Leitfaden für kommerzielle Energiespeichersysteme

Was sind kommerzielle Batteriespeichersysteme?

100kwh-Akku und 200kwh-Batterie Kommerzielle Batteriespeichersysteme sind fortschrittliche Energiespeicherlösungen, die für die Speicherung und Abgabe von Strom aus verschiedenen Quellen konzipiert sind. Sie funktionieren wie groß angelegte Stromspeicher und nutzen in Containern untergebrachte Batteriepakete, um den Energiefluss effektiv zu steuern. Diese Systeme gibt es in verschiedenen Größen und Konfigurationen, um den spezifischen Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen und Kunden gerecht zu werden.

Der modulare Aufbau von gewerbliche Batteriespeichersysteme ermöglicht Skalierbarkeit, wobei die Speicherkapazitäten in der Regel von 50 kWh bis 1 MWh reichen. Dank dieser Flexibilität eignen sie sich für ein breites Spektrum von Unternehmen, darunter kleine und mittlere Unternehmen, Schulen, Krankenhäuser, Tankstellen, Einzelhandelsgeschäfte und Industrieanlagen. Diese Systeme helfen bei der Steuerung des Energiebedarfs, liefern Ersatzstrom bei Stromausfällen und unterstützen die Integration erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windenergie.

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

Kommerzielle 100-kWh-Batterie-Energiespeichersysteme

Komponenten von kommerziellen Energiespeichersystemen und ihre Anwendungen

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

1. Batterie-System:
   • 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 Peak Shaving und bei der Lastverschiebung lädt sich das Batteriesystem in Zeiten geringer Stromnachfrage auf und entlädt die gespeicherte Energie in Zeiten hoher Nachfrage, wodurch die Energiekosten effektiv gesenkt werden.
2. Batterie-Management-System (BMS):
   • Funktion: Das BMS überwacht den Status und die Leistungsparameter der Batterie, wie z. B. Spannung, Temperatur und Ladezustand, um einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten.
   • Anwendungen: Bei Notstrom- und Microgrid-Anwendungen sorgt das BMS dafür, dass das Batteriesystem bei Netzausfällen eine stabile Notstromversorgung bereitstellen kann, um die Geschäftskontinuität zu gewährleisten.
3. Wechselrichter oder Power Conversion System (PCS):
   • Funktion: Das PCS wandelt den im Batteriesystem gespeicherten Gleichstrom in den vom Netz oder von den Verbrauchern benötigten Wechselstrom um, wobei die Ausgangsspannung und die Stromqualität stabil bleiben.
   • Anwendungen: In netzgekoppelten Systemen ermöglicht das PCS einen bidirektionalen Energiefluss und unterstützt den Lastausgleich und die Netzfrequenzregelung, um die Zuverlässigkeit und Stabilität des Netzes zu verbessern.
4. Energiemanagementsystem (EMS):
   • Funktion: Das EMS optimiert und steuert den Energiefluss innerhalb des Speichersystems und koordiniert ihn mit dem Netz, den Lasten und anderen Energiequellen. Es übernimmt Aufgaben wie Peak Shaving, Lastverschiebung und Energiearbitrage.
   • 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 einen bedarfsgerechten Energieaustausch zwischen dem Batteriesystem und dem Netz und unterstützen ein flexibles Energiemanagement und einen autonomen Betrieb bei Netzausfällen.
   • Anwendungen: Bei der Stromversorgung von Kleinstnetzen und abgelegenen Gebieten sorgen bidirektionale Wechselrichter für 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 Verbraucher an und gewährleisten so eine effiziente Energieübertragung und Systemstabilität.
   • Anwendungen: In großen industriellen und kommerziellen Stromversorgungsanwendungen optimieren Transformatoren die Effizienz der Energieübertragung und die Betriebsstabilität des Systems, indem sie für eine angemessene Spannungsanpassung sorgen.
7. Schutzvorrichtungen:
   • Funktion: Schutzgeräte überwachen und reagieren auf Überspannungen, Kurzschlüsse und andere Netzanomalien innerhalb des Systems, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten und Schäden an den Geräten zu minimieren.
   • Anwendungen: Bei der Netzintegration und in Umgebungen mit schnellen Lastwechseln schützen Schutzvorrichtungen das Batteriesystem und das Netz und senken die Wartungskosten und Betriebsrisiken.
8. Kühlsysteme:
   • Funktion: Kühlsysteme sorgen für optimale Betriebstemperaturen von Batterien und Wechselrichtern, verhindern Überhitzung und Leistungseinbußen und gewährleisten so eine langfristige Systemstabilität.
   • Anwendungen: In Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Leistungsabgabe sorgen Kühlsysteme für die notwendige Wärmeableitung, verlängern die Lebensdauer der Geräte und optimieren die Energieeffizienz.
9. Fortgeschrittene Kontrollsysteme:
   • Funktion: Fortschrittliche Steuersysteme werden mit EMS und BMS integriert, um den Betrieb und die Leistung des gesamten Energiespeichersystems zu überwachen und zu optimieren.
   • Anwendungen: In groß angelegten kommerziellen und industriellen Anwendungen verbessern fortschrittliche Kontrollsysteme die Reaktionsfähigkeit der Systeme und die betriebliche Effizienz durch Echtzeit-Datenanalyse und Entscheidungsunterstützung.

