Energiespeicher gewinnen als wichtige Ergänzung zu erneuerbaren Energien zunehmend an Bedeutung. Zu den in den letzten Jahren etablierten Energiespeichersystemen zählen insbesondere kommerzielle und industrielle Speicher sowie Energiespeicher im Kraftwerksmaßstab. Sie unterscheiden sich jedoch in ihren Anwendungsbereichen und technischen Merkmalen. Dieser Artikel beleuchtet die Unterschiede zwischen diesen beiden Arten von Energiespeichersystemen aus verschiedenen Perspektiven.
ApplSzenarien
Energiespeicher für Gewerbe und Industrie werden hauptsächlich zur Eigenversorgung mit Strom von gewerblichen und industriellen Nutzern wie Fabriken, Gebäuden, Rechenzentren usw. eingesetzt. Ziel ist es, die Stromtarife in den Spitzen- und Talzeiten für die Nutzer zu senken und die Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu verbessern.
Energiespeicher im Kraftwerksmaßstab werden hauptsächlich netzseitig eingesetzt. Ihr Zweck ist der Ausgleich von Stromangebot und -nachfrage, die Regelung der Netzfrequenz und die Spitzenlastkompensation. Sie können außerdem Reservekapazität bereitstellen und weitere Regelungsdienstleistungen erbringen.
CKapazität
Die Speicherkapazität von Gewerbe- und Industriespeichern liegt üblicherweise im Bereich von einigen zehn bis mehreren hundert Kilowattstunden und hängt hauptsächlich von der Lastgröße des Nutzers und den Tarifanforderungen ab. Die Kapazität von sehr großen Gewerbe- und Industriespeichersystemen überschreitet in der Regel nicht 10.000 kWh.
Die Speicherkapazität von Energiespeichern im Kraftwerksmaßstab reicht von einigen Megawattstunden bis zu mehreren hundert Megawattstunden und ist auf die Netzgröße und den Bedarf abgestimmt. Bei einigen großen Projekten auf Netzebene kann die Kapazität eines einzelnen Standorts Hunderte von Megawattstunden erreichen.
Systemkomponenten
·Batterie
Energiespeicher für Gewerbe und Industrie erfordern relativ kurze Reaktionszeiten. Unter Berücksichtigung von Kosten, Zyklenlebensdauer, Reaktionszeit und anderen Faktoren werden Batterien mit hoher Energiedichte eingesetzt. Energiespeicher im Versorgungsmaßstab nutzen leistungsdichteoptimierte Batterien zur Frequenzregelung.
Tatsächlich nutzen die meisten großtechnischen Energiespeicher ebenfalls Batterien, bei denen die Energiedichte im Vordergrund steht. Da sie jedoch auch Systemdienstleistungen erbringen müssen, stellen die Batteriesysteme von Energiespeicherkraftwerken höhere Anforderungen an Zyklenfestigkeit und Reaktionszeit. Für die Frequenzregelung und Notstromversorgung müssen Batterien des Leistungstyps ausgewählt werden.
•Batteriemanagementsystem (BMS)
Energiespeichersysteme für kleine und mittlere Gewerbe- und Industrieanwendungen bieten dem Akku diverse Schutzfunktionen, darunter Schutz vor Überladung, Tiefentladung, Überstrom, Überhitzung, Untertemperatur, Kurzschluss und Strombegrenzung. Sie gleichen zudem die Spannung des Akkus während des Ladevorgangs aus, konfigurieren Parameter und überwachen Daten über die Hintergrundsoftware, kommunizieren mit verschiedenen Leistungswandlern und ermöglichen ein intelligentes Management des gesamten Energiespeichersystems.
Das Energiespeicherkraftwerk kann einzelne Batterien, Batteriepacks und Batteriestapel hierarchisch verwalten. Basierend auf ihren Eigenschaften lassen sich verschiedene Parameter und Betriebszustände der Batterien berechnen und analysieren, um einen Ausgleich, Alarmierung und ein effektives Management zu gewährleisten. Dadurch kann jede Batteriegruppe die gleiche Leistung erbringen, wodurch der optimale Betriebszustand und die längste Nutzungsdauer des Systems sichergestellt werden. Dies liefert präzise und effektive Informationen zum Batteriemanagement. Durch das Batterieausgleichsmanagement lässt sich die Energieausnutzungseffizienz der Batterien deutlich verbessern und die Lastcharakteristik optimieren. Gleichzeitig wird die Lebensdauer der Batterien maximiert, um Stabilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit des Energiespeichersystems zu gewährleisten.
