BESS steht für „Battery Energy Storage System“ und geht über die reine Speicherung elektrischer Energie, wie ein einfacher Akku, weit hinaus. Solche Systeme nutzen vernetzte Batteriegruppen, um Strom effizient zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Ein typisches BESS kann aus über 100.000 Lithium-Ionen-Batteriezellen bestehen, die zu Modulen zusammengefasst und in Racks angeordnet sind. Solche Batteriegroßspeicher zeichnen sich dann erst durch den Einsatz eines Batteriemanagementsystems (BMS) oder eines umfassenderes Energiemanagementsystems (EMS) als BESS aus. Durch ihre äußerst schnelle Reaktionszeit von nur 10 Millisekunden können sie Netzschwankungen ausgeglichen, erneuerbare Energien besser integrieren und Energiekosten senken.
Warum sind BESS wichtig?
Die Energiewende und der Ausbau erneuerbarer Energien erfordern flexible Speicherlösungen. Da Wind- und Solarstrom nicht konstant erzeugt werden, kann ein BESS überschüssige Energie speichern und später zur Verfügung stellen. Dadurch stabilisieren sie sowohl öffentliche als auch interne Stromnetze und können als Not- oder Ersatzstromquelle dienen. Darüber hinaus ermöglichen sie den Inselbetrieb, sodass Unternehmen zeitweise unabhängig vom öffentlichen Netz agieren können.
Durch Lastspitzenkappung und Lastverschiebung (Peak Shaving & Load Shifiting) tragen BESS zur Reduzierung von Leistungspreisen und Netzentgelten bei. Gleichzeitig steigern sie den Eigenverbrauch von Photovoltaikanlagen, wodurch weniger Strom aus dem Netz bezogen werden muss. Zudem lassen sich durch Arbitragestrategien die Strombezugskosten senken, indem günstiger Strom gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt genutzt wird. Zusätzlich ermöglichen BESS durch die Vermarktung von Speicherkapazitäten auf dem Regelenergiemarkt Zusatzerträge.
All diese Vorteile tragen zu einem stabileren Netzbetrieb bei, reduzieren die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und ermöglichen insbesondere Unternehmen eine effizientere Nutzung ihres selbst erzeugten Solarstroms.
Funktionsweise und Aufbau eines BESS
Ein intelligentes BESS speichert elektrische Energie, wenn das Stromangebot hoch oder der Strompreis niedrig ist, und gibt sie bei Bedarf wieder ab. Dies ermöglicht eine effiziente Nutzung erneuerbarer Energien und eine Stabilisierung des Stromnetzes. Der Aufbau eines BESS besteht aus mehreren zentralen Komponenten:
Batteriezellen
Im Mittelpunkt stehen die Batteriezellen, die je nach Anwendung meist auf Lithium-Ionen- oder Natrium-Ionen-Technologie basieren. Dabei hängt die Wahl der Speichertechnologie von Faktoren wie Leistung, Energieinhalt, Lebensdauer und Kosten ab. Während in den 1980er Jahren Blei-Säure-Batterien in Batteriespeicherkraftwerken genutzt wurden, kamen später Nickel-Cadmium- und Natrium-Schwefel-Batterien zum Einsatz. Seit 2010 setzen sich zunehmend Lithium-Ionen-Batterien durch, da ihre Kosten durch die wachsende Elektrofahrzeugindustrie deutlich gesunken sind. Heute sind Lithium-Ionen-Batterien die dominierende Technologie für BESS, da sie eine hohe Energiedichte, lange Lebensdauer und hohe Effizienz bieten.
Wechselrichter
Da Batterien elektrochemische Energie in Form von Gleichstrom (DC) speichern und abgeben, sind Wechselrichter notwendig, um den Strom in Wechselstrom (AC) umzuwandeln, der im Stromnetz verwendet wird. Zusätzliche Sicherheitsmechanismen, darunter Brandbekämpfungssysteme, Überspannungsschutz und Temperaturkontrolle bewahren das System vor Energieverlusten oder Ausfällen. Um Gefahren zu minimieren und die Komponenten vor äußeren Einflüssen zu schützen, werden BESS häufig in separaten Gebäuden wie Lagerhäusern oder Containern untergebracht.
Batteriemanagementsystem (BMS)
Eine weitere zentrale Komponente, die ein BESS von einem einfachen Batteriespeicher unterscheidet, ist das Batteriemanagementsystem (BMS). Es überwacht und steuert den Lade- und Entladevorgang der Batteriezellen, um zusätzlich deren Effizienz und Lebensdauer zu maximieren. Dazu misst das BMS kontinuierlich wichtige Parameter wie Spannung, Stromstärke und Temperatur jeder einzelnen Zelle und sorgt dafür, dass die Batterie innerhalb sicherer Betriebsgrenzen bleibt. Zudem gleicht es Zellspannungen aus, um eine gleichmäßige Alterung der Zellen zu gewährleisten und die Kapazität des gesamten Speichers optimal zu nutzen. So werden Risiken wie Überladung oder Tiefenentladung minimiert.
