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5 Schritte zur Maximierung des Werts von Batteriespeichersystemen

8. Dezember 2023

Dieser Artikel führt Sie durch einige der häufigsten Schritte, wenn Sie den Einsatz und den Betrieb eines Batteriespeichersystems in Betracht ziehen, und zeigt Ihnen, wie Sie mit Hilfe von Datenüberwachung, intelligenten Algorithmen und Simulationen die wirtschaftliche Rentabilität von Batteriespeichersystemen während ihrer gesamten Lebensdauer über mehrere Einnahmequellen hinweg maximieren können.

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Einleitung

In diesem Artikel stellen wir fünf Schritte zum erfolgreichen Betrieb eines BESS vor. Wir erklären, wie BESS-Analysetools wie Datenüberwachung, intelligente Algorithmen und Simulationen die wirtschaftlichen Erträge maximieren können. Wir zeigen auch, wie die Batterie-Intelligenz-Technologie das Risiko über mehrere Einnahmequellen während der Lebensdauer eines BESS minimieren kann.

Die moderne Welt geht rasch zu erneuerbaren Energiequellen über. Diese Umstellung führt zu einem erheblichen Bedarf an Energiespeichersystemen (ESS). Die gestiegene Nachfrage nach ESS hat die damit verbundenen Gesamtkosten gesenkt und die Einsatzmöglichkeiten erweitert.

Eine beliebte und effiziente Speicherlösung stellen Lithium-Ionen-Batterien (LIB) dar. LIBs sind relativ kostengünstig, haben eine hohe Leistung und eine gute Energiedichte. Allerdings stellen die Unternehmen jetzt fest, dass es erhebliche Schwierigkeiten gibt, ein Batteriespeichersystem (BESS) über seine gesamte Lebensdauer rentabel zu betreiben.

Um sicherzustellen, dass BESS-Projekte rentabel sind und über ihre gesamte Lebensdauer optimal funktionieren, müssen die Unternehmen Lösungen für eine Reihe von Problemen finden. Sie müssen die beste Option für den Einsatz von BESS ermitteln und die Vorab- und Betriebskosten berechnen. Die Langlebigkeit eines BESS ist entscheidend für seine Rentabilität, daher müssen Fragen wie die Alterung der Batterien und der laufende Wartungsbedarf geklärt werden. Unmittelbare und potenzielle Sicherheitsrisiken müssen ermittelt und dann gemildert oder beseitigt werden.

Die Bewältigung der betrieblichen Herausforderungen, die BESS mit sich bringen, erfordert hochentwickelte technologische Lösungen. Durch den Einsatz von Batterie-Intelligenz und intelligenten Algorithmen können die Beteiligten wertvolle Erkenntnisse gewinnen, die eine fundiertere Entscheidungsfindung ermöglichen.

Die Entwicklung eines BESS von der Entwurfsphase bis zum Betrieb ist ein hochkomplexer Prozess, der Jahre dauern kann. Es ist zwar unmöglich, alle Probleme, die auf diesem Weg auftreten können, vorherzusehen, aber Unternehmen können ihre Investitionen schützen, indem sie fortschrittliche BESS-Analysetools nutzen.

Schritt 1: Fokus auf Planung und Beschaffung

Der Weg zur Schaffung eines BESS beginnt in der Planungs- und Beschaffungsphase. Um Investitionen und Finanzierungen zu sichern, muss sich ein BESS-Konzept als geeignet für seine Anwendung erweisen. Es muss die richtige Batteriechemie gewählt werden und es muss eine realistische Einschätzung der Rentabilität des gesamten Systems über seine Lebensdauer geben.

Ein Projektentwickler muss Möglichkeiten identifizieren, Machbarkeitsstudien durchführen, einen umfassenden Projektplan entwickeln und den Regulierungsprozess verwalten. Der Systemintegrator muss die Projektanforderungen analysieren, die Auswirkungen des Lastprofils auf die Batteriefaktoren bewerten und eine ideale Batteriekonfiguration entwerfen. Asset Manager arbeiten daran, die finanziellen und technischen Risiken zu minimieren und sicherzustellen, dass das BESS ordnungsgemäß gewartet wird und während seiner gesamten Lebensdauer mit höchster Leistung arbeitet.

