Batteriespeicher gewinnen in Industrie und Gewerbe zunehmend an Bedeutung. Unternehmen mit hohem oder schwankendem Stromverbrauch stehen vor der Herausforderung, ihre Energiekosten zu kontrollieren, vorhandene Netzanschlüsse effizient zu nutzen und gleichzeitig erneuerbare Energien stärker in die eigene Versorgung einzubinden. Ein industrieller Batteriespeicher kann dabei als flexibler Energiespeicher eingesetzt werden, der elektrische Energie zeitversetzt bereitstellt.
Eine besonders wichtige Anwendung ist die Lastspitzenkappung, auch Peak Shaving genannt. Dabei wird der Batteriespeicher gezielt eingesetzt, wenn der Strombedarf eines Betriebs kurzfristig stark ansteigt. Statt die gesamte zusätzliche Leistung aus dem öffentlichen Netz zu beziehen, kann der Speicher einen Teil der benötigten Leistung bereitstellen. Dadurch lässt sich der gemessene Netzbezug in geeigneten Anwendungsfällen begrenzen.
1. Energieverbrauch des Unternehmens analysieren
Der erste Schritt bei der Planung eines Batteriespeichers für die Industrie ist eine genaue Analyse des Energieverbrauchs. Dabei reicht es nicht aus, lediglich den jährlichen Stromverbrauch zu betrachten.
Entscheidend sind die zeitlichen Verbrauchsprofile. Besonders interessant sind die Zeiträume, in denen der Leistungsbedarf deutlich ansteigt. Solche Lastspitzen können beispielsweise durch gleichzeitig betriebene Produktionsmaschinen, Kälteanlagen, Pumpen, Kompressoren oder Ladeinfrastruktur entstehen.
Für eine belastbare Analyse sollten möglichst detaillierte Lastgangdaten vorliegen. Bei Unternehmen mit registrierender Leistungsmessung können insbesondere die gemessenen Viertelstundenwerte wichtige Informationen über das tatsächliche Lastprofil liefern. Der Leitfaden des Verbands der Bayerischen Wirtschaft beschreibt die jährliche Höchstlast als einen wesentlichen Parameter für den Leistungspreis bei entsprechenden Netznutzern.
2. Lastspitzen identifizieren
Nach der Erfassung der Verbrauchsdaten werden die wichtigsten Lastspitzen untersucht. Dabei sollte festgestellt werden, wann sie auftreten, wie lange sie dauern und wie häufig sie vorkommen.
Ein Betrieb kann beispielsweise über weite Teile des Tages eine relativ konstante Leistungsaufnahme haben, während beim gleichzeitigen Start mehrerer Produktionsanlagen kurzfristig eine deutlich höhere Leistung benötigt wird.
Für einen Batteriespeicher sind solche kurzen und wiederkehrenden Leistungsspitzen besonders interessant. Die Batterie kann in geeigneten Fällen während dieser Zeit zusätzliche Leistung bereitstellen und dadurch den Netzbezug reduzieren.
Die Analyse sollte außerdem unterscheiden, ob die Spitzen regelmäßig vorhersehbar oder völlig unregelmäßig sind. Ein vorhersehbares Lastprofil kann die Planung der Speichersteuerung erleichtern.
3. Ziel für die Lastspitzen festlegen
Im nächsten Schritt wird festgelegt, auf welchem Leistungsniveau der Netzbezug möglichst begrenzt werden soll.
Dieser Wert wird häufig als Kappungsgrenze bezeichnet. Überschreitet die betriebliche Last diese Grenze, soll der Batteriespeicher abhängig von seiner technischen Auslegung zusätzliche Leistung liefern.
Das Prinzip lässt sich vereinfacht darstellen:
Der industrielle Verbraucher benötigt eine bestimmte Leistung. Liegt die benötigte Leistung unterhalb der definierten Grenze, wird der Strom vollständig aus dem Netz beziehungsweise aus der vorhandenen Energieversorgung bezogen. Steigt die Last darüber, kann der Batteriespeicher die Differenz übernehmen.
Dadurch wird die Lastkurve geglättet. Das Fraunhofer IISB beschreibt Batteriespeicher als Möglichkeit, elektrische Lastspitzen auf Verbraucherseite zu reduzieren, ohne zwangsläufig in die betrieblichen Produktionsabläufe einzugreifen.
