Einfacher Job oder komplexe Ingenieurdiziplin?

geschrieben von: Željko Rendulić, Geschäftsführer bei Duplico

Motiviert durch einen kürzlichen Besuch der Messe ‚Grüne Energie‘ verspürte ich das Bedürfnis, Beobachtungen zu teilen, die über den Glanz beeindruckender Präsentationen und spürbare Begeisterung hinausgehen. In Gesprächen mit Ausstellern und Besuchern wurde deutlich, dass die Komplexität von Batteriespeichersystemen (BESS) oft unterschätzt wird. Eine Erzählung der Einfachheit dominiert: ‚Sie müssen nur eine Änderung der Energiegenehmigung beantragen, und alles ist gelöst, insbesondere wenn es keine Anforderungen an eine Erhöhung der Anschlussleistung gibt.‘ Ein Nutzer, der von solcher Einfachheit verführt wird, könnte leicht eine Investitionsentscheidung treffen, ohne die realen Implikationen vollständig zu verstehen. Aber ist es wirklich so einfach?

Obwohl der Markt mit Angeboten überschwemmt ist und der regulatorische Weg auf den ersten Blick einfach erscheint, ist die Implementierung eines Batteriesystems alles andere als einfach. Es erfordert einen multidisziplinären Ansatz – von präzisen Kapazitätsberechnungen bis hin zu tiefgreifendem Wissen in Elektrotechnik, Automatisierung und Informationstechnologien, bis hin zu kontinuierlicher Wartung und vor allem der Einhaltung von Sicherheitsstandards und lokalen Netzregeln. Daher ist es wichtig, sich daran zu erinnern: Nicht jeder kann eine Batterie verkaufen, da die Implementierung eines Batteriesystems wirklich kein einfacher Job ist. Hier ist der Grund.

1. Verborgene Komplexität hinter der Energiegenehmigung

Obwohl die Erlangung einer Energiegenehmigung ein notwendiger erster Schritt ist, ist es nur die Spitze des Eisbergs. Eine Reihe von Schlüsselfragen taucht auf, die selten an Werbeständen erwähnt werden:

Brandschutz: Was ist mit dem Brandschutzbericht?

Ingenieurberechnungen: Wer ist verantwortlich für Schutzberechnungen, Dimensionierung von Kabel- und Leiterquerschnitten und Gewährleistung der Selektivität gemäß der Norm HRN HD 60364?

Stromqualität: Wie wird die elektromagnetische Verträglichkeit sowie die Kompensation und Beseitigung höherer Harmonischen, die eine unvermeidliche Folge der Installation von Batteriewechselrichtern sind, verwaltet?

Ein Batteriesystem ist nicht nur eine ‚Box‘, die mit dem Netz verbunden wird. Es ist ein komplexes elektrochemisches und elektrisches System, dessen Implementierung tiefgreifendes Ingenieurwissen und die Einhaltung strenger Sicherheitsstandards, wie HRN EN IEC 62619:2022, erfordert. Diese Norm definiert alles von Mindestabständen und Brandschutzbarrieren bis hin zu Feuerlöschsystemen, Belüftung und Notfallplänen.

2. Energiepotenzial: Vergleich eines 500 kWh Batteriesystems und TNT

Um das enorme Energiepotenzial, das in Batterien verborgen ist, zu veranschaulichen, lassen Sie uns einen Vergleich anstellen. Was ist das Energieäquivalent in Kilogramm TNT für ein 500 kWh Batteriesystem?

Obwohl es mehrere Methoden zur Berechnung gibt, basiert eine der am häufigsten verwendeten auf der insgesamt gespeicherten Energie. Während sie die Effizienz der Umwandlung in Explosion nicht berücksichtigt, gibt sie eine gute Vorstellung von der Größenordnung.

