Kann Batteriespeicher einen Netzanschlussausbau ersetzen? Ein Leitfaden für Gewerbe- und Industrieprojekte.

Bei vielen gewerblichen und industriellen Energieprojekten ist nicht mehr der Strompreis die erste Einschränkung, sondern die Strommenge, die der Standort tatsächlich aus dem Netz beziehen darf.

Eine Fabrik möchte möglicherweise eine weitere Produktionslinie hinzufügen. Ein Lagerhaus installiert eventuell Hochleistungs-Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Ein Hotel erweitert möglicherweise seine Klima- und Freizeiteinrichtungen. Ein Rechenzentrum hat möglicherweise bereits Grundstücke und Kunden gewonnen, verfügt aber nur über einen Teil der für die nächste Entwicklungsphase benötigten elektrischen Kapazität. In all diesen Fällen besteht die herkömmliche Lösung darin, einen größeren Netzanschluss zu beantragen, den Transformator aufzurüsten oder die lokale Strominfrastruktur zu verstärken.

Dieser Prozess kann teuer und in dicht besiedelten Gebieten langsam sein.

Batteriespeicher bieten eine weitere Option. Indem sie einen Teil des Strombedarfs eines Standorts in Spitzenzeiten decken und sich bei verfügbarer Netzkapazität wieder aufladen, können sie den Netzbezug unter Umständen unter der bestehenden Anschlussgrenze halten. Bei geeigneten Projekten kann dies einen Netzausbau reduzieren, hinauszögern oder teilweise vermeiden.

Das wichtige Wort ist manchmal.

Eine Batterie schafft keine neue Netzkapazität und kann einen dauerhaften Energiemangel nicht beheben. Die Wirtschaftlichkeit hängt davon ab, wann der Kapazitätsengpass auftritt, wie lange er andauert und ob die Batterie über genügend Leistung und Energie verfügt, um die Lücke zu schließen.

Warum die Netzkapazität zu einem Problem für Gewerbe und Industrie wird

Die Elektrifizierung des Gewerbebereichs schreitet in vielen Märkten schneller voran als der Netzausbau.

Fabriken ersetzen fossile Brennstoffe durch elektrische Anlagen, Logistikzentren rüsten mit Ladestationen für Elektrofahrzeuge aus, Gebäude installieren Wärmepumpen und Rechenzentren erzeugen neue, hohe Lastkonzentrationen. Gleichzeitig belastet die dezentrale Solarenergie die lokalen Stromnetze in Zeiten hoher Stromerzeugung zusätzlich.

Dadurch entsteht eine häufige Situation: Der bestehende Netzanschluss funktioniert zwar noch, ist aber für die nächste Entwicklungsphase des Standorts nicht mehr ausreichend dimensioniert.

Das technische Problem kann überraschend einfach sein. Eine Fabrik hat möglicherweise eine vertraglich oder physisch festgelegte Netzanschlussgrenze von 500 kW, während die erweiterte Anlage gelegentlich 700 kW erreicht. Der Standort benötigt nicht unbedingt jede Stunde des Jahres zusätzliche 200 kW aus dem Netz. Er benötigt sie möglicherweise nur ein oder zwei Stunden während Produktionsspitzen.

Genau hier wird die Batteriespeicherung interessant.

Aktuelle deutsche Forschungsergebnisse verdeutlichen das zugrundeliegende Prinzip. Eine Studie des Fraunhofer IEE ergab, dass die bestehende Netzinfrastruktur oft mehr erneuerbare Energien aufnehmen kann, wenn Batterien kurzzeitige Leistungsspitzen absorbieren, anstatt das Netz permanent auf das theoretische Maximum auszurichten. Die Studie schätzte ein erhebliches zusätzliches Potenzial für den Anschluss von Photovoltaik-Anlagen und Batteriespeichern an bestehende Umspannwerke, indem die Transformatorenauslastung durch Speicher optimiert wird.

Ein Gewerbebetrieb steht vor der gleichen technischen Frage, nur auf der anderen Seite des Stromzählers: Muss das Stromnetz wirklich für die absolute Spitzenlast ausgebaut werden, oder kann ein Teil dieser Spitzenlast lokal bewältigt werden?

Wann kann eine BESS-Batterie eine Netzmodernisierung reduzieren oder verzögern?

Batteriespeicher funktionieren am besten, wenn die Netzbeschränkung nur zeitweise und nicht kontinuierlich ist.

