(Bild: Denios)
Den Kern des stationären Batteriespeichersystems bildet die Speichereinheit (Rack). Sie besteht ausmehreren Batteriemodulen und dem Batteriemanagementsystem. Mehrere Speichereinheiten können zu größeren Speichersystemen zusammengebaut werden.Ein Batteriemodul setzt sich aus mehreren Batteriezellen zusammen. Das Batteriemanagementsystem (BMS) sorgt für eine Synchronisation der Spannungen der Batteriezellen im Modul. Damit bringt das Batteriemodul die bestmögliche Speicherleistung auf. Zudem überwacht das BMS das Laden und Entladen der Batteriemodule und schützt diese vor Über- und Unterspannung.
Die Betriebstemperatur spielt bei dem Batteriespeichersystem eine wichtige Rolle. Eine zu niedrige Batterietemperatur verlangsamt die Ladegeschwindigkeit, während eine hohe Batterietemperatur eine Gefahr darstellen kann. Die Einhaltung des korrekten Ladetemperaturbereichs ist wichtig und verlängert die Lebensdauer des Speichers. Die Temperatur jeder einzelnen Batteriezelle wird deshalb anhand von Sensoren gemessen und an das BMS gesendet.
Das Energiemanagementsystem steuert die Ladestrategie. Dafür empfängt es alle Daten des BMS und sorgt für die richtige Ladung und Entladung des Speichers. Es bildet die Schnittstelle zur Überwachung des Systems. Der Netzanalysator sorgt für eine netzkonforme Leistungsregelung. Er kommuniziert mit den Wechselrichtern und dem BMS und gibt an, woher die Energie bezogen werden soll: aus dem Stromnetz, der eigenen Stromerzeugung (z. B. Photovoltaik, Windkraft) oder aus dem Speicher.
Wie sicher ist ein Batteriespeicher in der Industrie?
Die Gefährdung durch einen Defekt der Speichereinheit muss zum Zweck des betrieblichen Arbeitsschutzes vom Betreiber in der Gefährdungsbeurteilung berücksichtigt werden. Auch die Gefahr durch äußere Einflüsse ist zu beurteilen und entsprechende Schutzmaßnahmen vorzusehen. Die Komplettlösung aus Batteriespeicher und Brandschutzhülle mit beidseitigem, klassifizierten Feuerwiderstand dient in beiden Fällen dem Personen-, Umwelt- und Sachschutz. Werden Brandmeldeanlage und Löschtechnik sowie Löschwasserrückhaltung ergänzt, können Sicherheitsbedenken im Genehmigungsverfahren in der Regel ausgeräumt werden (siehe Tabelle „Empfohlene Maßnahmen“ des BVES e.V.i).
Damit sichergestellt wird, dass die Batterien bei einer optimalen Betriebstemperatur und Luftfeuchtigkeit genutzt werden, ist die Umgebung entsprechend zu regulieren und zu überwachen. Auch hier punktet die Komplettlösung aus Brandschutzraum und Speicher, da sie je nach Auslegung bereits mit entsprechenden Ausstattungen geliefert werden kann. Dazu gehören z. B. Klimaanlage, Heizungsanlage (je nach Bedarf), Brandmelder, Luftfeuchtigkeitssensor und Löschanlage. Die Löschanlage sorgt im Worst-Case-Szenario für ein sicheres Kühlen der Speichereinheiten, damit kein „Thermal Runaway“ zustande kommen kann.
Warum lohnt sich ein Batteriespeicher?
