Gewerbliche und industrielle Energiespeichersysteme: Ein praktischer Leitfaden für Unternehmen

Bei Fabriken, Lagerhallen, Gewerbegebäuden, landwirtschaftlichen Betrieben oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge geht es bei der Installation von Batteriespeichern selten nur darum, genügend Kilowattstunden zu kaufen.

Die eigentlichen Fragen sind praktischer Natur: Wie viel Strom benötigt der Standort? Was treibt die Stromrechnung in die Höhe? Soll die Batterie über Solarstrom, über das Stromnetz oder über beides geladen werden? Wie lange sollte sie entladen werden? Und rechtfertigen die erwarteten Einsparungen die Investition?

Ein gewerbliches und industrielles Energiespeichersystem (C&I ESS) ist auf diese Betriebsanforderungen zugeschnitten. Es speichert Strom, wenn Energie verfügbar oder günstiger ist, und gibt ihn ab, wenn die Anlage die gespeicherte Energie effizienter nutzen kann.

Für Unternehmen, die Batteriespeicher für Gewerbe und Industrie evaluieren, ist das Verständnis der Anwendung der erste Schritt vor der Auswahl der Batterie.

Was ist ein Energiespeichersystem für Gewerbe und Industrie?

Ein C&I-Energiespeichersystem ist ein batteriebasiertes System, das von gewerblichen und industriellen Stromverbrauchern genutzt wird, um zu steuern, wann und wie sie elektrische Energie verbrauchen.

Ein typisches System umfasst:

• Batteriemodule oder -gestelle
• Batteriemanagementsystem (BMS)
• Leistungsumwandlungssystem (PCS)
• Energiemanagementsystem (EMS)
• Wärmemanagement
• Brandmelde- und Brandschutz
• Elektrische Verteilungs- und Schutzgeräte

Je nach Projekt können diese Komponenten in einem einzigen Außenschrank integriert, als mehrere modulare Schränke installiert oder als containerisiertes BESS konfiguriert werden.

Der wichtige Unterschied besteht darin, dass Energiekapazität und Leistung nicht dasselbe sind.

Eine 200-kWh-Batterie gibt an, wie viel Energie sie speichern kann. Ein 100-kW-PCS gibt an, wie schnell diese Energie unter den Nennbetriebsbedingungen bereitgestellt werden kann.

Diese Unterscheidung wird wichtig, wenn ein System für eine reale Anlage dimensioniert werden soll.

Warum installieren Unternehmen Batteriespeicher?

Die Wirtschaftlichkeitsberechnung variiert erheblich von Projekt zu Projekt.

Für ein Werk mag das Ziel die Reduzierung der Spitzenlast sein. Ein anderer Standort verfügt möglicherweise über eine große Photovoltaikanlage auf dem Dach und möchte mehr des selbst erzeugten Solarstroms nutzen. Eine Anlage mit einem instabilen Stromnetz legt unter Umständen deutlich mehr Wert auf Notstromversorgung als auf Strompreisarbitrage.

Die meisten C&I-Projekte basieren auf einem oder mehreren der folgenden vier Ziele:

Gipfelrasur

Industrieanlagen können kurzzeitig einen hohen Strombedarf verursachen. Wenn der Stromtarif Bedarfsspitzen beinhaltet, können diese Spitzen einen unverhältnismäßig hohen Einfluss auf die monatliche Rechnung haben.

Während dieser Zeiträume kann sich eine Batterie entladen, um den Netzbedarf des Standorts zu reduzieren.

Zeitabhängiges Energiemanagement

Wenn die Strompreise je nach Tageszeit schwanken, kann sich das System in Zeiten niedrigerer Kosten aufladen und sich entladen, wenn der Strom teurer ist.

Die Wirtschaftlichkeit hängt vom lokalen Tarif, der Batterieeffizienz, der Betriebsstrategie und der Degradation ab – nicht einfach von der Differenz zwischen zwei Strompreisen.

Solar-Eigenverbrauch

Ein Unternehmen kann mittags mehr Solarstrom produzieren, als es zu diesem Zeitpunkt verbrauchen kann.

Statt den Überschuss zu exportieren oder einzuschränken, kann die Batterie einen Teil davon für die spätere Verwendung speichern.

Dies ist insbesondere relevant für Einrichtungen, deren Strombedarf bis in die Abendstunden anhält.

Backup und Energieresilienz

Batteriespeicher können auch kritische Verbraucher versorgen, wenn die Stromversorgung ausfällt.

Ein System, das primär für die Spitzenlastabdeckung ausgelegt ist, stellt jedoch nicht automatisch ein adäquates Notstromsystem dar. Bei Notstromprojekten müssen die kritische Lastleistung, die erforderliche Autonomie, die Schaltarchitektur, die Wechselrichterleistung und die verfügbare Batteriekapazität im Falle eines Stromausfalls berücksichtigt werden.

Wie bestimmt man die Größe eines Kommerzielle Batteriespeicher System?

