Da die damit verbundenen Kosten sinken und die Einsatzmöglichkeiten zunehmen, werden Energiespeichersysteme (ESS) für eine nachhaltige Energieerzeugung immer wichtiger. Durch die Fähigkeit, Energie sowohl zu speichern als auch zu liefern, eignet sich die Technologie für zahlreiche Anwendungsfälle. Wenn man alle möglichen Anwendungsfälle für ESS betrachtet, wird diese Attraktivität noch deutlicher.
Da die damit verbundenen Kosten sinken und die Einsatzmöglichkeiten zunehmen, werden Energiespeichersysteme (ESS) für eine nachhaltige Energieerzeugung immer wichtiger.
Weltweit sind bereits mehr als 100 GWh an stationären Batteriespeichern installiert, und es wird erwartet, dass die Nutzung von ESS in naher Zukunft exponentiell zunehmen wird. Einigen Prognosen zufolge wird die Gesamtzahl der weltweit installierten Energiespeicher bis Ende 2030 auf 1194 GWh ansteigen.
Diese bemerkenswerte Expansion von ESS wird vor allem deshalb stattfinden, weil Batteriespeicher so gut geeignet sind, die Herausforderungen der Energiewende zu bewältigen. Die Fähigkeit, Energie sowohl zu speichern als auch zu liefern, macht die Technologie für eine Vielzahl von Anwendungsfällen geeignet. Kombiniert man dies mit sinkenden Batteriepreisen und neuen Gesetzen in den USA und der EU, die auf die Beschleunigung sauberer Energie abzielen, wird deutlich, warum Energiespeicherung eine so attraktive Investition geworden ist.
Wenn man alle möglichen Anwendungsfälle für ESS versteht, wird diese Attraktivität noch deutlicher.
Energiespeichersysteme, auch bekannt als Batterie-Energiespeichersysteme oder BESS, sind von Natur aus sehr vielseitig und können daher an eine Vielzahl von Anwendungen angepasst werden. Wie bei jeder komplexen Technologie gibt es auch hier Herausforderungen und Komplikationen, aber wie wir erklären werden, gibt es bereits Lösungen, um diese Herausforderungen zu überwinden.
Bevor wir uns jedoch damit befassen, sollten wir zunächst einen Blick auf die verschiedenen Möglichkeiten der Anwendung von BESS werfen.
Da erneuerbare Energien in unregelmäßigen Abständen Strom liefern und die Stromnachfrage in einem Netz nicht konstant ist, werden Batteriespeicher benötigt, um das Netz zu stabilisieren und die Frequenz zu steuern.
BESS sind dafür gut geeignet, weil sie schnell auf Frequenzänderungen im Netz reagieren können, wenn die Energienachfrage steigt oder das Angebot sinkt. Batterie-Energiespeichersysteme können innerhalb von Millisekunden reagieren, um Energie zu liefern oder Energie aus dem Netz aufzunehmen, wodurch die Frequenz stabilisiert wird.
Energiespeicherlösungen können auch zur Regulierung der Spannung im Netz eingesetzt werden. Bei einem Spannungsabfall kann die Batterie zusätzliche Energie liefern, um die Spannung zu erhöhen, und bei einer Überspannung kann das BESS Energie aufnehmen, um die Spannung zu senken.
Da sie in Echtzeit auf Frequenzänderungen reagieren, Lastschwankungen ausgleichen und die Spannung regulieren, sind BESS zu einer wesentlichen Technologie für die Integration erneuerbarer Energiequellen in das Netz und die Aufrechterhaltung der Gesamtstabilität des Netzes geworden.
Eine weitere Möglichkeit für die kommerzielle Nutzung von BESS ist der Energiehandel. Dabei wird die Fähigkeit der Technologie, Energie nach Bedarf zu speichern und freizugeben, genutzt, um von den Preisschwankungen auf den Energiemärkten zu profitieren.
Grundsätzlich kann Energie in Schwachlastzeiten gekauft und für den späteren Gebrauch gespeichert oder in Hochlastzeiten verkauft werden.
