Moderne Stromnetze und kommerzielle Anlagen stehen vor wachsenden Herausforderungen hinsichtlich der Stromstabilität, steigenden Energiekosten und der Integration erneuerbarer Energien. Ein Batterie-Energiespeichersystem (BESS) begegnet diesen Herausforderungen, indem es kostengünstigen oder grünen Strom speichert und ihn bei Spitzenbedarf entlädt. Das Verständnis der verschiedenen Arten von Batterieenergiespeichersystemen hilft Energiemanagern und Projektentwicklern bei der Auswahl der richtigen Technologie für ihre betrieblichen Anforderungen.

Wichtige Erkenntnisse

• Wichtigste BESS-Technologien: Zu den Batterieenergiespeichersystemen gehören Lithium-Ionen-, Blei-Säure-, Durchfluss-, Natrium-Ionen- und Natrium-Schwefel-Batterien mit jeweils unterschiedlichen Vorteilen, Einschränkungen und Anwendungen.
• Verschiedene Systemkonfigurationen: BESS kann je nach physischem Design, Kapazität und Einsatzanforderungen auch in C&I-ESS-Schränke, Container-BESS, Wohn-ESS und mobile ESS eingeteilt werden.
• Wichtige Auswahlfaktoren: Um das richtige BESS auszuwählen, müssen Energiekapazität, Nennleistung, Entladedauer, Lebensdauer, Effizienz, Sicherheit und Lebenszykluskosten bewertet werden, um den spezifischen Projektanforderungen gerecht zu werden.

Was ist ein Batterie-Energiespeichersystem (BESS)?

A Batterie-Energiespeichersystem (BESS) ist eine Technologie, die elektrische Energie in wiederaufladbaren Batterien speichert und bei Bedarf wieder abgibt. Es ermöglicht die Speicherung von Strom, der aus Sonnenkollektoren, Windkraftanlagen oder dem Netz erzeugt wird, für die spätere Verwendung.

Beispielsweise kann eine gewerbliche Anlage ihr BESS-System in Zeiten geringer Stromnachfrage aufladen und in Spitzenzeiten entladen, um zur Senkung der Energiekosten beizutragen.

Ein typisches BESS umfasst mehrere miteinander verbundene Komponenten:

• Batteriemanagementsystem (BMS): Überwacht Batteriespannung, Temperatur, Strom und Betriebsbedingungen.
• Stromumwandlungssystem (PCS): Ermöglicht die bidirektionale Stromumwandlung zwischen dem Gleichstromsystem der Batterie und dem Wechselstromnetz oder der Wechselstromlast und steuert gleichzeitig die Lade- und Entladeleistung entsprechend den Systemanforderungen.
• Energiemanagementsystem (EMS): Koordiniert das Laden, Entladen und den Energieversand gemäß den betrieblichen Anforderungen.
• Wärmemanagementsystem: Steuert die Batterietemperaturen mithilfe von Luftkühlung oder Flüssigkeitskühlung.

Batterieenergiespeichersysteme (BESS) können im Wesentlichen auf zwei Arten klassifiziert werden: nach Batteriechemie und nach Systemkonfiguration. Zu den auf Chemie basierenden Kategorien gehören Lithium-Ionen-, Blei-Säure-, Durchfluss-, Natrium-Ionen- und Natrium-Schwefel-Batterien mit jeweils unterschiedlichen Betriebseigenschaften.

Konfigurationsbasierte Kategorien wie C&I-ESS-Schränke, Container-BESS, Wohn-ESS und mobiles ESS beschreiben, wie das System verpackt, bereitgestellt und verwendet wird. Diese beiden Klassifizierungsmethoden ergänzen sich und sind nicht austauschbar.

Was sind die Haupttypen von Batteriespeichersystemen?

Zu den Haupttypen von Batterieenergiespeichersystemen gehören Lithium-Ionen-, Blei-Säure-, Durchfluss- und Natriumbatterien. Jede Technologie bietet unterschiedliche Eigenschaften, die ihre Eignung für kommerzielle, industrielle und Versorgungsprojekte beeinflussen.

1. Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeichersysteme

Lithium-Ionen-Batterien werden häufig in der stationären Energiespeicherung eingesetzt, wobei LFP (Lithium-Eisen-Phosphat) und NMC (Nickel-Mangan-Kobalt) zu den am häufigsten diskutierten Chemikalien gehören.

Die LFP-Chemie bietet eine gute thermische Stabilität, eine kobaltfreie Kathodenzusammensetzung und eine lange Zyklenlebensdauer. Diese Eigenschaften machen LFP zu einer beliebten Wahl für Gewerbegebäude, Fabriken und Solarenergiespeicherprojekte.

NMC-Batterien bieten im Allgemeinen eine höhere gravimetrische Energiedichte als LFP-Batterien, weshalb sie häufig in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Gewicht und Platz eine wichtige Rolle spielen, beispielsweise in Elektrofahrzeugen. LFP-Batterien bieten typischerweise eine bessere thermische Stabilität und können unter vergleichbaren Betriebsbedingungen eine längere Lebensdauer bieten.

2. Energiespeichersysteme für Blei-Säure-Batterien

Blei-Säure-Systeme stellen eine traditionelle Batterietechnologie mit jahrzehntelanger Praxiserfahrung dar. Ihr Hauptvorteil sind die geringen Anschaffungskosten im Vorfeld.

Allerdings haben Blei-Säure-Batterien im Allgemeinen eine geringere Energiedichte und eine kürzere Zyklenlebensdauer als Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere bei häufigem Hochladen. Sie werden häufig in USV-Systemen, Notstromversorgungen und ausgewählten stationären Speicheranwendungen eingesetzt, diese Einschränkungen können jedoch dazu führen, dass sie für die intensive tägliche Energiespeicherung weniger geeignet sind.

3. Flow-Batterie-Energiespeichersysteme

Durchflussbatterien speichern Energie in flüssigen Elektrolyten, die in externen Tanks aufbewahrt werden und durch einen Zellstapel mit einer Membran zirkulieren. Bei Durchflussbatterien wird die Leistungskapazität hauptsächlich durch die Größe und Konfiguration des Zellstapels bestimmt, während die Energiekapazität hauptsächlich vom Volumen und der Konzentration des Elektrolyten abhängt.

Durch diese Trennung eignen sich Durchflussbatterien für die Langzeitspeicherung von Energie, wobei die Entladedauer von der Energiekapazität und der Nennleistung des Systems abhängt.

Allerdings schränken die komplexe Pumpinfrastruktur, der regelmäßige Wartungsbedarf und die große Installationsfläche ihren Einsatz an Industriestandorten mit begrenztem Platzangebot ein.

4. Natriumbasierte Batterie-Energiespeichersysteme

Natriumionen- und Natrium-Schwefel-Batterien verwenden beide Materialien auf Natriumbasis, funktionieren jedoch unterschiedlich. Natriumionenbatterien speichern Energie durch die Bewegung von Natriumionen zwischen Elektroden, während herkömmliche Natriumschwefelbatterien Natrium und Schwefel als aktive Materialien verwenden und bei erhöhten Temperaturen betrieben werden. Ihre Betriebsbedingungen und Anwendungen unterscheiden sich je nach Technologie.

Was sind die verschiedenen BESS-Konfigurationen für Energiespeicherprojekte?

Über die Batteriechemie hinaus werden BESS-Installationen nach physischem Design und Einsatzumfang kategorisiert. Die Kernsystemarchitektur bestimmt, wie einfach Geräte im Laufe der Zeit installiert, gewartet und skaliert werden können.

1. Kommerzielle und industrielle ESS-Schränke

ESS-Schränke für Gewerbe und Industrie (C&I). Kombinieren Sie Batteriemodule und unterstützende Geräte in einem relativ kompakten Gehäuse.

Je nach Design können diese Schränke die PCS-, BMS-, EMS-, Kühlgeräte- und Brandschutzkomponenten integrieren.

Gemeinsame Anwendungen umfassen:

• Spitzenausgleich und Strombedarfsmanagement.
• Solar-Photovoltaik-Energiespeicher.
• Lastmanagement beim Laden von Elektrofahrzeugen.
• Notstromversorgung für Gewerbe- und Industrieanlagen.

