Energiespeicher für Unternehmen – Anwendung und Auslegung

Die Auslegung eines Energiespeichers in einem Unternehmen sollte nicht mit der Frage beginnen: „Wie viele kWh?“. Zunächst muss geklärt werden, welches Problem das System lösen soll: kurze Leistungsspitzen, Überschüsse aus Photovoltaik, Begrenzung des Netzbezugs, schwankende Energiepreise, Flexibilitätsbedarf oder Notstromversorgung. Erst aus dieser Funktion ergeben sich die erforderliche Speicherleistung, die Speicherkapazität, die Steuerungsstrategie und das erwartete Betriebsprofil.

Zwei Betriebe mit demselben monatlichen oder sogar jährlichen Energieverbrauch können völlig unterschiedliche Speichersysteme benötigen. In einem Betrieb können beim Anfahren von Anlagen Leistungsspitzen von wenigen bis mehreren Minuten auftreten, im anderen mehrstündige Überschüsse aus industrieller Photovoltaik. Im ersten Fall ist vor allem eine ausreichende Leistung entscheidend, im zweiten kann die zeitlich verschiebbare Energiemenge wesentlich wichtiger sein.

Kommentar des Auditors: Die Information, dass ein Unternehmen beispielsweise 500 MWh pro Monat verbraucht, sagt praktisch nichts darüber aus, ob der Speicher 100 kW, 500 kW oder 1 MW leisten sollte und wie lange er diese Leistung bereitstellen muss. Für eine korrekte Auslegung sind ein zeitaufgelöstes Lastprofil und ein klar definierter Betriebsalgorithmus erforderlich.

Zuerst das Problem definieren, das der Energiespeicher lösen soll

Ein Energiespeicher ist ein ausführendes Element. Ob er den erwarteten Effekt erzielt, hängt nicht nur von der Batterietechnologie ab, sondern vor allem vom Zweck, zu dem er geladen und entladen wird. Dasselbe System kann technisch mehrere Aufgaben übernehmen, doch diese Funktionen können um die verfügbare Leistung und den Ladezustand konkurrieren.

Vor der Analyse von Angeboten sollten einige grundlegende Fragen beantwortet werden:

Welcher konkrete Parameter soll verbessert werden: Spitzenleistung, Eigenverbrauch erneuerbarer Energien, Energiebezug zu bestimmten Zeiten, Versorgungssicherheit oder die Verfügbarkeit flexibler Leistung?
Wie lange dauert das Ereignis, auf das der Speicher reagieren soll, üblicherweise?
Wie häufig treten solche Ereignisse auf und lassen sie sich vorhersagen?
Aus welcher Quelle wird der Speicher geladen: aus dem Netz, aus PV, aus Kraft-Wärme-Kopplung oder aus mehreren Quellen?
Soll ein Teil der Energie dauerhaft für einen Notfall reserviert bleiben?
Welches EMS/BMS trifft die Entscheidungen über Laden und Entladen?

Erst nach der Definition der Funktion sollte zu den technischen Parametern übergegangen werden. In der Praxis sind zwei Größen besonders wichtig: Leistung [kW oder MW], die angibt, wie schnell der Speicher Energie aufnehmen oder abgeben kann, und Energiekapazität [kWh oder MWh], die bestimmt, wie viel Energie zeitlich verschoben werden kann. Das Verhältnis von Energie zu Leistung beschreibt näherungsweise, wie lange das System mit einer bestimmten Leistung betrieben werden kann.

Anwendungen von Energiespeichern im Unternehmen

In einem Industriebetrieb kann ein Energiespeicher mehrere sehr unterschiedliche Funktionen erfüllen. Ihre Trennung ist wichtig, weil jede Funktion zu einer anderen Auslegungsmethodik führt.

Peak Shaving – Begrenzung kurzfristiger Leistungsbezugsspitzen

Beim Peak Shaving wird der Speicher entladen, wenn sich der Leistungsbezug des Betriebs einem festgelegten Grenzwert nähert. Ziel kann sein, den maximalen Bezug am Netzanschlusspunkt zu begrenzen, das Risiko einer Überschreitung der vertraglich vereinbarten Leistung zu reduzieren oder die interne Infrastruktur bei kurzen Spitzen zu entlasten.

