Ein Batteriespeichersystem (BESS) nutzt wiederaufladbare Batterien, um überschüssigen Strom aus dem Netz oder aus erneuerbaren Energiequellen für den späteren Gebrauch zu speichern. Mit dem Fortschritt erneuerbarer Energien und intelligenter Stromnetze spielen BESS-Systeme eine immer wichtigere Rolle bei der Stabilisierung der Stromversorgung und der Maximierung des Werts grüner Energie. Doch wie genau funktionieren diese Systeme?
Schritt 1: Batteriebank
Die Grundlage jedes Batteriespeichersystems (BESS) bilden Batterien. Mehrere Batteriemodule oder -zellen werden zu einem Batteriespeicher zusammengeschaltet, der die benötigte Speicherkapazität bereitstellt. Am häufigsten werden Lithium-Ionen-Zellen verwendet, da sie eine hohe Energiedichte, lange Lebensdauer und schnelle Ladefähigkeit aufweisen. Andere Batterietypen wie Blei-Säure- und Redox-Flow-Batterien kommen in einigen Anwendungen ebenfalls zum Einsatz.
Schritt 2: Stromwandlungssystem
Die Batteriebank ist über ein Leistungsumwandlungssystem (PCS) mit dem Stromnetz verbunden. Das PCS besteht aus Leistungselektronikkomponenten wie Wechselrichter, Konverter und Filtern, die den bidirektionalen Stromfluss zwischen Batterie und Netz ermöglichen. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom (DC) der Batterie in den vom Netz verwendeten Wechselstrom (AC) um, während der Konverter den umgekehrten Vorgang zum Laden der Batterie durchführt.
Schritt 3: Batteriemanagementsystem
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht und steuert jede einzelne Batteriezelle innerhalb des Batteriesystems. Das BMS gleicht die Zellen aus, reguliert Spannung und Stromstärke während des Lade- und Entladevorgangs und schützt vor Schäden durch Überladung, Überstrom oder Tiefentladung. Es überwacht wichtige Parameter wie Spannung, Stromstärke und Temperatur, um die Batterieleistung und -lebensdauer zu optimieren.
Schritt 4: Kühlsystem
Ein Kühlsystem führt den Batterien während des Betriebs überschüssige Wärme zu. Dies ist entscheidend, um die Zellen im optimalen Temperaturbereich zu halten und ihre Lebensdauer zu maximieren. Die gängigsten Kühlarten sind Flüssigkeitskühlung (durch Zirkulation von Kühlmittel durch Platten, die mit den Batterien in Kontakt stehen) und Luftkühlung (durch Ventilatoren, die Luft durch die Batteriegehäuse leiten).
Schritt 5: Betrieb
Bei geringem Strombedarf oder hoher Produktion erneuerbarer Energien nimmt das Batteriespeichersystem (BESS) überschüssige Energie über das Leistungsumwandlungssystem auf und speichert sie im Batteriespeicher. Bei hohem Bedarf oder wenn keine erneuerbaren Energien verfügbar sind, wird die gespeicherte Energie über den Wechselrichter ins Netz zurückgespeist. Dadurch kann das BESS die schwankende Einspeisung erneuerbarer Energien zeitlich ausgleichen, Netzfrequenz und -spannung stabilisieren und bei Stromausfällen Notstrom bereitstellen.
Das Batteriemanagementsystem überwacht den Ladezustand jeder einzelnen Zelle und steuert Lade- und Entladerate, um Überladung, Überhitzung und Tiefentladung der Batterien zu verhindern und so deren Lebensdauer zu verlängern. Das Kühlsystem sorgt dafür, dass die Gesamttemperatur der Batterie in einem sicheren Betriebsbereich bleibt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Batteriespeichersystem Batterien, Leistungselektronik, intelligente Steuerungssysteme und Wärmemanagement integriert nutzt, um überschüssigen Strom zu speichern und bedarfsgerecht abzugeben. Dadurch kann die Batteriespeichertechnologie den Wert erneuerbarer Energien maximieren, Stromnetze effizienter und nachhaltiger gestalten und den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Energiezukunft unterstützen.