Die Arten von Dienstleistungen, die wir im vorherigen Abschnitt erwähnt haben - wie Frequenzregulierung oder Spannungsunterstützung - können auch durch die Teilnahme am Energiemarkt monetarisiert und gehandelt werden. Auf diese Weise können BESS-Eigentümer ihre Fähigkeit, Kapazität bereitzustellen, monetarisieren, wodurch dem Netz zusätzliche Ressourcen zur Gewährleistung der Systemzuverlässigkeit zur Verfügung stehen.
Batteriespeicher können auch als nachhaltige netzunabhängige Stromversorgung oder als Ersatz für Generatoren eingesetzt werden, indem sie zuverlässige und nachhaltige Energie ohne fossile Brennstoffe liefern.
Dies geschieht durch die Speicherung von Energie aus erneuerbaren Ressourcen wie Sonnenkollektoren oder Windturbinen in BESS, wenn die Energieproduktion höher ist als der Bedarf. Die gespeicherte Energie kann dann genutzt werden, um bei Bedarf Strom zu liefern, wenn die erneuerbaren Energiequellen nicht genügend Energie produzieren.
Da BESS leicht auf- oder abgebaut werden können, um dem sich ändernden Energiebedarf gerecht zu werden, und im Vergleich zu Generatoren im Allgemeinen weniger Wartung erfordern, bieten sie eine flexible und kostengünstige Lösung für die netzunabhängige Stromversorgung.
Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, wie Energiespeichersysteme in der Industrie eingesetzt werden können, um einen Wettbewerbsvorteil zu erzielen und sich vor unnötigen Umsatz- oder Produktivitätsverlusten zu schützen.
BESS können für die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) eingesetzt werden, indem sie bei Stromausfällen oder Blackouts eine zuverlässige Ersatzstromquelle darstellen. Wenn die Netzspeicherung beeinträchtigt wird, können BESS innerhalb von Sekunden automatisch auf Batteriestrom umschalten, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu gewährleisten.
Diese schnelle Reaktionszeit stellt sicher, dass kritische Lasten wie Rechenzentren oder Laborgeräte bei Stromausfällen nicht unterbrochen werden. Dies hilft, durch Stromausfälle bedingte Umsatzverluste zu vermeiden. Die USV sorgt auch für den Schutz der Geräte und der Datenintegrität, indem sie Geräte und Daten schützt, die durch plötzliche Stromausfälle, Spannungsschwankungen oder Stromstöße beschädigt werden können. Prozesssteuerungssysteme werden ebenfalls durch UPS geschützt, da Unterbrechungen der Stromversorgung automatisierte Prozesse stören, Produktionslinien anhalten und Sicherheitssysteme gefährden können.
Darüber hinaus können Energiespeichersysteme, wie bereits erwähnt, in Zeiten geringer Nachfrage aufgeladen und in Zeiten hoher Nachfrage entladen werden. Dies kann dazu beitragen, die Stromkosten zu senken, indem sie in Zeiten des Spitzenbedarfs, in denen die Strompreise am höchsten sind, Strom bereitstellen und übermäßige Gebühren in Zeiten extrem hohen Verbrauchs, z. B. morgens, wenn eine Fabrik ihre Maschinen anwirft, verhindern.
Durch die Verringerung des Bedarfs an kostspieligen brennstoffbasierten Notstromaggregaten bieten BESS weitere Kosteneinsparungen und tragen gleichzeitig zur Begrenzung der Kohlenstoffemissionen bei.
Eine weitere kommerzielle Anwendung von BESS ist, dass sie eine entscheidende Rolle in Mikronetzsystemen spielen können, indem sie Energiespeicherkapazitäten bereitstellen und die Integration mehrerer Energiequellen erleichtern.
Ähnlich wie sie für die Stabilität des größeren Stromnetzes sorgen, können Energiespeicherlösungen die Zuverlässigkeit, Widerstandsfähigkeit und Effizienz von Microgrids verbessern, indem sie Angebot und Nachfrage ausgleichen und eine stabile Stromversorgung gewährleisten.