Es gibt keine Standardbatteriegröße für Fabrik- oder Gewerbegebäude.

Zwei Anlagen mit gleichem jährlichen Stromverbrauch benötigen möglicherweise völlig unterschiedliche Systeme, da ihre Lastprofile unterschiedlich sind.

Eine Projektbewertung sollte normalerweise Folgendes untersuchen:

Spitzenlast (kW) : Wie hoch steigt die Last der Anlage an?

Energieverbrauch (kWh) : Wie viel Strom wird im Zielzeitraum verbraucht?

Lastprofil : Wann treten die Lastspitzen auf und wie lange dauern sie an?

Solarstromerzeugung : Wenn eine Photovoltaikanlage installiert ist, wie viel überschüssiger Strom steht zum Laden zur Verfügung?

Stromtarif : Gibt es Leistungsgebühren, Spitzen-/Nebentarife oder Exportbeschränkungen?

Backup-Anforderung : Welche Lasten müssen weiterhin funktionieren und wie lange?

Betrachten wir ein vereinfachtes Beispiel.

Wenn eine Anlage die Netzlast für zwei Stunden um etwa 100 kW reduzieren möchte, beträgt der theoretische Energiebedarf:

100 kW × 2 Stunden = 200 kWh

Die sofortige Angabe einer 200-kWh-Batterie wäre jedoch eine zu starke Vereinfachung.

Die technische Berechnung muss auch die nutzbare Entladetiefe, Umwandlungsverluste, Betriebsreserve, Batteriealterung, Umgebungsbedingungen und die erforderliche Lade-/Entladerate berücksichtigen.

Aus diesem Grund sollte die Dimensionierung von C&I BESS-Anlagen mit Standortdaten und nicht mit einem Produktkatalog beginnen.

100 kWh, 200 kWh oder 500 kWh: Was ändert sich?

Die Kapazität steigt üblicherweise mit dem Umfang und der Dauer der Anwendung, es besteht jedoch kein fester Zusammenhang zwischen der Unternehmensgröße und der Batteriekapazität.

Ein kleineres Gewerbeobjekt könnte einige Dutzend Kilowattstunden für den Eigenverbrauch von Solarstrom oder als kurzfristige Notstromversorgung nutzen.

Systeme mit einer Kapazität von etwa 100–200 kWh können je nach tatsächlicher Last für Anwendungen wie kleine Fabriken, landwirtschaftliche Betriebe, Gewerbeimmobilien, Werkstätten oder zur Unterstützung des Ladens von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.

Bei Anlagen mit größeren Lastspitzen, längeren Entladeperioden oder höherer Solarstromerzeugung können mehrere hundert Kilowattstunden erforderlich sein.

Sobald Projekte in Richtung MWh-Skala gehen, gewinnen Systemarchitektur, Standortplanung, Wärmemanagement, Netzanschluss, Brandschutz und Projektsteuerung zunehmend an Bedeutung.

Die richtige Frage lautet daher nicht:

„Welche Batteriegröße benötigt meine Fabrik?“

Es ist:

„Welches Leistungs- und Energieprofil muss die Batterie unterstützen?“

Luftkühlung oder Flüssigkeitskühlung?

Das Wärmemanagement ist eine weitere wichtige Entscheidung bei der Auslegung von Batteriespeichersystemen für Gewerbe und Industrie.

Luftgekühlte Systeme nutzen einen kontrollierten Luftstrom, um die Wärme von den Batteriemodulen abzuführen. Sie bieten eine relativ einfache Architektur und eignen sich für viele kleine und mittlere Gewerbe- und Industrieanlagen.

Flüssigkeitsgekühlte Systeme zirkulieren Kühlmittel durch das thermische Managementsystem der Batterie. Dies ermöglicht eine präzisere Temperaturregelung und ist zunehmend relevant für Systeme mit höherer Energiedichte und Anwendungen mit anspruchsvollen Betriebsbedingungen.

Keine der beiden Technologien sollte anhand einer einzigen Spezifikation ausgewählt werden.

Projektingenieure sollten Umgebungstemperatur, Systemkapazität, Lade-/Entladeleistung, Installationsumgebung, Wartungsanforderungen, Platzbedarf und Lebenszykluserwartung berücksichtigen.

Was sollte ein Unternehmen vor dem Kauf eines C&I BESS prüfen?

Ein Vergleich von Angeboten allein anhand des Preises pro kWh kann wichtige Unterschiede zwischen den Systemen verschleiern.

Für die Projektbeschaffung sollten Sie mindestens Folgendes prüfen:

• Nutzbare statt nominale Batteriekapazität
• PCS-Dauer- und Spitzenleistung
• Batteriechemie und Zellspezifikationen
• Bedingungen für den Lebensdauertest
• BMS- und EMS-Funktionalität
• AC/DC-Kopplungsarchitektur
• PV- und Netzkompatibilität
• Betriebstemperaturbereich
• Wärmemanagement
• Brandschutz
• Gehäuse-/IP-Schutzart
• Anwendbare Zertifizierungen
• Garantiebedingungen
• Fernüberwachung
• Ersatzteile und technischer Support
• Inbetriebnahmeverantwortung

Der niedrigste Anschaffungspreis der Ausrüstung führt nicht zwangsläufig zu den niedrigsten Lebenszykluskosten.