Bei dieser Anwendung muss der Speicher häufig relativ hohe Leistung über vergleichsweise kurze Zeit bereitstellen. Entscheidend ist daher nicht der monatliche Energieverbrauch, sondern Höhe, Dauer und Wiederholbarkeit der Spitzen. Die Steuerung sollte auf den aktuellen Bezug reagieren und vor einer erwarteten Spitze einen ausreichenden Ladezustand sicherstellen.

Das Beispiel verdeutlicht den Unterschied zwischen Leistung und Kapazität. Soll der Netzbezug 15 Minuten lang konstant um 200 kW reduziert werden, müssen theoretisch 50 kWh Energie verschoben werden (200 kW × 0,25 h). Muss dieselbe Reduzierung volle 2 Stunden gehalten werden, sind 400 kWh erforderlich (200 kW × 2 h). Das ist nur der Ausgangspunkt: Bei der Auslegung müssen zusätzlich die Grenzen des nutzbaren SoC-Bereichs, der Wirkungsgrad, die Betriebsreserve und die Degradation berücksichtigt werden.

Erhöhung des Eigenverbrauchs erneuerbarer Energien

In Verbindung mit Photovoltaik lädt der Speicher in Zeiträumen, in denen die Erzeugung den aktuellen Verbrauch des Betriebs übersteigt, und gibt die Energie später wieder ab. Bei dieser Anwendung sind vor allem die Energiemenge der Überschüsse und der Zeitraum zwischen ihrem Auftreten und dem späteren Bedarf entscheidend.

Ein Speicher für PV kann nicht zuverlässig allein anhand der jährlichen Erzeugung und des Jahresverbrauchs ausgelegt werden. Entscheidend ist deren zeitliche Gleichzeitigkeit. Ein Betrieb mit 10 GWh Jahresverbrauch kann tagsüber einen sehr hohen Bedarf haben und nahezu keine PV-Energie exportieren oder überwiegend abends und nachts arbeiten und dadurch in den Sonnenstunden große Überschüsse erzeugen. Die Jahresbilanz kann in beiden Fällen ähnlich aussehen, das Speicherpotenzial jedoch völlig unterschiedlich sein.

Für die Analyse müssen Erzeugung aus erneuerbaren Energien und Verbrauch des Betriebs in denselben Zeitintervallen gegenübergestellt werden. Die Steuerung kann zusätzlich Erzeugungs- und Lastprognosen nutzen, damit der Speicher nicht zu früh vollständig geladen oder vor dem Zeitraum entladen wird, in dem er am dringendsten benötigt wird.

Leistungsmanagement und Begrenzungen am Netzanschluss

Ein Energiespeicher kann auch Bestandteil eines umfassenderen Systems zur Energieüberwachung und -steuerung sein. Er kann helfen, den Netzbezug unter einem vorgegebenen Wert zu halten, den Betrieb eines Standorts mit begrenzter Anschlussleistung zu unterstützen und mit Fahrzeugladeinfrastruktur, lokalen Erzeugern und steuerbaren Verbrauchern zusammenzuarbeiten.

Diese Anwendung geht über klassisches Peak Shaving hinaus. Die Steuerung muss nicht ausschließlich auf die höchste Spitze eines Monats reagieren. Sie kann den Speicher über viele Stunden mit dem Produktionsprozess und anderen Anlagen koordinieren, um technische oder vertragliche Begrenzungen einzuhalten. Dafür sind nicht nur das Energieprofil, sondern auch die Topologie der Anlage, Transformatorleistungen, Schutztechnik, Netznutzungs- bzw. Verteilverträge und geplante Laständerungen zu berücksichtigen.

Preisarbitrage

Bei der Arbitrage wird der Speicher in Zeiten niedriger Energiepreise geladen und in teureren Zeiträumen genutzt. Ob eine solche Steuerung in einem Unternehmen sinnvoll ist, hängt vom tatsächlichen Beschaffungsmodell ab: Tarif, marktindexiertes Produkt, stündliche Preise oder die Bedingungen der Zusammenarbeit mit einem Aggregator.

Die Preisdifferenz allein ist noch keine Einsparung. Im Modell müssen der Round-Trip-Wirkungsgrad, Entgelte abhängig von Bezug und Rückspeisung, die Verfügbarkeit des Speichers sowie die Kosten der Beanspruchung seiner begrenzten Lebensdauer berücksichtigt werden. Eine Arbitragestrategie kann häufigere Zyklen bedeuten als ein System, das nur gelegentlich für Peak Shaving eingesetzt wird, und beeinflusst daher den prognostizierten Energiedurchsatz und die Degradation erheblich.