Wählen Sie die geeignete Batteriezelle

Die Wahl der richtigen Batteriezelle ist entscheidend. Heutzutage können Unternehmen aus einer Vielzahl verschiedener Batteriezellentypen und -typen von verschiedenen Herstellern wählen.

Nickel-Mangan-Kobalt-Zellen (NMC) und Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen (LFP) werden üblicherweise in stationären Energiespeichern verwendet. NMC-Zellen sind die etabliertere Technologie und werden häufig in der Automobilindustrie und für tragbare elektronische Geräte verwendet. NMC-Zellen sind preislich konkurrenzfähig und bieten eine gute Gesamtleistung. Sie bieten eine hohe Energiedichte und sind wesentlich leichter als LFP-Zellen.

Allerdings sind NMC-Batterien thermisch nicht so stabil wie LFP-Zellen, was sie zu einer riskanteren Wahl für stationäre Energiespeichersysteme macht. NMC-Batterien sind auch mit erheblichen Umweltkosten verbunden, insbesondere wenn sie Kobalt enthalten.

Batterien mit LFP-Kathodenchemie haben ihre Eignung für Batteriespeichersysteme aufgrund ihrer verlängerten Lebensdauer und geringeren Störanfälligkeit unter Beweis gestellt. LFP-Zellen sind außerdem billiger und haben geringere Betriebskosten als NMC-Zellen.

Weitere Informationen über LFP-Zellen im Zusammenhang mit Energiespeichersystemen finden Sie hier.

Batteriesimulationsmodelle können wertvolle Daten für die optimale Zellenwahl liefern. Verschiedene Batteriemodelle können mit spezifischen Lastprofilen getestet werden, um Erkenntnisse über die Degradation dieser Batteriezellen während des Betriebs zu gewinnen. Dies führt zu einer genauen Schätzung der sicheren Betriebslebensdauer des Systems.

Verschiedene Betriebsstrategien testen

Die optimale Betriebsstrategie wird letztlich von einer Reihe von Faktoren abhängen. Dazu gehören der Standort des BESS und der Markt, den es bedient. Ein BESS kann ein eigenständiges System sein oder neben einem Solar- oder Windpark als Teil eines größeren Projekts für erneuerbare Energien stehen. Möglicherweise muss es Strom für US-Märkte wie ERCOT, CASIO oder MISO liefern oder europäische Märkte wie Nord Pool, EPEX SPOT oder UKPX bedienen.

Die Anwendung einer Mehrzweckbetriebsstrategie kann die Gesamtrentabilität eines BESS erhöhen. Rentabilitätsüberlegungen konzentrieren sich oft nur auf den täglichen monetären Gewinn. Die Degradation der Batterie und der Kapazitätsverlust sollten jedoch für alle Betriebsarten im Laufe der Zeit bewertet werden.

Es ist von entscheidender Bedeutung zu wissen, wann Betriebsstrategien wie Energiearbitrage, Frequenzregulierung, Nachfragereduzierung und Spitzenlastreduzierung eingesetzt werden sollen.

Um die vielversprechendste Option für ein BESS zu ermitteln, können verschiedene Lastprofile und Szenarien mithilfe von Batteriesimulationsmodellen getestet werden. Die Betriebsstrategie kann angepasst werden, um ihre Auswirkungen auf die Degradation und Lebensdauer der Batterie zu vergleichen - und das alles, bevor das eigentliche System gebaut wird.

Schritt 2: Verwendung von Digital Commissioning während des Einsatzes

Sobald eine geeignete Batteriezelle ausgewählt wurde, muss das System in Betrieb genommen werden. Unter Inbetriebnahme versteht man im Zusammenhang mit der Energiespeicherung den Prozess, der sicherstellt, dass ein neu installiertes Energiespeichersystem wie vorgesehen funktioniert und die festgelegten Leistungsanforderungen erfüllt. Dazu gehören die Prüfung und Verifizierung aller Komponenten und Systeme sowie die Feinabstimmung der Einstellungen zur Optimierung von Leistung und Effizienz.

Digitale Technologien können bei der Inbetriebnahme eine wichtige Rolle spielen. Mit digital commissioning können Anlagenbesitzer potenzielle Probleme vor der Inbetriebnahme proaktiv erkennen. Der anfängliche Status eines BESS kann zu Beginn des Lebenszyklus (BoL) mit minimalem Aufwand festgestellt werden. Digital commissioning erfordert lediglich eine Internetverbindung. Es unterstützt den Inbetriebnahmeprozess vor Ort, da es genau aufzeigt, wo Probleme auftreten könnten, und den Teams vor Ort wichtige Informationen liefert.

