Leitfaden für kommerzielle Energiespeichersysteme

Was sind kommerzielle Batteriespeichersysteme?

100-kWh-BatterieUnd200-kWh-BatterieKommerzielle Batteriespeichersysteme sind fortschrittliche Energiespeicherlösungen zur Speicherung und Abgabe von Strom aus verschiedenen Quellen. Sie funktionieren wie große Powerbanks und nutzen in Behältern untergebrachte Batteriepakete, um den Energiefluss effektiv zu steuern. Diese Systeme sind in verschiedenen Größen und Konfigurationen erhältlich, um den spezifischen Anforderungen verschiedener Anwendungen und Kunden gerecht zu werden.

Der modulare Aufbau vonkommerzielle Batteriespeichersystemeermöglicht Skalierbarkeit, wobei die Speicherkapazitäten typischerweise zwischen 50 kWh und 1 MWh liegen. Aufgrund dieser Flexibilität eignen sie sich für eine Vielzahl von Unternehmen, darunter kleine und mittlere Unternehmen, Schulen, Krankenhäuser, Tankstellen, Einzelhandelsgeschäfte und Industrieanlagen. Diese Systeme helfen bei der Steuerung des Energiebedarfs, stellen bei Ausfällen Notstrom bereit und unterstützen die Integration erneuerbarer Energiequellen wie Sonne und Wind.

Die Flexibilität des modularen Designs stellt sicher, dass diese Systeme an spezifische Energieanforderungen angepasst werden können und eine kostengünstige Lösung zur Verbesserung der Energieeffizienz und Zuverlässigkeit in verschiedenen Sektoren bieten.

Komponenten kommerzieller Energiespeichersysteme und ihre Anwendungen

Kommerzielle Energiespeichersystemebestehen aus mehreren Schlüsselkomponenten, von denen jede eine spezifische Rolle spielt, um verschiedene Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Hier finden Sie eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten und ihrer spezifischen Anwendungen in realen Szenarien:

1. Batteriesystem:
   • Kernkomponente: Das Batteriesystem besteht aus einzelnen Batteriezellen, die elektrische Energie speichern. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte und langen Lebensdauer werden häufig Lithium-Ionen-Batterien verwendet.
   • Anwendungen: Beim Spitzenausgleich und der Lastverlagerung lädt das Batteriesystem in Zeiten geringer Stromnachfrage und entlädt gespeicherte Energie bei Spitzenbedarf, wodurch die Energiekosten effektiv gesenkt werden.
2. Batteriemanagementsystem (BMS):
   • Funktion: Das BMS überwacht den Status und die Leistungsparameter der Batterie wie Spannung, Temperatur und Ladezustand und sorgt so für einen sicheren und effizienten Betrieb.
   • Anwendungen: Bei Notstrom- und Microgrid-Anwendungen stellt das BMS sicher, dass das Batteriesystem bei Netzausfällen einen stabilen Notstrom liefern kann und so die Geschäftskontinuität gewährleistet.
3. Wechselrichter oder Stromumwandlungssystem (PCS):
   • Funktion: Das PCS wandelt den im Batteriesystem gespeicherten Gleichstrom in vom Netz oder von Lasten benötigten Wechselstrom um und sorgt gleichzeitig für eine stabile Ausgangsspannung und Stromqualität.
   • Anwendungen: In netzgekoppelten Systemen ermöglicht das PCS einen bidirektionalen Energiefluss und unterstützt den Lastausgleich und die Netzfrequenzsteuerung, um die Netzzuverlässigkeit und -stabilität zu verbessern.
4. Energiemanagementsystem (EMS):
   • Funktion: Das EMS optimiert und verwaltet den Energiefluss innerhalb des Speichersystems und koordiniert es mit dem Netz, den Lasten und anderen Energiequellen. Es führt Aufgaben wie Spitzenausgleich, Lastverschiebung und Energiearbitrage aus.
   • Anwendungen: Bei der Integration erneuerbarer Energien verbessert das EMS die Vorhersagbarkeit und Stabilität von Solar- und Windenergie durch Optimierung der Energienutzung und -speicherung.
5. Bidirektionaler Wechselrichter:
   • Funktion: Bidirektionale Wechselrichter ermöglichen bei Bedarf den Energieaustausch zwischen dem Batteriesystem und dem Netz und unterstützen so ein flexibles Energiemanagement und einen autonomen Betrieb bei Netzausfällen.
   • Anwendungen: Bei der Stromversorgung in Mikronetzen und abgelegenen Gebieten gewährleisten bidirektionale Wechselrichter die Systemautonomie und arbeiten mit dem Hauptnetz zusammen, um die Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit der Stromversorgung zu verbessern.
6. Transformator:
   • Funktion: Transformatoren passen die Ausgangsspannung des Batteriesystems an die Anforderungen des Netzes oder der Lasten an und sorgen so für eine effiziente Energieübertragung und Systemstabilität.
   • Anwendungen: In großen industriellen und kommerziellen Energieanwendungen optimieren Transformatoren die Effizienz der Energieübertragung und die Betriebsstabilität des Systems, indem sie für eine geeignete Spannungsanpassung sorgen.
7. Schutzgeräte:
   • Funktion: Schutzgeräte überwachen Spannungsspitzen, Kurzschlüsse und andere Netzanomalien innerhalb des Systems und reagieren darauf, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten und Geräteschäden zu minimieren.
   • Anwendungen: Bei der Netzintegration und in Umgebungen mit schnellen Lastwechseln schützen Schutzgeräte das Batteriesystem und das Netz und reduzieren so Wartungskosten und Betriebsrisiken.
8. Kühlsysteme:
   • Funktion: Kühlsysteme halten optimale Betriebstemperaturen für Batterien und Wechselrichter aufrecht, verhindern Überhitzung und Leistungseinbußen und sorgen für langfristige Systemstabilität.
   • Anwendungen: In Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohen Entladungslasten sorgen Kühlsysteme für die erforderliche Wärmeableitungskapazität, verlängern die Lebensdauer der Geräte und optimieren die Energieeffizienz.
9. Fortschrittliche Steuerungssysteme:
   • Funktion: Fortschrittliche Steuerungssysteme lassen sich in EMS und BMS integrieren, um den Betrieb und die Leistung des gesamten Energiespeichersystems zu überwachen und zu optimieren.
   • Anwendungen: In kommerziellen und industriellen Großanwendungen verbessern fortschrittliche Steuerungssysteme die Systemreaktionsfähigkeit und Betriebseffizienz durch Echtzeit-Datenanalyse und Entscheidungsunterstützung.