Betrachten wir einen Produktionsstandort mit einem 500-kW-Netzanschluss. Nach der Inbetriebnahme einer neuen Produktionslinie wird erwartet, dass die Spitzenlast zwischen 14:00 und 16:00 Uhr 700 kW erreicht, während die Last in den meisten anderen Zeiträumen unter 500 kW bleibt.

Der Strommangel ist:

700 kW − 500 kW = 200 kW

Wenn die Batterie diese Lücke zwei Stunden lang überbrücken muss:

200 kW × 2 Stunden = 400 kWh

Unter Berücksichtigung von Reserve-SOC, Umwandlungsverlusten, Degradation und Betriebsmarge kann das Projekt ein BESS im Bereich von 500 kWh in Betracht ziehen.

Der Netzanschluss bleibt bei 500 kW. Während der Spitzenlastzeit bezieht der Standort 500 kW aus dem Netz und ca. 200 kW aus der Batterie. Sinkt der Bedarf wieder, kann die Batterie aufgeladen werden, ohne die Netzanschlussleistung zu überschreiten.

Bei solchen Projekten ersetzt der Speicher nicht das Stromnetz. Er verändert sich vielmehr, wenn der Standort Strom daraus bezieht.

Dieser Unterschied ist grundlegend.

Benötigt dieselbe Fabrik 24 Stunden lang kontinuierlich 700 kW, reicht eine 500-kWh-Batterie nicht aus. Sie würde sich schnell entladen und müsste über eine ohnehin schon knapp bemessene Netzverbindung wieder aufgeladen werden. Ein dauerhafter Leistungsbedarf von 200 kW erfordert zusätzliche Erzeugungskapazität, einen größeren Netzanschluss oder eine andere Langzeitstromquelle.

BESS ist daher am effektivsten dort, wo das Kapazitätsproblem in der Dauer der Spitzenlast gemessen wird und nicht einfach in der maximalen Last.

Vermeiden, Verschieben oder Reduzieren: Das sind unterschiedliche Ergebnisse.

Für EPCs und Projektentwickler ist es hilfreich, drei mögliche Ergebnisse zu unterscheiden.

Eine Batterie kann einen Netzausbau vermeiden, wenn der bestehende Anschluss den durchschnittlichen Energiebedarf des Standorts deckt und nur kurzzeitige Spitzenlasten die zulässige Grenze überschreiten. In diesem Fall kann das Batteriespeichersystem (BESS) die langfristige Lösung bleiben.

Eine Aufrüstung kann sich verzögern, wenn der Standort zwar dringend zusätzliche Leistung benötigt, eine Erweiterung der Versorgungsinfrastruktur aber bereits einige Jahre später geplant ist. Speicherlösungen können diese Zeitspanne überbrücken und dem Unternehmen ermöglichen, zu expandieren, bevor das Netzwerkprojekt abgeschlossen ist.

Oder es kann den erforderlichen Ausbau reduzieren. Eine Anlage, die voraussichtlich von 1 MW auf 1,8 MW wachsen wird, könnte Batteriespeichersysteme nutzen, um die Netzlast auf 1,4 MW zu begrenzen, sodass die Netzverstärkung nicht die gesamte zukünftige Spitzenlast abdecken muss.

Diese Unterschiede sind wirtschaftlich relevant.

Der Business Case sollte nicht nur Folgendes vergleichen:

BESS-Kosten im Vergleich zu den Transformatorkosten

Es sollte auch Folgendes berücksichtigt werden:

Kosten für die Netzmodernisierung + Wartezeit + Produktionsausfall oder verzögerte Projekteinnahmen

gegen:

BESS-Investition + Betriebskosteneinsparungen + Restwert nach Netzausbau

Eine Batterie, die als Energiesparvorrichtung teuer erscheint, kann viel sinnvoller sein, wenn sie es einer Fabrik, einem Ladeknotenpunkt oder einem Rechenzentrum ermöglicht, ein Jahr früher in Betrieb zu gehen.

Dimensionierung von Batteriespeichersystemen für ein netzbeschränktes Gelände

Die erste Berechnung ist normalerweise eine Potenzberechnung.

Erforderliche BESS-Leistung ≈ Spitzenlast am Standort − Verfügbare Netzkapazität

Das zweite ist die Dauer:

Basisbatterieenergie ≈ Erforderliche BESS-Leistung × Dauer der Einschränkung

Angenommen, ein Gewerbebetrieb hat eine Spitzenlast von 800 kW, aber nur eine Netzkapazität von 600 kW. Wenn das Defizit von 200 kW zwei Stunden anhält, beträgt der theoretische Energiebedarf etwa 400 kWh.