Flexibilität und Erbringung von Dienstleistungen

Ein Speicher ist eine steuerbare Ressource: Er kann den Leistungsbezug oder die Leistungsabgabe schnell erhöhen oder verringern. Dadurch kann er die energetische Flexibilität des Unternehmens unterstützen und – sofern die entsprechenden technischen und marktlichen Voraussetzungen erfüllt sind – für Dienstleistungen eingesetzt werden, die direkt oder über einen Aggregator erbracht werden.

Bei dieser Anwendung sind insbesondere Leistung, Reaktionsgeschwindigkeit, Kommunikation mit dem übergeordneten System und die Einhaltung eines geeigneten SoC wichtig. Potenzielle Erlöse aus Flexibilitätsdienstleistungen sollten nicht automatisch in das Finanzmodell aufgenommen werden. Zunächst muss bestätigt werden, ob die Ressource an einem konkreten Mechanismus teilnehmen kann, welche Verfügbarkeitsanforderungen gelten und ob dies mit der Hauptfunktion des Speichers im Betrieb vereinbar ist.

Notstromversorgung und Resilienz gegenüber Versorgungsunterbrechungen

Wenn kritische Verbraucher überbrückt werden sollen, ändert sich die Auslegungsmethodik grundlegend. Es müssen die Leistung der kritischen Verbraucher, die erforderliche Überbrückungsdauer und die Art des Übergangs in den Notstrombetrieb bestimmt werden. Ebenso wichtig sind Anlaufströme, die Reihenfolge der Zuschaltung von Verbrauchern und die Möglichkeit des Inselbetriebs.

Nicht jeder Speicher, der parallel zum Netz betrieben wird, versorgt bei einem Spannungsausfall automatisch die Verbraucher. Die Backup-Funktion muss sich aus der Architektur des Gesamtsystems ergeben: Wechselrichter, Automatisierung, Schaltanlagen, Schutztechnik und Art der Netztrennung. Soll die Reserve jederzeit garantiert sein, muss ein Teil des SoC für Arbitrage oder die Erhöhung des Eigenverbrauchs gesperrt bleiben.

Im weiteren Sinne kann ein Speicher ein Bestandteil der Energieversorgungssicherheit des Unternehmens sein, sollte jedoch keine Zuverlässigkeitsanalyse des gesamten Stromversorgungssystems ersetzen.

Eine Anlage, mehrere Funktionen? Ja – aber nur mit klarer Prioritätenhierarchie

Die Kombination mehrerer Anwendungen, das sogenannte Value Stacking, kann die Nutzung des Speichers verbessern, erfordert jedoch eine bewusste Optimierung. Verfügbare Kapazität und Leistung sind begrenzt, sodass jede EMS-Entscheidung die Möglichkeit beeinflusst, die nächste Aufgabe zu erfüllen.

Eine Backup-Reserve reduziert die für Arbitrage und Eigenverbrauch verfügbare Energie.
Häufige Arbitrage erhöht die Zahl der Zyklen und den Energiedurchsatz und kann dadurch den Verschleiß beschleunigen.
Peak Shaving erfordert genau im Moment der Spitze verfügbare Leistung. Eine vorherige Entladung für einen anderen Zweck kann dem System daher diese Funktion nehmen.
Das Laden aus dem Netz zur Vorbereitung auf eine Spitze kann mit der Begrenzung des aktuellen Leistungsbezugs konkurrieren.
Die Teilnahme an Flexibilitätsdienstleistungen kann erfordern, einen Teil der Leistung und des SoC in Bereitschaft zu halten.

Deshalb sollte die Spezifikation des Speichers nicht nur die Hardwareparameter, sondern auch die Reihenfolge der Steuerungsprioritäten festlegen. Beispielsweise kann die Versorgungssicherheit höchste Priorität haben, die Begrenzung des Netzbezugs an zweiter Stelle stehen und Arbitrage nur im verbleibenden Betriebsbereich stattfinden.

Leistung in kW und Kapazität in kWh – warum müssen sie getrennt ausgelegt werden?

In Angeboten für Energiespeicher wird die Kapazität häufig am stärksten hervorgehoben, aus Sicht des Betriebs ist jedoch die Leistung des PCS/Wechselrichters ebenso wichtig. Zwei Speicher mit derselben Kapazität können völlig unterschiedliche Fähigkeiten haben, eine kurze Leistungsspitze oder den Anlauf von Verbrauchern zu bewältigen.