Diese Komponenten und ihre Anwendungen verdeutlichen die entscheidende Rolle und den praktischen Einsatz kommerzieller Energiespeichersysteme im modernen Energiemanagement. Durch den effektiven Einsatz dieser Technologien und Strategien können Unternehmen Energieeinsparungen erzielen, CO2-Emissionen reduzieren und die Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit ihrer Stromversorgung verbessern.

Arten kommerzieller Energiespeichersysteme

1. Mechanische Lagerung: Nutzt körperliche Bewegungen oder Kräfte, um Energie zu speichern. Beispiele hierfür sind Pumpspeicherkraftwerke (PSH), Druckluft-Energiespeicher (CAES) und Schwungrad-Energiespeicher (FES).
2. Elektromagnetische Speicherung: Nutzt elektrische oder magnetische Felder zur Energiespeicherung. Beispiele hierfür sind Kondensatoren, Superkondensatoren und supraleitende magnetische Energiespeicher (SMES).
3. Wärmespeicher: Speichert Energie als Wärme oder Kälte. Beispiele hierfür sind geschmolzenes Salz, flüssige Luft, kryogene Energiespeicher (CES) und Eis/Wasser-Systeme.
4. Lagerung von Chemikalien: Wandelt Energie durch chemische Prozesse um und speichert sie, beispielsweise durch Wasserstoffspeicherung.
5. Elektrochemische Speicherung: Beinhaltet Batterien, die Energie über elektrochemische Reaktionen speichern und abgeben. Aufgrund ihrer hohen Effizienz und Energiedichte werden Lithium-Ionen-Batterien am häufigsten im gewerblichen Bereich eingesetzt.

Jeder Speichersystemtyp hat seine einzigartigen Vorteile und Einschränkungen, sodass er für unterschiedliche Anwendungen und Betriebsanforderungen geeignet ist.

Anwendungen kommerzieller Energiespeichersysteme

Kommerzielle Energiespeichersysteme haben vielfältige Anwendungen, die wirtschaftliche Vorteile bieten und zu umfassenderen Energie- und Umweltzielen beitragen. Diese Anwendungen sorgen sowohl für Kosteneinsparungen als auch für eine Steigerung der betrieblichen Effizienz. Hier eine detaillierte Übersicht:

1. Spitzenrasur:

   Reduziert Leistungsentgelte durch die Entladung gespeicherter Energie in Zeiten hoher Stromnachfrage. Kommerzielle Energiespeichersysteme geben gespeicherte Energie in Zeiten des Spitzenstrombedarfs frei und senken so die Leistungsentgelte für Unternehmen. Dies ist besonders vorteilhaft für Einrichtungen mit hohen Spitzen-Durchschnitts-Verhältnissen oder solchen, die hohen Nachfragegebühren unterliegen, wie z. B. Schulen, Krankenhäuser, Tankstellen, Geschäfte und Industrien.

