Wenn Sie sich über erneuerbare Energien informieren, stoßen Sie oft auf den Begriff "ESS". Was verbirgt sich dahinter? In diesem Artikel finden Sie eine ausführliche Erklärung und Prinzipien in einfacher Sprache.
Was bedeutet "ESS" auf dem Gebiet der Energie?
Im Energiesektor ist ESS ein Akronym für "Energiespeichersystem" Es handelt sich um eine Methode zur vorübergehenden Speicherung von Energie, die bei Bedarf wieder freigesetzt wird. Sie wird häufig im Bereich der erneuerbaren Energien eingesetzt. Ob Wasserkraft, Solarenergie, Windenergie, Gezeitenenergie usw., die von diesen natürlichen Kräften erzeugte Elektrizität ist groß und kontinuierlich. Um zu verhindern, dass die erzeugte Energie verschwendet wird, werden ESS gebaut, um die Nutzung der Energie zu maximieren.
ESS wird auch in der kommerziellen und industriellen Energiespeicherung eingesetzt, um Überlastungen bei Stromspitzen zu vermeiden und Kosten zu sparen. Einige Unternehmen entscheiden sich für den Bau eines ESS-Systems, um Strom zu speichern, wenn die Netzpreise niedrig sind, und ihn dann freizugeben, wenn die Preise hoch sind, um so Kosten zu sparen.
In der Tat ist ESS nicht nur für große Projekte geeignet. Mit den technologischen Verbesserungen der Lithiumbatterien in den letzten Jahren sind viele Energiespeicher für Haushalte auf den Markt gekommen, die es den Menschen ermöglichen, Solarenergie zu speichern und sie an bewölkten Tagen oder in der Nacht zu nutzen.
Wie ESS funktioniert
Das Grundprinzip eines ESS besteht darin, die gewonnene Energie umzuwandeln und zu speichern, um sie dann bei Bedarf wieder abzugeben. Durch einen Konverter wird elektrische Energie in eine Form umgewandelt, die sich für die Speicherung eignet, in der Regel in elektrische Energie, die in Lithium-Ionen-Batterien gespeichert wird.
Komponenten von ESS
Ein ESS besteht in der Regel aus mehreren Schlüsselkomponenten, die alle eine wichtige Rolle für die Gesamtfunktionalität des Systems spielen:
Energie-Speichergerät:
Der Energiespeicher ist das Herzstück des ESS und dient der Speicherung von Energie.
Energieumwandlungssystem (PCS):
Das Energieumwandlungssystem ist für die Umwandlung von Strom bei der Energiespeicherung und -abgabe verantwortlich. Es besteht aus Wechselrichtern (die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln) und Gleichrichtern (die Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln).
Batterie-Management-System (BMS):
Für batteriegestützte Systeme ist das Batteriemanagementsystem eine entscheidende Komponente. Das BMS überwacht und verwaltet die Spannung, den Strom, die Temperatur und den Ladezustand des Akkus, um den sicheren Betrieb des Akkus zu gewährleisten und Überladung, Überentladung und Überhitzung zu verhindern. Das BMS kann auch die Spannung zwischen den Akkuzellen ausgleichen, um die Gesamtlebensdauer des Akkus zu verlängern.
Energie-Management-System (EMS):
Das Energiemanagementsystem wird zur Optimierung des Betriebs des gesamten Systems eingesetzt. Das EMS überwacht die Ein- und Ausgabe von Energie, verwaltet die Lade- und Entladezeiten des Energiespeichers und sorgt dafür, dass das System die gespeicherte Energie je nach Lastbedarf und Strompreisschwankungen optimal nutzen kann.
Kühlsystem:
Das Kühlsystem wird verwendet, um die Temperaturstabilität des Energiespeichers aufrechtzuerhalten, insbesondere bei Batterie- oder mechanischen Energiespeichersystemen. Das Temperaturmanagement ist entscheidend für die Verlängerung der Lebensdauer des Systems und die Gewährleistung eines sicheren Betriebs. Üblicherweise werden Flüssigkeits- oder Luftkühlungssysteme verwendet.
Schutzvorrichtungen:
Zu den Schutzvorrichtungen gehören Leistungsschalter, Sicherungen, Isolatoren und Erdungsvorrichtungen. Diese Geräte schützen das System vor Überlastungen, Kurzschlüssen, Spannungsschwankungen und anderen elektrischen Fehlern und stellen sicher, dass das System bei abnormalen Bedingungen sicher abgeschaltet werden kann.
