ESS und Batteriemanagement – Strom an regnerischen oder windstillen Tagen

Die erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne sind zwar sauber und nachhaltig, aber sie sind auch unbeständig und unvorhersehbar.

Um die Vorteile dieser Energiequellen für die Umwelt zu nutzen und gleichzeitig bei Bedarf ausreichend Strom zur Verfügung zu haben, brauchen wir praktische Lösungen, die diese Nachteile überwinden können.

Aktuelle Lösungen für die Energiespeicherung

Die Speicherung von Energie ist ein wesentlicher Aspekt des Netzmanagements, der zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage benötigt wird. Kohle- und gasbefeuerte Turbinen können zwar kontinuierlich Strom erzeugen, aber den schnellen Nachfrageschwankungen nicht folgen. Um solche Nachfragespitzen abdecken zu können, werden sowohl überschüssige Erzeugungskapazitäten als auch Energiespeicher benötigt. Ein großer Teil der weltweit existierenden Energiespeichersysteme basiert auf Wasserkraft, wobei typischerweise die bei geringer Nachfrage erzeugte Energie genutzt wird, um Wasser in einen hohen Stausee zu pumpen, das dann bei kurzfristigen Nachfragespitzen wieder abgelassen und über Turbinen verteilt wird.

Erneuerbare Energien brauchen mehr Speicher

Im Gegensatz dazu werden bei erneuerbaren Energien Speichermöglichkeiten benötigt, um das Netz in Zeiten geringerer Versorgung auszugleichen. Das kann jederzeit und auf unbestimmte Zeit eintreten. Da die Stromerzeugung zunehmend von zentralen Kohle- und Gaskraftwerken auf dezentrale Wind- und Solargeneratoren umgestellt wird, ist ein anderer Ansatz für die Speicherung erforderlich, um die Netzstabilität zu gewährleisten. Batteriegestützte Energiespeichersysteme (ESS) stellen eine Lösung dar, denn sie nehmen schnell und effizient überschüssige Energie auf, die bei Bedarf sofort wieder ins Netz eingespeist werden kann.

Es gibt ein breites Marktpotenzial für ESS, das von großen Systemen, die als Großspeicher zur Stabilisierung des Netzes dienen, bis hin zu kleineren Systemen für Geschäftsräume und den Hausgebrauch reicht. IHS Markit prognostiziert, dass die globale netzgekoppelte Energiespeicherung bis 2025 auf über 15 GW ansteigen wird – eine Zunahme um mehr als das Fünffache im Vergleich zu 2019.

Das Stromversorgungs-Backup durch ESS in Netzqualität spielt eine wesentliche Rolle in einem modernen, aktiven Netz, das schnell und dynamisch auf die eher unregelmäßige Energiebereitstellung und die sich ständig ändernde Verbrauchernachfrage reagieren soll. Dazu müssen große Mengen an Batteriespeichern über das gesamte Netz verteilt werden, typischerweise in Verbindung mit Anlagen zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien.




Lokale Systeme werden häufig als „hinter dem Zähler“ bezeichnet und können mit einem lokalen Mikrogenerator, z. B. einer PV-Anlage auf dem Dach, kombiniert werden. Dadurch können die Eigentümer zu individuellen Energieversorgern werden, indem sie Energie für sich selbst erzeugen und speichern. Hierfür können verschiedene Batterietypen verwendet werden, darunter Blei-Säure-Batterien, die erschwinglich sind und relativ wenig Wartung erfordern. Ein System im Wohngebäude kann AC-gekoppelt sein, mit einem individuellen Wechselrichter zur Versorgung lokaler Verbraucher oder zum Anschluss an das Netz, oder es kann alternativ auch mit dem Bus eines Solar-Mikrogenerators DC-gekoppelt sein.

Nutzung und Sicherheit

Das Balancing der Zellen und das Batteriemanagement sind entscheidend für die Gewährleistung der Sicherheit und die maximale Verwendung der nutzbaren Speicherkapazität. Ein Batterieüberwachungs-IC wie der LTC6810 von Analog Devices kann bis zu sechs Zellen überwachen. Um große Batterien zu verwalten, können mehrere Geräte in Reihe geschaltet werden.

Der Chip wurde unter Berücksichtigung der Sicherheitsanforderungen der ISO 26262 für Kraftfahrzeuge entwickelt, bietet eine passive Zellenbalancierung und ermöglicht eine weit reichende Kommunikation mit hoher Störfestigkeit. Das Hochspannungs-Datenerfassungssystem MAX17823B von Maxim Integrated verfügt über interne Schaltungen für die Zellbalancierung sowie integrierte Diagnosefunktionen für ASIL-D- und FMEA-Anforderungen. Es ermöglicht die Verkettung von bis zu 32 Einheiten zur Überwachung von bis zu 384 Zellen

Backup-Quellen für ESS

Es ist bekannt, dass sich gebrauchte Batterien aus Elektrofahrzeugen (EVs) gut für die Speicherung von großen Energiemengen eignen. In der Regel gelten diese Batterien als nicht mehr geeignet für Elektrofahrzeuge, wenn sie nur noch etwa 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität erreichen. Die Reduzierung um 20 % führt jedoch nicht zu Reichweitenproblemen, wenn die Batterie in einem ESS verwendet wird. Die Wiederverwendung von gebrauchten EV-Batterien ist also durchaus attraktiv. Andererseits ist sie mit Kosten verbunden, und ESS mit neuen Batterien können platzsparender sein.

Die Besitzer von Elektrofahrzeugen können feststellen, dass der vorhandene Speicher an Bord ihrer Fahrzeuge eine nützliche Rolle beim Netzausgleich spielen kann. Zu jeder Tages- und Nachtzeit ist vermutlich eine große Anzahl von Elektrofahrzeugen zum Laden an das Netz angeschlossen und sie befinden sich vermutlich alle an unterschiedlichen Punkten ihres Ladezyklus. Ihre Kapazität könnte als zusätzliches Backup genutzt werden, entweder zur direkten Versorgung des Netzes oder zur Deckung des Bedarfs auf dem eigenen Grundstück. Verschiedene Arten von Energiespeichern, wie z. B. die großen USVs, die von großen Unternehmen als Notstromaggregate eingesetzt werden, könnten auch zur Netzstabilisierung genutzt werden, und zwar gegen eine Vergütung.

Zusammenfassung

Nur in Kombination mit geeigneten Energiespeichern können erneuerbare Energiequellen zuverlässig und bedarfsgerecht Strom liefern, wo und wann er benötigt wird. Die Energiespeicherung ist bereits eine etablierte Ressource, die häufig zum Ausgleich von Energieangebot und -nachfrage eingesetzt wird. Da ein zunehmender Anteil der Energieversorgung nun aus erneuerbaren Quellen stammt, besteht ein Bedarf an mehr und schneller reagierenden Speichern. Jede angeschlossene Batterie, sowohl auf der Seite des Energieversorgers als auch hinter dem Zähler, kann als potenzielle Reservestromquelle betrachtet werden und ermöglicht es den Besitzern von Elektrofahrzeugen oder USV, einen Beitrag zur Schaffung eines ökologischen Versorgungsnetzes zu leisten.

www.mouser.com

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