Ihre integrierte Konstruktion macht sie praktisch für Fabriken, Gewerbegebäude und andere Standorte mit begrenztem Installationsraum.

2. Containerisiertes BESS

Containerisierte BESS-Lösungen packen Hochleistungsbatteriesysteme in transportable Containerstrukturen.

Diese Systeme werden häufig in groß angelegten Projekten für erneuerbare Energien, Industrieparks und Netzunterstützungsanwendungen eingesetzt, die eine Speicherung im Megawattstunden-Bereich erfordern.

Ihre modulare Architektur ermöglicht es Entwicklern, mehrere Einheiten zu kombinieren, um größere Projektanforderungen zu erfüllen, vorbehaltlich elektrischer Design- und Standortbeschränkungen.

3. Wohn- und Mobil-BESS

Wohn-BESS Bei Konfigurationen handelt es sich im Allgemeinen um kleinere Systeme, die für die Solarspeicherung in Haushalten, den Eigenstromverbrauch und die Notstromversorgung konzipiert sind.

Mobile BESS-Lösungen legen Wert auf Transportfähigkeit und können temporäre Baustellen, Veranstaltungen oder Standorte bedienen, die einen flexiblen Energieeinsatz erfordern.

So wählen Sie das richtige Batteriespeichersystem für Ihr Projekt aus

Die Auswahl eines geeigneten BESS erfordert die Bewertung der technischen Leistung sowie der betrieblichen Anforderungen und langfristigen Kosten.

1. Bestimmen Sie die Energiekapazität und die Nennleistung

Die Energiekapazität, gemessen in kWh oder MWh, gibt an, wie viel Energie eine Batterie speichern kann. Die in kW oder MW gemessene Leistung beschreibt, wie schnell das System Energie liefern oder aufnehmen kann.

Beispielsweise hat ein BESS mit 2 MW/4 MWh eine nominelle Entladedauer von etwa zwei Stunden bei Nennleistung. Die tatsächliche Nutzungsdauer hängt von den Entladungsgrenzen, den Umwandlungsverlusten, den Betriebsbedingungen und dem Systemdesign ab.

2. Bewerten Sie die Batterieleistung

Die Batterieleistung beeinflusst den langfristigen Betrieb und die Projektökonomie.

Wichtige Indikatoren sind:

• Zyklusleben: Die Anzahl der unter bestimmten Testbedingungen erreichbaren Lade-Entlade-Zyklen.
• Entladungstiefe (DoD): Der Prozentsatz der während der Entladung verbrauchten Batteriekapazität.
• Hin- und Rückfahrt-Effizienz: Der Anteil der nach der Speicherung zurückgewonnenen Eingangsenergie.
• Abbau: Die allmähliche Verringerung der nutzbaren Kapazität im Laufe der Zeit.

Bei Projekten, die einen täglichen Zyklus erfordern, sollte besonderes Augenmerk auf die zu erwartende Verschlechterung und die Garantiebedingungen gelegt werden.

3. Bewerten Sie Sicherheit und Wärmemanagement

Die Sicherheit von BESS hängt von der Batteriechemie, dem elektrischen Schutz, dem Wärmemanagement und der Technik auf Systemebene ab. Bewerten Sie Temperaturüberwachung, Branderkennung und -unterdrückung, Notabschaltfunktionen und geltende Sicherheitsstandards.

Bei Außenanlagen sind auch Umweltschutzklassen und Betriebstemperaturgrenzen wichtig. Flüssigkeitskühlung kann die Temperaturkontrolle bei großen Batteriebaugruppen unterstützen, ihre Wirksamkeit hängt jedoch vom Systemdesign ab.

4. Vergleichen Sie die gesamten Lebenszykluskosten

Der anfängliche Kaufpreis liefert nur einen Teil des finanziellen Bildes.

Projektentwickler sollten auch Installation, Hilfsstromverbrauch, Wartung, Batteriewechsel und erwartete Lebensdauer berücksichtigen.

Die Bewertung der gestaffelten Speicherkosten kann dabei helfen, Technologien mit unterschiedlichen Investitions- und Betriebseigenschaften zu vergleichen.

