Batteriespeichersysteme sind ein wesentlicher Bestandteil des Energiesektors. Sie sind jedoch komplexe Systeme, die besondere Aufmerksamkeit erfordern. Das primäre Ziel der Speicherbesitzer ist es, den größtmöglichen Gewinn aus dem Speichersystem zu ziehen, ohne ein zusätzliches Risiko einzugehen. An dieser Stelle kommt die Batterieanalytik ins Spiel.
Weltweit sind bereits mehr als 25 GWh an stationären Batteriespeichern installiert. Diese Zahl wird rasch zunehmen, denn Batteriespeicher sind ideal geeignet, um die Herausforderungen der Energiewende zu bewältigen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Kraftwerkstechnologien können Batterien nicht nur Energie liefern, sondern sie auch speichern. Und das innerhalb von Millisekunden. Damit eignen sie sich für zahlreiche Anwendungsfälle, sowohl vor dem Zähler als auch hinter dem Zähler. Darüber hinaus machen sinkende Batteriepreise Investitionen attraktiver. Zusammengenommen sorgen diese Faktoren für einen Boom bei Batteriespeichern, der Schätzungen zufolge bis 2030 eine installierte Kapazität von 900 GWh erreichen wird (BNEF).
Viele der Marktteilnehmer - Systemintegratoren, Anlagenbesitzer, aber auch Partner und Finanzdienstleister - nennen als Hauptgründe für die Entscheidung, ein Batterieprojekt nicht voranzutreiben, technische Risiken in Verbindung mit Herausforderungen des Marktes und einem sich ändernden regulatorischen Umfeld. Zu den Marktrisiken gehören schwankende Preise, während neue Vorschriften einen Business Case zunichte machen können (oder ihn manchmal auch in die Höhe treiben). Ein Beispiel für einen kugelsicheren Business Case ist Kalifornien. Hier wurde das Marktrisiko so gut wie ausgeschaltet, da die Einnahmen der meisten Projekte durch langfristige Stromabnahmeverträge (PPA) gesichert sind. Folglich sind Projekte mit Hunderten von MWh keine Seltenheit mehr. Jede Änderung - ob positiv oder negativ -, aber auch jedes Batteriespeicherprojekt im Allgemeinen, erfordert eine sorgfältige Bewertung der Auswirkungen, die die Nutzung auf die Batterie haben wird.
Batterien sind komplexe elektrochemische Systeme und bringen einige technische Herausforderungen mit sich. Als neue Anlageklasse stellen viele Akteure, die sich noch nie mit Batterien beschäftigt haben, fest, dass sie für ihren Erfolg unerlässlich sind. Um ein gemeinsames Verständnis zu gewährleisten, sollten wir ein paar Klarheiten schaffen:
Bestehende Garantien können diesen Herausforderungen nur teilweise gerecht werden oder werden unerschwinglich, da es für den Versicherer unmöglich ist, das Risiko zu bewerten. Kurz gesagt: Batterien bieten große Chancen, aber auch hohe, jedoch überschaubare Risiken. Werfen wir einen Blick auf Batterieanalytik, um zu verstehen, warum.
Batterieanalytik bedeutet, mit Hilfe von Software mehr aus der Batterie herauszuholen - nicht nur im Betrieb, sondern auch bei der Auswahl der richtigen Batteriezelle oder der Auslegung des Gesamtsystems. Vorerst liegt der Fokus auf den Möglichkeiten, den Betrieb von Batteriespeichern im Feld zu optimieren.
Die Degradation von Batterien, auch Alterung genannt, hat erhebliche Auswirkungen auf die Leistung während ihrer Lebensdauer. Mit der Zeit werden zwei wesentliche Auswirkungen sichtbar: Kapazitätsabnahme und Erhöhung des Widerstands , was zu einer geringeren verfügbaren Energie und Leistung führt. Die Gesamtkapazitäten werden häufig in einem KPI gemessen, der als Gesundheitszustand (SoH) bezeichnet wird. Dieses Alterungsverhalten und der Gesundheitszustand werden von zahlreichen Faktoren bestimmt und können von einem Batteriesystem zum anderen stark variieren. Zwei Batterien mit einem SoH von 90 % können je nach ihrer früheren Behandlung eine sehr unterschiedliche Restnutzungsdauer haben. Schauen wir uns einige dieser Faktoren an:
Die Realität ist komplizierter. Jeder Batterietyp reagiert sehr unterschiedlich auf jeden dieser Stressfaktoren. Und wenn - um eine Degradation der Batterie zu verhindern - die Batterie zu vorsichtig im Hinblick auf die beschriebenen Stressfaktoren betrieben wird, wird viel Potenzial verschenkt.