Neben den bereits erwähnten kommerziellen Anwendungen gibt es auch einige BESS für private Nutzung.
Genauso wie BESS kommerziell genutzt werden können, um überschüssige Energie aus erneuerbaren Quellen zu speichern, können sie auch von Hausbesitzern genutzt werden, um überschüssige Energie zu speichern, die von ihren Solarzellen oder Windturbinen erzeugt wird, wenn die Leistung höher als der Bedarf ist.
Diese gespeicherte Energie kann dann zum Betrieb von Haushaltsgeräten verwendet werden, wenn die erneuerbaren Energiequellen nicht genug Energie liefern. Ähnlich wie bei der kommerziellen Nutzung können auch Hausbesitzer ihre gespeicherte Energie nutzen, um Kosten zu sparen. Sie können damit vermeiden, dass sie in Zeiten hoher Strompreise Strom aus dem Netz beziehen müssen, und sie können auch in Zeiten hoher Nachfrage Strom in das Netz einspeisen.
Es ist auch möglich, dass Haushalte BESS nutzen, um bei Stromausfällen eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu gewährleisten, d. h. BESS können dazu beitragen, Haushalte energieeffizienter, autarker und nachhaltiger zu machen.
Bei einer solchen Vielzahl wichtiger Anwendungen ist es klar, warum der Einsatz von Energiespeichersystemen in den nächsten Jahren exponentiell zunehmen wird. Da die Kosten für Batterien weiter sinken und die Technologie voranschreitet, ist es wahrscheinlich, dass BESS in Zukunft noch vielseitiger werden und sich für neue Anwendungen eignen.
Aber wie wir bereits erwähnt haben, gibt es natürlich, wie bei jeder komplexen und vielseitigen Technologie, Komplikationen und Herausforderungen.
Um ein Batteriespeichersystem über seine gesamte Lebensdauer hinweg rentabel zu betreiben, müssen verschiedene Risiken sowohl technischer als auch finanzieller Natur reduziert werden.
Da es sich bei Batterien um komplexe elektrochemische Systeme handelt, können viele Komplikationen in Bezug auf den Gesundheitszustand und die Leistung von BESS auftreten.
Generell können BESS sehr empfindlich auf Umweltfaktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit und Vibration reagieren. Diese Faktoren können sich auf den Zustand des Systems auswirken und müssen daher sorgfältig gesteuert und kontrolliert werden, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.
Es versteht sich von selbst, dass regelmäßige Wartung und Instandhaltung von entscheidender Bedeutung sind, wenn Sie eine optimale Leistung und Zuverlässigkeit von Batteriespeichersystemen gewährleisten wollen.
Obwohl Batteriespeicher im Allgemeinen sehr zuverlässig sind, können manchmal Komponenten ausfallen. In extremen Fällen kann dies zu Systemausfällen führen, die Betriebsunterbrechungen, Umsatzverluste und Produktivitätseinbußen zur Folge haben können.
Die Integration mit anderen Systemen wie Systemen für erneuerbare Energien, Mikrogrids oder anderen Geräten kann sich ebenfalls auf die Zuverlässigkeit und Leistung von BESS auswirken. Daher ist es wichtig, dass die Batteriespeicher stets sorgfältig in das größere elektrische System integriert werden. Es müssen auch Kommunikationsprotokolle erstellt werden, um sicherzustellen, dass BESS mit anderen Geräten und Systemen kommunizieren können.
Was die Langlebigkeit betrifft, so ist eine der größten Herausforderungen bei BESS die Degradation der Batterien, auch bekannt als Batteriealterung. Dies geschieht, wenn die Leistung einer Batterie im Laufe der Zeit unweigerlich nachlässt, wodurch sich die Kapazität und die Leistung des Systems verringern.
Dies hat natürlich erhebliche Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Gesamteffizienz des Energiespeichersystems. Leider ist das Alterungsverhalten von BESS sehr schwer vorherzusagen, da es von zahlreichen Stressfaktoren wie Temperatur, C-Rate und Ladezustand abhängt und von einem Batteriesystem zum anderen erheblich variieren kann.