Überwachungs- und Kontrollsystem:
Dieses System bietet Echtzeit-Datenüberwachungs- und Steuerungsfunktionen. Es kann den Status des ESS, wie z.B. den Ladezustand der Batterie, die Temperatur und die Leistungsabgabe, entweder aus der Ferne oder lokal überwachen.
Kommunikationssystem:
Das Kommunikationssystem wird verwendet, um das System mit externen Kontrollsystemen oder dem Netz zu verbinden. Es ermöglicht den Datenaustausch zwischen EMS, BMS und anderen Kontrollsystemen.
Welche Arten von ESS gibt es?
Basierend auf den Prinzipien des Konverters können ESS in mehrere Zweige unterteilt werden. Als Nächstes werde ich einige in der Praxis verwendete Typen und ihre jeweiligen Vor- und Nachteile vorstellen:
Batterie ESS (BESS)
Das Prinzip: Batteriebasierte Energiespeichersysteme speichern elektrische Energie in chemischer Form in einer Batterie. Die gebräuchlichsten Typen sind Lithium-Ionen-Batterien, bei denen sich Lithium-Ionen während der Lade- und Entladezyklen zwischen Anode und Kathode bewegen. Andere Typen sind Durchflussbatterien, die Energie in flüssigen Elektrolyten speichern.
Vorteile: Hohe Energiedichte und lange Zykluslebensdauer; hohe Lade- und Entladeeffizienz; modulares Design ermöglicht eine bedarfsgerechte Dimensionierung.
Nachteilig: Hohe Anschaffungskosten; die Lebensdauer der Batterie wird von den Umgebungsbedingungen beeinflusst.
Anwendungsfall: PKNERGYs kommerzielles Solarenergie-Batterieprojekt.
Thermische Energiespeicherung
Das Prinzip: Thermische Energiespeichersysteme (TES) speichern Energie in Form von Wärme oder Kälte, die später zur Stromerzeugung oder zum Heizen/Kühlen verwendet werden kann. Zu den üblichen Materialien für TES gehören Wasser, Eis oder geschmolzene Salze. Diese Systeme arbeiten oft in Verbindung mit Solarenergie oder anderen erneuerbaren Energiequellen.
Vorteile: Lange Energiespeicherzeit; relativ einfaches System mit geringen Wartungskosten; kann den saisonalen Energiebedarf ausgleichen.
Nachteilig: Geringe Energiedichte; Wärmeverluste können die Effizienz verringern; großer Platzbedarf für die Lagerung der Materialien.
Anwendungsfall: Das Gemasolar-Solarkraftwerk in Spanien verwendet geschmolzenes Salz zur Wärmespeicherung.
Flüssigluft-Energiespeicher (LAES)
Das Prinzip: Bei der Flüssigluftspeicherung (Liquid Air Energy Storage, LAES) wird Luft auf kryogene Temperaturen (ca. -196°C) abgekühlt, um sie zu verflüssigen und dann in isolierten Tanks zu speichern. Wenn Energie benötigt wird, wird die flüssige Luft der Umgebungstemperatur ausgesetzt, wodurch sie sich schnell ausdehnt und wieder in Gas verwandelt. Dieser Expansionsprozess treibt eine Turbine zur Stromerzeugung an. LAES-Systeme können auch Abwärme oder Kälte nutzen, um die Effizienz zu verbessern.
Vorteile: Kann Energie in großem Umfang speichern, geeignet für die Netzregulierung; verwendet kostengünstige und ungiftige Rohstoffe (Luft); lange Lebensdauer des Systems mit geringem Wartungsbedarf; höhere Energiedichte, insbesondere in Kombination mit Abwärme oder Kälte.
Nachteilig: Geringerer Umwandlungswirkungsgrad, typischerweise etwa 50-60%; hohe Baukosten, die eine umfangreiche Infrastruktur erfordern; erfordert eine Niedertemperatur-Speichertechnologie, die Energieverluste mit sich bringt.
Anwendungsfall: Das Projekt zur Energiespeicherung in flüssiger Luft von Highview Power in Großbritannien.
Druckluftenergiespeicher (CAES)
Das Prinzip: CAES-Systeme nutzen überschüssigen Strom, um Luft zu komprimieren und in unterirdischen Kavernen oder Tanks zu speichern. Wenn der Energiebedarf hoch ist, wird die komprimierte Luft freigesetzt, erhitzt und expandiert, um Turbinen anzutreiben, die Strom erzeugen.