4. Benötigte Speicherleistung bestimmen
Ein wichtiger Planungsschritt ist die Bestimmung der erforderlichen Leistung des Batteriespeichers.
Die Speicherleistung wird üblicherweise in Kilowatt oder Megawatt angegeben. Sie beschreibt, wie viel Leistung der Speicher kurzfristig aufnehmen oder abgeben kann.
Für Peak Shaving muss die Leistung des Batteriespeichers ausreichend sein, um die Differenz zwischen der tatsächlichen Last und der gewünschten Kappungsgrenze abzudecken.
Beispielhaft kann ein Unternehmen feststellen, dass seine Last in bestimmten Situationen auf 1.000 kW steigt, während die gewünschte Netzbezugsgrenze bei 800 kW liegt. In diesem vereinfachten Beispiel müsste der Speicher theoretisch bis zu 200 kW zusätzliche Leistung bereitstellen können. Die tatsächliche Auslegung muss jedoch weitere Betriebsbedingungen und Reserven berücksichtigen.
5. Benötigte Speicherkapazität berechnen
Neben der Leistung ist die Speicherkapazität entscheidend. Sie wird normalerweise in Kilowattstunden oder Megawattstunden angegeben.
Die Leistung beantwortet die Frage, wie viel Energie beziehungsweise Leistung der Speicher zu einem bestimmten Zeitpunkt bereitstellen kann. Die Kapazität beschreibt dagegen, wie lange diese Leistung unter den jeweiligen Bedingungen verfügbar sein kann.
Wenn eine Lastspitze nur wenige Minuten dauert, kann eine andere Kapazitätsauslegung sinnvoll sein als bei einer Lastüberschreitung, die über einen längeren Zeitraum anhält.
Deshalb müssen Leistung und Kapazität gemeinsam betrachtet werden. Ein Speicher mit hoher Kapazität, aber zu geringer Leistung kann eine kurzzeitige Lastspitze möglicherweise nicht ausreichend abfangen. Umgekehrt kann ein System mit hoher Leistung und zu geringer Kapazität seine Leistung nur für einen begrenzten Zeitraum bereitstellen. Batteriespeicher Industrie können Unternehmen bei der flexiblen Nutzung elektrischer Energie unterstützen.
6. Netzanschluss und elektrische Infrastruktur prüfen
Ein industrieller Batteriespeicher muss in die vorhandene elektrische Infrastruktur integriert werden. Deshalb sollte frühzeitig geprüft werden, welche Netzanschlussbedingungen am Standort bestehen.
Dabei können unter anderem die vorhandene Anschlussleistung, Spannungsebene, Transformatoren, Schaltanlagen und Kabelinfrastruktur eine Rolle spielen.
Bei größeren Batteriespeicherprojekten können Mittelspannungsschaltanlagen und Transformatoren Bestandteil des Gesamtsystems sein. Die technische Ausführung muss mit den Anforderungen des Standorts und den Vorgaben des zuständigen Netzbetreibers abgestimmt werden.
Eine frühzeitige Prüfung kann helfen, spätere Anpassungen an der elektrischen Infrastruktur zu vermeiden.
7. Photovoltaik und Batteriespeicher kombinieren
Viele Industrieunternehmen verfügen bereits über eine Photovoltaikanlage oder planen deren Installation. In diesem Fall kann der Batteriespeicher nicht nur für Peak Shaving, sondern auch zur Optimierung der Nutzung des erzeugten Solarstroms eingesetzt werden.
Produziert die Photovoltaikanlage mehr Strom, als das Unternehmen zu diesem Zeitpunkt benötigt, kann überschüssige Energie abhängig vom Systemkonzept in den Batteriespeicher geladen werden.
Bei einem späteren höheren Strombedarf kann die gespeicherte Energie wieder zur Verfügung gestellt werden.
Dadurch lassen sich verschiedene Anwendungen miteinander verbinden. Ein Speicher kann beispielsweise tagsüber Solarstrom aufnehmen und gleichzeitig für eine spätere Lastspitze vorbereitet werden. Die konkrete Steuerung muss dabei sicherstellen, dass ausreichend Speicherkapazität für die jeweils priorisierte Anwendung verfügbar bleibt.
8. Energiemanagementsystem integrieren
Ein industrieller Batteriespeicher benötigt eine intelligente Steuerung, damit die gespeicherte Energie gezielt eingesetzt werden kann.
Das Energiemanagementsystem überwacht unter anderem den aktuellen Netzbezug, die Last, den Ladezustand des Speichers und gegebenenfalls die Produktion einer Photovoltaikanlage.