Diese Komponenten und ihre Anwendungen zeigen die entscheidende Rolle und den praktischen Nutzen kommerzieller Energiespeichersysteme im modernen Energiemanagement. Durch den effektiven Einsatz dieser Technologien und Strategien können Unternehmen Energieeinsparungen erzielen, den Kohlendioxidausstoß reduzieren und die Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit ihrer Energieversorgung verbessern.

Arten von kommerziellen Energiespeichersystemen

1. Mechanische Lagerung: Nutzt physikalische Bewegungen oder Kräfte, um Energie zu speichern. Beispiele sind Pumpspeicherkraftwerke (PSH), Druckluftspeicher (CAES) und Schwungrad-Energiespeicher (FES).
2. Elektromagnetische Speicherung: Nutzt elektrische oder magnetische Felder, um Energie zu speichern. Beispiele sind Kondensatoren, Superkondensatoren und supraleitende magnetische Energiespeicher (SMES).
3. Thermische Speicherung: Speichert Energie in Form von Wärme oder Kälte. Beispiele sind Salzschmelzen, flüssige Luft, kryogene Energiespeicher (CES) und Eis/Wasser-Systeme.
4. Lagerung von Chemikalien: Umwandlung und Speicherung von Energie durch chemische Prozesse, z. B. Wasserstoffspeicherung.
5. Elektrochemische Speicherung: Es handelt sich um Batterien, die durch elektrochemische Reaktionen Energie speichern und abgeben. Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund ihrer hohen Effizienz und Energiedichte der am häufigsten verwendete Batterietyp im gewerblichen Bereich.

Jede Art von Speichersystem hat ihre eigenen Vorteile und Grenzen, die sie für unterschiedliche Anwendungen und Betriebsanforderungen geeignet machen.

Anwendungen von kommerziellen Energiespeichersystemen

Kommerzielle Energiespeichersysteme haben vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, die wirtschaftliche Vorteile bieten und zu umfassenderen Energie- und Umweltzielen beitragen. Diese Anwendungen dienen sowohl der Kosteneinsparung als auch der Verbesserung der betrieblichen Effizienz. Hier ist ein detaillierter Überblick:

1. SpitzenrasurGewerbliche Energiespeichersysteme geben die gespeicherte Energie in Zeiten hoher Stromnachfrage ab und senken so die Stromkosten für Unternehmen. Dies ist besonders vorteilhaft für Einrichtungen mit einem hohen Verhältnis zwischen Spitzen- und Durchschnittsverbrauch oder für Einrichtungen, die hohen Verbrauchsgebühren unterliegen, wie z. B. Schulen, Krankenhäuser, Tankstellen, Geschäfte und Industrieunternehmen.
2. LastverschiebungDiese Systeme speichern überschüssige Energie in Zeiten niedriger Strompreise und geben sie in Zeiten hoher Preise wieder ab, um Kosten für Kunden mit Zeittarifen zu sparen. Davon profitieren Kunden mit Zeit- oder Echtzeittarifen. Ein Hotel in Hawaii hat beispielsweise ein 500 kW/3 MWh Lithium-Ionen-Batteriesystem eingesetzt, um seine Stromlast von der Tages- auf die Nachtzeit zu verlagern und so jährlich $275.000 zu sparen.
3. Integration erneuerbarer Energien:Verbessert die Nutzung erneuerbarer Energiequellen, indem überschüssige Energie gespeichert und bei Bedarf wieder freigegeben wird. Kommerzielle Energiespeichersysteme speichern überschüssige Sonnen- oder Windenergie und geben sie bei Bedarfsspitzen oder bei geringer erneuerbarer Energieerzeugung frei. Dies verringert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und senkt die Treibhausgasemissionen. Außerdem stabilisieren sie das Stromnetz und verbessern dessen Zuverlässigkeit und Sicherheit.
4. ReservestromDiese Systeme stellen bei Netzausfällen oder in Notfällen eine Notstromversorgung bereit und gewährleisten, dass kritische Einrichtungen wie Krankenhäuser, Rechenzentren und Industrieanlagen betriebsbereit bleiben. Diese Fähigkeit ist entscheidend für Einrichtungen, die sich keine Stromunterbrechungen leisten können.
5. MicrogridKommerzielle Energiespeichersysteme sind integraler Bestandteil von Microgrids, die entweder unabhängig oder an das Hauptnetz angeschlossen betrieben werden können. Microgrids verbessern die lokale Netzzuverlässigkeit, reduzieren Emissionen und erhöhen die Energieunabhängigkeit und -flexibilität von Gemeinden.