Anwendung	Was bestimmt in erster Linie die Leistung?	Was bestimmt in erster Linie die Kapazität?	Was muss die Steuerung leisten?
Peak Shaving	Höhe der zu reduzierenden Spitze	Dauer und Anzahl aufeinanderfolgender Spitzen	Auf den Bezug reagieren und Energie für die Spitze vorhalten
Eigenverbrauch erneuerbarer Energien	Maximal verfügbarer Überschuss und späterer Verbrauch	Überschussenergie, die zwischen Zeiträumen verschoben werden kann	PV, Last, Prognose und SoC koordinieren
Leistungsmanagement	Differenz zwischen prognostiziertem Bezug und Grenzwert	Dauer, über die die Begrenzung eingehalten werden muss	Speicher und andere Ressourcen in Echtzeit koordinieren
Arbitrage	Erforderliche Lade-/Entladeleistung in Preisfenstern	Energiemenge, die wirtschaftlich verschoben werden kann	Betrieb anhand von Preisen, Verlusten und Zykluskosten optimieren
Flexibilität	Erforderliche Leistung und Reaktionsgeschwindigkeit	Erforderliche Dauer der Dienstleistung	Leistungsverfügbarkeit und SoC entsprechend den Anforderungen der Dienstleistung aufrechterhalten
Backup	Leistung kritischer Verbraucher und Anlaufvorgänge	Erforderliche Überbrückungsdauer	Reserve vorhalten und Inselbetrieb steuern

Es gibt daher kein universell „richtiges“ Verhältnis von Leistung zu Kapazität. Kurzzeitige leistungsorientierte Anwendungen erfordern eine andere Konfiguration als eine mehrstündige Energieverschiebung. Die Auslegung sollte aus der Simulation des konkreten Profils und der Funktion hervorgehen und nicht aus einem einfachen Verhältnis der Kapazität zum Jahresverbrauch.

Welche Daten werden für die richtige Auslegung eines Energiespeichers benötigt?

Der Mindestumfang der Daten hängt von der Systemfunktion ab. Für ein Unternehmen werden meist folgende Informationen benötigt:

ein Profil von Energiebezug und -einspeisung in Intervallen von mindestens 15 Minuten über ein möglichst vollständiges und repräsentatives Jahr; bei der Analyse sehr kurzer Spitzen kann eine höhere Auflösung erforderlich sein,
ein Erzeugungsprofil von PV, Kraft-Wärme-Kopplung oder anderen Quellen in derselben zeitlichen Auflösung,
Maximalleistungen, Dauer der Spitzen sowie Informationen darüber, welche Anlagen sie verursachen,
Bedingungen des Energieliefervertrags, Preisbildungsmechanismus und Abrechnung der Netzentgelte,
vertraglich vereinbarte Leistung, Anschlussleistung und Begrenzungen am Netzanschlusspunkt,
Einlinienschaltbild der Anlage sowie Parameter von Transformatoren, Schaltanlagen und Hauptschutzeinrichtungen,
Liste der kritischen Verbraucher und erforderliche Überbrückungsdauer, wenn der Speicher eine Backup-Funktion übernehmen soll,
Informationen zu geplanten neuen Verbrauchern und Erzeugern: Produktionslinien, EV-Ladeinfrastruktur, PV, Kraft-Wärme-Kopplung oder Elektrifizierung von Prozessen,
Standort- und Umweltbedingungen sowie die verfügbare Fläche für BESS und die zugehörige Infrastruktur.

Warum reichen monatliche Energierechnungen nicht aus?

Eine Monatsrechnung erlaubt eine Einschätzung von Verbrauchs- und Kostenniveau, fasst jedoch Tausende Einzelereignisse zu einem Wert zusammen. Sie zeigt nicht, ob 500 MWh gleichmäßig oder in wenigen intensiven Zeitfenstern verbraucht wurden. Ebenso wenig zeigt sie die zeitliche Gleichzeitigkeit von PV-Erzeugung und Verbrauch, die Dauer der Netzeinspeisung oder ob hohe Leistungswerte 15 Minuten oder mehrere Stunden auftraten.

Kommentar des Auditors: Der monatliche Verbrauch ist eine gute Information für ein erstes Screening, reicht aber nicht für die endgültige Auslegung eines BESS. Wenn Peak Shaving oder Eigenverbrauch das Ziel ist, benötigen wir den zeitlichen Verlauf – genau in den Intervallen, in denen der Speicher Entscheidungen treffen soll.