Warum also nicht einfach von Anfang an viel mehr Kapazität in den Speicher einbauen (Übergröße oder Überstapelung genannt)? Erstens, weil die anfänglichen Investitionskosten in die Höhe schießen und Ihren Business Case ruinieren würden. Die meisten Benutzer werden bestrebt sein, so viel Speicherplatz wie möglich zu nutzen. Das führt zum zweiten Punkt: Während vor ein paar Jahren die Optimierung für einen bestimmten Anwendungsfall im Vorfeld eine gute Idee gewesen sein mag, sind die Anwendungsfälle inzwischen komplexer geworden. Mehrfachnutzungsstrategien oder ein Wechsel der Betriebsstrategie nach einer gewissen Zeit werden für eine hohe Rentabilität zwingend erforderlich. Infolgedessen hat die Dimensionierung des Systems zu Beginn an Bedeutung verloren, und die Einsatzplanung erfolgt regelmäßig, was neue Erkenntnisse über die aktuellen Batteriekapazitäten und die Auswirkungen verschiedener Betriebsstrategien erfordert.
Die TWAICE Cloud-Analyseplattform liefert Erkenntnisse und Lösungen auf der Grundlage von Felddaten. Der Differenzierungsfaktor ist der End-to-End-Ansatz mit der Analytik als Herzstück. Nach der Verarbeitung und Zuordnung der Daten führt die Analyseschicht der Plattform verschiedene analytische Algorithmen, elektrische, thermische und Alterungsmodelle sowie Modelle des maschinellen Lernens aus. Diese Vielfalt an analytischen Ansätzen ist der Schlüssel zum Ausgleich von Qualitätsunterschieden bei der Dateneingabe und bildet auch die Grundlage für die breite und wachsende Palette an Lösungen.
Wer ein Batteriesystem kauft, will eine garantierte Leistung. Daher ist es wichtig, dass Hersteller und Integratoren solcher Systeme die bestmögliche Garantie bieten. Die Verfolgung und Simulation der Auswirkungen der Nutzung auf die Leistung und die entsprechende Garantie ist der Schlüssel zur Erschließung dieses Potenzials.
Integratoren stehen vor der Herausforderung, die Garantien mehrerer Anbieter zu einer Systemgarantie für ihre Kunden zu kombinieren. Dazu gehören auch mehrere Leistungsgarantien, die von der Kapazitätsleistung bis zur Verfügbarkeitsleistung reichen und oft sogar eine Garantie auf die Roundtrip-Effizienz beinhalten. Um einen Überblick über ihre Leistungsgarantien zu haben, müssen Integratoren Daten sammeln, (manuelle) Analysen durchführen und die Leistung und den Garantiestatus an ihre Kunden weitergeben. Im Falle eines Garantieanspruchs müssen die vereinbarten Bedingungen wiederhergestellt und der Anspruch an den Zelllieferanten weitergeleitet werden. Die Komplexität steigt mit der Vielfalt der ein- und ausgehenden Garantien - sie ist eher die Regel als die Ausnahme, und es gibt keine Standardverträge.
Neben den strategischen Überlegungen dürfen wir nicht die operativen Vorteile eines durch Analysen erweiterten Überwachungstools vergessen. Betriebs- und Wartungsteams profitieren von einer präziseren Datenanalyse in Echtzeit, z. B. können fehlerhafte oder gealterte Module erkannt und vom Serviceteam ausgetauscht werden.
Es gibt noch eine weitere Herausforderung, die gelöst werden kann. Heute ist es für Integratoren schwierig, die Garantiebedingungen im Falle einer neuen Betriebsstrategie neu zu verhandeln, da die Auswirkungen auf die Leistung unbekannt sind. Die erforderliche Transparenz und Vorhersagbarkeit kann durch prädiktive Batterieanalytuj geschaffen werden, die die Auswirkungen auf die Systemleistung sowie auf die Garantiebedingungen simulieren.
Geringe Rentabilität und lange Amortisationszeiten sind zwei der größten Herausforderungen, denen sich Eigentümer bei der Planung und dem Betrieb ihrer Batteriespeicherprojekte stellen müssen. Die Energiepreise sind schwankend und unvorhersehbar, und das regulatorische Umfeld unterscheidet sich international und sogar innerhalb eines Landes. So hat beispielsweise der deutsche Markt für primäre Frequenzregelung (PFR) in den letzten Jahren einen erheblichen Preisverfall erlebt. Um die Rentabilität wiederherzustellen, erwägen viele Anlageneigentümer eine Anpassung ihrer Betriebsstrategie oder arbeiten an einer Mehrzweckbetriebsstrategie. Das komplexe Alterungsverhalten von Batterien erschwert jedoch die Optimierung und Auswahl der rentabelsten Strategie. Eine kontinuierliche Nutzung von Batterieanalytik kann für den Kunden auf vielfältige Weise Wert schaffen:
Das 2nd Life von Batterien ist ein kontroverses Thema. Einige Experten argumentieren, dass die Kosten für die Wiederverwendung zu hoch sind und Batterien zweckgebunden sein sollten, um ihr volles Potenzial zu erreichen. Folglich glauben sie nicht an die wirtschaftliche Machbarkeit oder Plausibilität von 2nd-Life-Anwendungen und bevorzugen das Recycling anstelle der Wiederverwendung.