Energiemanagementsystem (EMS)
Eine sinnvolle Ergänzung zu einem BMS ist ein übergeordnetes Energiemanagementsystem (EMS), wie beispielsweise die CUBE EfficiencyUnit. Während das BMS die interne Sicherheit und Effizienz der Batterie überwacht, steuert das EMS das gesamte Energiesystem eines Unternehmens und optimiert den Energiefluss in Abstimmung mit anderen Anlagen. Es entscheidet intelligent, wann das BESS geladen oder entladen wird, basierend auf externen Faktoren wie Strompreisen, Netzlast, Wetterprognosen und dem Energiebedarf vor Ort. Das EMS kommuniziert dabei direkt mit dem BMS und dem Wechselrichter, um die Speicherstrategie optimal auf die vorhandene Energieerzeugung – etwa aus Photovoltaikanlagen oder Windkraftwerken – abzustimmen.
Durch die Kombination von BMS und EMS wird sichergestellt, dass ein BESS nicht nur sicher und effizient arbeitet, sondern auch wirtschaftlich sinnvoll betrieben wird. Während das BMS den Zustand der Batterie schützt und optimiert, sorgt das EMS für eine intelligente Steuerung des gesamten Energiesystems, um Kosten zu senken, Netze zu entlasten und eine maximale Nutzung erneuerbarer Energien zu ermöglichen.
Batterietechnologien und verwendete Materialien
BESS basieren auf unterschiedlichen Batterietechnologien, die sich in Effizienz, Kosten, Lebensdauer und Einsatzbereich unterscheiden. Die am häufigsten verwendeten Batterietypen sind Lithium-Ionen-Batterien, da sie eine hohe Energiedichte, eine lange Lebensdauer und schnelle Lade- und Entladezyklen bieten. Sie bestehen allerdings aus knappen Rohstoffen, wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Aluminium.
Eine vielversprechende Alternative dazu sind Natrium-Ionen-Batterien Sie sind sicherer als Lithium-Ionen-Batterien, haben jedoch eine geringere Energiedichte, wodurch mehr Platz in Anspruch nehmen. Bei großen Industrieunternehmen kommen häufig Redox-Flow-Batterien zum Einsatz. Diese Technologie zeichnet sich durch eine besonders lange Lebensdauer aus, da die elektrochemische Reaktion in flüssigen Elektrolyten außerhalb der eigentlichen Batteriezellen stattfindet. Sie sind flexibel skalierbar aber auch relativ kostspielig.
Eine ältere, aber bewährte Technologie sind Blei-Säure-Batterien. Sie sind kostengünstig und robust, allerdings haben sie eine deutlich geringere Energiedichte, eine kürzere Lebensdauer und einen höheren Wartungsaufwand im Vergleich zu modernen Batterietechnologien. Generell hängt die Wahl der geeigneten Batterietechnologie von verschiedenen Faktoren wie Kosten, Sicherheit, Energiedichte und Lebensdauer ab und sollte wohl bedacht werden.
Vorteile von BESS für Unternehmen
Je nach Standort bieten Batteriespeichersysteme unterschiedliche Vorteile. Große sog. In-Front-of-the-Meter (FTM)-Systeme, die direkt an das öffentliche Stromnetz angeschlossen sind, helfen vor allem Unternehmen der Industrie und Energiewirtschaft. Sie tragen primär zur Netzstabilisierung bei, indem sie Engpässe reduzieren und Energie für Zeiten hoher Nachfrage bereitstellen. Zudem dienen sie als Reserve- und Notstromquelle, wodurch die Versorgungssicherheit verbessert wird. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit zur saisonalen Energiespeicherung, wodurch Unternehmen überschüssige erneuerbare Energie effizient nutzen können. Zusätzlich können sie durch die Bereitstellung von Regelenergie oder Arbitragegeschäfte am Strommarkt zusätzliche Einnahmen erzielen.
Behind-the-Meter (BTM)-Systeme, die direkt auf dem Betriebsgelände eines Unternehmens installiert werden, bieten dem Betreiber wirtschaftliche Vorteile. Sie ermöglichen eine Optimierung des Eigenverbrauchs, indem sie Solarstrom effizient speichern und so Netzbezüge sowie Energiekosten reduzieren. Durch Lastspitzenkappung lassen sich hohe Netzgebühren vermeiden, während die Funktion als unterbrechungsfreie Stromversorgung kritische Prozesse auch bei Netzschwankungen absichert. Besonders für Unternehmen mit Ladeinfrastrukturen für E-Mobilität ist ein BESS vorteilhaft, da es eine stabile und effiziente Stromversorgung gewährleistet, ohne den Netzanschluss zu überlasten. Falls gesetzlich erlaubt, können Unternehmen überschüssige Energie ins Netz einspeisen und dadurch zusätzliche Einnahmen generieren.