5. Passen Sie das System an Ihre Anwendung an

Die beabsichtigte Anwendung sollte sowohl die Chemie als auch die Konfigurationsauswahl leiten. C&I-Projekte können dem Nachfragemanagement und der kompakten Installation Priorität einräumen. Projekte im Versorgungsmaßstab erfordern oft größere Kapazitäten, Möglichkeiten zur Netzintegration und eine Erweiterungsplanung.

Die LFP-Batterie-Energiespeicherlösungen von Wenergy

Wenergy bietet LFP-basierte Batterie-Energiespeicherlösungen für kommerzielle, industrielle und Versorgungsanwendungen. Das Produktportfolio umfasst integrierte ESS-Schränke und Containersysteme, die für unterschiedliche Projektkapazitäten und Betriebsanforderungen konzipiert sind.

Zwei repräsentative Lösungen sind der Stars CL289Pro und der 5-MWh-BESS-Container der Turtle-Serie.

1. Stars CL289Pro: Integrierter C&I-Energiespeicher

Seine All-in-One-Konstruktion integriert sechs Akkupacks, ein PCS, Flüssigkeitskühlung, Brandschutz und ein integriertes EMS.

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

• Kompakte Integration:Schrankabmessungen von ca. 1588 × 1380 × 2450 mm unterstützen den Einbau in platzsparenden Gewerbe- und Industrieprojekten.
• Wärme- und Sicherheitsmanagement:Flüssigkeitskühlung, mehrschichtiger Sicherheitsschutz und ein Aerosol-Brandbekämpfungssystem.
• Langfristiges Radfahren:Eine spezifizierte Zyklenlebensdauer von mindestens 8.000 Zyklen und ein maximaler Systemwirkungsgrad von über 89 %, gemäß den Produktspezifikationen von Wenergy.

Der Schrank ist für Betriebstemperaturen von -30 °C bis 55 °C ausgelegt, wobei ab 45 °C eine Leistungsreduzierung erforderlich ist.

Aufgrund dieser Eigenschaften eignet es sich für Anwendungen wie die kommerzielle Spitzenlastreduzierung, die Solarspeicherung und das Energiemanagement beim Laden von Elektrofahrzeugen.

Sterne CL289Pro

2. Turtle-Serie: Containerspeicher für größere Projekte

Seine 20-Fuß-Containerarchitektur umfasst sechs Batteriecluster mit jeweils acht Batteriemodulen sowie Batteriemanagement-, Flüssigkeitskühlungs- und Brandschutzausrüstung.

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

• Hochleistungsintegration:Energiespeicher im MWh-Maßstab in einer transportablen Containerstruktur.
• Modularer Ausbau:Die Batteriecluster-Architektur unterstützt größere Konfigurationen auf Projektebene.
• Betriebsüberwachung:Intelligente Batteriemanagement- und Kommunikationsprotokolle unterstützen die Integration mit externen Steuerungssystemen.
• Umweltschutz:Flüssigkeitskühlung und IP55-Schutz für bestimmte Gehäusebereiche, mit definierten Ausnahmen.

Das System hat einen spezifizierten Betriebstemperaturbereich von -30 °C bis 50 °C (mit Ausnahme der Untergrenze), wobei oberhalb von 45 °C eine Leistungsreduzierung erforderlich ist.

Es ist für große Anlagen für erneuerbare Energien, Netzunterstützung im Versorgungsmaßstab, industrielles Energiemanagement und Mikronetzanwendungen konzipiert.

Turtle-Serie 5 MWh

Beide Wenergy-Lösungen verwenden LFP-Technologie, ihre unterschiedlichen Kapazitäten und Konfigurationen erfüllen jedoch unterschiedliche Projektanforderungen.

Fazit

Verschiedene Arten von Batterieenergiespeichersystemen bieten deutliche Vorteile in Bezug auf Leistung, Kosten und Anwendungen. Um die richtige Lösung auszuwählen, müssen die Batteriechemie, die Systemkonfiguration, die Sicherheit und die Projektanforderungen bewertet werden.

Kontakt Wenergy’s Mannschaften um geeignete Optionen für kommerzielle, industrielle und Versorgungsprojekte zu finden.