Wie sollte die Analyse und Simulation des Speicherbetriebs aussehen?

Eine korrekte Analyse besteht nicht darin, den Verbrauch einmalig durch die Batteriekapazität zu teilen. Sie sollte den Speicherbetrieb Schritt für Schritt auf Basis realer Daten abbilden und prüfen, wie sich das System bei unterschiedlichen Parametern verhalten würde.

Ziel und KPI definieren. Zum Beispiel: Bezugsgrenze 800 kW, Verringerung der PV-Einspeisung, 2 Stunden Versorgung kritischer Verbraucher oder Betrieb anhand des Stundenpreises.
Zeitreihendaten aufbereiten. Prüfung auf Datenlücken, Ausreißer, Produktionsänderungen und atypische Zeiträume.
Baseline bestimmen. Was geschieht ohne Speicher: Wann treten Spitzen, Einspeisung, hohe Preise und Begrenzungen auf?
Leistung und Kapazität simulieren. Mehrere Varianten testen, statt eine Größe im Voraus festzulegen.
EMS-Algorithmus simulieren. Der Speicher sollte entsprechend der künftigen Betriebslogik geladen und entladen werden, unter Berücksichtigung von SoC-, Leistungs- und Wirkungsgradgrenzen.
Zyklen und Degradation analysieren. Nicht nur die Zahl der Vollzyklen berechnen, sondern auch den Energiedurchsatz durch den Speicher und das Betriebsprofil in den einzelnen Anwendungen.
Szenarien testen. Änderungen von Produktion, Preisen, PV-Leistung, Standortlast, geplanten Investitionen und erforderlicher Reserve.
Technische Prüfung. Elektrische Integration, Netzanschluss, Schutztechnik, Kommunikation, Standort und Sicherheitsanforderungen.

Das Modell sollte die Variante mit Speicher mit einem Szenario ohne Speicher vergleichen. Andernfalls lassen sich dem BESS leicht Vorteile zuschreiben, die tatsächlich allein aus Photovoltaik, einer Änderung des Produktionsprofils oder einem anderen Energiebeschaffungsmodell resultieren.

Wirkungsgrad, Zyklen und Degradation – Parameter, die nicht außer Acht gelassen werden dürfen

Round-Trip-Wirkungsgrad

Jeder Lade- und Entladezyklus ist mit Verlusten verbunden. Der Round-Trip-Wirkungsgrad (RTE) beschreibt das Verhältnis der zurückgewonnenen Energie zu der zum Laden des Systems eingesetzten Energie nach Rückkehr in einen vergleichbaren Zustand. In Angeboten ist zu prüfen, an welcher Systemgrenze der Wirkungsgrad bestimmt wird – beispielsweise ob der gesamte AC–AC-Pfad einschließlich PCS und Hilfsverbrauch erfasst wird oder nur der Batterieteil.

Dies ist insbesondere bei Arbitrage und der Erhöhung des Eigenverbrauchs wichtig. Es darf nicht angenommen werden, dass 1 MWh in den Speicher eingebrachte Energie später 1 MWh für die Verbraucher bereitstellt.

Zyklenzahl und Energiedurchsatz

Zwei Speicher, die im Durchschnitt einen Zyklus pro Tag ausführen, können unterschiedlich altern, wenn sie mit unterschiedlicher Entladetiefe, Temperatur, Leistung und unterschiedlichem SoC-Bereich betrieben werden. Im Betriebsmodell sollte daher auch der Energiedurchsatz, also die insgesamt durch das System fließende Energiemenge, sowie die Zahl äquivalenter Vollzyklen verfolgt werden.

Die Steuerungsstrategie beeinflusst damit unmittelbar den Verschleiß des Speichers. Ein System, das nur gelegentlich zur Begrenzung von Spitzen eingesetzt wird, kann ein völlig anderes Degradationsprofil aufweisen als ein Speicher, der täglich Arbitrage und die Verschiebung von PV-Energie übernimmt.

Kalender- und zyklische Degradation

Die im ersten Jahr verfügbare Kapazität bleibt nicht über die gesamte Betriebsdauer konstant. Die Alterung wird sowohl durch den Zeitablauf als auch durch die Betriebsweise beeinflusst. Je nach Technologie spielen unter anderem Entladetiefe, Temperatur, Zyklenintensität und die Verweildauer bei hohem oder niedrigem SoC eine Rolle.