Jeder Batterietyp reagiert anders auf die Stressfaktoren, die zu einer Verschlechterung führen. Um eine Verschlechterung zu erkennen und einzudämmen, ist daher ein tiefes Verständnis der jeweiligen Batterie und der jeweiligen Situation erforderlich.
Ein weiterer wichtiger Aspekt beim Einsatz von BESS für kommerzielle Anwendungen ist die Sicherheit. Es gibt viele kleinere und größere Belastungsfaktoren, die zusammen die Sicherheit einer Batterie beeinträchtigen können, und wenn die Sicherheit der Batterie beeinträchtigt ist, kann dies zu einem Batteriebrand führen. Etwas, das aus offensichtlichen Gründen ein verheerendes Ereignis sein kann.
Energiespeichersysteme werden immer über Energiemanagementsysteme verfügen, die dazu beitragen, die Batterien in einem sicheren Zustand zu halten. Entscheidend ist jedoch, dass diese Energiemanagementsysteme nicht dafür ausgelegt sind, langfristige Entwicklungen in den Batterien zu erkennen, und dass die Energiemanagementsysteme auch selbst fehlerhaft funktionieren können.
Daher ist eine zweite Sicherheitsebene, die die Erkennung kleiner Trends und Anomalien im BESS ermöglicht, absolut notwendig. Die Fähigkeit, diese Trends zu erkennen, ist auch nützlich, um die finanziellen Herausforderungen zu bewältigen, die mit Energiespeichersystemen verbunden sind.
Für die an BESS-Projekten beteiligten Akteure - insbesondere für Investoren - sind alle oben genannten technischen Herausforderungen aus finanziellen Gründen von großem Interesse.
Eine geringere Zuverlässigkeit, Leistung und Langlebigkeit von BESS stellen ein finanzielles Risiko dar. Wenn ein Batteriespeichersystem weniger effizient wird, wird es auch weniger rentabel. Und wenn es zu einem Ausfall der Batterie kommt und wichtige kommerzielle Aktivitäten unterbrochen werden, die von einer ununterbrochenen Stromversorgung abhängen, kann dies zu erheblichen finanziellen Verlusten führen.
Noch schwerwiegender ist, dass ein größerer Sicherheitsvorfall, der auf eine defekte Batterie zurückzuführen ist, zu schwerwiegenden wirtschaftlichen Problemen für die Beteiligten führen und den Ruf der betroffenen Unternehmen erheblich schädigen kann.
Um Investitionen anzuziehen und aufrechtzuerhalten, müssen Unternehmen, die BESS einsetzen, also sicherstellen, dass sie - in einem frühen Stadium - die Schlüsselindikatoren, die zu einer Verschlechterung der Batterieleistung und zu einem Ausfall führen, jederzeit genau bewerten und vorhersagen können. Dies ist notwendig, um eine Leistungsminderung durch Aufrechterhaltung einer überdurchschnittlichen Alterung zu vermeiden und um zu verhindern, dass die Batterien beschädigt werden.
Leistungsgarantien sind ebenfalls ein wichtiges Thema bei BESS.
Jeder, der ein Energiespeichersystem kaufen möchte, will eine garantierte Leistung. Das bedeutet, dass Hersteller und Integratoren die bestmögliche Garantie anbieten wollen. Entscheidend ist aber auch, dass die angebotene Garantie im Vergleich zur zukünftigen Leistung des Batteriesystems genau ist.
Leistungsgarantien sollten in der Regel die Anzahl der Zyklen angeben, die auch als äquivalente volle Zyklen (EFC) bezeichnet werden, oder den Gesamtenergiedurchsatz, den eine Batterie erreichen kann, bevor sie einen bestimmten Kapazitätsverlust erleidet. Doch obwohl diese Zahlen auf internationalen Normen beruhen, ist es unwahrscheinlich, dass das betreffende BESS einem Lastprofil folgt, das genau diesen Spezifikationen entspricht.