Berechnungsmethode:

Umwandlung der Batteriekapazität von kWh in Megajoule (MJ):
Energie (MJ) = Energie (kWh) x 3.6
Berechnung des TNT-Äquivalents:
TNT-Äquivalent (kg) = Energie (MJ)/4.184 MJ/kg (wobei 4.184 MJ/kg die ungefähre Energiedichte von TNT ist)

Berechnung für ein 500 kWh-System:
500 kWh x 3.6 = 1.800 MJ
1.800 MJ/4.184 MJ/kg ≈ 430 kg TNT

Realistischere Schätzungen, die berücksichtigen, dass nur ein Teil der Energie explosiv während unkontrolliertem thermischen Durchgehen freigesetzt wird, deuten auf 50 bis 100 kg TNT-Äquivalent hin. Selbst mit einer so konservativen Schätzung sprechen wir von einer riesigen Energiemenge, die auf kleinem Raum konzentriert ist und die höchsten Sicherheitsmaßnahmen erfordert.

3. Bedeutung der kontinuierlichen Wartung

Einmal installiert, ist ein Batteriesystem keine ‚installieren und vergessen‘-Lösung. Kontinuierliche und professionelle Wartung ist entscheidend für seine Langlebigkeit, Sicherheit und optimalen Betrieb. Die Gründe sind vielfältig:

Sicherheit: Regelmäßige Inspektionen identifizieren und beseitigen potenzielle Risiken wie lose Verbindungen, Isolationsschäden oder Probleme mit dem Kühlsystem, die zu Überhitzung und thermischem Durchgehen führen können.

Leistung: Die Überwachung des Gesundheitszustands (SOH) der Batteriezellen stellt sicher, dass das System die deklarierte Kapazität und Leistung liefert. Die Alterung der Batterie ist unvermeidlich, kann aber mit ordnungsgemäßer Verwaltung erheblich verlangsamt werden.

Zuverlässigkeit: Die Softwarewartung, einschließlich Sicherheitsupdates und Aktualisierungen der Managementalgorithmen, stellt sicher, dass das System effizient arbeitet und gegenüber externen Bedrohungen widerstandsfähig ist.

Garantie: Gerätehersteller machen oft die Gültigkeit der Garantie von regelmäßiger und zertifizierter Wartung abhängig.

Die Vernachlässigung der Wartung verringert nicht nur die Rendite, sondern gefährdet auch direkt die Sicherheit von Menschen und Eigentum.

4. Betriebsarten von Batteriesystemen

Batteriesysteme können in mehreren Betriebsarten arbeiten, abhängig von den Zielen der Nutzer, dem Energieprofil der Einrichtung und den Marktbedingungen. Die häufigsten Modelle sind:

Arbitrage-Modell: Das Batteriesystem lädt sich während Perioden niedrigerer Energiepreise (nachts) auf, und die Energie wird während des teureren Teils des Tages genutzt. Dieses Modell wird in Einrichtungen angewendet, in denen ein ausgeprägter Unterschied zwischen niedrigen und hohen Tarifen besteht.

Laden von Überschüssen aus einer Photovoltaikanlage: Die Batterie entnimmt Energie aus der Photovoltaikanlage, wenn die aktuelle Produktion den internen Verbrauch der Einrichtung übersteigt. Sie wird verwendet, um den Eigenverbrauch zu erhöhen und den Energiebezug aus dem Netz zu reduzieren.

Peak Shaving: Die Batterie wird nur zu Zeiten aktiviert, in denen der Verbrauch einen definierten Leistungsgrenzwert überschreiten würde. Es wird in Betrieben mit großen kurzfristigen Lasten oder wo Spitzenleistung einen erheblichen Kostenfaktor darstellt, angewendet.

Kombination mehrerer Betriebsarten: Ein fortschrittliches Energiemanagementsystem (EMS) trifft in Echtzeit Entscheidungen über das Laden, Entladen oder Leerlaufen der Batterie. Das EMS verarbeitet Daten über Verbrauch, Produktion, Tarife und Netzbeschränkungen und optimiert den Betrieb des Systems innerhalb definierter technischer Parameter.