Die Vorteile von Digital Commissioning

Digital commissioning ist ein schneller, zuverlässiger und effektiver Ansatz zur Bewertung der Leistung von Energiespeichersystemen und zur Bestätigung der vom Integrator gemachten Angaben. Sie gewährleistet einheitliche Ergebnisse für verschiedene Energiespeichersysteme und ermöglicht eine effizientere Anlagenverwaltung.

Wenn die BESS wachsen, können die Prozesse von digital commissioning mit sehr geringen zusätzlichen Kosten und ohne zusätzlichen Zeitaufwand entsprechend skaliert werden. Dies steht im Gegensatz zu den Kosten für die herkömmliche Inbetriebnahme, die mit der Größe der Anlage steigt und mehr Zeit in Anspruch nimmt, je größer das BESS wird.

Die Identifizierung und Behebung fehlerhafter Zellen in der Errichtungsphase verringert das Risiko von Ausfallzeiten während der Lebensdauer des Speichers und hilft, Strafen und Kosten im Zusammenhang mit Ausfallzeiten zu vermeiden. Mit digital commissioning kann ein BES-System in kürzerer Zeit als bei der herkömmlichen Inbetriebnahme betriebsbereit sein.  

Verringerung des Risikos der BESS-Einführung mit Digital Commissioning

Die von digital commissioning zur Verfügung gestellten KPIs und Informationen ermöglichen es den Anlagenbesitzern, die vom Integrator gelieferten Informationen zu überprüfen und können als Benchmarks für die künftige Berichterstattung dienen. Das Sammeln von Informationen in der BoL-Phase erleichtert dem Anlageneigentümer die Geltendmachung von Garantie- oder Mängelansprüchen.

Digital commissioning kann zur Analyse einer großen Datenmenge verwendet werden. Dies kann nicht vor Ort oder mit zusätzlichen Hardware-Messungen erfolgen. Fertigungsfehler oder andere Probleme können genau lokalisiert werden. Schwache Module können ausgetauscht werden, bevor der Betrieb beginnt.

Während des gesamten digital commissioning Prozesses muss eine kontinuierliche Datenverbindung mit dem BESS bestehen. Das System digital commissioning berechnet die anfängliche Entlade- und Ladeenergiekapazität, die DC-DC Roundtrip-Effizienz (RTE) und den DC-Widerstand (DCR) für das BESS. Diese komplexen Berechnungen basieren auf Daten auf Stringebene und werden auf Wechselrichterebene aggregiert.

Bei einer Vor-Ort-Inbetriebnahme ist es unwahrscheinlich, dass Defekte erkannt werden, die auf einer feineren Ebene als der des Wechselrichters auftreten. Da Defekte auf feineren Ebenen häufiger vorkommen, kann digital commissioning eine größere Anzahl von Problemen identifizieren, als dies mit Messungen vor Ort möglich wäre.

Schritt 3: Optimierung von Betrieb und Wartung

Der nächste Schritt besteht darin, sicherzustellen, dass das BESS über eine längere Lebensdauer hinweg eine optimale Leistung erbringen kann. Obwohl viele potenzielle Probleme während der Errichtungsphase erkannt und gelöst werden können, muss ein BESS während des Betriebs genau überwacht werden. Der Zustand des BESS muss ständig bewertet und gewartet werden, um die Leistungsfähigkeit zu maximieren und die Lebensdauer der Batterie genau vorherzusagen.

Jedes BESS wird durch ein Energiemanagementsystem geregelt, das Batteriestrom, -spannung und -temperaturen steuert, um sichere Bedingungen zu gewährleisten. Dazu werden physische Sensoren verwendet, um reale Variablen zu messen, und Modelle und intelligente Algorithmen eingesetzt, um den Ladezustand und die Gesundheit jeder Batterie abzuschätzen.

Einsatz von Analysen zur Gesunderhaltung eines Energiespeichersystems

Die Analyse des Zustands von Energiespeichern kann zur effizienten Überwachung des Zustands eines gesamten BESS-Portfolios genutzt werden. Mit der richtigen Software können Anlagenbesitzer umfassende Übersichten über den Zustand ihrer Systeme auf einem Dashboard abrufen. Wichtige Einblicke können auf Basis der einzelnen Anlagen bereitgestellt werden.