Hält das gleiche Defizit vier Stunden an, beträgt es 800 kWh.

Aus diesem Grund können zwei Standorte mit dem gleichen Netzanschluss sehr unterschiedliche Batteriekapazitäten benötigen.

Für eine erste Projektprüfung könnte eine vereinfachte Auswahl folgendermaßen aussehen:

Dies sind Planungsbeispiele und keine endgültigen Systementwürfe. Die tatsächliche Dimensionierung sollte die nutzbare Batteriekapazität, den Wirkungsgrad des PCS, die Batteriealterung, den minimalen Reserve-SOC, die Umgebungsbedingungen und die Frage, ob ein Teil der Batterie als Notstromversorgung verfügbar bleiben muss, berücksichtigen.

Das Lastprofil ist daher wichtiger als die monatliche Stromrechnung allein. Daten im 15-Minuten-Intervall liefern in der Regel deutlich nützlichere Informationen als der monatliche Gesamtverbrauch.

Bestehende Solaranlagen können die Wirtschaftlichkeit verbessern

An Standorten mit Netzanschluss ist oft bereits eine Photovoltaikanlage installiert, was die Berechnung verändert.

Eine Fabrik kann abends möglicherweise keinen zusätzlichen Strom importieren, verfügt aber mittags unter Umständen über mehrere hundert Kilowatt überschüssige Solarenergie. Anstatt diese Energie einzuspeisen, kann sie in einer Batterie gespeichert und später genutzt werden, wenn die Anlage an ihre Netzauslastungsgrenze stößt.

Dadurch ergeben sich zwei Vorteile aus demselben System:

höherer Eigenverbrauch von Solarstrom und Unterstützung der Netzkapazität

Die wirtschaftlichen Vorteile können stärker sein als die jeweiligen Anwendungsfälle für sich.

Beispielsweise verbraucht ein Standort mit einem 500-kW-Netzanschluss und einer 600-kWp-Solaranlage an einem Nachmittag möglicherweise nur 300 kW. Die freie Netzkapazität und der Solarstromüberschuss ermöglichen das Laden der Batterie. Steigt der Strombedarf später auf 650 kW, kann die gespeicherte Energie die Differenz von 150 kW ausgleichen und gleichzeitig den Netzbezug bei maximal 500 kW halten.

Die Batterie verschiebt effektiv sowohl die Solarstromerzeugung als auch die Netzkapazität über die Zeit.

Aus diesem Grund gewinnt die Batteriespeicherung in kommerziellen Mikronetzen auch für die industrielle Expansion an Bedeutung. Sobald Photovoltaik, Batteriespeichersystem, Netzanschluss und gegebenenfalls ein Dieselgenerator von einem Energiemanagementsystem koordiniert werden, stehen dem Standort mehr Optionen zur Verfügung, als lediglich einen größeren Transformator anzufordern.

Für Projekte, die eine umfassendere Systemarchitektur erfordern, bietet GSL ENERGY die industrielle und kommerzielle Mikronetzlösungen Die Bandbreite umfasst netzgekoppelte, hybride und netzunabhängige Konfigurationen, die Batteriespeichersysteme mit Vor-Ort-Erzeugung und Lastmanagement kombinieren.

Ein rasterbeschränktes Projekt ist nicht dasselbe wie ein Backup-Projekt.

Eine der wichtigsten Designfragen ist, ob dasselbe Batteriespeichersystem auch eine Notstromversorgung bereitstellen muss.

Bei normaler Netzkapazitätsunterstützung kann die Batterie gezielt entladen werden, um zu verhindern, dass der Bedarf vor Ort die Anschlussgrenze überschreitet.

Während eines Stromausfalls möchte das Unternehmen jedoch möglicherweise, dass die Batterie für kritische Verbraucher verfügbar bleibt.

Diese beiden Ziele konkurrieren um dieselbe gespeicherte Energie.

Eine Fabrik könnte theoretisch über eine 1-MWh-Batterie verfügen, aber wenn regelmäßig 800 kWh zur Spitzenlastunterstützung genutzt werden, steht bei einem Stromausfall möglicherweise nur noch ein kleiner Teil zur Verfügung.

Das Rettungsdienstsystem benötigt daher eine Reservestrategie.

