BESS Batteriespeicher gewinnen für Industrieunternehmen zunehmend an Bedeutung. Unternehmen mit hohem Strombedarf stehen häufig vor der Herausforderung, Energieversorgung, Lastspitzen, Eigenverbrauch und Netzanschluss gleichzeitig effizient zu steuern. Ein Battery Energy Storage System kann dabei als flexible Komponente innerhalb der betrieblichen Energieinfrastruktur eingesetzt werden.
Industrielle Batteriespeicher können elektrische Energie aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben. Dadurch lassen sich Erzeugung und Verbrauch zeitlich besser aufeinander abstimmen. Besonders interessant ist die Kombination mit Photovoltaikanlagen, industriellen Lastprofilen und vorhandenen Mittelspannungsanschlüssen.
Zu den möglichen Einsatzbereichen gehören Peak Shaving beziehungsweise Lastspitzenkappung, Eigenverbrauchsoptimierung, Speicherung erneuerbarer Energie, Netzstabilisierung, Regelenergie und weitere energiewirtschaftliche Anwendungen. Welche Funktionen tatsächlich sinnvoll und technisch möglich sind, hängt von den Anforderungen des jeweiligen Unternehmens ab.
Bei größeren industriellen Projekten werden häufig containerisierte Batteriespeicher mit Leistungen im MW-Bereich und Kapazitäten im MWh-Bereich eingesetzt. Neben Batteriecontainern können Wechselrichter, Transformatoren, Mittelspannungsschaltanlagen, Energiemanagementsysteme sowie Mess- und Schutztechnik zum Gesamtsystem gehören.
1. Stromverbrauch des Industrieunternehmens analysieren
Der erste Schritt bei der Planung eines BESS Batteriespeichers besteht in der Analyse des bestehenden Stromverbrauchs.
Dafür werden möglichst detaillierte Lastprofile betrachtet. Besonders interessant sind Zeiträume mit hoher elektrischer Leistungsaufnahme.
Dabei können beispielsweise folgende Daten untersucht werden:
Stromverbrauch
Leistungsspitzen
Zeitpunkt der Lastspitzen
Grundlast
Tagesprofile
Wochenprofile
Jahresprofile
Betriebszeiten
Die Analyse zeigt, wann und wie häufig hohe Leistungswerte auftreten.
2. Lastspitzen identifizieren
Für das Peak Shaving ist die Ermittlung der relevanten Lastspitzen besonders wichtig.
Industrielle Verbraucher können zeitweise eine deutlich höhere Leistung benötigen als im normalen Betriebszustand. Solche Spitzen können beispielsweise durch den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Produktionsanlagen entstehen.
Ein Batteriespeicher kann bei geeigneter Auslegung während solcher Situationen Energie bereitstellen.
Dadurch kann die zusätzlich aus dem Netz bezogene Leistung reduziert werden.
3. Zielwert für Peak Shaving festlegen
Nach der Analyse des Lastprofils kann ein Zielwert für die maximale Netzbezugsleistung definiert werden.
Das Energiemanagementsystem überwacht die aktuelle Leistungsaufnahme.
Wenn sich der Netzbezug dem festgelegten Grenzwert nähert, kann der Batteriespeicher seine Leistung erhöhen.
Die Batterie stellt dann einen Teil der benötigten Energie bereit.
Dadurch kann die Netzleistung entsprechend der geplanten Strategie begrenzt werden.
4. Benötigte Speicherleistung bestimmen
Für Peak Shaving ist die Leistung des Batteriespeichers entscheidend.
Sie wird in MW angegeben.
Wenn beispielsweise eine Lastspitze um mehrere Megawatt reduziert werden soll, muss der Speicher ausreichend Leistung bereitstellen können.
Die erforderliche Leistung hängt von der Höhe und Dauer der Lastspitzen ab.
5. Speicherkapazität bestimmen
Neben der Leistung muss die Speicherkapazität berücksichtigt werden.