Eine zentralisierte Cloud-basierte Analyseplattform kann Daten zum Batteriezustand in Echtzeit liefern. Daten von mehreren Standorten auf der ganzen Welt können mit leistungsstarken KI-Tools analysiert werden.

Auf diese Weise kann eine spezielle Software zur Analyse des Zustands von Energiespeichern eine detaillierte Ursachenanalyse liefern und detailliertere Einblicke in das prognostizierte Alterungsverhalten gewähren. Diese Daten ermöglichen es den Beteiligten, sofortige Maßnahmen zu ergreifen, um Probleme zu vermeiden und die Lebensdauer des BESS zu verlängern.

Herausforderungen bei BESS-Überwachungssystemen

Je größer ein BESS ist, desto schwieriger ist es, es in gutem Zustand zu halten. Ohne effiziente Werkzeuge ist die Überwachung des Zustands eines ganzen Portfolios von Systemen unglaublich kompliziert. Die KPI-Berechnungen der Hersteller können sich unterscheiden, und jeder Hersteller bietet möglicherweise eine andere Überwachungssoftware an.

Obwohl ein Anlagenbesitzer Zugang zu großen Datenmengen hat, verfügen viele Energiemanagementsysteme über unzureichende Verarbeitungs- und Analysemöglichkeiten. Oft liefern diese Systeme nur begrenzte Erkenntnisse darüber, wie der Zustand der Batterie optimiert oder die Lebensdauer des BESS verlängert werden kann.

Schritt 4: Minimierung der technischen und finanziellen Risiken

Nun, da das System in Betrieb ist, müssen Schritte unternommen werden, um Risiken im Zusammenhang mit unzureichender Leistung, Ausfällen und kritischen Sicherheitsproblemen wie brennenden Batteriespeichern zu mindern.

Anlagenbesitzer müssen kurz- und langfristige Risiken für Batterien während der Lebensdauer eines BESS ausschalten. Je länger ein BESS in Betrieb bleiben kann, desto mehr Gewinn wird es erwirtschaften. Die tatsächliche Nutzung der Batterien bestimmt die Langlebigkeit eines BESS ebenso wie die Vermeidung von Sicherheitsproblemen wie Batterieausfällen oder Worst-Case-Szenarien wie Bränden.

Risiken können minimiert werden, indem sichergestellt wird, dass ein BESS innerhalb seiner Garantiebedingungen betrieben wird und indem Batterieanalysen genutzt werden, um Sicherheitsprobleme zu erkennen und zukünftige Risiken vorherzusagen.

Achten Sie auf die Garantieeinschränkungen

Leistungsgarantien geben die Anzahl der Zyklen an, bis die Batterie einen bestimmten Kapazitätsverlust erreicht. In den meisten Fällen wird eine BESS-Betriebsstrategie mit Mehrfachnutzung nicht dem Lastprofil dieser spezifischen Zyklen entsprechen.  

Leistungsgarantien enthalten auch Betriebsbeschränkungen wie optimale Temperatur, durchschnittlicher Ladezustand, C-Rate und andere. Obwohl Energiemanagementsysteme (EMS) den Strom, die Spannung und die Temperatur von Batterien begrenzen können, sind sie nicht ausfallsicher. Ein EMS kann keine historischen Daten analysieren und daher keine langfristigen Trends oder Anomalien aufzeigen.

Spezielle Garantie-Tracker können zeigen, ob die Lagersysteme und Regale innerhalb der vereinbarten Garantiegrenzen betrieben werden. Teams können sofort auf Abweichungen aufmerksam gemacht werden, und Strategien können geändert werden, um zu verhindern, dass Garantien verfallen oder Strafen anfallen.

Die Aufrechterhaltung der Qualität der einzelnen Komponenten erhöht die Leistung, Lebensdauer und Sicherheit eines BESS. Wenn die erforderlichen Fertigungsstandards nicht eingehalten werden, kann dies zu Sicherheitsproblemen führen, die finanzielle Risiken für Anlagenbesitzer und Integratoren mit sich bringen

Minimierung von Sicherheitsrisiken durch Batterieanalyse

Die Batterieanalytik bietet eine zweite Sicherheitsebene. Sie geben den Teams mehr Zeit zum Reagieren, ermöglichen eine genaue Ursachenanalyse und verbessern die Risikoprävention. Batterieanalysen verwenden intelligente Algorithmen zur Neuberechnung äquivalenter voller Zyklen und bieten Einblicke in den tatsächlichen BESS-Zustand auf der Grundlage von Tausenden von Datenpunkten. Sicherheitsrisiken können bereits Monate, bevor sie kritisch werden, erkannt werden.

