Ein Batterie-Energiespeichersystem (BESS) ist ein groß angelegtes, netzgekoppeltes Batteriesystem zur Speicherung von Strom und Energie. Es kombiniert mehrere Batterien zu einem integrierten Energiespeicher.
1. Batteriezelle: Als Teil des Batteriesystems wandelt sie chemische Energie in elektrische Energie um.
2. Batteriemodul: Es besteht aus mehreren in Reihe und parallel geschalteten Batteriezellen und enthält das Module Battery Management System (MBMS) zur Überwachung des Betriebs der Batteriezellen.
3. Batteriecluster: Dient zur Aufnahme mehrerer in Reihe geschalteter Module und Batterieschutzeinheiten (BPU), auch Batteriecluster-Controller genannt. Das Batteriemanagementsystem (BMS) des Batterieclusters überwacht Spannung, Temperatur und Ladezustand der Batterien und reguliert deren Lade- und Entladezyklen.
4. Energiespeichercontainer: Kann mehrere parallel geschaltete Batteriecluster aufnehmen und kann mit weiteren Zusatzkomponenten zur Verwaltung oder Steuerung der internen Umgebung des Containers ausgestattet sein.
5. Stromumwandlungssystem (PCS): Der von den Batterien erzeugte Gleichstrom (DC) wird durch PCS oder bidirektionale Wechselrichter in Wechselstrom (AC) umgewandelt und in das Stromnetz (Anlagen oder Endverbraucher) eingespeist. Bei Bedarf kann dieses System auch Strom aus dem Netz beziehen, um die Batterien zu laden.
Wie funktioniert ein Batterie-Energiespeichersystem (BESS)?
Das Funktionsprinzip eines Batteriespeichersystems (BESS) umfasst im Wesentlichen drei Prozesse: Laden, Speichern und Entladen. Während des Ladevorgangs speichert das BESS elektrische Energie über eine externe Stromquelle in der Batterie. Die Implementierung kann je nach Systemdesign und Anwendungsanforderungen Gleichstrom oder Wechselstrom sein. Wenn die externe Stromquelle ausreichend Strom liefert, wandelt das BESS überschüssige Energie in chemische Energie um und speichert sie intern in erneuerbarer Form in wiederaufladbaren Batterien. Während des Speichervorgangs, wenn keine oder nicht genügend externe Versorgung verfügbar ist, behält das BESS die vollständig geladene gespeicherte Energie und hält sie für die zukünftige Verwendung stabil. Während des Entladevorgangs, wenn die gespeicherte Energie genutzt werden muss, gibt das BESS je nach Bedarf eine entsprechende Energiemenge zum Antrieb verschiedener Geräte, Motoren oder anderer Verbraucher frei.
Welche Vorteile und Herausforderungen bietet die Verwendung von BESS?
BESS kann dem Stromnetz verschiedene Vorteile und Dienste bieten, wie zum Beispiel:
1. Verbesserte Integration erneuerbarer Energien: BESS können überschüssige erneuerbare Energie in Zeiten hoher Erzeugung und geringer Nachfrage speichern und in Zeiten geringer Erzeugung und hoher Nachfrage freisetzen. Dies kann die Winddrosselung reduzieren, die Auslastung verbessern und ihre Intermittenz und Variabilität beseitigen.
2. Verbesserung der Stromqualität und -zuverlässigkeit: BESS kann schnell und flexibel auf Spannungs- und Frequenzschwankungen, Oberschwingungen und andere Probleme mit der Stromqualität reagieren. Es kann auch als Notstromquelle dienen und die Schwarzstartfunktion bei Netzausfällen oder Notfällen unterstützen.
3. Reduzierung der Spitzenlast: BESS können außerhalb der Spitzenzeiten, wenn die Strompreise niedrig sind, aufgeladen und während der Spitzenzeiten, wenn die Preise hoch sind, entladen werden. Dies kann die Spitzenlast reduzieren, die Stromkosten senken und den Bedarf an neuen Kapazitätserweiterungen oder Übertragungsmodernisierungen hinauszögern.
4. Senkung der Treibhausgasemissionen: BESS kann die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, insbesondere in Spitzenzeiten, verringern und gleichzeitig den Anteil erneuerbarer Energien am Strommix erhöhen. Dies trägt zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und zur Abschwächung der Auswirkungen des Klimawandels bei.
BESS steht jedoch auch vor einigen Herausforderungen, wie zum Beispiel:
1. Hohe Kosten: Im Vergleich zu anderen Energiequellen sind BESS noch relativ teuer, insbesondere hinsichtlich der Investitionskosten, der Betriebs- und Wartungskosten sowie der Lebenszykluskosten. Die Kosten von BESS hängen von vielen Faktoren ab, wie z. B. Batterietyp, Systemgröße, Anwendung und Marktbedingungen. Mit zunehmender Weiterentwicklung und Skalierung der Technologie dürften die Kosten von BESS in Zukunft sinken, können aber dennoch ein Hindernis für eine breite Akzeptanz darstellen.