Bei einer drohenden Lastspitze kann das System den Batteriespeicher zur Unterstützung des Verbrauchers einsetzen. Nach der Lastspitze kann der Speicher wieder geladen werden, sofern dies mit der Betriebsstrategie vereinbar ist.
Die Steuerung ist damit ein wesentlicher Bestandteil des Gesamtsystems. Moderne Systeme können neben dem aktuellen Verbrauch auch historische Lastprofile und weitere Betriebsdaten berücksichtigen.
9. Geeignete Betriebsstrategie festlegen
Nicht jeder Batteriespeicher wird ausschließlich für eine einzige Anwendung eingesetzt. In der Industrie können verschiedene Ziele miteinander kombiniert werden.
Dazu gehören beispielsweise Lastspitzenkappung, Eigenverbrauchsoptimierung bei Photovoltaik, zeitliche Verschiebung des Strombezugs und weitere energiewirtschaftliche Anwendungen.
Bei einer Kombination mehrerer Anwendungen muss eine klare Priorisierung erfolgen. Der Speicher sollte beispielsweise nicht vollständig entladen werden, wenn kurze Zeit später eine relevante Lastspitze erwartet wird.
Eine intelligente Betriebsstrategie berücksichtigt deshalb den Ladezustand, die erwartete Lastentwicklung und die jeweiligen Ziele des Unternehmens.
10. Wirtschaftlichkeit berechnen
Vor der Investition sollte eine individuelle Wirtschaftlichkeitsanalyse durchgeführt werden. Dabei sollten nicht nur die Anschaffungskosten des Batteriespeichers betrachtet werden.
Relevant sind unter anderem Speicherleistung, Speicherkapazität, Batterietechnik, Wechselrichter, Transformator, Netzanschluss, Installation, Steuerung, Wartung und Betrieb.
Auf der Nutzenseite kann beispielsweise untersucht werden, welches Einsparpotenzial durch eine Reduzierung der Leistungsspitzen entsteht. Der DIHK-Leitfaden beschreibt Peak Shaving als eine mögliche Anwendung für Gewerbe- und Industriekunden mit zeitlich begrenzten hohen Lastspitzen.
Zusätzlich können Einsparpotenziale durch einen höheren Eigenverbrauch von Solarstrom oder weitere Betriebsmodelle berücksichtigt werden.
Da die Wirtschaftlichkeit stark vom individuellen Lastprofil und den jeweiligen Rahmenbedingungen abhängt, sollten pauschale Amortisationszeiten nicht ohne konkrete Daten auf einen bestimmten Standort übertragen werden.
11. Speichergröße nicht nur nach Jahresverbrauch bestimmen
Ein häufiger Fehler bei der Planung besteht darin, einen Batteriespeicher ausschließlich anhand des jährlichen Stromverbrauchs zu dimensionieren.
Für Peak Shaving ist vielmehr entscheidend, wie sich der Verbrauch innerhalb des Tages und über verschiedene Zeiträume verteilt.
Zwei Unternehmen können beispielsweise den gleichen Jahresstromverbrauch haben, aber völlig unterschiedliche Lastprofile. Während bei einem Betrieb die Leistung relativ gleichmäßig verteilt ist, können beim anderen regelmäßig kurze, sehr hohe Spitzen auftreten.
Für den zweiten Betrieb kann ein Batteriespeicher unter Umständen wesentlich interessanter sein. Die konkrete Eignung muss jedoch anhand der tatsächlichen Messdaten geprüft werden.
12. Technische Sicherheit berücksichtigen
Bei industriellen Batteriespeichern spielt die Sicherheit eine wichtige Rolle. Die Anlage muss für die vorgesehenen Betriebsbedingungen ausgelegt und entsprechend überwacht werden.
Je nach System gehören Überwachungseinrichtungen, Temperaturmanagement, elektrische Schutzsysteme und weitere Sicherheitskomponenten zum Anlagenkonzept.
Auch der Aufstellort muss berücksichtigt werden. Bei größeren Anlagen sind beispielsweise räumliche Anforderungen, Brandschutz, Zugänglichkeit und Wartungsmöglichkeiten Bestandteil der Planung.
Die konkreten technischen und baulichen Anforderungen hängen vom verwendeten System, Standort und Projektumfang ab.