Wo werden Energiespeichersysteme für Gewerbe und Industrie eingesetzt?

Batteriespeicher werden im kommerziellen und industriellen Bereich zunehmend in unterschiedlichen Lastumgebungen eingesetzt.

In Produktionsbetrieben werden Batteriespeichersysteme (BESS) zur Bewältigung von Lastspitzen, zur Integration von Solarenergie und zur Erhöhung der Produktionsstabilität eingesetzt.

Lagerhallen und Logistikeinrichtungen können Solaranlagen auf dem Dach mit Batteriespeichern und Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge kombinieren.

Auf landwirtschaftlichen Betrieben und in der Landwirtschaft können Batterien neben Photovoltaikanlagen eingesetzt werden, um Pumpen, Kühlanlagen, Verarbeitungsanlagen oder Standorte mit schwächerer Netzanbindung zu unterstützen.

Hotels und Gewerbegebäude können ihren Energieverbrauch verlagern und ausgewählte kritische Lasten aufrechterhalten.

Ladestationen für Elektrofahrzeuge können Batteriespeicher nutzen, um den momentanen Netzbedarf zu reduzieren, wenn die Ladeleistung die praktische Kapazität des bestehenden Anschlusses übersteigt.

Industrieparks und Mikronetze können mehrere Batterieschränke oder Systeme im MWh-Maßstab als Teil einer umfassenderen Energiemanagementarchitektur einsetzen.

Die Technologie mag bei diesen Projekten ähnlich sein, die Kontrollstrategie jedoch selten.

Was bestimmt den ROI eines Batterieprojekts für Gewerbe und Industrie?

Die Batteriekapazität allein bestimmt nicht die Wirtschaftlichkeit eines Projekts.

Das finanzielle Ergebnis hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab:

• Lokale Stromtarife
• Bedarfsgebührenstruktur
• Tägliche Radfahrhäufigkeit
• Profil der Solarstromerzeugung
• Batterienutzung
• Hin- und Rückreiseeffizienz
• Abbau
• Finanzierungskosten
• Wartung
• Verfügbare Anreize
• Dem Ausfallschutz zugewiesener Wert

Ein Projekt, das nur wenige Male im Jahr als Backup genutzt wird, weist ein ganz anderes Ertrags- oder Einsparungsprofil auf als ein System, das täglich zur Spitzenlastabdeckung und zum Eigenverbrauch von Solarstrom im Einsatz ist.

Aus diesem Grund sollten bei der ROI-Analyse nach Möglichkeit die tatsächlichen Intervalllastdaten der Website verwendet werden.

Von Lastdaten zu einem bankfähigen Energiespeicherprojekt

Ein kommerzielles Energiespeicherprojekt sollte normalerweise mit der Ermittlung der Stromdaten und nicht mit der Auswahl der Geräte beginnen.

Die praktische Abfolge ist:

Lastanalyse → Anwendungsdefinition → Leistungs- und Kapazitätsdimensionierung → Systemarchitektur → Geräteauswahl → Sicherheits- und Konformitätsprüfung → Installation → Inbetriebnahme → Betriebsoptimierung.

Dieser Prozess erklärt auch, warum zwei 200-kWh-Systeme sehr unterschiedliche Konfigurationen und Projektkosten aufweisen können.

Die Batterie ist nur ein Teil des fertigen Energiespeichersystems.

Energiespeicher für Gewerbe und Industrie Lösungen von GSL Energy

GSL Energy entwickelt kommerzielle und industrielle Batteriespeichersysteme für Anwendungen, die von kleineren dezentralen Installationen bis hin zu Projekten im MWh-Bereich reichen.

Das Portfolio umfasst Hochvolt-Batteriesysteme, All-in-One-Schaltschränke für Gewerbe und Industrie, luft- und flüssigkeitsgekühlte Batteriespeichersysteme sowie größere modulare oder containerisierte Konfigurationen.

Zur Projektbewertung kann die Systemkonfiguration an das Lastprofil des Standorts, die Solarstromerzeugung, die Netzbedingungen, die erforderliche Betriebsstrategie und die Erweiterungsanforderungen angepasst werden.

Für Unternehmen, die ein Energiespeicherprojekt für Gewerbe und Industrie evaluieren, kann die Bereitstellung aktueller Stromrechnungen, Daten zum Intervalllastverhalten, bestehender oder geplanter PV-Kapazitäten, Anforderungen an die kritische Last und des verfügbaren Installationsraums die anfängliche Systemdimensionierung erheblich präzisieren.