Sie wird in MWh angegeben.
Ein Speicher mit hoher Leistung kann eine Lastspitze schnell reduzieren. Damit diese Leistung jedoch über einen längeren Zeitraum verfügbar bleibt, benötigt das System auch eine ausreichende Speicherkapazität.
Leistung und Kapazität müssen deshalb gemeinsam betrachtet werden.
6. Eigenverbrauch analysieren
Wenn ein Industrieunternehmen über eine eigene Photovoltaikanlage verfügt, sollte zusätzlich das PV-Erzeugungsprofil analysiert werden.
Dabei wird untersucht, wann Solarstrom erzeugt wird und wie viel davon direkt im Unternehmen genutzt werden kann.
Wenn die PV-Anlage mehr Energie erzeugt als momentan benötigt wird, kann ein Batteriespeicher einen Teil der überschüssigen Energie aufnehmen.
Später kann die gespeicherte Energie wieder für den betrieblichen Verbrauch bereitgestellt werden.
7. Photovoltaik und Batteriespeicher kombinieren
Die Kombination aus Photovoltaikanlage und Batteriespeicher kann die Nutzung erneuerbarer Energie flexibler gestalten.
Während der Solarstromproduktion kann die Batterie geladen werden.
Wenn die PV-Leistung später sinkt, kann der Speicher Energie abgeben.
Dadurch kann der zeitliche Unterschied zwischen Solarstromerzeugung und industriellem Verbrauch teilweise ausgeglichen werden.
8. Ladezeiten des Speichers festlegen
Das Energiemanagementsystem kann definieren, unter welchen Bedingungen der Speicher geladen wird.
Eine mögliche Strategie besteht darin, bevorzugt dann zu laden, wenn überschüssiger Solarstrom vorhanden ist.
Eine andere Strategie kann zusätzlich Strompreise oder Netzbedingungen berücksichtigen.
Welche Strategie geeignet ist, hängt vom Ziel des Projekts ab.
9. Entladezeiten definieren
Ebenso wichtig ist die Festlegung der Entladezeiten.
Für Peak Shaving soll die Batterie beispielsweise dann Energie bereitstellen, wenn eine hohe Netzbezugsleistung erwartet wird.
Bei einer Eigenverbrauchsstrategie kann die Batterie Energie bereitstellen, wenn die PV-Erzeugung zurückgeht.
Die Entladebedingungen können über das Energiemanagementsystem definiert werden.
10. Energiemanagementsystem integrieren
Das Energiemanagementsystem übernimmt eine zentrale Funktion.
Es verbindet verschiedene Datenquellen und kann unter anderem folgende Werte berücksichtigen:
Aktuelle PV-Leistung
Aktueller Stromverbrauch
Netzbezug
Batterieladezustand
Ladeleistung
Entladeleistung
Strompreise
Erzeugungsprognosen
Auf dieser Grundlage können Lade- und Entladevorgänge automatisiert gesteuert werden.
11. Netzanschluss prüfen
Vor der Installation eines großen Batteriespeichers muss der vorhandene Netzanschluss untersucht werden.
Dabei werden unter anderem Spannungsebene, Anschlussleistung, Transformatorleistung und Schutzkonzept betrachtet.
Bei größeren Industrieanlagen kann ein Mittelspannungsanschluss vorhanden sein.
Der Batteriespeicher muss entsprechend in die bestehende elektrische Infrastruktur integriert werden.
12. Mittelspannungstechnik berücksichtigen
Große BESS Batteriespeicher benötigen häufig eine entsprechende Mittelspannungsinfrastruktur.
Dazu können Mittelspannungsschaltanlagen, Transformatoren und Schutztechnik gehören.
Die einzelnen Komponenten müssen hinsichtlich Leistung und Spannung aufeinander abgestimmt werden. BESS Batteriespeicher für Industrie können für Peak Shaving, Eigenverbrauchsoptimierung und weitere Anwendungen eingesetzt werden.