Vorteile: Geeignet für die Energiespeicherung in großem Maßstab; niedrige Kosten, insbesondere bei Nutzung natürlicher unterirdischer Kavernen; ermöglicht die langfristige Speicherung von Energie.
Nachteilig: Geringe Systemeffizienz mit erheblichen Energieverlusten; erfordert einen großen unterirdischen Raum; Umweltauswirkungen, wie z.B. Kohlenstoffemissionen bei der Lufterwärmung.
Anwendungsfall: Die CAES-Anlage in McIntosh, USA.
Schwungrad-Energiespeicher
Das Prinzip: Schwungrad-Energiespeichersysteme wandeln elektrische Energie in kinetische Energie um, indem sie einen Rotor mit hoher Geschwindigkeit in Drehung versetzen. Wenn Energie benötigt wird, wird die kinetische Energie des Rotors wieder in elektrische Energie umgewandelt.
Vorteile: Hohe Leistungsdichte; extrem geringer Wartungsbedarf; schnelle Lade- und Entladefähigkeit.
Nachteilig: Geringe Energiedichte; hohe Baukosten; kurze Energiespeicherzeit, geeignet für kurzfristigen Ausgleichsbedarf.
Anwendungsfall: Das Schwungrad-Energiespeichersystem von Beacon Power.
Chemische Energiespeicherung
Das Prinzip: Bei der chemischen Energiespeicherung wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt, typischerweise in Form von Wasserstoff oder anderen chemischen Trägern. Diese Energie kann später durch Brennstoffzellen oder andere chemische Prozesse wieder in Strom umgewandelt werden.
Vorteile: Hohe Energiedichte; ermöglicht die langfristige Speicherung von Energie; weithin verfügbare Rohstoffe mit flexiblen Einsatzmöglichkeiten.
Nachteilig: Geringerer Umwandlungswirkungsgrad; komplexe Technologie mit hohen Kosten; erheblicher Infrastrukturbedarf, insbesondere für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff.
Anwendungsfall: Die Power-to-Gas-Anlage in Deutschland wandelt überschüssigen Strom in Wasserstoff zur Speicherung um.
Schlüsselfaktoren für die Kosten von ESS
Die Kosten eines Energiespeichersystems (ESS) werden in erster Linie von Faktoren wie dem Batterietyp, der Systemgröße, den Materialkosten, den Herstellungs- und Installationskosten, den Wartungs- und Betriebskosten (OPEX) sowie der Lebensdauer und Zykluszahl des Systems beeinflusst. Der Umfang und die Komplexität des ESS, die Qualitätsanforderungen und die langfristigen Wartungs- und Ersatzkosten wirken sich alle auf die Gesamtwirtschaftlichkeit des ESS aus. Außerdem sind die langfristigen Kosten umso niedriger, je länger die Lebensdauer des Systems ist und je mehr Zyklen es absolvieren kann.
Fazit
Als Mittel zur Energiespeicherung können ESS-Systeme die Abhängigkeit der Gesellschaft von traditionellen fossilen Brennstoffen erheblich verringern. Insbesondere für Länder mit hohem Strombedarf bieten sowohl kleine ESS für Haushalte als auch große kommerzielle Energiespeicher gute Lösungen. Das bedeutet, dass der Markt für Energiespeicherung zunehmend an Bedeutung gewinnen wird. Kontaktieren Sie PKNERGY jetzt, um mehr über den Bau eines ESS zu erfahren.
FAQ:
Wie funktioniert ein Solarenergiespeichersystem?
Das Funktionsprinzip eines Solarenergiespeichersystems besteht darin, die überschüssige Energie zu speichern, die von Solarzellen erzeugt wird. Wenn die Sonne scheint, erzeugen die Solarmodule Strom, der sofort genutzt oder in einem Energiespeichersystem (ESS) für eine spätere Verwendung gespeichert werden kann.
Können Sie eine Batteriesicherung ohne Solaranlage haben?
Ja, Sie können das Stromnetz als Reservestromquelle nutzen, ohne eine Solaranlage zu benötigen.
Wie viel Strom kann in einer Batterie gespeichert werden?
Das hängt von der Größe der Batterie ab, die Sie verwenden. Übliche Energiespeicherbatterien für Haushalte sind 5kWh, 10kWh, 15kWh
Geld sparen, die Umwelt schützen
PKNERGY hilft Ihnen, Ihre Energierechnungen für Ihr Haus zu reduzieren Solarenergiespeicher, speichern Sie Ihre Solarenergie für den Einsatz jederzeit - in der Nacht oder während eines Stromausfalls.
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