Das bedeutet, dass Integratoren die Garantien mehrerer Lieferanten zu einer Systemgarantie für ihre Kunden zusammenfassen, Daten sammeln, Analysen durchführen und die Leistung und den Garantiestatus an ihre Kunden weitergeben müssen.
Da solche komplexen Leistungsgarantien unweigerlich mit bestimmten Betriebsbeschränkungen verbunden sind, müssen die Betreiber von BESS auch sicherstellen, dass ihre Systeme stets innerhalb dieser Beschränkungen arbeiten. Ohne ein geeignetes Werkzeug ist es jedoch nahezu unmöglich, den Status der vertraglich festgelegten Garantien automatisch zu verfolgen.
Um all dies zu ermöglichen, muss es eine Möglichkeit geben, subtile und konstante Einblicke in die laufende Leistung von Batteriesystemen zu erhalten.
Und hier kommt die Batterieanalytik ins Spiel, die eine Lösung für all die eben genannten Herausforderungen bieten kann.
Durch die Verwendung von Batterieanalytik und intelligenter Algorithmen sowie die Berücksichtigung der von ihnen gelieferten Informationen können alle Herausforderungen im Zusammenhang mit BESS bewältigt werden, die sich ergeben könnten.
Das liegt daran, dass die Batterieanalytik den BESS-Betreibern verlässliche Einblicke in alle kritischen KPIs bietet, die ihnen zur Verfügung stehen. Dies ermöglicht es ihnen, die richtigen Entscheidungen in Bezug auf den Zustand, die Zuverlässigkeit, die Leistung, die Langlebigkeit und die Sicherheit der Batterien zu treffen.
Wenn all diese Entscheidungen konsequent richtig getroffen werden, ist es möglich, die Effizienz und Effektivität von Batteriesystemen während ihrer gesamten Lebensdauer zu maximieren und letztlich den mit BESS erzielten Gewinn zu maximieren, ohne zusätzliche Risiken einzugehen.
Die Installation einer cloudbasierten Ebene von Analytik , wie sie die TWAICE-Plattform bietet, ermöglicht es den Batteriebetreibern, wichtige Vorfälle und Trends zu erkennen und sie den Beteiligten auf der ganzen Welt jederzeit zur Verfügung zu stellen. So können Fehlfunktionen, Anomalien oder Ineffizienzen frühzeitig erkannt und behoben werden, bevor sie zu einem größeren Problem werden.
Dadurch wird ein langer und sicherer Betrieb von Batteriespeichersystemen nicht nur möglich, sondern einfach. Gleichzeitig wird eine konstant hohe Verfügbarkeit und Marktfähigkeit dieser Systeme gewährleistet.
Wie wir gesehen haben, können Energiespeichersysteme für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, sowohl im gewerblichen als auch im privaten Bereich.
Kurz gesagt, sie können verwendet werden:
Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten wird erwartet, dass die Zahl der weltweit installierten Energiespeichersysteme in naher Zukunft exponentiell ansteigen wird.
Doch je mehr BESS installiert werden, desto wichtiger ist es, dass alle Beteiligten die Herausforderungen und Komplikationen verstehen, die bei der Batteriespeicherung auftreten können. Viele potenzielle technische Probleme in Bezug auf die Gesundheit, Zuverlässigkeit, Leistung, Langlebigkeit und Sicherheit von BESS müssen berücksichtigt werden. Denn diese Probleme können zu erheblichen finanziellen Auswirkungen führen.
Glücklicherweise bietet Batterieanalytik eine konsistente und zuverlässige Lösung, die es den Beteiligten ermöglicht, diese Probleme und Komplikationen nicht nur zu berücksichtigen, sondern auch frühzeitig zu erkennen und zu beheben, bevor sie sich zu etwas Schwerwiegenderem entwickeln.
Wenn das bevorstehende exponentielle Wachstum von Energiespeichersystemen wirklich und durchgängig erfolgreich sein soll, wird Batterieanalytik der Schlüssel zu diesem Erfolg sein.
Wir erforschen die Herausforderungen des Managements und des Betriebs von BESS.
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