energien auszugleichen!

Technische Komponenten

in der Übersicht

Ein BESS Energiespeicher ist meistens aus mehreren technischen Komponenten zusammengesetzt. Hierzu gehören neben den Batteriezellen vor allem das Batteriemanagementsystem (BMS), die elektrischen Steuersysteme sowie die Leistungselektronik. Schauen wir uns die einzelnen Komponenten nachfolgend im Detail an:

1. Batteriezellen in den Speichersystemen

Batteriezellen können verschiedene chemische Zusammensetzungen haben, wie zum Beispiel Lithium-Ionen, Nickel-Cadmium, Blei-Säure oder Natrium-Schwefel. Die wesentlichen Eigenschaften der unterschiedlichen Systeme lassen sich dabei wie folgt zusammenfassen:

• Lithium-Ionen-Batterien:
  • Aktuell am weitesten verbreitet bei BESS Energiespeichern
  • Hohe Energiedichte
  • Lange Lebensdauer
  • Gute Effizienz
  • Nachteil: hohe Kosten und spezifische Sicherheitsvorkehrungen
• Nickel-Cadmium-Batterien:
  • Sehr hohe Zuverlässigkeit
  • Hohe Leistungsfähigkeit
  • Nachteil: wegen Toxizität von Cadmium wenig umweltfreundlich
• Blei-Säure-Batterien:
  • Kostengünstige Alternative
  • Lange Lebensdauer
  • Nachteil: geringere Energiedichte und häufigere Wartung
• Natrium-Schwefel-Batterien:
  • Hohe Energiedichte
  • Geeignet für großetechnische Anwendungen
  • Nachteil: hohe Betriebstemperaturen und hohe Sicherheitsanforderungen

2. Batteriemanagemementsysteme für die BESS Speicher

Batteriemanagemementsysteme überwachen und steuern die Ladung und Beladung der BESS Energiespeicher, um die Lebensdauer zu maximieren, die Ladezyklen zu optimieren und die Sicherheit zu gewährleisten.

3. Steuerungssysteme von BESS Speichern

Steuerungssysteme sind sehr wichtige Komponenten für den Speicherbetrieb und bestehen aus Hard- und Software, die durch intelligente Steuerung die Leistung optimieren und einen effizienten Betrieb sicherstellen.

4. Leistungselektronik von BESS Systemen

Die Leistungselektronik der BESS Energiespeicher umfasst Wechsel- und Gleichrichter, um beispielsweise gespeicherten Gleichstrom in Wechselstrom zu wandeln, der bei den Verbrauchern benötigt wird.

Für einen effektiven Betrieb der BESS Energiespeicher ist eine intelligente Vernetzung und schnelle Kommunikation der Schlüssel für den Erfolg. Das gilt sowohl innerhalb der BESS Energiespeicher und die Integration einer Vielzahl von Anwendungen als auch für den Fernzugriff auf Betriebsdaten und die Fernsteuerung des gesamten Systems. Denn Batteriespeicher werden intensiv im Stromhandel genutzt (beispielsweise dem Day-Ahead-Markt [Handel für darauffolgenden Tag] oder dem Intraday-Handel [Handel am gleichen Tag)]. Hier ist Flexibilität und Live-Datenzugriff essenziell, um schnelle schnelle Reaktionszeiten beim Trading an den Strombörsen zu ermöglichen.

BESS Energiespeicher im Rahmen der Energiewende

Vielfache Vorteile nutzen!

