Ein Batteriespeichersystem, allgemein bekannt als BESS, nutzt Akkumulatoren, um überschüssigen Strom aus dem Netz oder erneuerbaren Quellen für die spätere Nutzung zu speichern. Mit der Weiterentwicklung erneuerbarer Energien und Smart-Grid-Technologien spielen BESS-Systeme eine immer wichtigere Rolle bei der Stabilisierung der Stromversorgung und der Maximierung des Nutzens von Ökostrom. Wie genau funktionieren diese Systeme?
Schritt 1: Batteriebank
Die Grundlage jedes BESS ist das Energiespeichermedium – Batterien. Mehrere Batteriemodule oder „Zellen“ werden zu einem „Batteriespeicher“ zusammengeschaltet, der die benötigte Speicherkapazität bereitstellt. Die am häufigsten verwendeten Zellen sind Lithium-Ionen-Zellen aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte, langen Lebensdauer und Schnellladefähigkeit. In einigen Anwendungen kommen auch andere chemische Substanzen wie Blei-Säure- und Durchflussbatterien zum Einsatz.
Schritt 2: Stromumwandlungssystem
Die Batteriebank ist über ein Stromumwandlungssystem (PCS) mit dem Stromnetz verbunden. Das PCS besteht aus Leistungselektronikkomponenten wie Wechselrichter, Konverter und Filtern, die den Stromfluss zwischen Batterie und Netz in beide Richtungen ermöglichen. Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom (DC) aus der Batterie in Wechselstrom (AC) um, der vom Netz genutzt wird. Der Konverter wandelt den Gleichstrom (AC) in den Wechselstrom um, der die Batterie lädt.
Schritt 3: Batteriemanagementsystem
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht und steuert jede einzelne Batteriezelle im Batteriespeicher. Das BMS gleicht die Zellen aus, regelt Spannung und Stromstärke beim Laden und Entladen und schützt vor Schäden durch Überladung, Überstrom oder Tiefentladung. Es überwacht wichtige Parameter wie Spannung, Stromstärke und Temperatur, um die Leistung und Lebensdauer der Batterie zu optimieren.
Schritt 4: Kühlsystem
Ein Kühlsystem führt überschüssige Wärme während des Betriebs aus den Batterien ab. Dies ist entscheidend, um die Zellen im optimalen Temperaturbereich zu halten und die Lebensdauer zu maximieren. Die gängigsten Kühlarten sind Flüssigkeitskühlung (durch Zirkulation des Kühlmittels durch Platten, die mit den Batterien in Kontakt stehen) und Luftkühlung (mit Lüftern, die Luft durch die Batteriegehäuse leiten).
Schritt 5: Bedienung
In Zeiten geringer Stromnachfrage oder hoher Produktion erneuerbarer Energien nimmt das BESS überschüssigen Strom über das Stromumwandlungssystem auf und speichert ihn im Batteriespeicher. Bei hoher Nachfrage oder fehlender erneuerbarer Energie wird die gespeicherte Energie über den Wechselrichter ins Netz zurückgeführt. Dadurch kann das BESS die intermittierende erneuerbare Energie zeitlich verschieben, Netzfrequenz und -spannung stabilisieren und bei Stromausfällen Notstrom bereitstellen.
Das Batteriemanagementsystem überwacht den Ladezustand jeder Zelle und steuert die Lade- und Entladegeschwindigkeit, um Überladung, Überhitzung und Tiefentladung der Batterien zu verhindern und so ihre 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, Leistungselektronikkomponenten, intelligente Steuerungen und Wärmemanagement integriert nutzt, um überschüssigen Strom zu speichern und ihn bei Bedarf wieder abzugeben. Dadurch maximiert die BESS-Technologie den Wert erneuerbarer Energiequellen, macht Stromnetze effizienter und nachhaltiger und unterstützt den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Energiezukunft.
Mit dem Aufkommen erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windenergie spielen großflächige Batteriespeichersysteme (BESS) eine immer wichtigere Rolle bei der Stabilisierung der Stromnetze. Ein Batteriespeichersystem nutzt wiederaufladbare Batterien, um überschüssigen Strom aus dem Netz oder aus erneuerbaren Energien zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Die BESS-Technologie trägt dazu bei, die Nutzung intermittierender erneuerbarer Energien zu maximieren und die allgemeine Netzzuverlässigkeit, -effizienz und -nachhaltigkeit zu verbessern.
Ein BESS besteht typischerweise aus mehreren Komponenten:
1) Batteriespeicher bestehen aus mehreren Batteriemodulen oder -zellen, um die erforderliche Energiespeicherkapazität bereitzustellen. Lithium-Ionen-Batterien werden aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte, langen Lebensdauer und schnellen Ladefähigkeit am häufigsten verwendet. Auch andere chemische Verfahren wie Blei-Säure- und Durchflussbatterien kommen zum Einsatz.
2) Stromumwandlungssystem (PCS), das die Batteriebank mit dem Stromnetz verbindet. Das PCS besteht aus einem Wechselrichter, einem Konverter und weiteren Steuergeräten, die den Stromfluss in beide Richtungen zwischen Batterie und Netz ermöglichen.
3) Batteriemanagementsystem (BMS), das den Zustand und die Leistung der einzelnen Batteriezellen überwacht und steuert. Das BMS gleicht die Zellen aus, schützt vor Schäden durch Überladung oder Tiefentladung und überwacht Parameter wie Spannung, Strom und Temperatur.
4) Kühlsystem, das überschüssige Wärme von den Batterien ableitet. Flüssigkeits- oder Luftkühlung sorgt dafür, dass die Batterien im optimalen Betriebstemperaturbereich bleiben und ihre Lebensdauer maximieren.
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 BESS sind:
• Nehmen Sie überschüssigen Strom in Zeiten geringer Nachfrage aus dem Netz auf und geben Sie ihn bei hoher Nachfrage wieder ab. Dies trägt zur Stabilisierung von Spannungs- und Frequenzschwankungen bei.
• Speichern Sie erneuerbare Energie aus Quellen wie Photovoltaik und Windparks mit variabler und intermittierender Leistung und geben Sie die gespeicherte Energie dann ab, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht. Dadurch wird die erneuerbare Energie zeitlich dorthin verschoben, wo sie am meisten benötigt wird.
• Bereitstellung von Notstrom bei Netzfehlern oder -ausfällen, um den Betrieb kritischer Infrastrukturen aufrechtzuerhalten, entweder im Insel- oder im netzgekoppelten Modus.
• Nehmen Sie an Laststeuerungs- und Nebendienstleistungsprogrammen teil, indem Sie die Stromleistung je nach Bedarf erhöhen oder verringern und Frequenzregulierung und andere Netzdienste bereitstellen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Anteil erneuerbarer Energien an den Stromnetzen weltweit weiter zunimmt. Großflächige Batteriespeichersysteme werden daher eine unverzichtbare Rolle spielen, um diese saubere Energie zuverlässig und rund um die Uhr verfügbar zu machen. Die BESS-Technologie wird dazu beitragen, den Wert erneuerbarer Energien zu maximieren, die Stromnetze zu stabilisieren und den Übergang zu einer nachhaltigeren, kohlenstoffarmen Energiezukunft zu unterstützen.
Beitragszeit: 07.07.2023
