Eine 1-MWh-Batterie ist nicht unbedingt ein 1-MW-Batteriespeichersystem.

Diese Unterscheidung klingt einfach, hat aber einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit eines Batteriespeichersystems – und darauf, ob es sich finanziell für ein Projekt lohnt.

Betrachten wir drei Systeme mit der gleichen Batteriekapazität von 1 MWh:

Alle drei speichern annähernd die gleiche Energiemenge. Der Unterschied liegt darin, wie schnell diese Energie abgegeben werden kann.

Für eine Fabrik, die versucht, eine kurze Nachfragespitze am Nachmittag zu reduzieren, kann die richtige Lösung ganz anders aussehen als für ein Solarprojekt, das die Stromerzeugung über mehrere Stunden am Tag in den Abend verlagern muss.

Was bedeutet BESS-Dauer?

Die BESS-Dauer beschreibt ungefähr, wie lange ein Batteriespeichersystem seine Nennleistung abgeben kann, bevor die gespeicherte Energie aufgebraucht ist.

Auf einer grundlegenden Ebene:

Zum Beispiel:

261 kWh ÷ 125 kW = 2,09 Stunden

Vereinfacht ausgedrückt ist ein 125 kW / 261 kWh System daher ungefähr ein zweistündiges Batteriespeichersystem.

Der Betrieb in der Praxis ist komplexer. Nutzbare Energie, Ladezustandsgrenzen, Systemeffizienz, Temperatur, Batteriealterung, Eigenverbrauch und Betriebsstrategie können die tatsächliche Entladezeit beeinflussen.

Dennoch ist das Energie-Leistungs-Verhältnis eine der ersten Kennzahlen, die man beim Vergleich von BESS-Konfigurationen überprüfen sollte.

kW und kWh sind nicht austauschbar.

Dies ist einer der wichtigsten Unterschiede bei der Energiespeicherung.

kW ist die Maßeinheit für Leistung.

Es zeigt an, wie viel Leistung das System in einem bestimmten Moment liefern kann.

kWh ist eine Maßeinheit für Energie.

Es gibt Auskunft darüber, wie viel Energie die Batterie speichern und im Laufe der Zeit abgeben kann.

Angenommen, eine Anlage erlebt einen Lastanstieg von 400 kW.

Eine 100 kW / 400 kWh Batterie verfügt über genügend Energie für vier Stunden bei ihrer Nennleistung, kann aber einen kurzzeitigen Leistungsstoß von 400 kW nicht selbstständig ausgleichen, da ihre Ausgangsleistung auf 100 kW begrenzt ist.

Ein 400 kW / 400 kWh BESS kann viel mehr Leistung liefern, jedoch nur für etwa eine Stunde bei voller Nennleistung.

Keines der beiden Systeme ist automatisch besser. Sie lösen unterschiedliche Probleme.

Was ist ein 1-Stunden-BESS?

Ein 1-Stunden-BESS hat ungefähr die gleiche numerische Energiekapazität in kWh wie seine Nennleistung in kW.

Zum Beispiel:

• 500 kW / 500 kWh
• 1 MW / 1 MWh
• 2 MW / 2 MWh

Diese Systeme sind darauf ausgelegt, über einen kürzeren Zeitraum eine relativ hohe Leistung zu liefern.

Eine einstündige Konfiguration kann sinnvoll sein, wenn das Projekt auf kurzzeitige Bedarfsspitzen reagieren muss, anstatt mehrere Stunden kontinuierliche Energie bereitzustellen.

Zu den potenziellen Anwendungsgebieten gehören kurze Spitzenlastabdeckungsperioden, Unterstützung der Stromversorgung, bestimmte Netzdienstleistungen, Glättung erneuerbarer Energien und Anwendungen, bei denen eine hohe Entladeleistung wichtiger ist als eine lange Entladedauer.

Bei Projekten im Gewerbe- und Industriebereich sollte man sich jedoch nicht für eine Ein-Stunden-Batterie entscheiden, nur weil sie weniger Energiekapazität benötigt als ein System mit längerer Laufzeit.

Die erste Frage ist, wie lange die tatsächliche Spitzenlast des Standorts anhält.

Was ist ein 2-Stunden-BESS?

Ein 2-Stunden-BESS verfügt typischerweise über etwa die doppelte Energiekapazität seiner Nennleistung.

Beispiele hierfür sind:

• 100 kW / 200 kWh
• 500 kW / 1 MWh
• 1 MW / 2 MWh

Zwei-Stunden-Konfigurationen sind besonders relevant für die Energiespeicherung im gewerblichen und industriellen Bereich, da viele Anwendungen in diesem Bereich ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Entladedauer erfordern.