•Leistungssteuerungssystem (PCS)
Die in Energiespeichern für Gewerbe und Industrie eingesetzten Wechselrichter zeichnen sich durch relativ einfache Funktionen aus, hauptsächlich bidirektionale Leistungswandlung, geringe Größe und einfache Integration in Batteriesysteme. Die Kapazität lässt sich flexibel nach Bedarf erweitern. Die Wechselrichter decken einen sehr weiten Spannungsbereich von 150–750 Volt ab und erfüllen die Anforderungen für Reihen- und Parallelschaltungen von Blei-Säure-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien, Redox-Flow-Batterien und anderen Batterietypen. Sie ermöglichen unidirektionales Laden und Entladen und sind mit verschiedenen Photovoltaik-Wechselrichtern kompatibel.
Die in Energiespeicherkraftwerken eingesetzten Wechselrichter verfügen über einen größeren Gleichspannungsbereich von bis zu 1500 Volt im Volllastbetrieb. Neben der grundlegenden Leistungswandlungsfunktion müssen sie auch netzkoordinierte Funktionen wie die Primärfrequenzregelung und die schnelle Verteilung von Einspeisung, Netzspannung und Last aufweisen. Sie zeichnen sich durch eine höhere Netzanpassungsfähigkeit und schnelle Leistungsreaktion aus.
•Energiemanagementsystem (EMS)
Die meisten Energiemanagementsysteme (EMS) von gewerblichen und industriellen Energiespeichersystemen benötigen keine Netzeinspeisung. Ihre Funktionen sind relativ einfach und beschränken sich auf das lokale Energiemanagement, insbesondere die Unterstützung des Batterieausgleichs, die Gewährleistung der Betriebssicherheit, die Unterstützung von Reaktionszeiten im Millisekundenbereich sowie die integrierte Verwaltung und zentrale Steuerung der Komponenten des Energiespeichersystems.
Energiespeicher im Versorgungsmaßstab, wie z. B. Speicherkraftwerke, die Netzeinspeisung benötigen, stellen jedoch höhere Anforderungen an das Energiemanagementsystem (EMS). Neben grundlegenden Energiemanagementfunktionen müssen diese auch Schnittstellen zur Netzeinspeisung und Energiemanagementfunktionen für Mikronetze bereitstellen. Sie müssen mehrere Kommunikationsprotokolle unterstützen, über standardisierte Schnittstellen zur Leistungsverteilung verfügen, Energiemanagement und -überwachung für Anwendungsszenarien wie Energietransfer, Mikronetze und Netzfrequenzregelung ermöglichen und die Integration und Überwachung mehrerer Systeme wie Energiequellen, Netze, Verbraucher und Energiespeicher unterstützen.
Abb. 1.Strukturdiagramm eines kommerziellen und industriellen Energiespeichersystems
Abb. 2.Strukturdiagramm eines Energiespeichersystems im Einheitsmaßstab
Betrieb und Instandhaltung
Bei gewerblichen und industriellen Energiespeichern muss lediglich die normale Stromversorgung der Nutzer sichergestellt werden, und Betrieb und Wartung sind relativ einfach, da keine komplexe Stromprognose und -planung erforderlich sind.
Großspeichersysteme müssen eng mit der Netzleitstelle zusammenarbeiten, die zudem umfangreiche Prognoseanalysen durchführen und Lade- und Entladetechniken entwickeln muss. Dadurch werden Betrieb und Wartung komplexer.
Anlagerenditen
Gewerbliche und industrielle Energiespeicher können den Nutzern direkt Stromkosten sparen, mit kurzen Amortisationszeiten und guter Wirtschaftlichkeit.
Großbatteriespeicher müssen kontinuierlich an Strommarkttransaktionen teilnehmen, um Renditen zu erzielen, was längere Amortisationszeiten mit sich bringt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Energiespeicher für Gewerbe und Industrie sowie Energiespeicher im Versorgungsmaßstab unterschiedliche Endnutzer bedienen und verschiedene Betriebsarten aufweisen. Sie unterscheiden sich hinsichtlich Speicherkapazität, Systemkomponenten, Betriebs- und Wartungsaufwand sowie Rentabilität. Der Speichersektor entwickelt sich rasant, und es ist davon auszugehen, dass die Batterietechnologie sich weiterentwickeln und neue Möglichkeiten für unser Leben und unsere Industrie eröffnen wird.