5. Besondere Anforderungen an Mikronetze

Wenn ein Batteriesystem Teil eines Mikronetzes (eines lokalen Energienetzes, das unabhängig vom Hauptnetz betrieben werden kann) wird, erhöht sich die Komplexität exponentiell. Ein Mikronetz erfordert ein anspruchsvolles EMS, das die Produktion aus verschiedenen Quellen (Solar, Wind), den Verbrauch und den Status der Batterie in Echtzeit ausgleicht. Die Gewährleistung der Spannungs- und Frequenzstabilität ist eine äußerst anspruchsvolle ingenieurtechnische Aufgabe.

6. Software: Das Gehirn der Cloud-Operationen

Besondere Aufmerksamkeit sollte der Software gewidmet werden, die den Betrieb des Systems verwaltet. Oft handelt es sich um fortschrittliche Plattformen, die auf künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen basieren und auf Cloud-Servern in fernen Ländern ausgeführt werden. Dies wirft eine Reihe ernsthafter Fragen auf:

Cybersicherheit: Wer schützt das System vor Hackerangriffen und unbefugter Kontrolle über die Energieinfrastruktur?

Latenz: Können Verzögerungen in der Kommunikation mit einem entfernten Server die Stabilität des Mikronetzes in kritischen Millisekunden gefährden?

Zuverlässigkeit und Abhängigkeit: Was passiert im Falle einer Dienstunterbrechung durch den Cloud-Dienstanbieter oder eines Verlusts der Internetverbindung?

Datensouveränität: Wem gehören sensible Daten über Energieproduktion und -verbrauch, und wer hat Zugang dazu?

Sich auf kritische Infrastrukturen zu verlassen, deren ‚Gehirn‘ außerhalb der nationalen Gerichtsbarkeit liegt, ist ein strategisches Risiko, das nicht übersehen werden sollte.

7. Ausgangspunkt: Kapazitätsberechnung und Analyse der Kapitalrendite

Vor jeder Kaufentscheidung muss der absolute Ausgangspunkt eines jeden Projekts eine detaillierte Berechnung der erforderlichen Kapazität und eine Analyse der Kapitalrendite (ROI) sein. Der Kauf einer überdimensionierten Batterie bedeutet unnötig gebundenes Kapital, während eine unterdimensionierte Batterie die Erwartungen und Energiebedürfnisse nicht erfüllen wird.

Zu diesem Zweck wurden spezialisierte Softwaretools entwickelt, die eine präzise Optimierung des Batteriesystems ermöglichen. Basierend auf 15-minütigen Verbrauchsdaten modellieren solche Tools den Systembetrieb und finden die optimale Batteriegroße, die die schnellste Kapitalrendite und maximale Einsparungen gewährleistet. Die Entwicklung solcher Software erfordert erhebliches Engagement von Ingenieurteams mit umfangreicher Erfahrung in Energiesystemen.

8. Besonderheiten des kroatischen Marktes

Hier kommen wir zu einem entscheidenden Unterschied. Produkte aus Ländern mit unterschiedlichen Energiesystemen, Abrechnungsmodellen und Energiepreisen können in unserem Netz ohne Anpassung einfach nicht effektiv funktionieren. Hersteller bieten Hardware an, die allgemeinen Standards entspricht, jedoch nicht unbedingt den spezifischen Regeln der Netzbetreiber (HOPS, HEP ODS). Diese Regeln sind ausschließlich erfahrenen Planern und Unternehmen in Kroatien bekannt, die sich mit diesem Thema befassen.

Eine Batterie ist nicht dasselbe wie eine Solaranlage. Obwohl Photovoltaikanlagen ebenfalls weit verbreitet sind, ist ihre Interaktion mit dem Netz einfacher. Ein Batteriesystem ist ein aktives Element des Netzes, das eine tiefgreifende Integration und Programmierung gemäß den lokalen Regeln erfordert. Dies ist ein Job für Experten.

Text erstellt in Zusammenarbeit mit Duplico