Batteriespeicher mit Mittelspannungsanschluss gewinnen bei industriellen Energieprojekten, Solarparks, Windparks und größeren Gewerbeanlagen zunehmend an Bedeutung. Wenn große elektrische Leistungen gespeichert und flexibel bereitgestellt werden sollen, reicht eine einfache Niederspannungsanbindung häufig nicht aus. Stattdessen kann eine Integration in die vorhandene Mittelspannungsinfrastruktur erforderlich sein.
Ein Batteriespeicher mit Mittelspannungsanschluss besteht dabei nicht nur aus den eigentlichen Batteriezellen. Je nach Projekt gehören Wechselrichter, Transformatoren, Mittelspannungsschaltanlagen, Schutztechnik, Messsysteme, Energiemanagement und Kommunikationskomponenten zum Gesamtsystem.
Die technische Planung muss deshalb verschiedene Bereiche miteinander verbinden. Neben der gewünschten Speicherleistung und Speicherkapazität sind insbesondere Netzanschlusspunkt, Spannungsebene, Transformatorleistung, Schutzkonzept, Standort, Betriebsstrategie und Sicherheitsanforderungen zu berücksichtigen.
Was ist ein Batteriespeicher mit Mittelspannungsanschluss?
Ein Batteriespeicher mit Mittelspannungsanschluss ist ein stationäres Batteriespeichersystem, das über geeignete elektrische Komponenten an ein Mittelspannungsnetz beziehungsweise eine entsprechende Mittelspannungsanlage angebunden wird.
Die Batterie selbst arbeitet auf Gleichstromseite. Über Wechselrichter wird die Energie in Wechselstrom umgewandelt. Anschließend kann ein Transformator die Spannung auf das für den Netzanschluss erforderliche Niveau anpassen.
Bei größeren Projekten können mehrere Batteriespeicher Container gemeinsam betrieben werden.
Dadurch lassen sich hohe Speicherleistungen und Speicherkapazitäten realisieren.
Vorteile eines Mittelspannungsanschlusses
Geeignet für größere Speicherleistungen
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass größere Batteriespeicherleistungen in geeignete elektrische Netzstrukturen integriert werden können.
Dies ist insbesondere für industrielle Anlagen sowie Solar- und Windparks interessant.
Integration in bestehende Infrastruktur
Wenn bereits eine Mittelspannungsinfrastruktur vorhanden ist, kann der Batteriespeicher entsprechend in das bestehende Energieversorgungssystem integriert werden.
Dabei müssen die vorhandenen Komponenten hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit geprüft werden.
Flexible Nutzung
Ein Mittelspannungs-BESS kann abhängig von seiner technischen Auslegung für unterschiedliche Anwendungen genutzt werden.
Dazu können beispielsweise Peak Shaving, Eigenverbrauchsoptimierung, Speicherung erneuerbarer Energie und bestimmte netzbezogene Anwendungen gehören.
Skalierbare Speicherlösung
Containerisierte Batteriespeicher können modular aufgebaut werden.
Mehrere Speichereinheiten können zu einem größeren Gesamtsystem kombiniert werden.
Verbindung mit erneuerbaren Energieanlagen
Ein Batteriespeicher mit Mittelspannungsanschluss kann beispielsweise mit Photovoltaik- oder Windenergieanlagen kombiniert werden.
Dadurch kann überschüssige erneuerbare Energie gespeichert und später wieder bereitgestellt werden.
1. Leistungsbedarf ermitteln
Der erste Schritt bei der Planung besteht darin, den tatsächlichen Leistungsbedarf zu bestimmen.
Dabei muss zwischen Leistung und Kapazität unterschieden werden.
Die Leistung wird in MW angegeben und beschreibt, wie schnell Energie geladen oder entladen werden kann.
Die Kapazität wird in MWh angegeben und beschreibt die speicherbare Energiemenge.
Beide Werte müssen auf den geplanten Anwendungsfall abgestimmt werden.
2. Netzanschlusspunkt bestimmen
Der Netzanschlusspunkt ist eine der wichtigsten Grundlagen für die Planung.