Aufgrund des schnellen Zubaus erneuerbarer Energieerzeugungskapazitäten nehmen große BESS Energiespeicher eine zunehmend wichtige Rolle ein. Denn es gilt, die produzierten Strommengen nutzbar zu machen und insbesondere dann abrufbar zu haben, wenn der Bedarf vorliegt. Da zwischen den Hauptzeiten der Erzeugung erneuerbarer Energie (z.B. bei Photovoltaik in den Mittagsstunden) und Zeiten hoher Energieverbräuche (u.a. in den frühen Abendstunden) eine zeitliche Differenz liegt, können BESS Energiespeicher hier Abhilfe schaffen. Darüber hinaus können die BESS Energiespeicher auch zur Netzstabilisierung beitragen, wenn die Erzeugungskapazitäten schwanken. In der Zusammenstellung ergeben sich somit folgende Vorteile der BESS Energiespeicher:

• Technische Zwischenspeicherung von Strom, um diesen bedarfsgerecht abzugeben und zu nutzen
• Netzstabilisierung bei schwankenden Energieerzeugungskapazitäten
• Vermeidung von Stromausfällen
• Intelligente Integration Erneuerbarer Energien in das Stromnetz
• Entlastung regionaler Stromnetze
• Zusätzliche Erträge im Stromhandel
• Wirtschaftlichkeit Erneuerbarer Energien steigern
• Bereitstellung von grünem Strom rund um die Uhr

Kennwerte für BESS Energiespeicher

Ladezyklen und Wirkungsgrad

Um BESS Energiespeicher optimal und effektiv einzusetzen, sollten gewisse Kennwerte berücksichtigt und in das jeweilige Projekt einbezogen werden. Zu diesen Werten gehören beispielsweise Ladezyklen, Wirkungsgrade, Abnutzungswerte oder auch die Entladeleistung. Die wichtigsten Kennwerte möchten wir nachfolgend zusammenfassen:

1. Anzahl der Ladezyklen und Lebensdauer

BESS Energiespeicher haben eine limitierte Lebensdauer. Mit der Lebensdauer eines Speichers wird der Zeitraum bezeichnet, in dem ein Batteriespeicher noch eine Mindestkapazität der ursprünglichen Kapazität von 80% besitzt. Die Lebensdauer wird von den Herstellern normalerweise nicht in Jahren angegeben, sondern in Ladezyklen. Dabei beschreibt ein Ladezyklus das einmalige Laden, Speichern und Entladen der zur Verfügung stehenden Batteriekapazität. Aktuelle, im Markt erhältliche BESS Energiespeicher verfügen über 8.000 bis 15.000 Ladezyklen. Hieraus ergibt sich eine praktische Lebensdauer im Bereich von 10 – 20 Jahren.

Die Alterung der Speichersysteme hängt unter anderem vom Batterietyp, der Dimensionierung und der Nutzung ab. Unterschieden wird bei der Alterung zwischen der zyklischen Alterung durch Benutzung (z.B. durch Betriebsbedingungen) sowie der kalendarischen Alterung, bei der durch chemische Zerfallsprodukte eine stetige Alterung eintritt. Um eine lange Lebensdauer zu erreichen, ist ein intelligentes Energiemanagement mit optimaler Beladung und Nutzung von Vorteil. Auch auch optimale Betriebsbedingungen mit Temperaturen zwischen 10 – 25°C sowie einer Luftfeuchtigkeit zwischen 20 – 40% zahlen positiv auf eine lange Lebensdauer ein.

2. Wirkungsgrad

Eine wichtige Kennzahl für einen Batteriespeicher ist der Wirkungsgrad. Dieser ergibt sich aus dem Verhältnis von eingehender Energie und später nutzbarer Energie. Zwischen diesen beiden Werten liegen die Umwandlungsverluste, die durch den Wirkungsgrad beschrieben werden. Dabei gilt: Je geringer die Umwandlungsverluste, desto höher der Wirkungsgrad. Beispielsweise besagt ein Systemwirkungsgrad von 95%, dass nach der Speicherung noch 95% der eingegangen Energie nutzbar sind. Bei Lithium-Ionen-Speichern liegen markttypische Werte des Wirkungsgrades aktuell zwischen 95 – 98%.