Eine frühzeitige technische Planung kann helfen, spätere Anpassungen zu vermeiden.
13. Transformatorleistung bestimmen
Bei größeren Batteriespeichern kann ein Transformator erforderlich sein.
Der Transformator verbindet unterschiedliche Spannungsebenen und muss die geplante elektrische Leistung übertragen können.
Die benötigte Transformatorleistung hängt von der Speicherleistung und dem Anschlusskonzept ab.
Auch Reserven für mögliche Erweiterungen können bei der Planung berücksichtigt werden.
14. Wechselrichter auswählen
Der Wechselrichter beziehungsweise das Power-Conversion-System stellt die Verbindung zwischen Batterie und Wechselstromnetz her.
Er ermöglicht das Laden und Entladen der Batterie.
Bei industriellen Großspeichern können mehrere Wechselrichtereinheiten eingesetzt werden.
Die Leistungselektronik muss auf die gewünschte Lade- und Entladeleistung abgestimmt sein.
15. Batteriespeicher Container planen
Für größere Industrieprojekte können Batteriespeicher Container eingesetzt werden.
Die Containerbauweise ermöglicht einen modularen Aufbau.
Mehrere Einheiten können zu einem größeren Gesamtsystem kombiniert werden.
Dabei können Batterieeinheiten, Kühlung, Überwachung und weitere technische Komponenten in den entsprechenden Containern untergebracht werden.
16. Sicherheitskonzept entwickeln
Ein industrieller Batteriespeicher benötigt ein geeignetes Sicherheitskonzept.
Dazu gehören je nach System beispielsweise:
Batterieüberwachung
Temperaturüberwachung
Elektrische Schutztechnik
Steuerungs- und Abschaltsysteme
Überwachung der Betriebszustände
Die konkreten Anforderungen hängen von Technologie, Standort und Systemgröße ab.
17. Temperaturmanagement berücksichtigen
Batteriespeicher erzeugen während des Betriebs Wärme.
Deshalb muss ein geeignetes Temperaturmanagement vorgesehen werden.
Bei containerisierten Großspeichern können Kühlsysteme eingesetzt werden, um geeignete Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
Die genaue Auslegung hängt von Batterietechnologie, Umgebungstemperatur und Betriebsprofil ab.
18. Peak Shaving umsetzen
Nach der technischen Integration kann der Batteriespeicher für Peak Shaving eingesetzt werden.
Das System überwacht den aktuellen Netzbezug.
Wenn eine definierte Leistungsschwelle überschritten zu werden droht, stellt der Speicher Energie bereit.
Dadurch wird ein Teil der benötigten Leistung nicht aus dem Netz bezogen.
Das kann dazu beitragen, Lastspitzen zu begrenzen.
19. Lastspitzen über das Energiemanagement steuern
Das Energiemanagementsystem kann für das Peak Shaving verschiedene Parameter überwachen.
Dazu gehören:
Aktuelle Netzleistung
Batterieladezustand
Verfügbare Speicherleistung
Aktuelle Produktionslast
Prognostizierter Energiebedarf
Wenn die verfügbare Batterieleistung nicht ausreicht, muss die Steuerung entsprechend reagieren.
Eine präzise Abstimmung der Regelstrategie ist daher wichtig.
20. Eigenverbrauch optimieren
Ein Batteriespeicher kann dazu beitragen, den Anteil selbst erzeugter Energie am eigenen Verbrauch zu erhöhen.
Bei einer industriellen PV-Anlage kann überschüssiger Solarstrom zunächst gespeichert werden.
Wenn später weniger PV-Leistung zur Verfügung steht, kann die Batterie Energie für den betrieblichen Verbrauch bereitstellen.
Damit lässt sich Solarenergie zeitlich flexibler nutzen.
21. Strom aus erneuerbaren Quellen speichern
Neben Photovoltaik kann ein industrieller Batteriespeicher auch mit anderen erneuerbaren Energiequellen kombiniert werden.