Es muss festgelegt werden, an welcher Stelle der Batteriespeicher elektrisch angeschlossen werden soll.
Dabei können die vorhandene Mittelspannungsanlage, die Entfernung zum Netzanschlusspunkt und die verfügbare Anschlussleistung berücksichtigt werden.
Eine frühzeitige Prüfung kann helfen, spätere technische Anpassungen zu vermeiden.
3. Spannungsebene prüfen
Die erforderliche Spannungsebene hängt vom jeweiligen Netzanschluss und Projekt ab.
Bei einem Mittelspannungsanschluss müssen Batteriespeicher, Transformator und Schaltanlage entsprechend ausgelegt werden.
Die genaue Spannungsebene und die technischen Anforderungen werden im Rahmen der Netzanschlussplanung festgelegt.
4. Netzanschlussbedingungen analysieren
Vor der Installation müssen die technischen Bedingungen des Netzanschlusses geprüft werden.
Dazu gehören unter anderem:
Anschlussleistung
Netzspannung
Kurzschlussleistung
Schutzkonzept
Blindleistungsanforderungen
Messkonzept
Schalttechnik
Kommunikationsanforderungen
Die konkreten Vorgaben hängen vom Netzbetreiber und Standort ab.
5. Transformator dimensionieren
Ein Transformator ist bei vielen größeren Batteriespeicherprojekten ein wichtiger Bestandteil.
Er verbindet die Spannungsebene der Wechselrichter mit dem Mittelspannungsnetz.
Die Transformatorleistung muss zur maximalen vorgesehenen Speicherleistung passen.
Auch mögliche Erweiterungen sollten bei der Planung berücksichtigt werden.
6. Wechselrichter auslegen
Der Wechselrichter beziehungsweise das Power-Conversion-System wandelt Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom um und ermöglicht den umgekehrten Vorgang beim Laden.
Die Wechselrichterleistung bestimmt maßgeblich, wie viel Leistung der Batteriespeicher aufnehmen oder abgeben kann. Batteriespeicher mit Mittelspannungsanschluss eignen sich für größere Speicheranlagen mit entsprechender elektrischer Leistung.
Bei großen BESS-Anlagen können mehrere Wechselrichter eingesetzt werden.
7. Mittelspannungsschaltanlage planen
Die Mittelspannungsschaltanlage stellt eine wichtige Schnittstelle zwischen Batteriespeicher und Netz dar.
Sie kann unter anderem Schalt-, Schutz- und Trennfunktionen übernehmen.
Die genaue Konfiguration hängt vom Netzanschluss und der Anlagenstruktur ab.
Bei der Planung müssen auch Wartung und Betrieb berücksichtigt werden.
8. Schutzkonzept entwickeln
Ein geeignetes Schutzkonzept ist für einen Mittelspannungsanschluss unverzichtbar.
Es soll sicherstellen, dass Fehlerzustände erkannt und entsprechende Schutzmaßnahmen eingeleitet werden.
Dabei können beispielsweise Überstromschutz, Kurzschlussschutz und weitere netzbezogene Schutzfunktionen berücksichtigt werden.
Die konkrete Auslegung muss mit den Anforderungen des Netzbetreibers abgestimmt werden.
9. Mess- und Zähleinrichtungen berücksichtigen
Für den Betrieb eines großen Batteriespeichers sind geeignete Messsysteme erforderlich.
Gemessen werden können unter anderem:
Netzleistung
Spannung
Strom
Energiefluss
Batterieleistung
Ladezustand
Die Messdaten können für Steuerung, Abrechnung und Betriebsoptimierung genutzt werden.
10. Energiemanagementsystem integrieren
Das Energiemanagementsystem koordiniert die Energieflüsse.
Es kann Informationen aus Batteriespeicher, Wechselrichtern, PV-Anlage, Windpark und Netzanschluss verarbeiten.
Je nach Betriebsstrategie kann es festlegen, wann geladen oder entladen wird.
Damit ist das Energiemanagement ein zentraler Bestandteil einer modernen BESS-Anlage.
11. Batteriespeicher Container einsetzen
Bei größeren Anwendungen können Batteriespeicher Container eingesetzt werden.