2. Lastverlagerung:

   Speichert Energie in Zeiten niedriger Strompreise und gibt sie ab, wenn die Preise hoch sind, wodurch Kosten für Kunden, die nur die Zeit nutzen, gespart wird. Diese Systeme speichern überschüssige Energie in Zeiten niedriger Strompreise und geben sie in Spitzenzeiten ab. Dies kommt den Kunden hinsichtlich der Nutzungsdauer oder der Preisgestaltung in Echtzeit zugute. Beispielsweise nutzte ein Hotel auf Hawaii ein Lithium-Ionen-Batteriesystem mit 500 kW/3 MWh, um seine Stromlast von Tag auf Nacht zu verlagern, wodurch jährlich 275.000 US-Dollar eingespart wurden.

3. Erneuerbare Integration:

   Verbessert die Nutzung erneuerbarer Energiequellen durch Speicherung überschüssiger Energie und deren Freisetzung bei Bedarf. Kommerzielle Energiespeichersysteme speichern überschüssige Solar- oder Windenergie und geben sie bei Spitzenenergiebedarf oder bei geringer Erzeugung erneuerbarer Energien ab. Dies verringert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und senkt die Treibhausgasemissionen. Darüber hinaus stabilisiert es das Netz und verbessert seine Zuverlässigkeit und Sicherheit.

4. Notstrom:

   Bietet Notstrom bei Netzausfällen und gewährleistet so die Geschäftskontinuität und Betriebsstabilität. Diese Systeme stellen Notstrom bei Netzausfällen oder Notfällen bereit und stellen so sicher, dass kritische Einrichtungen wie Krankenhäuser, Rechenzentren und Industrieanlagen betriebsbereit bleiben. Diese Fähigkeit ist von entscheidender Bedeutung für Einrichtungen, die sich Stromausfälle nicht leisten können.

5. Mikronetz:

   Arbeitet als unabhängiges Stromversorgungssystem oder in Verbindung mit dem Hauptnetz, erhöht die Zuverlässigkeit und reduziert Emissionen. Kommerzielle Energiespeichersysteme sind integraler Bestandteil von Mikronetzen und arbeiten entweder unabhängig oder mit dem Hauptnetz verbunden. Mikronetze verbessern die lokale Netzzuverlässigkeit, reduzieren Emissionen und erhöhen die Energieunabhängigkeit und -flexibilität der Gemeinschaft.

Diese Anwendungen bringen nicht nur direkte wirtschaftliche Vorteile mit sich, sondern tragen auch zu umfassenderen Energie- und Umweltzielen bei, wie etwa der Reduzierung von Kohlenstoffemissionen und der Verbesserung der Netzstabilität. Kommerzielle Energiespeichersysteme schaffen durch die Verbesserung der Energieeffizienz und die Reduzierung von Betriebsrisiken Wettbewerbsvorteile und Chancen für eine nachhaltige Entwicklung sowohl in kommerziellen Unternehmen als auch in Gemeinden.

Kapazität kommerzieller Energiespeichersysteme

Kommerzielle Energiespeichersysteme reichen typischerweise von 50 kWh bis 1 MWh und decken verschiedene kommerzielle und kommunale Bedürfnisse ab. Die Wahl der Kapazität hängt von der spezifischen Anwendung und den erforderlichen Leistungsmetriken ab.

Eine genaue Einschätzung des Energiebedarfs und eine sorgfältige Planung sind unerlässlich, um die optimale Speicherkapazität für eine bestimmte Anwendung zu bestimmen und so sowohl Kosteneffizienz als auch Betriebseffizienz sicherzustellen.