2. Sicherheitsaspekte: BESS arbeiten mit Hochspannung, hohen Strömen und hohen Temperaturen, die potenzielle Risiken wie Brandgefahr, Explosionen, Stromschläge usw. bergen. BESS enthalten außerdem gefährliche Substanzen wie Metalle, Säuren und Elektrolyte, die bei unsachgemäßer Handhabung oder Entsorgung Umwelt- und Gesundheitsgefahren verursachen können. Für den sicheren Betrieb und die sichere Handhabung von BESS sind strenge Sicherheitsstandards, Vorschriften und Verfahren erforderlich.
5. Umweltauswirkungen: BESS kann negative Auswirkungen auf die Umwelt haben, darunter Ressourcenerschöpfung, Landnutzungsprobleme, Wasserverbrauchsprobleme, Abfallerzeugung und Umweltverschmutzung. BESS benötigt erhebliche Mengen an Rohstoffen wie Lithium, Kobalt, Nickel, Kupfer usw., die weltweit knapp und ungleichmäßig verteilt sind. BESS verbraucht außerdem Wasser und Land für Bergbau, Fertigung, Installation und Betrieb. BESS erzeugt während seines gesamten Lebenszyklus Abfall und Emissionen, die die Luft-, Wasser- und Bodenqualität beeinträchtigen können. Umweltauswirkungen müssen durch die Einführung nachhaltiger Praktiken berücksichtigt werden, um ihre Auswirkungen so weit wie möglich zu minimieren.
Was sind die wichtigsten Anwendungen und Anwendungsfälle von BESS?
BESS wird in verschiedenen Branchen und Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in der Stromerzeugung, Energiespeicherung, Übertragungs- und Verteilungsleitungen im Stromnetz sowie in Elektrofahrzeugen und Schiffssystemen im Transportsektor. Auch in Batteriespeichersystemen für Wohn- und Geschäftsgebäude kommen sie zum Einsatz. Diese Systeme können den Speicherbedarf für überschüssige Energie decken und Reservekapazitäten bereitstellen, um Überlastungen von Übertragungs- und Verteilungsleitungen zu verringern und gleichzeitig Engpässe im Übertragungsnetz zu vermeiden. BESS spielen eine entscheidende Rolle in Mikronetzen, d. h. verteilten Stromnetzen, die an das Hauptnetz angeschlossen sind oder unabhängig betrieben werden. Unabhängige Mikronetze in abgelegenen Gebieten können auf BESS in Kombination mit intermittierenden erneuerbaren Energiequellen zurückgreifen, um eine stabile Stromerzeugung zu gewährleisten und gleichzeitig die hohen Kosten für Dieselmotoren und die Luftverschmutzung zu vermeiden. BESS sind in verschiedenen Größen und Konfigurationen erhältlich und eignen sich sowohl für kleine Haushaltsgeräte als auch für große Versorgungssysteme. Sie können an verschiedenen Orten installiert werden, darunter in Wohnhäusern, Geschäftsgebäuden und Umspannwerken. Darüber hinaus können sie bei Stromausfällen als Notstromquelle dienen.
Welche verschiedenen Batterietypen werden in BESS verwendet?
1. Blei-Säure-Batterien sind der am weitesten verbreitete Batterietyp und bestehen aus Bleiplatten und Schwefelsäureelektrolyt. Sie werden aufgrund ihrer niedrigen Kosten, ihrer ausgereiften Technologie und ihrer langen Lebensdauer geschätzt und finden hauptsächlich Anwendung in Bereichen wie Starterbatterien, Notstromquellen und Energiespeichern im kleinen Maßstab.
2. Lithium-Ionen-Batterien, einer der beliebtesten und fortschrittlichsten Batterietypen, bestehen aus positiven und negativen Elektroden aus Lithiummetall oder Verbundwerkstoffen sowie organischen Lösungsmitteln. Sie bieten Vorteile wie hohe Energiedichte, hohe Effizienz und geringe Umweltbelastung und spielen eine entscheidende Rolle in Mobilgeräten, Elektrofahrzeugen und anderen Energiespeicheranwendungen.
3. Redox-Flow-Batterien sind wiederaufladbare Energiespeicher, die mit flüssigen Medien in externen Tanks betrieben werden. Sie zeichnen sich durch eine geringe Energiedichte, einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer aus.
4. Zusätzlich zu den oben genannten Optionen stehen auch andere BESS-Typen zur Auswahl, wie Natrium-Schwefel-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien und Superkondensatoren. Jeder dieser Typen verfügt über unterschiedliche Eigenschaften und Leistungen, die für verschiedene Szenarien geeignet sind.
Veröffentlichungszeit: 22. November 2024