Diese enthalten je nach System verschiedene Komponenten des Batteriespeichers.
Mehrere Container können parallel betrieben werden.
Die Containerbauweise ermöglicht einen modularen Aufbau und kann die Planung großer Speichersysteme erleichtern.
12. Standortplanung durchführen
Der Standort des Batteriespeichers muss sorgfältig ausgewählt werden.
Wichtige Aspekte sind:
Verfügbare Fläche
Nähe zum Netzanschlusspunkt
Zufahrt
Wartungsflächen
Elektrische Infrastruktur
Umgebungsbedingungen
Sicherheitsanforderungen
Auch die mögliche Erweiterung des Systems sollte berücksichtigt werden.
13. Kabel und Leitungswege planen
Die Verbindung zwischen Batterie, Wechselrichter, Transformator und Mittelspannungsschaltanlage muss entsprechend dimensioniert werden.
Dabei sind unter anderem Strombelastbarkeit, Leitungslängen, Spannungsabfälle und Verlegebedingungen relevant.
Eine sorgfältige Planung der Leitungswege kann die technische Umsetzung erleichtern.
14. Blindleistung berücksichtigen
Bei der Integration eines Batteriespeichers in das Stromnetz können auch Blindleistungsanforderungen eine Rolle spielen.
Wechselrichter und Netzanschluss müssen entsprechend den jeweiligen Anforderungen betrieben werden.
Die konkreten Sollwerte und Betriebsbereiche werden projektbezogen festgelegt.
15. Netzverträglichkeit untersuchen
Vor der Inbetriebnahme muss geprüft werden, ob der Batteriespeicher mit dem bestehenden Netz kompatibel ist.
Dabei können unter anderem Spannungsänderungen, Kurzschlussverhältnisse und weitere netztechnische Eigenschaften untersucht werden.
Eine Netzberechnung kann wichtige Erkenntnisse für die Dimensionierung liefern.
16. Lade- und Entladeleistung festlegen
Die maximale Lade- und Entladeleistung ist ein zentraler Parameter.
Für Peak Shaving kann beispielsweise eine hohe kurzfristige Entladeleistung erforderlich sein.
Bei einer langfristigen Energieverschiebung kann dagegen eine größere Speicherkapazität wichtiger sein.
Die Betriebsstrategie bestimmt daher maßgeblich die Dimensionierung.
17. Speicherkapazität bestimmen
Die Speicherkapazität wird in MWh angegeben.
Sie bestimmt, wie viel Energie für eine bestimmte Anwendung verfügbar ist.
Wenn ein Speicher beispielsweise über mehrere Stunden Energie bereitstellen soll, muss ausreichend Kapazität vorhanden sein.
Die Kapazität sollte anhand realer Last- und Erzeugungsprofile bestimmt werden.
18. Peak Shaving berücksichtigen
Ein Batteriespeicher mit Mittelspannungsanschluss kann für industrielles Peak Shaving eingesetzt werden.
Wenn eine Lastspitze erwartet wird, kann der Speicher Energie bereitstellen.
Dadurch kann die aus dem Netz bezogene Leistung reduziert werden.
Die mögliche Wirkung hängt von Speicherleistung, Kapazität und Lastprofil ab.
19. Eigenverbrauch optimieren
In Kombination mit einer Photovoltaikanlage kann der Batteriespeicher überschüssige Solarenergie aufnehmen.
Wenn später weniger Solarstrom verfügbar ist, kann die gespeicherte Energie für den Eigenverbrauch bereitgestellt werden.
Dadurch kann die zeitliche Nutzung der erzeugten Solarenergie verbessert werden.
20. Solarparks integrieren
Auch bei Solarparks können Mittelspannungs-Batteriespeicher eingesetzt werden.
Bei hoher PV-Erzeugung kann der Speicher überschüssige Energie aufnehmen.
Später kann diese Energie entsprechend der Betriebsstrategie wieder abgegeben werden.
Damit kann der Solarpark flexibler betrieben werden.
21. Windparks integrieren
Windparks können ebenfalls mit Batteriespeichern kombiniert werden.
Wenn die Windleistung hoch ist, kann Energie in den Speicher fließen.