Kombinierte BESS-Systeme
Eine Kombination von FTM- und BTM-Systemen als BESS ist ebenfalls möglich. Dadurch entstehen Synergie-Effekte, die eine effizientere Nutzung von Energie ermöglichen. Ein wesentlicher Vorteil der Kombination ist die höhere Flexibilität, da sich sowohl großflächige als auch lokale Energieanforderungen optimal steuern lassen. Ein modernes EMS koordiniert die Nutzung beider Speicherarten und sorgen für eine intelligente Verteilung der gespeicherten Energie. Besonders in virtuellen Kraftwerken (VPPs) werden BTM-Systeme mit FTM-Komponenten vernetzt, um Netzdienstleistungen bereitzustellen und zusätzliche Erlöse zu generieren.
In der Praxis entstehen zunehmend hybride Lösungen, bei denen große FTM-Speicher mit kleineren BTM-Systemen kombiniert werden. Diese Modelle gewährleisten eine zuverlässige Netzversorgung und bieten Unternehmen zugleich die Möglichkeit, ihre Energieautonomie zu erhöhen. Durch die Verbindung beider Ansätze entsteht ein leistungsfähiges und nachhaltiges BESS, das den Herausforderungen der Energiewende gerecht wird.
Herausforderungen und Lösungen bei BESS
BESS-Projekte stehen zur Zeit teilweise noch vor wirtschaftlichen, technischen und regulatorischen Herausforderungen. Die volatilen Energiepreise erschweren die Rentabilität, weshalb Betreiber auf stabile Erlösmodelle und maximale Leistungsoptimierung setzen. Die steigende Systemkomplexität und die unzureichenden Netze erfordern effiziente Steuerung und strenge Qualitätsprüfungen. Langwierige Genehmigungsverfahren bremsen Projekte, doch neue Systemdesigns und neue politische Initiativen beschleunigen die Umsetzung. Während Lithium-Ionen-Batterien noch dominieren, gewinnen Natrium-Ionen-Alternativen zunehmend an Bedeutung. Die Netzintegration großer Speicherkapazitäten wird durch erste Großprojekte vorangetrieben. Flexible, nutzungsbasierte Garantien sorgen für mehr Anpassungsfähigkeit. Durch technologische Fortschritte und regulatorische Anpassungen wird das Potenzial von BESS stetig erweitert.
Zukunft und Marktentwicklung
Der Markt für BESS befindet sich in einer dynamischen Wachstumsphase und wird bis 2032 weltweit voraussichtlich auf 114,05 Milliarden US-Dollar anwachsen – mit einer jährlichen Wachstumsrate von 20,88 %. In Deutschland wird erwartet, dass sich die Großspeicherkapazität bis 2026 auf etwa 7 Gigawattstunden verfünffacht. Treiber dieses Wachstums sind die steigende Integration erneuerbarer Energien, der wachsende Bedarf an Netzstabilität sowie die zunehmende Nachfrage nach Energiespeichern im Versorgungsmaßstab. Zudem sorgen Fortschritte in der Speichertechnologie und Skaleneffekte für sinkende Kosten – Prognosen gehen von einer Reduktion der Speicherkosten für große Systeme um bis zu 30 % bis 2030 aus. Regional betrachtet investieren Nordamerika und Europa massiv in den Ausbau von BESS, wobei Deutschland einer der am schnellsten wachsenden Märkte ist. China bleibt führend in der globalen Produktion und treibt die industrielle Skalierung entscheidend voran.
BESS: Mehr als nur Speicherlösungen
BESS sind weit mehr als nur Speicherlösungen – sie sind ein zentraler Bestandteil der Energiewende. Durch ihre Fähigkeit, Strom flexibel zu speichern und gezielt bereitzustellen, tragen sie maßgeblich zur Netzstabilität, zur Integration erneuerbarer Energien und zur Optimierung der Energiekosten bei. Trotz wirtschaftlicher und regulatorischer Herausforderungen wächst der Markt rasant, getrieben durch technologische Innovationen, steigenden Bedarf und politische Fördermaßnahmen. Unternehmen und Energieversorger profitieren gleichermaßen von der Vielseitigkeit moderner BESS, die eine nachhaltige, wirtschaftliche und sichere Energieversorgung ermöglichen. In den kommenden Jahren wird ihre Rolle weiter an Bedeutung gewinnen und den Wandel hin zu einer dezentralen, erneuerbaren Energieinfrastruktur entscheidend vorantreiben.