Selbst erzeugter Strom kann bei Überschuss gespeichert anstatt ins Netz eingespeist werden. So wird der Eigenverbrauch optimiert. Je mehr Strom aus der eigenen Erzeugung genutzt wird, desto größer ist auch die Unabhängigkeit von der Entwicklung des Strompreises. Weitere Beispiele für Betriebsführungsstrategien, die sich mit einem Batteriespeicher realisieren lassen und zu einem ökonomischen Vorteil führen, sind die Lastspitzenkappung und die tarifgesteuerte Stromspeicherung (Time of Use), die das Laden zu günstigen Zeiten bevorzugt. Verlagert sich die Stromversorgung stärker auf eine dezentrale Struktur, erhöht sich das Risiko für Schwankungen im öffentlichen Stromnetz. Batteriespeicher sorgen hier für eine Stabilisierung. Sowohl der Netzbezug als auch die Einspeisung der überschüssigen, selbsterzeugten Leistung wird durch den Speicher geglättet und das Netz somit geringer belastet. Batteriespeicher erbringen somit einen wichtigen Beitrag zur dezentralen Energieversorgung mit erneuerbaren Energieträgern und somit zur Energiewende.
Was müssen Betreiber beim Aufstellen des Batteriespeichers beachten?
Bei der Standortfindung spielt die Gefährdungsbeurteilung eine entscheidende Rolle. Aus den Erfahrungen mit Lithium-Bränden ist zu schließen, dass von Lithium-Ionen-Batteriespeichern ein Brandrisiko ausgeht. Es gibt zwar noch keine gesetzlichen Vorgaben dazu, welche Schutzmaßnahmen der Betreiber vorzusehen hat, doch ist es für die Risikominimierung ratsam, sich an den Vorgaben für die Lagerung entzündlicher Stoffe zu orientieren: Brandschutzabstände dienen dem Schutz von benachbarten Anlagen und Gebäuden gegenüber einer Brandgefahr im Lager. Die F 90 Abtrennung dient dem Schutz vor gegenseitiger Brandeinwirkung zwischen dem Lager und benachbarten Anlagen und Gebäuden. Hier sind keine Abstände erforderlich. Die Komplettlösung aus Speicher und baulicher Trennung mit klassifiziertem Feuerwiderstand reduziert den Platzbedarf somit auf die äußeren Abmessungen der Brandschutzhülle. Die Aufstellung kann somit in Gebäudenähe bzw. in eng bebauten Infrastrukturen erfolgen. Zusätzlich wird eine Leitungsverlegung vom Speicher zum Anschlusspunkt des lokalen Stromnetzes benötigt.
Was müssen Industrie-Unternehmen bei der Inbetriebnahme des Batteriespeichers beachten?
Da der Betrieb des Batteriespeichers Auswirkungen auf den Energiefluss im Stromnetz hat, ist dieser vor Inbetriebnahme beim Netzbetreiber anzumelden. Der Netzbetreiber legt die technischen Anforderungen fest, die den allgemein anerkannten Regeln der Technik entsprechen müssen. Dies soll der sicheren und störungsfreien Versorgung dienen und störende Rückwirkungen auf andere Anschlussnehmer oder -nutzer, Einrichtungen des Netzbetreibers oder Dritte ausschließen. In welcher Form eine Inbetriebnahme eines Speichers am jeweiligen Standort möglich ist, muss basierend auf einer Analyse der Auslastung des lokalen Stromnetzes getroffen werden. Die Inbetriebnahme und der Anschluss an das Netz des Betreibers ist durch geschultes Personal durchzuführen. Bei der Errichtung von stationären Batteriespeichersystemen sind zudem die Herstellerangaben, die lokalen Anschlussmöglichkeiten und die behördlichen Anforderungen (z. B. Landesbauordnung, Arbeitsstättenrichtlinie, Betriebssicherheitsverordnung, etc.) zu beachten.
Wie erfolgt die Auswahl des passenden Batteriespeichers?
Die Auslegung des passenden Batteriespeichers erfolgt durch den Anbieter im engen Dialog mit dem Kunden/Betreiber. Dabei werden insbesondere der Verbrauchsverlauf und die Größe der vorhandenen Erzeugungsanlagen betrachtet. Diese Informationen ermöglichen eine Betriebssimulation verschiedener Betriebsführungsstrategien für ein ganzes Jahr zur Abschätzung des Ertrages. Die Gegenüberstellung aus Einsparungen durch den Speicher und dem Investitionsbetrag ermöglicht eine Aussage über die Amortisation. Zusammen mit dem Kunden kann aus den möglichen Strategien und zugehörigen Speicherauslegungen ein passendes System definiert werden.