Eine korrekte Auslegung sollte daher auch für spätere Jahre überprüft werden. Wenn die zur Erfüllung der Funktion mindestens erforderliche Kapazität nur zu Projektbeginn verfügbar ist, kann das System nach einigen Jahren die Annahmen nicht mehr erfüllen, obwohl die Batterie formal weiterhin funktioniert. In der Spezifikation sollten Garantielaufzeit, garantierter Energiedurchsatz bzw. garantierte Zyklen, Betriebsbedingungen und garantierte Kapazitätserhaltung verglichen werden.

Sollte zuerst die Batterietechnologie gewählt werden?

Nein. Die Speichertechnologie sollte sich aus den Anforderungen ergeben und nicht den Ausgangspunkt bilden. Eine Einteilung nach Technologie beantwortet jedoch nicht die wichtigste Frage des Investors: Kann die jeweilige Technologie die konkrete Funktion über den erforderlichen Zeitraum und zu akzeptablen Lebenszykluskosten erfüllen?

Bei der Auswahl einer Lösung sollten unter anderem Leistungs- und Entladedauerbereich, Gesamtwirkungsgrad, thermische Bedingungen, Degradation, Sicherheit, Garantie, Service, Standortanforderungen und die Art der Integration in die elektrische Anlage verglichen werden. Erst danach ist ein Vergleich konkreter Technologien und Hersteller sinnvoll.

Elektrische Integration, Steuerung und Sicherheit

Selbst eine richtig ausgelegte Kapazität reicht nicht aus, wenn der Speicher nicht ordnungsgemäß mit der elektrischen Anlage des Unternehmens zusammenarbeiten kann. In der Planungsphase sind zu prüfen:

Anschlusspunkt des BESS und Leistungsflüsse in den einzelnen Anlagensektionen,
Parameter von Transformatoren, Schaltanlagen und Schutzeinrichtungen,
Kurzschlussleistungen und Selektivität der Schutztechnik im vom Projekt erforderlichen Umfang,
AC-coupled- oder DC-coupled-Architektur, wenn der Speicher mit erneuerbarer Erzeugung zusammenarbeitet,
Kommunikation zwischen dem Zähler am Netzanschlusspunkt, BMS, PCS, EMS und anderen Erzeugern,
Betriebsweise bei Spannungsausfall, wenn Notstrombetrieb erforderlich ist,
Aufstellbedingungen, Belüftung/Kühlung, Servicezugang und Brandschutzanforderungen.

In Polen hängt das formale Verfahren von den Anlagenparametern, der Art des Anschlusses und dem Standort ab. Nach Art. 32 Abs. 1 Nr. 2 Buchst. a des polnischen Energiegesetzes (Prawo energetyczne) ist für die gewerbliche Speicherung elektrischer Energie in Speichern mit einer gesamten installierten elektrischen Leistung von mehr als 10 MW eine Konzession erforderlich. Der Elektrizitätssystembetreiber führt ein Register der an sein Netz angeschlossenen Speicher; die Pflicht zur Übermittlung der Registerdaten gilt in den in Art. 43g des polnischen Energiegesetzes festgelegten Fällen für Speicher mit einer installierten Leistung von mehr als 50 kW. Für Anlagen mit mehr als 50 kW und höchstens 10 MW beschreibt das polnische Regierungsportal gov.pl die Eintragung in das Register anstelle einer Konzession. Weitere Pflichten können sich unter anderem aus Standort, Projektfläche, Anschlussbedingungen sowie bau- und umweltrechtlichen Vorschriften ergeben. Das Verfahren ist daher für jedes konkrete Projekt anhand des jeweils aktuellen Rechtsstands zu prüfen.

Wie wird ein Energiespeicher für ein Unternehmen Schritt für Schritt richtig ausgelegt?