Vorteile kommerzieller Energiespeichersysteme

1. Elastizität
   Kommerzielle Energiespeichersysteme bieten bei Ausfällen kritische Notstromversorgung und stellen so sicher, dass der Betrieb unterbrechungsfrei weitergeführt werden kann. Dies ist besonders wichtig für Einrichtungen wie Krankenhäuser, Rechenzentren und Produktionsanlagen, in denen Stromausfälle zu erheblichen finanziellen Verlusten führen oder die Sicherheit gefährden können. Durch die Bereitstellung einer zuverlässigen Stromquelle bei Netzausfällen tragen diese Systeme dazu bei, die Geschäftskontinuität aufrechtzuerhalten und empfindliche Geräte vor Stromschwankungen zu schützen.
2. Kosteneinsparungen
   Einer der wichtigsten finanziellen Vorteile kommerzieller Energiespeichersysteme ist die Möglichkeit, den Energieverbrauch von Spitzen- auf Schwachlastzeiten zu verlagern. Zu Zeiten der Spitzennachfrage sind die Stromkosten oft höher. Daher kann die Speicherung von Energie außerhalb der Spitzenzeiten, wenn die Tarife niedriger sind, und deren Nutzung während der Spitzenzeiten zu erheblichen Kosteneinsparungen führen. Darüber hinaus können Unternehmen an Demand-Response-Programmen teilnehmen, die finanzielle Anreize zur Reduzierung des Energieverbrauchs in Zeiten hoher Nachfrage bieten. Diese Strategien senken nicht nur die Energiekosten, sondern optimieren auch die Energieverbrauchsmuster.
3. Erneuerbare Integration
   Die Integration kommerzieller Energiespeichersysteme mit erneuerbaren Energiequellen wie Sonne und Wind erhöht deren Wirksamkeit und Zuverlässigkeit. Diese Speichersysteme können überschüssige Energie, die in Zeiten hoher erneuerbarer Energieerzeugung erzeugt wird, auffangen und für den Einsatz bei geringer Erzeugung speichern. Dadurch wird nicht nur die Nutzung erneuerbarer Energien maximiert, sondern auch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert, was zu geringeren Treibhausgasemissionen führt. Durch die Stabilisierung der intermittierenden Natur erneuerbarer Energien ermöglichen Speichersysteme eine reibungslosere und nachhaltigere Energiewende.
4. Netzvorteile
   Kommerzielle Energiespeichersysteme tragen zur Netzstabilität bei, indem sie Angebots- und Nachfrageschwankungen ausgleichen. Sie erbringen Hilfsdienstleistungen wie Frequenzregulierung und Spannungsunterstützung, die für die Aufrechterhaltung der Betriebsintegrität des Netzes von entscheidender Bedeutung sind. Darüber hinaus verbessern diese Systeme die Netzsicherheit, indem sie zusätzliche Widerstandsschichten gegen Cyberangriffe und Naturkatastrophen bieten. Der Einsatz von Energiespeichersystemen unterstützt auch das Wirtschaftswachstum durch die Schaffung von Arbeitsplätzen in der Fertigung, Installation und Wartung und fördert gleichzeitig die ökologische Nachhaltigkeit durch reduzierte Emissionen und Ressourcenverbrauch.
5. Strategische Vorteile

   Energieeffizienz: Durch die Optimierung des Energieverbrauchs und die Reduzierung von Abfällen helfen Speichersysteme Unternehmen dabei, eine höhere Energieeffizienz zu erreichen, was zu niedrigeren Betriebskosten und einem geringeren CO2-Fußabdruck führen kann.

   Reduzierung des operativen Risikos: Eine zuverlässige Notstromquelle verringert das Risiko von Betriebsunterbrechungen aufgrund von Stromausfällen, minimiert dadurch potenzielle finanzielle Verluste und verbessert die allgemeine Geschäftsstabilität.

Lebensdauer kommerzieller Energiespeichersysteme

Die Lebensdauer kommerzieller Energiespeichersysteme variiert je nach Technologie und Nutzung. Zu den allgemeinen Bereichen gehören:

• Lithium-Ionen-Batterien: 8 bis 15 Jahre
• Redox-Flow-Batterien: 5 bis 15 Jahre
• Wasserstoffspeichersysteme: 8 bis 15 Jahre

Die Implementierung fortschrittlicher Überwachungs- und Diagnosetools kann dazu beitragen, potenzielle Probleme vorherzusagen und zu verhindern und so die Betriebslebensdauer von Energiespeichersystemen weiter zu verlängern.

So entwerfen Sie ein kommerzielles Energiespeichersystem entsprechend den Anwendungsanforderungen

Der Entwurf eines kommerziellen Energiespeichersystems ist ein komplexer Prozess, der mehrere wichtige Schritte und technologische Entscheidungen umfasst, um sicherzustellen, dass das System die Anwendungsanforderungen und Leistungskriterien effektiv erfüllt.

1. Anwendungsszenarien identifizieren:

   Primäre Dienste definieren: Der erste Schritt umfasst die Festlegung der Hauptdienste, die das System bereitstellen wird, wie z. B. Spitzenlastausgleich, Lastverschiebung und Notstromversorgung. Unterschiedliche Anwendungen erfordern möglicherweise maßgeschneiderte Energiespeicherlösungen.