Wirkungsgrad, Speicherkapazität & C-Rate

3. Wirtschaftlichkeit

Für einen wirtschaftlichen Betrieb von Stromspeichern ist die passende Kapazitätsauslegung wichtig. Sowohl überdimensionierte als auch unterdimensionierte Stromspeicher bringen nicht den maximalen wirtsschaftlichen Ertrag. Somit ist die Auslegungsfrage von BESS Energiespeichern entscheidend für die Wirtschaftlichkeit. Hier gilt es, die Auslegung des Stromspeichers optimal an die Gegebenheiten anzupassen, so dass die Ladekapazität möglichst optimal auf die Be- und Entladezeiten abgestimmt wird, so dass hohe Redniten möglich werden.

4. Speicherkapazität

Mit der Speicherkapazität (auch Nennkapazität genannt) wird angegeben, wieviel Energie maximal im Batteriesystem gespeichert werden kann. Die Speicherkapazität sollte möglichst genau auf den jeweiligen Standort abgestimmt werden. Hierbei spielen vor allem die auf der Input-Seite zur Verfügung stehenden Strommengen pro Zeiteinheit sowie die pro Zeiteinheit abzugebenden Strommengen auf der Output-Seite im Zentrum der Betrachtung. Hier gilt es, sorgfältige Berechnungen anzustellen, um die optimale Speichergröße zu ermitteln.

5. Lade- und Entladeleistung (C-Rate)

Mit der Lade- bzw. Entladeleistung (C-Rate) wird die Zeit bezeichnet, in der die komplette Speicherkapazität eines BESS Batteriespeichers voll geladen bzw. komplett ausgenutzt werden kann. Die C-Rate wird vor allem dann besonders relevant, wenn hohe Lastspitzen zu gewissen Uhrzeiten auftreten (z.B. bei PV-Anlagen zur Mittagszeit). Hier gilt es, die zur Verfügung stehenden Strommengen in sehr kurzer Zeit aufzunehmen bzw. später auch wieder abzugeben.

Die C-Rate gibt Auskunft über das Verhältnis der Entladegeschwindigkeit zur Speicherkapazität. Ein Beispiel: Eine C-Rate von 1 bedeutet, dass sich ein BESS Batteriesystem innerhalb von einer Stunde vollständig entladen kann. Demgegenüber bedeutet eine C-Rate von 2, dass das System in der Lage ist, sich innerhalb von 30 Minuten zu entleeren. Eine C-Rate von 0,5 sagt aus, dass die vollständige Entladung zwei Stunden dauert.

Projektentwicklung mit den Experten von FAVEOS

von der Standortakquise bis zum Betrieb

Unser Fazit

Um die Energiewende nachhaltig positiv zu gestalten, spielen BESS Energiespeicher eine wichtige Rolle. Durch die Zwischenspeicherung von großen Strommengen können einerseits Energieüberschüsse mit zeitlichem Versatz nutzbar gemacht und andererseits positive Beiträge zur Netzstabilität erreicht werden.

Wichtig ist dabei die standortbezogene, technische Auslegung der Systeme: Welche Energiemengen sollen pro Zeiteinheit gespeichert bzw. abgegeben werden? Wie groß muss der sich hieraus ergebende Speicher werden und welche Entladegeschwindigkeit pro Zeiteinheit ist notwendig (C-Rate)? Wie hoch sind die Kosten der benötigten Flächen (inkl. Nebenanlagen)? Mit welchen Investitionskosten ist zu rechnen? Welche Vermarktungserlöse sind für den zwischengespeicherten Strom zu erzielen (Day-Ahead, Intraday, usw.)?

Die Experten von FAVEOS geben zu all diesen Fragen sachkundig Auskunft und entwickeln Stromspeicher-Projekte an besonders geeigneten Standorten! Frei nach dem Motto: Zusammen STARK für die Energie der Zukunft!

Kontaktaufnahme zur Projektentwicklung mit FAVEOS

---