Je nach Projekt können beispielsweise Windenergieanlagen oder weitere Energieerzeuger integriert werden.
Der Batteriespeicher kann dann überschüssige erneuerbare Energie aufnehmen und später wieder bereitstellen.
22. Netzstabilisierung unterstützen
Batteriespeicher können aufgrund ihrer schnellen Regelbarkeit bestimmte netzbezogene Funktionen übernehmen.
Je nach technischer Auslegung kann die Lade- oder Entladeleistung kurzfristig angepasst werden.
Dadurch können Batteriespeicher einen Beitrag zur Stabilisierung von Energieflüssen leisten.
Welche konkreten Funktionen möglich sind, hängt von der technischen Ausführung und den geltenden Netzanforderungen ab.
23. Regelenergie als mögliche Anwendung
Je nach Voraussetzungen kann ein Batteriespeicher auch für Regelenergie eingesetzt werden.
Dabei wird die Speicherleistung gezielt eingesetzt, um auf Anforderungen des Energiesystems zu reagieren.
Für diese Anwendung sind bestimmte technische, kommunikative und regulatorische Anforderungen zu erfüllen.
Ob eine solche Nutzung sinnvoll ist, muss individuell geprüft werden.
24. Stromhandel berücksichtigen
Ein BESS kann unter geeigneten Bedingungen auch für energiewirtschaftliche Strategien genutzt werden.
Energie kann beispielsweise zu bestimmten Zeitpunkten gespeichert und später wieder abgegeben werden.
Dabei spielen Strompreise, Wirkungsgrad, Batteriealterung und Betriebskosten eine wichtige Rolle.
Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse sollte deshalb verschiedene Szenarien berücksichtigen.
25. Strompreise analysieren
Wenn der Batteriespeicher energiewirtschaftlich betrieben werden soll, können Strompreisverläufe relevant sein.
Das Energiemanagementsystem kann Preisinformationen in die Betriebsstrategie einbeziehen.
Allerdings muss die erwartete wirtschaftliche Verbesserung mit den zusätzlichen Lade- und Entladeverlusten sowie der Batteriealterung verglichen werden.
26. Betriebsstrategie definieren
Ein industrieller Batteriespeicher kann verschiedene Ziele verfolgen.
Eine mögliche Betriebsstrategie konzentriert sich auf Peak Shaving.
Eine andere Strategie kann die Eigenverbrauchsoptimierung priorisieren.
Weitere Möglichkeiten können netzbezogene Anwendungen oder die Vermarktung gespeicherter Energie sein.
Die Prioritäten sollten vor der endgültigen Auslegung definiert werden.
27. Mehrere Anwendungen kombinieren
Ein BESS kann unter geeigneten Bedingungen mehrere Funktionen übernehmen.
Beispielsweise kann der Speicher zunächst überschüssigen Solarstrom aufnehmen.
Später kann er zur Reduzierung einer industriellen Lastspitze eingesetzt werden.
Zusätzlich können bestimmte netzbezogene Funktionen vorgesehen werden.
Bei einer solchen Mehrfachnutzung müssen die verfügbaren Speicherreserven sorgfältig geplant werden.
28. Ladezustand überwachen
Der Ladezustand bestimmt, wie viel Energie aktuell verfügbar ist.
Ein vollständig geladener Speicher kann keine zusätzliche Energie aufnehmen.
Ein nahezu leerer Speicher verfügt dagegen über eine hohe freie Kapazität.
Das Energiemanagement muss deshalb sicherstellen, dass genügend Kapazität für die jeweils geplante Anwendung vorhanden ist.
29. Erzeugungs- und Lastprognosen verwenden
Prognosen können die Betriebsführung verbessern.
Bei einer erwarteten hohen PV-Erzeugung kann beispielsweise Speicherkapazität freigehalten werden.