Diese Anwendungen bringen nicht nur direkte wirtschaftliche Vorteile mit sich, sondern tragen auch zu umfassenderen energie- und umweltpolitischen Zielen bei, etwa zur Verringerung der Kohlenstoffemissionen und zur Verbesserung der Netzstabilität. Kommerzielle Energiespeichersysteme schaffen durch die Verbesserung der Energieeffizienz und die Verringerung von Betriebsrisiken Wettbewerbsvorteile und Möglichkeiten für eine nachhaltige Entwicklung sowohl in Wirtschaftsunternehmen als auch in Kommunen.

Kapazität von kommerziellen Energiespeichersystemen

Kommerzielle Energiespeichersysteme reichen in der Regel 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 Leistungskennzahlen ab.

Eine genaue Bewertung des Energiebedarfs und eine sorgfältige Planung sind unerlässlich, um die optimale Speicherkapazität für eine bestimmte Anwendung zu ermitteln und sowohl die Kostenwirksamkeit als auch die Betriebseffizienz zu gewährleisten.

Vorteile von kommerziellen Energiespeichersystemen

1. Resilienz
   Kommerzielle Energiespeichersysteme bieten bei Stromausfällen eine kritische Reservestromversorgung und stellen sicher, dass der Betrieb ohne Unterbrechung fortgesetzt werden kann. Dies ist besonders wichtig für Einrichtungen wie Krankenhäuser, Rechenzentren und Produktionsanlagen, wo Stromausfälle zu erheblichen finanziellen Verlusten führen oder die Sicherheit gefährden können. Durch die Bereitstellung einer zuverlässigen Stromquelle bei Netzausfällen tragen diese Systeme zur Aufrechterhaltung der Geschäftskontinuität bei und schützen empfindliche Geräte vor Stromschwankungen.
2. Kosteneinsparungen
   Einer der wichtigsten finanziellen Vorteile kommerzieller Energiespeichersysteme ist die Möglichkeit, den Energieverbrauch von Spitzen- auf Schwachlastzeiten zu verlagern. Die Stromkosten sind in Spitzenlastzeiten oft höher, so dass die Speicherung von Energie in Schwachlastzeiten, in denen die Tarife niedriger sind, und ihre Nutzung in Spitzenlastzeiten zu erheblichen Kosteneinsparungen führen kann. Darüber hinaus können Unternehmen an Demand-Response-Programmen teilnehmen, die finanzielle Anreize für die Senkung des Energieverbrauchs in Zeiten hoher Nachfrage bieten. Diese Strategien senken nicht nur die Energierechnungen, sondern optimieren auch die Energieverbrauchsmuster.
3. Integration erneuerbarer Energien
   Die Integration kommerzieller Energiespeichersysteme mit erneuerbaren Energiequellen wie Solar- und Windenergie erhöht deren Effizienz und Zuverlässigkeit. Diese Speichersysteme können überschüssige Energie auffangen, die in Zeiten hoher erneuerbarer Erträge erzeugt wird, und sie für die Nutzung in Zeiten 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 unsteten erneuerbaren Energien ermöglichen Speichersysteme eine reibungslosere und nachhaltigere Energiewende.
4. Vorteile des Netzes
   Kommerzielle Energiespeichersysteme tragen zur Netzstabilität bei, indem sie Angebots- und Nachfrageschwankungen ausgleichen. Sie bieten Hilfsdienste wie Frequenzregulierung und Spannungsunterstützung, die für die Aufrechterhaltung der betrieblichen Integrität des Netzes entscheidend sind. Darüber hinaus verbessern diese Systeme die Netzsicherheit, indem sie zusätzliche Schutzmechanismen gegen Cyberangriffe und Naturkatastrophen bieten. Der Einsatz von Energiespeichersystemen unterstützt auch das Wirtschaftswachstum durch die Schaffung von Arbeitsplätzen in den Bereichen Herstellung, Installation und Wartung und fördert gleichzeitig die ökologische Nachhaltigkeit durch die Reduzierung von Emissionen und Ressourcenverbrauch.
5. Strategische VorteileEnergie-Effizienz: Durch die Optimierung der Energienutzung und die Verringerung der Verschwendung helfen Speichersysteme den Unternehmen, eine höhere Energieeffizienz zu erreichen, was zu niedrigeren Betriebskosten und einer geringeren CO2-Bilanz führen kann.