13. Installation und Inbetriebnahme planen
Nach Abschluss der technischen Planung folgt die Installation des Batteriespeichers. Bei größeren Industrieanlagen kann das System aus mehreren Batterieeinheiten, Wechselrichtern, Transformatoren und weiteren Komponenten bestehen.
Nach der Montage werden die einzelnen Komponenten miteinander verbunden und in die bestehende Energieinfrastruktur integriert.
Anschließend wird die Steuerung eingerichtet. Dabei werden unter anderem Lade- und Entladegrenzen, Kappungswerte und weitere Betriebsparameter definiert.
Vor dem regulären Betrieb sollte das Gesamtsystem umfassend geprüft und getestet werden.
14. Betrieb kontinuierlich überwachen
Auch nach der Inbetriebnahme sollte der Batteriespeicher regelmäßig überwacht werden.
Wichtige Kennzahlen können beispielsweise Ladezustand, Ladezyklen, Leistung, Energieflüsse und auftretende Lastspitzen sein.
Durch die kontinuierliche Auswertung der Betriebsdaten lässt sich feststellen, ob die ursprüngliche Betriebsstrategie tatsächlich den gewünschten Effekt erzielt.
Wenn sich das Lastprofil eines Unternehmens verändert, kann auch eine Anpassung der Speicherstrategie sinnvoll sein. Neue Produktionsmaschinen, veränderte Schichtmodelle oder zusätzliche Ladeinfrastruktur können die Energieflüsse eines Betriebs deutlich verändern.
15. Batteriespeicher langfristig optimieren
Ein Batteriespeicher sollte nicht als statische Investition betrachtet werden. Der Energiebedarf eines Industrieunternehmens kann sich über die Jahre verändern.
Deshalb ist es sinnvoll, die Betriebsdaten regelmäßig auszuwerten und die Speicherstrategie gegebenenfalls anzupassen.
Wird beispielsweise eine neue Photovoltaikanlage installiert, kann das Energiemanagementsystem auf die zusätzlichen Erzeugungsprofile angepasst werden. Ebenso kann eine veränderte Produktionsstruktur neue Lastspitzen erzeugen.
Eine flexible Systemarchitektur erleichtert es, auf solche Veränderungen zu reagieren.
Vorteile eines Batteriespeichers für die Industrie
Ein industrieller Batteriespeicher kann verschiedene Vorteile miteinander verbinden. Dazu gehört zunächst die Möglichkeit, elektrische Energie zeitlich flexibel zu speichern und wieder bereitzustellen.
Bei geeigneten Lastprofilen kann Peak Shaving dazu beitragen, Leistungsspitzen zu reduzieren. Gleichzeitig kann der Speicher den Netzanschluss entlasten und die Nutzung vorhandener Energieinfrastruktur verbessern.
In Verbindung mit Photovoltaik kann ein Batteriespeicher außerdem dazu beitragen, mehr selbst erzeugte Energie zeitversetzt zu nutzen.
Darüber hinaus eröffnet die Kombination aus Speicher, Photovoltaik und intelligentem Energiemanagement weitere Möglichkeiten für eine flexible Energieversorgung.
Fazit
Die Planung eines Batteriespeichers für die Industrie sollte schrittweise und auf Grundlage realer Verbrauchsdaten erfolgen. Am Anfang steht eine detaillierte Analyse des Lastprofils. Anschließend werden Lastspitzen, Kappungsgrenze, benötigte Speicherleistung und Speicherkapazität bestimmt.
Darauf folgen die Prüfung des Netzanschlusses, die technische Integration, die Auswahl eines geeigneten Energiemanagementsystems und eine individuelle Wirtschaftlichkeitsberechnung.
Besonders interessant kann ein Batteriespeicher für Unternehmen sein, bei denen hohe, zeitlich begrenzte Lastspitzen auftreten. Durch Peak Shaving kann der Speicher in geeigneten Fällen zusätzliche Leistung bereitstellen und dadurch den Netzbezug während kritischer Zeiträume begrenzen.
Wird der Batteriespeicher zusätzlich mit einer Photovoltaikanlage kombiniert, kann das System nicht nur zur Lastspitzenreduzierung, sondern auch zur besseren Nutzung selbst erzeugter Energie eingesetzt werden. Entscheidend ist dabei eine projektbezogene Auslegung, bei der technische Anforderungen, Betriebsprofile und wirtschaftliche Ziele des jeweiligen Industrieunternehmens gemeinsam betrachtet werden.