Das System könnte beispielsweise 20 % oder 30 % des Ladezustands (SOC) für den Notbetrieb reservieren und den Rest zur Netzstützung und Solaroptimierung nutzen. Die korrekte Reserve hängt von der kritischen Last, der Verfügbarkeit des Generators und der erforderlichen Backup-Dauer ab.

Ist bereits ein Dieselgenerator installiert, kann das Batteriespeichersystem (BESS) auch als Teil eines Hybridsystems fungieren. Die Batterie kann sofort Strom liefern, kurzzeitige Lastspitzen abfangen und den Generatorstart verzögern, während der Generator für längere Stromausfälle bereitsteht.

Das ist oft wirtschaftlicher, als die Batterie so zu dimensionieren, dass sie die gesamte Anlage über viele Stunden mit Strom versorgen kann.

Wo 261-kWh-, 500-kWh-, 1-MWh- und 2-MWh-Systeme Platz finden

Netzkapazitätsprojekte eignen sich naturgemäß für modulare Batteriearchitekturen für Gewerbe und Industrie, da das System an die Größe des tatsächlichen Leistungsdefizits angepasst werden kann.

Ein Speicherschrank der 261-kWh-Klasse eignet sich möglicherweise für kleinere oder kurzzeitige Engpässe. Zwei Einheiten erhöhen die Speicherkapazität auf etwa 500 kWh, während vier Schränke eine Speicherkapazität von rund 1 MWh ermöglichen.

Am Beispiel einer modularen Plattform mit 125 kW/261,2 kWh:

Entscheidend ist nicht nur, dass zusätzliche Schaltschränke installiert werden können. Auch die Systemsteuerung (PCS), der Transformator, die Schaltanlage, das Energiemanagementsystem (EMS) und das Anlagenschutzsystem müssen auf die erforderliche Betriebsleistung ausgelegt sein.

Ein Standort, der lediglich 200 kW Spitzenleistung benötigt, benötigt möglicherweise kein 500-kW-Leistungsumwandlungsaggregat (PCS), da er nur etwa 1 MWh Batteriespeicher nutzt. Umgekehrt kann eine kurze, aber sehr hohe Leistungsspitze eine höhere PCS-Kapazität und weniger Energie erfordern.

Deshalb sollten kW und kWh niemals unabhängig vom Lastprofil ausgewählt werden.

Was geschieht nach der Modernisierung des Stromnetzes?

Eine häufige Sorge ist, ob das Batteriespeichersystem überflüssig wird, sobald der Energieversorger schließlich mehr Kapazität bereitstellt.

Normalerweise ist das nicht nötig.

Nachdem die Netzbeschränkung aufgehoben wurde, kann dieselbe Batterie weiterhin einen Wert bieten durch Eigenverbrauch von Solarstrom, Spitzenlastabdeckung, zeitzeitoptimierte Nutzung, Backup-Reserve oder die Teilnahme an Flexibilitätsmärkten, sofern dies die Vorschriften zulassen.

Dies ist ein wichtiger Bestandteil der Investitionsentscheidung.

Wenn ein Unternehmen hohe Summen für temporäre Dieselgeneratoren oder temporäre elektrische Infrastruktur ausgibt, kann ein Großteil dieser Investition nach Fertigstellung des permanenten Netzanschlusses von geringem Wert sein.

Ein Batteriespeichersystem kann ein betriebsbereites Energieanlagegut bleiben.

Das gibt den Entwicklern eine weitere Möglichkeit, das Projekt zu bewerten:

Welche Funktion werden diese Geräte noch haben, nachdem das ursprüngliche Netzproblem behoben ist?

Je überzeugender die Antwort, desto leichter lässt sich die Investition rechtfertigen.

Wenn Batteriespeicher nicht die richtige Lösung ist

BESS sollte nicht als universelle Alternative zur Netzverstärkung dargestellt werden.

Benötigt eine Anlage rund um die Uhr deutlich mehr Energie, kann die Batterie den zugrunde liegenden Kapazitätsmangel nicht beheben. Gibt es keine Phase geringer Last, in der sie sich aufladen kann, hat das System keine Möglichkeit, Energie umzuschichten.

Speichermöglichkeiten können auch dann unwirtschaftlich sein, wenn eine Netzverstärkung kostengünstig, sofort verfügbar und groß genug ist, um dem langfristigen Wachstum gerecht zu werden.

Bei anderen Projekten kann eine so lange Notstromversorgung erforderlich sein, dass Generatoren, Brennstoffzellen oder eine zusätzliche Netzinfrastruktur praktikabler bleiben.