   Operative Risikominderung: Eine zuverlässige Backup-Stromquelle verringert das Risiko von Betriebsunterbrechungen aufgrund von Stromausfällen, wodurch potenzielle finanzielle Verluste minimiert und die allgemeine Unternehmensstabilität verbessert werden.

Lebensdauer von kommerziellen Energiespeichersystemen

Die Lebensdauer kommerzieller Energiespeichersysteme variiert je nach Technologie und Nutzung. Allgemeine Bereiche umfassen:

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

Die Implementierung fortschrittlicher Überwachungs- und Diagnosewerkzeuge kann dazu beitragen, potenzielle Probleme vorherzusehen und zu vermeiden und so die Lebensdauer von Energiespeichersystemen weiter zu verlängern.

Wie man ein kommerzielles Energiespeichersystem entsprechend den Anforderungen der Anwendung auslegt

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

1. Identifizierung von Anwendungsszenarien:Definition der primären Dienste: Der erste Schritt besteht darin, die wichtigsten Leistungen des Systems festzulegen, wie z. B. Spitzenausgleich, Lastverschiebung und Notstromversorgung. Verschiedene Anwendungen können maßgeschneiderte Energiespeicherlösungen erfordern.
2. Definition von Leistungsmetriken:Leistung und Energiekennzahlen: Bestimmen Sie die maximale Belastbarkeit und Energiespeicherkapazität, die für das System erforderlich ist.

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

   Zyklus Leben: Bewerten Sie die erwartete Lebensdauer der Lade-/Entladezyklen pro Tag, Woche oder Jahr, was für die Kosteneffizienz entscheidend ist.

3. Auswahl der Technologie:Speichertechnologien: Wählen Sie auf der Grundlage von Leistungskennzahlen geeignete Speichertechnologien wie Lithium-Ionen-Batterien, Blei-Säure-Batterien, Durchflussbatterien oder Druckluftspeicher. Jede Technologie bietet einzigartige Vorteile und ist für unterschiedliche betriebliche Anforderungen geeignet. So bieten Lithium-Ionen-Batterien eine hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer, was sie ideal für langfristige Energiespeicheranforderungen macht.
4. Systementwurf:Konfiguration und Integration: Entwerfen Sie den physischen Aufbau und die elektrischen Anschlüsse des Systems, um eine effektive Interaktion mit dem Netz, anderen Energiequellen und Lasten zu gewährleisten.

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

5. Bewertung des Systems:Leistungsprüfung: Durchführung umfassender Tests, um die Leistung des Systems unter verschiedenen Last- und Netzbedingungen zu validieren.

   Zuverlässigkeitsgarantie: Bewertung der langfristigen Zuverlässigkeit und Stabilität des Systems, einschließlich des Temperaturmanagements, der Vorhersage der Batterielebensdauer und der Reaktionsmöglichkeiten im Notfall.

   Analyse des wirtschaftlichen Nutzens: Analyse des gesamtwirtschaftlichen Nutzens des Systems, einschließlich Energieeinsparungen, verringerter Stromkosten, Teilnahme an Netzdienstleistungen (z. B. Demand Response) und verlängerter 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 erbringt.

Berechnung der Kosten und des Nutzens

Die Stromgestehungskosten (Levelized Cost of Storage - LCOS) sind eine gängige Kennzahl zur Bewertung der Kosten und des Wertes von Energiespeichersystemen. Dabei werden die Gesamtkosten während der Lebensdauer durch die Gesamtenergieproduktion während der Lebensdauer geteilt. Der Vergleich der LCOS mit potenziellen Einnahmequellen oder Kosteneinsparungen hilft bei der Bestimmung der wirtschaftlichen Machbarkeit eines Speicherprojekts.

Integration mit Photovoltaik

Kommerzielle Batteriespeichersysteme können mit Photovoltaik (PV)-Systemen integriert werden, um Solar-plus-Speicher-Lösungen zu schaffen. Diese Systeme speichern überschüssige Solarenergie für die spätere Nutzung, erhöhen den Eigenverbrauch, senken die Verbrauchsgebühren und liefern zuverlässige Reserveenergie. Sie unterstützen auch Netzdienste wie Frequenzregulierung und Energiearbitrage und sind damit eine kostengünstige und umweltfreundliche Option für Unternehmen.

Schlussfolgerung

Kommerzielle Energiespeichersysteme werden im Zuge des technologischen Fortschritts und der Umsetzung förderlicher politischer Maßnahmen zunehmend realisierbar und attraktiv. Diese Systeme bieten beträchtliche Vorteile, darunter Kosteneinsparungen, eine höhere Ausfallsicherheit und eine bessere Integration erneuerbarer Energiequellen. Wenn Unternehmen die Komponenten, Anwendungen und Vorteile verstehen, können sie fundierte Entscheidungen treffen, um das volle Potenzial kommerzieller Energiespeichersysteme auszuschöpfen.

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