Primärfunktion definieren. Ein Satz sollte das Problem beschreiben, zum Beispiel: „Netzbezug unter 900 kW halten“ oder „PV-Überschüsse aus den Stunden 10–15 in die zweite Schicht verschieben“.
Daten in geeigneter Auflösung erfassen. Monatliche Rechnungen sind nur der Ausgangspunkt; für die Simulation wird ein zeitaufgelöstes Profil benötigt.
Erforderliche Leistung bestimmen. Sie ergibt sich aus der maximalen Differenz zwischen Baseline und Zielgrenzwert oder aus der Leistung der Verbraucher, die versorgt werden sollen.
Erforderliche Energie bestimmen. Sie ergibt sich aus der Dauer, über die der Speicher die jeweilige Funktion aufrechterhalten muss, sowie aus weiteren Ereignissen vor der nächsten Lademöglichkeit.
Reale Systemgrenzen ergänzen. SoC, Lade- und Entladeleistung, Wirkungsgrad, Verfügbarkeit, Temperatur und Reserve.
EMS-Algorithmus auslegen. Ohne Steuerungslogik kann selbst korrekt dimensionierte Hardware zum falschen Zeitpunkt arbeiten.
Zyklen und Degradation berechnen. Nicht nur das erste Jahr, sondern auch die Anforderungen am Ende des angenommenen Betriebszeitraums prüfen.
Elektrische und formale Integration prüfen. Anschluss, Schutztechnik, Inselbetrieb, Kommunikation, Standort und erforderliche Verfahren.
Erst am Ende die Wirtschaftlichkeit der Varianten vergleichen. Zunächst muss feststehen, welche Varianten die Aufgabe technisch erfüllen. Die Wirtschaftlichkeitsanalyse sollte auf den aktuellen Bedingungen für Energiebeschaffung und -verteilung, dem tatsächlichen Betriebsalgorithmus, Verlusten, Degradation sowie Investitions- und Betriebskosten basieren.

Wie lässt sich die Wirtschaftlichkeit eines Speichers bewerten, ohne sie mit der Auslegung zu vermischen?

Die wirtschaftliche Bewertung sollte erst für Varianten durchgeführt werden, die die geforderte Funktion technisch erfüllen. Andernfalls kann ein attraktives finanzielles Ergebnis für eine Konfiguration entstehen, die in der Praxis die erforderlichen Spitzen nicht reduziert, die Notstromversorgung nicht aufrechterhält oder nicht genügend Energie zum Verschieben von Überschüssen aus erneuerbaren Energien bereitstellt.

In das Wirtschaftsmodell gehören die aktuellen Abrechnungsbedingungen für Energie und Netznutzung, die für das Unternehmen geltenden tatsächlichen Preise oder Preisformeln, CAPEX und OPEX, Round-Trip-Verluste, Hilfsenergiebedarf, Degradation und gegebenenfalls spätere Kapazitätsergänzungen. Erlöse aus Arbitrage oder Flexibilitätsdienstleistungen sollten nur berücksichtigt werden, wenn die technischen und marktlichen Voraussetzungen für ihre Erbringung bestätigt sind.

Audit von Anwendung und Auslegung eines Energiespeichers – wie sollte das Ergebnis aussehen?

Ein gutes Audit sollte nicht mit der Aussage „Wir empfehlen einen Speicher mit 500 kWh“ enden. Das Ergebnis sollte einen dokumentierten Zusammenhang zwischen dem Problem des Betriebs und den Systemparametern darstellen. Je nach Ziel kann die Analyse Folgendes umfassen:

eine Übersicht der Leistungsspitzen und ihrer Dauer,
ein Profil der Überschüsse und Defizite aus erneuerbaren Energien,
einen Vergleich mehrerer Leistungs- und Kapazitätsvarianten,
eine SoC-Simulation für ein repräsentatives Jahr,
Annahmen zum Lade- und Entladealgorithmus,
Zyklenzahl, Energiedurchsatz und den Einfluss der Degradation auf die Fähigkeit, die Funktion zu erfüllen,
Anforderungen an elektrische Integration und Steuerung,
eine Sensitivitätsanalyse gegenüber Änderungen des Produktionsprofils, der erneuerbaren Erzeugung und der Preisbedingungen,
eine klare Antwort darauf, wann ein Speicher sinnvoll ist und wann zunächst ein anderer Bestandteil des Energiesystems geändert werden sollte.

In der Praxis sollte ein Speicher gemeinsam mit anderen Investitionen analysiert werden. Plant ein Unternehmen den Ausbau von PV, die Elektrifizierung eines Prozesses, neue Ladepunkte, eine Änderung der Anschlussleistung oder eine größere Modernisierung des Energiesystems, kann das Lastprofil nach der Investition wichtiger sein als das historische Profil.