Andere Experten bemängeln, dass gebrauchte Batterien recycelt werden können, wenn sie noch in gutem Zustand sind und in anderen Anwendungen einen hohen Wert haben.
Die Herausforderung wird immer darin bestehen, effizient die Batterien auszuwählen, die noch für eine 2nd-Life-Anwendung geeignet sind. Es muss eine ökonomische und ökologische Bewertung im Hinblick auf den potenziellen Nutzen einer zweiten Lebensdauer im Vergleich zur Alternative erfolgen. Der Schlüssel hierzu ist eine effiziente Bewertung des Batteriezustands sowie der zu erwartenden Leistung in der 2nd-Life-Anwendung - Batterieanalytik auf der Grundlage bereits vorhandener Daten ist die Lösung.
Betrachten wir die wirtschaftlichen Aspekte: Die hohen Wiederverwendungskosten in Verbindung mit der geringeren Rentabilität der meisten Second-Life-Batterien bedeuten, dass es derzeit kaum einen Anreiz gibt, eine gebrauchte Batterie zu kaufen. Die Kosten für die Wiederverwendung sinken jedoch, und auch die anderen Probleme können gelöst werden - beides durch Batterieanalytik.
Als neutrale Instanz und Anbieter von prädiktiver Batterieanalytik schafft TWAICE Vertrauen und bildet die Basis für Partnerschaften, z. B. mit Munich RE bei Versicherungsdienstleistungen und mit dem TÜV bei Restwertermittlungen und Zertifizierungen.
Es gibt ein großes ungenutztes Potenzial. In einem Markt mit steigenden Volumina, sinkenden Preisen und einer zunehmenden Konsolidierung hat dies - wenig überraschend - zu einem starken Wettbewerb geführt, und es gibt immer noch viele neue Akteure, die versuchen, in diesem dynamisch wachsenden und sich entwickelnden Markt Fuß zu fassen. Eine wettbewerbsfähige Preisgestaltung ist zu einer notwendigen Voraussetzung geworden, um auf einem Markt zu bestehen, auf dem es sowohl mächtige Anbieter (Batterie- und PCS-Hersteller) als auch mächtige Kunden (Versorgungsunternehmen und IPPs mit immer größeren Pipelines) gibt. Natürlich werden die Integratoren versuchen, sich mit innovativen Produkten und zusätzlichen Lösungen von der Konkurrenz abzuheben - und sie werden versuchen, sich stärker vertikal zu integrieren.
Die sieben größten Akteure des Jahres 2021, auf die rund zwei Drittel der integrierten Kapazität im Jahr 2021 entfallen (im Vergleich zu rund 30 % zwischen 2016 und 2019), sind ein klares Indiz für eine anhaltende Marktkonsolidierung (BNEF: Energy Storage System Providers 2021). Dennoch versuchen aufgrund des hier beschriebenen dynamischen Wachstums immer wieder neue Akteure, sich auf dem Markt zu etablieren, um ihr Stück vom Kuchen zu bekommen. Um ihre Position zu sichern, erweitern die etablierten Unternehmen ihr Produktportfolio. Während vor einigen Jahren noch die physikalische Systemintegration im Vordergrund stand, bieten die meisten neben der mittlerweile fast zum Marktstandard gewordenen Energiemanagementsystem-Software (EMS) auch Software für das Batteriemanagementsystem (BMS) an, und einige bieten sogar Software für den Energiehandel. Auch O&M-Dienstleistungen und EPC (Engineering, Procurement, Construction) gehören inzwischen zum Standardportfolio. Dies ist notwendig, da diese Akteure von den Anbietern unter Druck gesetzt werden, nicht nur in Bezug auf die Preisgestaltung und die Mindestabnahmemengen, sondern auch aufgrund der Bestrebungen der Anbieter, ihre vorgelagerten Aktivitäten zu verstärken. Darüber hinaus gibt es auch eine nachgelagerte Integration durch Solar- und Batterieprojektentwickler, die ihre Systemintegrationsfähigkeiten verbessern, um direkt von Komponentenlieferanten zu beziehen, d.h. die Zwischenhändler zu überspringen.
Die Batterieanalytik wird zunehmend als Schlüssel zu mehr Marktzugkraft und höherer Rentabilität erkannt. Durch die Verbesserung der Transparenz der Projekte, für die noch Gewährleistungsverpflichtungen bestehen, oder durch die Förderung des Serviceangebots für Speicherbesitzer und -betreiber können sich die Nutzer vom Wettbewerb abheben.
Abschließend noch ein Wort aus der Sicht des Softwareanbieters: Es ist viel einfacher - und für den Kunden billiger -, sich in einer frühen Projektphase an den Speicher anzuschließen und die Datenqualität zu beeinflussen, als die Lösung in ein bestehendes Projekt einzubauen.