Typische Anwendungsfälle können beispielsweise sein:

• Gipfelrasur
• Zeitabhängige Energieverschiebung
• Solar-Eigenverbrauch
• Nachfragemanagement
• Kurz- bis mittelfristige Backup-Zeiträume
• Kommerzielle Mikronetze
• Lastmanagement für Elektrofahrzeuge

Betrachten wir ein Gebäude mit Solaranlage auf dem Dach und einem Stromtarif, der zwischen dem späten Nachmittag und dem frühen Abend teurer wird.

Anstatt überschüssige Solarenergie mittags zu exportieren, kann sich ein Batteriespeichersystem (BESS) mit PV-Energie aufladen und diese später wieder entladen, wenn der Netzstrom teurer wird.

Dauert diese Phase mit hohem Wert etwa zwei Stunden, bietet ein entsprechend dimensioniertes Zwei-Stunden-System möglicherweise eine bessere Lösung als eine Ein- oder Vier-Stunden-Konfiguration.

Was ist ein 4-Stunden-BESS?

Ein 4-Stunden-System speichert etwa das Vierfache seiner Nennleistung an Energie.

Zum Beispiel:

• 250 kW / 1 MWh
• 500 kW / 2 MWh
• 1 MW / 4 MWh

Eine vierstündige Speicherung wird dann relevanter, wenn es darum geht, eine größere Energiemenge über einen längeren Zeitraum zu transportieren.

Zu den potenziellen Anwendungsgebieten gehören längere Verschiebungen der Solarenergie, verlängerte Spitzenlastzeiten, die Integration erneuerbarer Energien, Mikronetze, kapazitätsorientierte Anwendungen und bestimmte Großprojekte.

Stellen Sie sich ein Solarkraftwerk vor, das zwischen 11:00 und 15:00 Uhr einen erheblichen Stromüberschuss produziert, während der lokale Bedarf zwischen 17:00 und 21:00 Uhr ansteigt.

Ein BESS mit längerer Laufzeit kann einen Teil der tagsüber erzeugten Energie speichern und in den Abend verlagern.

1-Stunden- vs. 2-Stunden- vs. 4-Stunden-BESS

Ist eine längere BESS-Dauer immer besser?

NEIN.

Eine höhere Batteriekapazität ermöglicht zwar längere Entladezeiten, doch muss diese zusätzliche Kapazität einen ausreichenden betrieblichen oder finanziellen Mehrwert generieren, um sich zu rechtfertigen.

Die Umstellung von einem Zwei-Stunden- auf ein Vier-Stunden-System kann folgende Auswirkungen haben:

• Batterie-CAPEX
• Schrank- oder Behältermenge
• Standortmerkmale
• Versand-und Bearbeitungs
• Anforderungen an das Wärmemanagement
• Elektrische Infrastruktur
• Installation
• Wartung
• Langfristige Augmentationsstrategie

Ziel ist nicht die Maximierung der Speicherdauer.

Ein Beispiel aus der Praxis: 125 kW / 261 kWh

Betrachten wir ein kommerzielles Batteriespeichersystem mit einer Kapazität von 125 kW / 261 kWh .

Damit liegt das System auf Nennleistungsebene ungefähr in der Kategorie von zwei Stunden.

Eine solche Konfiguration kann für Gewerbe- und Industriebetriebe relevant sein, die Anwendungen wie Solar-Eigenverbrauch, Lastspitzenkappung, zeitvariable Tarife, gewerbliches Lastmanagement und Backup-Unterstützung benötigen.

Die tatsächliche Nutzungsdauer hängt von Faktoren wie beispielsweise Folgendem ab:

• Zulässiges Ladezustandsfenster
• Abflusstiefe
• PCS- und Batterieeffizienz
• Hilfslasten
• Betriebstemperatur
• Batteriezustand
• Kontrollstrategie
• Erforderliche Reservekapazität

Beginnen Sie mit dem Lastprofil, nicht mit dem Batteriekatalog.

Eine der nützlichsten Eingangsgrößen für ein kommerzielles BESS-Projekt sind die historischen Lastdaten eines Standorts.

Idealerweise sollten die Projektingenieure die Daten im 15-Minuten-Intervall auswerten, anstatt sich nur auf die monatlichen Stromrechnungen zu verlassen.

Der monatliche Verbrauch gibt an, wie viel Strom verbraucht wurde. Er zeigt jedoch nicht genau, wann der höchste Bedarf auftrat oder wie lange dieser anhielt.

Eine sinnvolle Vorab-Einschätzung sollte Folgendes berücksichtigen:

• 15-Minuten- oder stündliches Lastprofil
• Spitzenlast in kW
• Dauer der Spitzenlast
• Stromtarif
• Nutzungszeiten
• Vorhandene oder geplante PV-Kapazität
• PV-Erzeugungskurve
• Beschränkungen für den Grid-Import/Export
• Kritische Lasten
• Erforderliche Backup-Dauer
• Verfügbarer Installationsraum
• Erwartetes zukünftiges Lastwachstum

BESS-Dauer für die Spitzenrasur

Peak Shaving ist ein gutes Beispiel dafür, warum die Dauer wichtig ist.