Aus diesem Grund sollte die erste Phase eines C&I-Batterieprojekts eine technische Bewertung und nicht die Angebotserstellung für ein Produkt sein.

Ein guter Lieferant sollte auch bereit sein, zu sagen, wann Lagerung nicht die richtige Lösung ist.

Das ist besonders wichtig für EPC-Unternehmen, da eine Überdimensionierung eines Batteriespeichersystems ein ansonsten gutes Projekt wirtschaftlich schwer zu rechtfertigen machen kann.

Was Energieberater vor der Anforderung eines Angebots für ein Gebäudeenergiespeichersystem prüfen sollten

Bei einem netzgebundenen Gewerbe- oder Industrieprojekt sind die nützlichsten Projektinformationen unkompliziert:

Anhand dieser Eingangsdaten kann der EPC-Anbieter feststellen, ob es sich bei dem Projekt in erster Linie um ein Netzkapazitätsproblem, ein Energieproblem, ein Backup-Problem oder eine Kombination aus allen drei handelt.

Diese Unterscheidung sollte vor der Batterieauswahl erfolgen.

Die wirtschaftliche Frage dreht sich eigentlich um die Kosten des Wartens.

Die überzeugendsten Argumente für Batteriespeichersysteme (BESS) zeigen sich oft dort, wo ein Netzausbau zwar möglich, aber zu langsam ist.

Ein Hersteller weiß möglicherweise, dass der Energieversorger letztendlich weitere 500 kW liefern kann, doch die Erweiterung könnte zwei Jahre dauern. Wenn die neue Produktionslinie erhebliche Umsätze generiert, kann das Warten von zwei Jahren deutlich teurer sein als das Batteriesystem selbst.

Die gleiche Logik gilt für Rechenzentren, Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Hotels und Logistikeinrichtungen.

Dies ändert die Art und Weise, wie der ROI berechnet werden sollte.

Herkömmliche BESS-Berechnungen konzentrieren sich stark auf:

Stromeinsparungen + Spitzenlastkappung + Arbitrage

Bei einem netzgebundenen Projekt sollten außerdem folgende Aspekte berücksichtigt werden:

frühere Produktion

frühere Standortöffnung

vermiedene temporäre Erzeugung

aufgeschobene Infrastrukturinvestitionen

Einnahmen, die während der Wartezeit erhalten blieben

Diese Vorteile können die Speicherung auch dann wirtschaftlich relevant machen, wenn die konventionelle Energiearbitrage allein das Projekt nicht rechtfertigen würde.

Batteriespeicher können keine unbegrenzte Netzkapazität schaffen und sollten nicht als Abkürzung zur Umgehung der Anforderungen an den Netzanschluss verkauft werden.

Wenn der maximale Bedarf eines Standorts die bestehende Verbindung jedoch nur zeitweise übersteigt, kann BESS eine praktische Möglichkeit sein, diese Kapazitätslücke zu schließen.

Die richtige Frage lautet daher nicht:

Kann eine Batterie eine Netzmodernisierung ersetzen?

Es ist:

„Gibt es an diesem Standort kurzfristige Stromengpässe, die durch Speichermöglichkeiten ausgeglichen werden können?“

Lautet die Antwort ja, kann das Projekt möglicherweise eine teure Netzverstärkung vermeiden, reduzieren oder verschieben, während die Batterie weiterhin für die Solaroptimierung, das Spitzenlastmanagement und die Notstromversorgung genutzt werden kann, nachdem die ursprüngliche Einschränkung wegfällt.

Für gewerbliche und industrielle Projekte ist BESS damit mehr als nur ein Energiespargerät.

Es wird Teil der Strategie zur Sicherstellung der Stromversorgungskapazität des Standorts.

Für EPC-Unternehmen und Projektentwickler, die einen netzbeschränkten Standort bewerten, sind folgende Ausgangsinformationen am nützlichsten:

Land | Vorhandene Netzkapazität | Spitzenlast | Zusätzlicher Leistungsbedarf | Dauer der Netzengpässe | PV-Kapazität | Kritische Last | Generatorkapazität | Geplanter Ausbautermin

Anhand dieser Daten kann GSL ENERGY die geeignete PCS-Leistung, Batteriekapazität und Systemarchitektur für Projekte von einigen hundert Kilowattstunden bis hin zu mehreren Megawattstunden bewerten. C&I Batterie Lagerung.