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Technologie

Batteriespeicher – Sicherung der regenerativen Energieversorgung

 

Als dritte Säule der regenerativen Stromerzeugung sind Batteriespeicher für die Nutzung neuer Energien unverzichtbar. Dafür werden Lithium-Ionen-Batterien unterschiedlicher Hersteller eingesetzt, die den Strom direkt aus dem Stromnetz beziehen und speichern können. Die Batterietechnologie ist über Jahrzehnte erprobt, sicher und zuverlässig. Platzsparend und optional mit Sichtschutz sind sie fester Bestandteil der Energiewende in Deutschland.

Die Herausforderung

Windkraft- und Photovoltaikanlagen erzeugen regenerativen Strom, allerdings nicht zeitgleich mit dem Verbrauch. Stimmen die erzeugten Strommengen nicht genau mit den verbrauchten Strommengen überein, verändert sich die Frequenz im Stromnetz. Da diese Frequenz die Drehgeschwindigkeit der Motoren bestimmt, muss sie konstant bei 50 Hz liegen. Klappt das nicht, führt das zeitliche Ungleichgewicht der Energiegewinnung zu Abschaltungen der Windkraftanlagen und zu negativen Strompreisen an den Börsen. Darum sind Batteriespeicher als dritte Säule der regenerativen Stromversorgung dringend erforderlich.

Die Geschäftsgrundlage

Die Batterie Energy Storage Systeme (BESS) sind Stromspeicher mit Spannungswandler, die extrem schnell Strom aus dem Netz aufnehmen und einspeisen können. Dies geschieht automatisch durch Frequenzmessung und Regelimpulse an die Wechselrichter, die im Millisekunden-Bereich arbeiten. Die klimakonformen Batterie-Energie-Speicher-Systeme gleichen Stromschwankungen im Netz aus und stabilisieren die Frequenz.

Diese elektrische Dienstleistung wird von den Hochspannungs-Netzbetreiber ÜNBs wie z. B. der TenneT GmbH vergütet. Täglich gibt es dafür sechs Auktionen, die monatlich vergütet werden. Darüber hinaus gibt es ein zweites Geschäftsmodell der Batterie-Energie-Speicher-Systeme: Strommengen werden bei negativen Strompreisen gekauft und bei positiven Preisen wieder verkauft. Dieser Handel findet im Segment Intraday Handel statt.

Die Technik

Ein Batterie-Energie-Speicher-System besteht im Kern aus drei Komponenten:

Die Batterie besteht aus vielen Batteriezellen mit ca. 3,5 Volt, die zu einem Batteriemodul zusammengeschaltet sind. Batteriemodule sind häufig in einem 19 Zoll Gerät und werden in einem Regal (rack) zusammengefasst. In einem Container werden mehrere Batterieracks platziert und zur entsprechenden Gleichspannung zusammengeschaltet, z. B. 1.000 Volt DC. Dies ist die Eingangsspannung für den Wechselrichter.

Der Wechselrichter ist die Komponente, die aus der Batteriespannung den Wechselstrom mit der Frequenz von 50 Hz herstellt – oder Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umwandelt, um damit die Batterie zu laden.

Der Netzanschluss verbindet die Anlage mit dem Stromnetz. Die Wechselrichter werden über kleine Transformatoren 690Volt/20 kV auf ein Schaltfeld in einer Koppelstation zusammengeführt. Von dort geht es auf ein Umspannwerk mit 20/110 kV, das die Regelleistung mit dem Hochspannungsnetz verbindet.

Die Container sind mit Batterieracks mit Batteriezellen verschiedener Hersteller aus Europa und Asien gefüllt. Es können Batteriezellen für den mobilen (E-Autos) wie stationären Bereich genutzt werden. Wir sind herstellerunabhängig und arbeiten mit den jeweils besten Herstellern zusammen, um unseren Kunden ein gutes verlässliches Produkt zu liefern.

Die Batteriezellen beinhalten keine Säure oder andere Flüssigkeiten, sondern bestehen aus Metalllegierungen und Mineralien. Im Baugenehmigungsverfahren werden die Substanzen erneut auf möglichen Auswirkungen auf die Umwelt geprüft. Die Materialien sind größtenteils Lithium, Cobalt, Mangan und Nickel Oxid zu ca. 70 % und Grafit, Karbon, Aluminium, Kupfer.

Die bidirektionalen Wechselrichter gibt es in luft- oder wassergekühlter Ausführung. Sie werden von bekannten internationalen Herstellern aus der PV-Branche produziert. Auch bei dieser Komponente sind wir herstellerunabhängig.

Die Umrichter bestehen aus einem separaten Metallgehäuse, das im Container in jeweils einem Rahmen montiert ist. Spannungsführende Teile des Umrichters sind entsprechend gekapselt und berührungssicher abgedeckt. Der Wechselrichtereinheiten sind für die Outdoor-Aufstellung geeignet.

Die Kontrolle und Regelung erfolgt ohne Personaleinsatz über das EMS Energie Management System, das mit dem BMS Batterie Management System kommuniziert und so die Be- und Entladung der Batterie regelt, um die Frequenz zu stabilisieren. Der Vermarkter für die Dienstleistung PRL und den Handel beim Intraday-Markt hat eine 24/7 Leitwarte.

Den Netzanschluss plant und errichtet ein Fachunternehmen mit der Lizenz für Mittel- und Hochspannung. Auch hier sind wir herstellerunabhängig, auch wenn wir seit 30 Jahren mit der gleichen Firma zusammenarbeiten. Diese hat bereits mehr als 120 Umspannwerke in Deutschland errichtet und übernimmt für mehr als 80 Umspannwerke die Wartung und Pflege.

Die Firma für die Infrastruktur ist verantwortlich für die Fundamente, bei Bedarf inkl. Pfahlgründung, die Baustraßen, das Verlegen der Kabel, die Installation der Transformatoren, den Anschluss aller Komponenten bis zur Installation des Zaunes und das Anlegen einer
Hecke.

Wir errichten das gesamte Batterie-Energie-Speicher-System mit zwei Firmen.

Emissionen

Beim Betrieb des Batterie-Energie-Speicher-Systems treten keine Luftverunreinigungen auf. Im Baugenehmigungsverfahren werden sämtliche Substanzen auf mögliche Auswirkungen auf die Umwelt geprüft und Schalluntersuchungen durchgeführt.

Wassergefährdende Stoffe

Die eingesetzten Transformatoren sind mit einem speziellen Isolieröl gefüllt und mit Auffangbecken ausgestattet. Die BESS-Anlagen können in Wasserschutzgebieten platziert werden.

Ein aktuelles Projekt