Bei geringerer Windleistung kann der Speicher Energie bereitstellen.
Dadurch kann die zeitliche Flexibilität der Windstromnutzung erhöht werden.
22. Netzstabilisierung unterstützen
Batteriespeicher können aufgrund ihrer schnellen Regelbarkeit bestimmte netzbezogene Funktionen übernehmen.
Die Lade- und Entladeleistung kann innerhalb technischer Grenzen schnell angepasst werden.
Welche konkreten Funktionen möglich sind, hängt von der technischen Auslegung und den Netzanforderungen ab.
23. Kommunikationssysteme planen
Ein Mittelspannungs-BESS muss mit verschiedenen Komponenten kommunizieren können.
Dazu gehören beispielsweise:
Energiemanagementsystem
Wechselrichter
Batteriemanagement
Schaltanlage
Messsysteme
Netzleittechnik
Eine zuverlässige Kommunikation ist wichtig für Überwachung und Steuerung.
24. Batteriemanagementsystem berücksichtigen
Das Batteriemanagementsystem überwacht die einzelnen Batterieeinheiten.
Es kann unter anderem Zellspannungen, Temperaturen und Ladezustände überwachen.
Damit trägt es dazu bei, die Batterie innerhalb der vorgesehenen Betriebsgrenzen zu betreiben.
25. Temperaturmanagement planen
Batteriespeicher erzeugen während des Betriebs Wärme.
Ein geeignetes Kühlsystem kann erforderlich sein, um die Betriebsbedingungen innerhalb der vorgesehenen Grenzen zu halten.
Die Auslegung hängt von Batteriechemie, Speicherleistung, Umgebungstemperatur und Containerkonfiguration ab.
26. Sicherheitsanforderungen berücksichtigen
Bei großen Batteriespeichern sind umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.
Dazu können Überwachungssysteme, elektrische Schutztechnik und geeignete technische Einrichtungen gehören.
Auch die Aufstellung der Batteriespeicher Container muss entsprechend den jeweiligen Anforderungen geplant werden.
27. Wartungszugang vorsehen
Bei der Standortplanung sollte ausreichend Platz für Wartungsarbeiten vorhanden sein.
Technische Komponenten müssen erreichbar sein.
Auch Zufahrtsmöglichkeiten für Wartungs- und Servicepersonal sollten berücksichtigt werden.
Eine gute Zugänglichkeit kann den späteren Anlagenbetrieb erleichtern.
28. Erweiterbarkeit einplanen
Ein modularer Batteriespeicher kann unter geeigneten Voraussetzungen später erweitert werden.
Dafür müssen jedoch Netzanschluss, Transformator, Schaltanlage und weitere Komponenten ausreichend dimensioniert sein.
Eine mögliche Erweiterung sollte daher bereits bei der ursprünglichen Planung berücksichtigt werden.
29. Wirtschaftlichkeit bewerten
Die Wirtschaftlichkeit eines Mittelspannungs-BESS hängt von verschiedenen Faktoren ab.
Zu den Investitionskosten gehören beispielsweise:
Batteriesystem
Wechselrichter
Transformator
Mittelspannungsschaltanlage
Container
Netzanschluss
Installation
Energiemanagement
Wartung
Demgegenüber stehen mögliche wirtschaftliche Vorteile durch verschiedene Anwendungen.
30. Betriebsstrategie definieren
Ein Batteriespeicher kann für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden.
Mögliche Strategien sind:
Peak Shaving
Eigenverbrauchsoptimierung
Speicherung erneuerbarer Energie
Energiehandel
Netzbezogene Anwendungen
Regelenergie
Welche Strategie gewählt wird, beeinflusst die technische Dimensionierung.
31. Wirkungsgrad berücksichtigen
Beim Laden und Entladen entstehen Verluste.
Für eine realistische Wirtschaftlichkeitsrechnung muss deshalb berücksichtigt werden, wie viel Energie tatsächlich wieder zur Verfügung steht.
Auch Standby-Verbrauch und Nebenaggregate können in der Gesamtbetrachtung relevant sein.