Die häufigsten Fehler bei der Auslegung von Energiespeichern

Auslegung der Kapazität als Prozentsatz des jährlichen oder monatlichen Verbrauchs,
fehlende Trennung zwischen Leistung [kW] und Energie [kWh],
Analyse von PV und Verbrauch anhand von Jahressummen statt einer gemeinsamen Zeitreihe,
Annahme, dass der Speicher gleichzeitig jederzeit für Peak Shaving, Arbitrage und Backup verfügbar ist,
Nichtberücksichtigung von Round-Trip-Verlusten und Hilfsenergiebedarf,
Berechnung des Effekts nur für das erste Jahr ohne Degradation,
Ansatz von Flexibilitätserlösen ohne Bestätigung der Marktanforderungen,
Annahme, dass jedes On-Grid-System bei Netzausfall automatisch weiterarbeitet,
Auswahl der Technologie vor Definition der Funktion und des Steuerungsalgorithmus.

FAQ – Energiespeicher für Unternehmen

Wie wird die Speicherkapazität für ein Unternehmen richtig ausgelegt?

Es gibt keinen universellen Umrechnungsfaktor zwischen Speicherkapazität und Jahresverbrauch. Zunächst sind Funktion, erforderliche Leistung und Dauer zu bestimmen; anschließend ist der Betrieb anhand zeitaufgelöster Daten zu Verbrauch, Erzeugung und Preisen zu simulieren. Die Kapazität ist das Ergebnis dieser Analyse und nicht ihr Ausgangspunkt.

Reichen monatliche Energierechnungen für die Auslegung eines Speichers aus?

Nicht für die endgültige Auslegung. Rechnungen ermöglichen ein Screening, zeigen aber weder Höhe und Dauer der Spitzen noch die Gleichzeitigkeit von PV-Erzeugung und Verbrauch oder die Lade- und Entladefenster. Für typische Unternehmensanalysen werden mindestens 15-Minuten-Daten benötigt; bei schnellen Vorgängen ist eine höhere Auflösung erforderlich.

Erhöht ein Energiespeicher immer den Eigenverbrauch von Photovoltaik?

Nur wenn tatsächlich PV-Überschüsse auftreten, die gespeichert und später genutzt werden können. Verbraucht der Betrieb nahezu die gesamte PV-Erzeugung unmittelbar, kann das zusätzliche Eigenverbrauchspotenzial gering sein.

Kann ein Speicher gleichzeitig Peak Shaving, Arbitrage und Backup übernehmen?

Technisch ist das häufig möglich, doch die Funktionen konkurrieren um Leistung und SoC. Das EMS benötigt eine Prioritätenhierarchie, und die Analyse sollte prüfen, ob nach der Reservierung von Energie für das Backup noch ein ausreichender Betriebsbereich für die übrigen Anwendungen verbleibt.

Versorgt ein netzgekoppelter Speicher den Betrieb bei einem Netzausfall?

Davon darf nicht ausgegangen werden. Notstromversorgung erfordert die richtige Wechselrichterarchitektur, Schutztechnik, Automatisierung und Inselbetriebsfähigkeit. Die Backup-Funktion sollte bereits in der Planungsphase definiert werden.

Welche Daten sollten für ein Audit zur Speicherauslegung vorbereitet werden?

Am hilfreichsten sind mindestens 12 Monate 15-Minuten-Daten am Bezugspunkt, Profile der erneuerbaren Erzeugung in derselben Auflösung, Rechnungen und Verträge, vertraglich vereinbarte und technische Anschlussleistung, das Anlagenschema, eine Liste kritischer Verbraucher sowie Informationen über geplante Änderungen im Betrieb.

Zusammenfassung

Ein Energiespeicher sollte für die konkrete Aufgabe und nicht allein anhand der Verbrauchsgröße des Unternehmens ausgelegt werden. Peak Shaving, Eigenverbrauch erneuerbarer Energien, Leistungsmanagement, Arbitrage, Flexibilität und Backup erfordern unterschiedliche Verhältnisse von Leistung zu Kapazität, unterschiedliche Reserveniveaus und eine andere EMS-Logik. Erst die Analyse zeitaufgelöster Daten zeigt, welche Variante die benötigte Funktion tatsächlich erfüllt.

Wenn ein Unternehmen Angebote einholt, sollte vor der Geräteauswahl ein 15-Minuten-Profil aufbereitet und die Primärfunktion des Speichers definiert werden. Energy Trend analysiert Anwendung und Auslegung von BESS für Unternehmen anhand von Messdaten und den Bedingungen des jeweiligen Standorts. Kontaktieren Sie Energy Trend, wenn Sie eine unabhängige Analyse der Anwendung, der Leistungs- und Kapazitätsvarianten sowie der Anforderungen an Steuerung und BESS-Integration benötigen.