Wenn gleichzeitig eine hohe industrielle Last erwartet wird, kann das System die vorhandene Energie entsprechend einplanen.
Dadurch kann der Speicher vorausschauender betrieben werden.
30. Historische Daten auswerten
Für eine genaue Planung sollten historische Daten verwendet werden.
Dazu können beispielsweise Lastprofile und PV-Erzeugungsdaten über längere Zeiträume analysiert werden.
Die Daten zeigen, wie häufig Lastspitzen auftreten und wie viel Solarstrom tatsächlich zur Verfügung steht.
Damit lässt sich die benötigte Speicherleistung realistischer bestimmen.
31. Speicherleistung und Kapazität optimieren
Ein häufiger Fehler bei der Planung besteht darin, ausschließlich auf die Speicherkapazität zu achten.
Für Peak Shaving ist jedoch auch die Leistung entscheidend.
Ein Speicher mit hoher Kapazität, aber zu geringer Leistung kann eine starke kurzfristige Lastspitze möglicherweise nicht ausreichend reduzieren.
Umgekehrt kann ein Speicher mit hoher Leistung, aber geringer Kapazität schnell an seine energetischen Grenzen gelangen.
Deshalb müssen beide Größen gemeinsam betrachtet werden.
32. Wirkungsgrad berücksichtigen
Beim Laden und Entladen entstehen Energieverluste.
Die Energiemenge, die später wieder zur Verfügung steht, ist daher geringer als die ursprünglich gespeicherte Energie.
Bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung sollte der gesamte Systemwirkungsgrad berücksichtigt werden.
33. Batteriealterung einplanen
Die Batterie verliert im Laufe ihrer Nutzung einen Teil ihrer ursprünglichen Leistungsfähigkeit.
Wie schnell dieser Prozess erfolgt, hängt unter anderem von Temperatur, Ladezustand, Lade- und Entladeleistung sowie der Anzahl der Zyklen ab.
Die geplante Betriebsstrategie sollte deshalb auch die langfristige Batteriealterung berücksichtigen.
34. Wartung und Service planen
Ein industrieller Batteriespeicher benötigt regelmäßige Wartung.
Dazu können die Kontrolle von Batteriemodulen, Wechselrichtern, Kühlsystemen, Transformatoren und Schaltanlagen gehören.
Auch Software, Kommunikationssysteme und Energiemanagement sollten regelmäßig überprüft werden.
35. Erweiterbarkeit berücksichtigen
Industrieunternehmen können ihren Energiebedarf im Laufe der Zeit verändern.
Neue Produktionsanlagen können beispielsweise den Strombedarf erhöhen.
Bei einer modular geplanten Speicherlösung kann eine spätere Erweiterung unter geeigneten Voraussetzungen möglich sein.
Dafür sollten bereits bei der ursprünglichen Planung entsprechende Reserven berücksichtigt werden.
36. Wirtschaftlichkeit berechnen
Vor der Investition sollte eine umfassende Wirtschaftlichkeitsanalyse durchgeführt werden.
Dabei können folgende Kosten berücksichtigt werden:
Batteriesystem
Container
Wechselrichter
Transformator
Mittelspannungstechnik
Installation
Netzanschluss
Energiemanagement
Wartung
Ersatzteile
Auf der Nutzenseite können beispielsweise reduzierte Lastspitzen, eine höhere Nutzung von Solarstrom und weitere Betriebsanwendungen stehen.
37. Technische Machbarkeit prüfen
Nicht jedes Industrieunternehmen verfügt über die gleichen technischen Voraussetzungen.
Vor der Umsetzung sollten daher Netzanschluss, Platzverhältnisse, elektrische Infrastruktur und Betriebsbedingungen geprüft werden.
Auch vorhandene Photovoltaikanlagen müssen in die Planung einbezogen werden.
38. Gesamtsystem planen
Ein BESS sollte als Bestandteil der gesamten Energieversorgung betrachtet werden.
Die einzelnen Komponenten müssen aufeinander abgestimmt werden.