32. Batteriealterung einplanen
Die Batterie verändert ihre Leistungsfähigkeit im Laufe der Betriebsdauer.
Die Alterung wird unter anderem durch Ladezyklen, Temperatur, Ladezustand und Lade- beziehungsweise Entladeleistung beeinflusst.
Bei einer langfristigen Projektplanung sollte die erwartete Batteriealterung berücksichtigt werden.
33. Inbetriebnahme vorbereiten
Vor der Inbetriebnahme müssen sämtliche Komponenten geprüft werden.
Dazu gehören:
Batteriesystem
Wechselrichter
Transformator
Mittelspannungsschaltanlage
Schutztechnik
Messsystem
Kommunikation
Energiemanagement
Die einzelnen Komponenten müssen anschließend als Gesamtsystem getestet werden.
34. Netzanschluss testen
Vor dem regulären Betrieb müssen die Anforderungen des Netzanschlusses überprüft werden.
Dabei können Schutzfunktionen, Messungen, Kommunikation und definierte Betriebszustände getestet werden.
Die erforderlichen Prüfungen richten sich nach Projekt und Netzbetreiber.
35. Anlagenbetrieb überwachen
Nach der Inbetriebnahme sollten Betriebsdaten kontinuierlich überwacht werden.
Dazu können Ladezustand, Leistung, Temperatur, Energieumsatz und Netzwerte gehören.
Durch eine regelmäßige Analyse können mögliche Abweichungen frühzeitig erkannt werden.
36. Betriebsstrategie optimieren
Die tatsächlichen Betriebsdaten können dazu verwendet werden, die Speicherstrategie weiterzuentwickeln.
Wenn sich beispielsweise Lastprofile oder Strompreise verändern, kann die Steuerung entsprechend angepasst werden.
Damit kann der Batteriespeicher langfristig besser an die Anforderungen des Projekts angepasst werden.
Technische Anforderungen im Überblick
Bei der Planung eines Batteriespeichers mit Mittelspannungsanschluss sollten insbesondere folgende Bereiche berücksichtigt werden:
Netzanschluss
Spannungsebene
Speicherleistung
Speicherkapazität
Wechselrichter
Transformator
Mittelspannungsschaltanlage
Schutztechnik
Messsysteme
Energiemanagement
Kommunikation
Temperaturmanagement
Sicherheitskonzept
Standort
Wartung
Erweiterbarkeit
Wirtschaftlichkeit
Eine ganzheitliche Betrachtung ist wichtig, weil die einzelnen Komponenten unmittelbar miteinander verbunden sind.
Fazit
Batteriespeicher mit Mittelspannungsanschluss sind für größere industrielle Energieanlagen sowie Solar- und Windparks eine leistungsfähige Möglichkeit, elektrische Energie flexibel zu speichern und bereitzustellen. Durch die Integration in eine Mittelspannungsinfrastruktur können auch größere Speicherleistungen technisch umgesetzt werden.
Die Planung beginnt mit der Analyse des Netzanschlusses und der gewünschten Anwendung. Anschließend müssen Speicherleistung und Speicherkapazität bestimmt sowie Wechselrichter, Transformator und Mittelspannungsschaltanlage entsprechend ausgelegt werden.
Ein modernes System umfasst darüber hinaus Energiemanagement, Batteriemanagement, Mess- und Kommunikationstechnik sowie geeignete Schutz- und Sicherheitskonzepte.
Besonders wichtig ist die Abstimmung aller Komponenten. Ein leistungsfähiger Batteriespeicher allein reicht nicht aus. Erst das Zusammenspiel von Batterie, Leistungselektronik, Transformator, Mittelspannungstechnik, Steuerung und Netzanschluss ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb.
Durch eine sorgfältige technische Planung kann ein Batteriespeicher mit Mittelspannungsanschluss flexibel für Peak Shaving, Eigenverbrauchsoptimierung, die Speicherung erneuerbarer Energie und weitere Anwendungen eingesetzt werden. Die endgültige Auslegung sollte dabei immer auf den konkreten Standort, das Last- und Erzeugungsprofil sowie die Anforderungen des jeweiligen Netzanschlusses abgestimmt werden.