Schritt 5: Wachstum des Umsatzpotenzials

Schließlich wollen Anlagenbesitzer das Gewinnpotenzial ihres BESS maximieren. Um eine zufriedenstellende Kapitalrendite (ROI) zu gewährleisten, muss das System stets mit maximaler Verfügbarkeit betrieben werden.  

Normalerweise wird die Leistung von Batterien anhand von Leistungskennzahlen (KPIs) wie Ladezustand (SoC) und Gesundheitszustand (SoH) beurteilt. Die meisten Überwachungssysteme bieten jedoch keinen detaillierten Einblick in die Faktoren, die die Verfügbarkeit beeinflussen.

Durch die Implementierung eines cloudbasierten Überwachungssystems kann das Ertragspotenzial eines BESS maximiert werden. Ein ausgeklügeltes Überwachungssystem kann Probleme erkennen, die Verfügbarkeit verbessern, die Leistung steigern und Ausfallzeiten drastisch reduzieren.

Verstehen Sie das System und automatisieren Sie die Berichterstellung

Ein BESS kann viele Jahre oder sogar Jahrzehnte halten. Mit zunehmender Lebensdauer des BESS steigt auch der Wert der historischen Daten. Ein cloudbasiertes Überwachungssystem kann Daten verfolgen und sammeln und automatische Berichte erstellen. Auf diese Weise können Verbesserungsmöglichkeiten identifiziert und sichergestellt werden, dass das BESS stets mit der höchstmöglichen Verfügbarkeit arbeitet.

Maßgeschneiderte Überwachungssysteme können detaillierte Informationen über die Speicherleistung und den Wirkungsgrad des Rundlaufs liefern. Sie können sofortige Daten zu Problemen liefern, die sich auf die Leistung auswirken, z. B. Spannungs- und Temperaturspreizungen, Gleichstromwiderstand und Ungleichgewicht der Module. Dies ermöglicht ein tieferes Verständnis von Problemen, die die Verfügbarkeit beeinträchtigen.

Steigerung des ROI durch Optimierung der Betriebsstrategien

Eine optimale Betriebsstrategie für ein BESS zu finden, ist keine leichte Aufgabe. Jeder Batterie sollte eine Betriebsstrategie zugewiesen werden, die Arbitrage, Frequenzregulierung, Nachfragereduzierung, Peak Shaving und Frequenz berücksichtigt.

Jährlich werden durchschnittlich 35.000 Entscheidungen darüber, wie und wann Batterien geladen oder entladen werden, von komplexen algorithmischen Handelssystemen getroffen. Algorithmische Händler treffen jedoch Entscheidungen über das Ertragspotenzial einer Strategie, ohne auf historische Erkenntnisse zurückgreifen zu können.

Die Integration von Batterieanalysen stellt sicher, dass Faktoren wie der Degradationseffekt der einzelnen Betriebsstrategien berücksichtigt werden. Bei Entscheidungen müssen die Auswirkungen der Degradation berücksichtigt werden, da die Batteriealterung die Gesamtlebensdauer der Batterie und damit die langfristige Rentabilität beeinflussen kann.

Schlussfolgerung

Die Planung, der Einsatz, die Wartung und der Betrieb eines BESS sind mit erheblichen Kosten und Ressourcen verbunden. Der Einsatz der Analysesoftware prädiktive kann sicherstellen, dass ein BESS während seiner gesamten Lebensdauer maximale Verfügbarkeit und Rentabilität bietet. Die Befolgung der in diesem Artikel beschriebenen Schritte wird den Beteiligten helfen, ihre Investitionen zu schützen und das Beste aus ihren Energieanlagen herauszuholen.

Download der Infografik

Wir haben eine einseitige Infografik erstellt, in der die 5 Schritte zusammengefasst sind. Hinterlassen Sie unten Ihre Daten, um die Infografik per E-Mail zu erhalten:

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