Dazu gehören:
Batteriespeicher
Wechselrichter
Transformator
Mittelspannungsschaltanlage
Photovoltaikanlage
Energiemanagement
Netzanschluss
Verbraucher
Eine ganzheitliche Planung kann die Grundlage für einen zuverlässigen Betrieb schaffen.
39. Inbetriebnahme vorbereiten
Vor der Inbetriebnahme müssen die einzelnen Systemkomponenten überprüft werden.
Dazu gehören elektrische Verbindungen, Kommunikationssysteme, Steuerung, Schutztechnik und Energiemanagement.
Auch die vorgesehenen Lade- und Entladestrategien sollten getestet werden.
Erst nach erfolgreicher Prüfung kann das System in den regulären Betrieb übergehen.
40. Betrieb kontinuierlich optimieren
Nach der Inbetriebnahme sollten die Betriebsdaten regelmäßig ausgewertet werden.
Dabei können beispielsweise folgende Werte untersucht werden:
Ladezyklen
Entladezyklen
Lastspitzen
Netzbezug
PV-Erzeugung
Speicherleistung
Ladezustand
Energieverluste
Die Auswertung kann zeigen, ob die ursprüngliche Betriebsstrategie angepasst werden sollte.
Vorteile eines BESS für Industrieunternehmen
Ein industrieller Batteriespeicher kann mehrere Aufgaben miteinander verbinden.
Peak Shaving
Durch die Bereitstellung gespeicherter Energie während hoher Last kann der Netzbezug entsprechend der Betriebsstrategie reduziert werden.
Eigenverbrauchsoptimierung
Überschüssiger Solarstrom kann gespeichert und später für den betrieblichen Verbrauch bereitgestellt werden.
Flexible Energieversorgung
Der Batteriespeicher ermöglicht eine zeitliche Verschiebung von elektrischer Energie.
Integration erneuerbarer Energien
Photovoltaik und andere erneuerbare Energiequellen können durch Speicherkapazität flexibler genutzt werden.
Netzbezogene Anwendungen
Je nach technischer Auslegung können Batteriespeicher bestimmte netzbezogene Funktionen unterstützen.
Modularer Aufbau
Containerisierte Systeme können aus mehreren Speichereinheiten bestehen und dadurch an unterschiedliche Projektgrößen angepasst werden.
Fazit
BESS Batteriespeicher für Industrieunternehmen können eine wichtige Rolle bei der modernen Energieversorgung spielen. Besonders die Kombination aus Peak Shaving, Eigenverbrauchsoptimierung und möglichen netzbezogenen Anwendungen macht industrielle Batteriespeicher zu einer vielseitig einsetzbaren Technologie.
Die Umsetzung beginnt mit der Analyse des Stromverbrauchs und der bestehenden Energieinfrastruktur. Anschließend werden Lastspitzen, PV-Erzeugung, Netzanschluss und gewünschte Betriebsziele untersucht. Auf dieser Grundlage lassen sich Speicherleistung und Speicherkapazität bestimmen.
Bei größeren Projekten können Batteriespeicher Container, Wechselrichter, Transformatoren, Mittelspannungsschaltanlagen und Energiemanagementsysteme zu einem umfassenden BESS zusammengestellt werden.
Entscheidend ist eine projektbezogene Planung. Ein Batteriespeicher sollte nicht ausschließlich nach seiner Kapazität ausgewählt werden. Leistung, Kapazität, Ladezyklen, Netzanschluss, Betriebsstrategie, Wirkungsgrad und langfristige Wirtschaftlichkeit müssen gemeinsam betrachtet werden.
Richtig ausgelegt kann ein industrieller BESS Batteriespeicher dazu beitragen, Energieflüsse gezielter zu steuern, Lastspitzen zu reduzieren, erneuerbare Energie flexibler zu nutzen und die betriebliche Energieversorgung an veränderte Anforderungen anzupassen.