Lässt sich ein Batteriespeicher bei vorhandener Erzeugungsanlage nachrüsten?
Ja, ein Speicher ist nachrüstbar. Die Dimensionierung des Speichers ist – unabhängig davon, ob er mit der Anlage installiert oder nachgerüstet wird – kundenindividuell auszulegen.
Lassen sich Batteriespeicher nachträglich erweitern?
In Abhängigkeit des vorhanden Platzangebotes und der Dimensionierung des Netzanschlusses ist eine nachträgliche Erweiterung eines bestehenden Systems möglich. Dabei ist die maximale Auslastung der Systemperipherie zu beachten und bei Bedarf zu erweitern. Die Kombination von neuen und alten Akkumulatoren ist kein Problem.
Wie lange ist die Lebensdauer eines Batteriespeichers?
Die Lebensdauer einer Batterie hat enormen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit. Das Batteriemanagementsystem garantiert die Einhaltung des Betriebsbereiches für jede einzelne Batteriezelle. Zusammen mit der Gewährleistung der Betriebstemperatur und Luftfeuchtigkeit können eine Lebensdauer von 30 Jahren und 8000 Ladezyklen erreicht werden.
Was kostet so ein Speicher?
Die Kosten des Speichers lassen sich erst nach der individuellen Auslegung in Form eines Richtpreises abschätzen. In der Regel erfolgt erst wenn der Kunde mit dem Richtpreis einverstanden ist, eine detaillierte Angebotserstellung. Hilfreich für die Entscheidungsfindung ist es, wenn in der Auslegung bereits die geschätzte Amortisationszeit angegeben ist.
Wie hoch ist der Betriebs- und Wartungsaufwand für den Batteriespeicher?
Die Steuerung und der Betrieb des Speichers erfolgen selbständig. Es ist kein Eingreifen durch den Betreiber erforderlich. Im Falle einer Störung, ist eine Fernwartung durch den Anbieter der Steuerung möglich, der weitere Maßnahmen in Abstimmung mit dem Betreiber einleiten kann. Bei der Komplettlösung aus Batteriespeicher und Brandschutzhülle ist im Rahmen einer jährlichen Sichtprüfung des Brandschutzraumes sowie der Peripheriegeräte wie Klimatechnik und Heizung auch das Batteriespeichersystem durch geschultes Personal optisch zu kontrollieren. Eine sinnvolle Ergänzung ist die Fernüberwachung mit Alarmierung in Echtzeit. Dieses Add-On bietet die Möglichkeit einer 24/7 Überwachung, so dass der Betreiber auch nachts und an Wochenenden alarmiert wird, wenn etwas mit dem Betrieb des Batteriespeichers nicht stimmt.
Wie wird der Batteriespeicher nach Außerbetriebnahme entsorgt?
Die alten Batteriezellen werden einem Rücknahmesystem zugeführt, welches das Recycling der Zellen veranlasst. Die wertvollen Bestandteile werden zurück in den Produktionskreislauf geführt. Das brandgeschützte Raumsystem kann ebenfalls dem Recycling zugeführt werden. Die Firma Denios bietet zurzeit als einziger Hersteller brandgeschützter Batteriespeicher einen entsprechenden Service an.
Nach welcher Zeit hat sich die Investition für den Batteriespeicher amortisiert?
Die Amortisation ergibt sich aus einem Zusammenspiel der bezogenen Energiemenge eines Jahres, dem zugehörigen Leistungsprofil, der Auslegung des Batteriespeichers und dessen Betriebsführung. Meist ist eine Amortisationszeit von drei bis fünf Jahren zu erwarten.