Angenommen, eine Fabrik arbeitet normalerweise mit einer Leistung von etwa 600 kW, erreicht aber zwischen 14:00 und 16:00 Uhr 900 kW.

Soll die Netzlast unter 700 kW gehalten werden, muss das Batteriespeichersystem (BESS) während eines Großteils dieses Zeitraums etwa 200 kW bereitstellen.

Das bedeutet nicht, dass das Projekt sofort eine 200 kW / 400 kWh Batterie anschaffen sollte.

Ingenieure müssen weiterhin den nutzbaren SOC-Bereich, die Effizienz, die Degradation, die Reservemarge und die Abweichungen in der tatsächlichen Lastkurve berücksichtigen.

BESS-Dauer für die Verschiebung von Solarenergie

Solaranlagen mit Speichersystemen erfordern eine andere Analyse.

Die Ingenieure müssen die PV-Erzeugungskurve mit der Verbrauchskurve des Standorts vergleichen.

Zu den Schlüsselfragen gehören:

• Wie viel überschüssige Solarenergie steht zur Verfügung?
• Wann tritt dieser Überschuss auf?
• Wann ist der gespeicherte Strom am wertvollsten?

Produziert ein Gewerbegebäude um die Mittagszeit 600 kWh überschüssigen Solarstrom, muss aber nur 300 kWh in eine zweistündige Abendtarifperiode einspeisen, so verbessert die Installation zusätzlicher Speicherkapazitäten für mehrere Stunden möglicherweise nicht die Wirtschaftlichkeit des Projekts.

Andererseits kann ein abgelegenes Mikronetz, das mehrere Stunden nach Sonnenuntergang in Betrieb sein muss, eine deutlich längere Speicherdauer erfordern.

Wie sieht es mit Notstromversorgung aus?

Backup-Projekte bringen eine weitere Variable mit sich: die kritische Last.

Ein Standort verfügt möglicherweise über einen 1-MW-Netzanschluss, aber nur über 200 kW wirklich kritische Ausrüstung.

Anstatt die Batterie auf die gesamte Anlagenlast auszurichten, können die Ingenieure die Verbraucher identifizieren, die während eines Stromausfalls betriebsbereit bleiben müssen.

Wenn die kritischen Lasten im Durchschnitt 150 kW betragen und das Ziel eine vierstündige Notstromversorgung ist:

Warum sich die BESS-Dauer im Laufe der Projektlebensdauer ändert

Eine heute eingebaute Batterie behält während ihrer gesamten Betriebsdauer nicht exakt dieselbe nutzbare Kapazität.

Lithium-Ionen-Batterien verlieren aufgrund von kalendarischer Alterung und Ladezyklen allmählich an Kapazität.

Bei der langfristigen Auslegung von Batteriespeichersystemen sollten daher folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Kapazität zu Beginn des Lebens
• Erwartete jährliche Schwankungen
• Abflusstiefe
• Betriebstemperatur
• Zellabbau
• Kapazitätsanforderung am Ende der Lebensdauer
• Garantiebedingungen
• Mögliche zukünftige Erweiterung

Wie man die richtige BESS-Dauer auswählt

1. Wie viel Leistung wird benötigt?

Ermitteln Sie die maximale kW-Leistung, die die Batterie liefern oder aufnehmen muss.

2. Wie lange wird diese Stromversorgung benötigt?

Prüfen Sie den tatsächlichen Spitzenwert, den Tarif, die Verschiebung der Sonneneinstrahlung oder das Backup-Fenster.

3. Wie viel nutzbare Energie wird benötigt?

Berechnen Sie die benötigte kWh-Menge unter Berücksichtigung des Betriebsladezustandsbereichs (SOC) und der Systemverluste.

4. Was sollte das System auch in einigen Jahren noch leisten können?

Berücksichtigen Sie Verschleißerscheinungen, Gewährleistungsanforderungen und zukünftige Standortbedingungen.

Fazit

Ein Batteriespeichersystem sollte nicht allein durch die Kilowattstundenzahl (kWh) definiert werden.

Die Systeme mit 1 MW / 1 MWh , 500 kW / 1 MWh und 250 kW / 1 MWh enthalten alle ungefähr die gleiche Menge an gespeicherter Energie, sind aber für sehr unterschiedliche Betriebsbedingungen ausgelegt.

Bei kommerziellen und industriellen Projekten hängt die richtige Speicherdauer davon ab, wann Energie benötigt wird, wie viel Leistung benötigt wird, wie lange dieser Bedarf besteht und welches wirtschaftliche oder betriebliche Problem das System lösen soll.

Häufig gestellte Fragen