Mit dem Ausbau erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windkraft spielen großflächige Batteriespeichersysteme (BESS) eine immer wichtigere Rolle bei der Stabilisierung von Stromnetzen. Ein Batteriespeichersystem speichert überschüssigen Strom aus dem Netz oder aus erneuerbaren Energien mithilfe wiederaufladbarer Batterien und gibt diesen bei Bedarf wieder ab. Die BESS-Technologie trägt dazu bei, die Nutzung fluktuierender erneuerbarer Energien zu optimieren und die Zuverlässigkeit, Effizienz und Nachhaltigkeit des Stromnetzes insgesamt zu verbessern.
Ein BESS besteht typischerweise aus mehreren Komponenten:
1) Batteriebänke bestehen aus mehreren Batteriemodulen oder -zellen, um die erforderliche Energiespeicherkapazität bereitzustellen. Lithium-Ionen-Batterien werden aufgrund ihrer hohen Energiedichte, langen Lebensdauer und schnellen Ladefähigkeit am häufigsten verwendet. Andere Batterietypen wie Blei-Säure- und Redox-Flow-Batterien kommen ebenfalls zum Einsatz.
2) Das Leistungsumwandlungssystem (PCS) verbindet die Batteriebank mit dem Stromnetz. Das PCS besteht aus einem Wechselrichter, einem Konverter und weiterer Steuerungstechnik, die den bidirektionalen Stromfluss zwischen Batterie und Netz ermöglicht.
3) Das Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht und steuert Zustand und Leistung der einzelnen Batteriezellen. Es gleicht die Zellen aus, schützt vor Schäden durch Überladung oder Tiefentladung und überwacht Parameter wie Spannung, Stromstärke und Temperatur.
4) Kühlsystem zur Abfuhr überschüssiger Wärme von den Batterien. Flüssigkeits- oder Luftkühlung sorgt dafür, dass die Batterien im optimalen Betriebstemperaturbereich bleiben und ihre Lebensdauer maximiert wird.
5) Gehäuse oder Behälter, der das gesamte Batteriesystem schützt und sichert. Batteriegehäuse für den Außenbereich müssen wetterfest sein und extremen Temperaturen standhalten.
Die Hauptfunktionen eines Batteriespeichersystems sind:
• Überschüssige Energie wird in Zeiten geringer Nachfrage aus dem Netz aufgenommen und bei hoher Nachfrage wieder abgegeben. Dies trägt zur Stabilisierung von Spannungs- und Frequenzschwankungen bei.
• Erneuerbare Energie aus Quellen wie Photovoltaik und Windparks mit schwankender und intermittierender Leistung kann gespeichert und dann abgegeben werden, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht. Dadurch wird die erneuerbare Energie zeitlich verschoben, sodass sie genau dann zur Verfügung steht, wenn sie am dringendsten benötigt wird.
• Bereitstellung von Notstrom bei Netzstörungen oder -ausfällen, um den Betrieb kritischer Infrastrukturen im Insel- oder Netzverbundbetrieb aufrechtzuerhalten.
• Beteiligung an Programmen zur Laststeuerung und Systemdienstleistungen durch bedarfsgerechtes Erhöhen oder Verringern der Stromerzeugung, Bereitstellung von Frequenzregulierung und anderen Netzdienstleistungen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit dem weltweit stetig wachsenden Anteil erneuerbarer Energien an den Stromnetzen großflächige Batteriespeichersysteme eine unverzichtbare Rolle spielen werden, um diese saubere Energie zuverlässig und rund um die Uhr verfügbar zu machen. Die Batteriespeichertechnologie trägt dazu bei, den Wert erneuerbarer Energien zu maximieren, Stromnetze zu stabilisieren und den Übergang zu einer nachhaltigeren, kohlenstoffarmen Energiezukunft zu unterstützen.
Veröffentlichungsdatum: 07.07.2023