2. Definieren von Leistungsmetriken:

   Leistungs- und Energiebewertungen: Bestimmen Sie die maximale Belastbarkeit und Energiespeicherkapazität, die das System benötigt.

   Effizienz: Berücksichtigen Sie die Energieumwandlungseffizienz des Systems, um Verluste bei der Energieübertragung zu minimieren.

   Zyklusleben: Bewerten Sie die erwartete Lebensdauer von Lade-Entlade-Zyklen pro Tag, Woche oder Jahr, was für die Kosteneffizienz von entscheidender Bedeutung ist.

3. Technologie auswählen:

   Speichertechnologien: Wählen Sie anhand von Leistungskennzahlen geeignete Speichertechnologien wie Lithium-Ionen-Batterien, Blei-Säure-Batterien, Durchflussbatterien oder Druckluft-Energiespeicher aus. Jede Technologie bietet einzigartige Vorteile und ist für unterschiedliche betriebliche Anforderungen geeignet. Lithium-Ionen-Batterien bieten beispielsweise eine hohe Energiedichte und eine lange Zyklenlebensdauer, was sie ideal für den langfristigen Energiespeicherbedarf macht.

4. Systemdesign:

   Konfiguration und Integration: Entwerfen Sie den physischen Aufbau und die elektrischen Verbindungen des Systems, um eine effektive Interaktion mit dem Netz, anderen Energiequellen und Lasten sicherzustellen.

   Kontrolle und Management: Integrieren Sie Systeme wie Batteriemanagementsysteme (BMS), Energiemanagementsysteme (EMS) und Wechselrichter, um eine optimale Systemleistung aufrechtzuerhalten. Diese Systeme gleichen Spannung, Temperatur, Strom, Ladezustand und den allgemeinen Systemzustand aus.

5. Systembewertung:

   Leistungstests: Führen Sie umfassende Tests durch, um die Leistung des Systems unter verschiedenen Last- und Netzbedingungen zu validieren.

   Zuverlässigkeitssicherung: Bewerten Sie die langfristige Zuverlässigkeit und Stabilität des Systems, einschließlich Temperaturmanagement, Vorhersagen zur Batterielebensdauer und Notfallreaktionsfähigkeiten.

   Wirtschaftliche Nutzenanalyse: Analysieren Sie die gesamtwirtschaftlichen Vorteile des Systems, einschließlich Energieeinsparungen, geringere Stromkosten, Teilnahme an Netzdiensten (z. B. Nachfragesteuerung) und verlängerte Lebensdauer der Netzinfrastruktur.

Die Entwicklung kommerzieller Energiespeichersysteme erfordert eine ganzheitliche Betrachtung technologischer, wirtschaftlicher und ökologischer Faktoren, um sicherzustellen, dass das System während des Betriebs die erwartete Leistung und Rendite liefert.

Kosten und Nutzen berechnen

Die Levelized Cost of Storage (LCOS) sind eine gängige Messgröße zur Bewertung der Kosten und des Wertes von Energiespeichersystemen. Dabei handelt es sich um die Gesamtkosten über die gesamte Lebensdauer geteilt durch die gesamte Energieabgabe über die gesamte Lebensdauer. Der Vergleich von LCOS mit potenziellen Einnahmequellen oder Kosteneinsparungen hilft dabei, die wirtschaftliche Machbarkeit eines Speicherprojekts zu bestimmen.

Integration mit Photovoltaik

Kommerzielle Batteriespeichersysteme können mit Photovoltaikanlagen (PV) integriert werden, um Solar-Plus-Speicherlösungen zu schaffen. Diese Systeme speichern überschüssige Solarenergie für die spätere Nutzung, verbessern den Eigenverbrauch, senken die Verbrauchsgebühren und sorgen für eine zuverlässige Notstromversorgung. Sie unterstützen auch Netzdienste wie Frequenzregulierung und Energiearbitrage, was sie zu einer kostengünstigen und umweltfreundlichen Option für Unternehmen macht.

Abschluss

Kommerzielle Energiespeichersysteme werden mit dem technologischen Fortschritt und der Umsetzung unterstützender Richtlinien immer rentabler und attraktiver. Diese Systeme bieten erhebliche Vorteile, darunter Kosteneinsparungen, verbesserte Ausfallsicherheit und eine verbesserte Integration erneuerbarer Energiequellen. Durch das Verständnis der Komponenten, Anwendungen und Vorteile können Unternehmen fundierte Entscheidungen treffen, um das volle Potenzial kommerzieller Energiespeichersysteme auszuschöpfen.

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