Stromversorgung So lassen sich Betriebsstörungen zuverlässig vermeiden

Autor / Redakteur: Matthias Ruh* / Ines Stotz

Ein Stromspeicher ist in einem Industriebetrieb auf vielfältige Art und Weise nützlich. Langfristig kann er das allerdings nur, wenn die verfügbare Nutzkapazität durch eine zuverlässige Systemarchitektur sichergestellt ist.

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Die Pacadu-Technologie schaltet Zellen in Speicherblöcken durchgängig parallel und kann so aus jeder Zelle die maximale Kapazität herausholen.
Die Pacadu-Technologie schaltet Zellen in Speicherblöcken durchgängig parallel und kann so aus jeder Zelle die maximale Kapazität herausholen.
(Bild: ASD Automatic Storage Device GmbH)

Bei Vorhandensein einer eigenen Stromquelle, etwa einer Photovoltaik-Anlage, muss ein Speicherbetreiber weniger Strom vom öffentlichen Netz beziehen. Doch gerade für Industriebetriebe entfaltet ein Stromspeicher seinen Nutzen auch ohne eigene Stromerzeugung. Denn Fertigungsbetriebe, die mittels eines Stromspeichers zumindest ihre Kernprozesse überbrücken können, profitieren in mehrfacher Hinsicht.

Einfaches Beispiel: Verhindert ein Stromspeicher den Stillstand einer produktionskritischen Maschine, rechnet sich der Speicher schon mit dem ersten Stromausfall. Auch größere Schäden oder umfangreiche Aufräum- und Reinigungsarbeiten, wie sie etwa bei abrupter Unterbrechung einer Spritzgussmaschine zustande kommen können, lassen sich mit einem Stromspeicher vermeiden. Denn ein Stromspeicher mit Notstromfunktion übernimmt – nach einer minimalen Umschaltzeit – die Stromversorgung. Das Gerät muss lediglich so dimensioniert sein, dass es diejenigen Prozesse, bei denen eine Störung nicht akzeptabel ist oder die direkt hohe Kosten verursachen, überbrücken kann.

Versorgungssicherheit per Backup

Um einer mangelnden Versorgungssicherheit durch künftig störanfälligere Netze entgegenzuwirken, können Stromspeicher – quasi als Backup-System – mittel- und langfristig an Bedeutung gewinnen und dabei helfen, einen temporär erhöhten Bedarf ohne Weiteres zu decken. Damit lassen sich zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen, denn neben der Versorgungssicherheit betrifft das auch das sogenannte Peak Shaving. Gemeint ist, Lastspitzen zu vermeiden, also einen akut hohen Verbrauch mit dem Speicher abzupuffern. Insbesondere wenn die Leistungspreise (Netznutzungsentgelte) nach Lastspitzen bezahlt werden, rechnet sich ein Stromspeicher schnell; schon eine einzige höhere Lastspitze innerhalb eines 15-Minuten-Zeitraums verteuert dann die gesamte Abrechnungsperiode (meist das Kalenderjahr). Lassen sich Erzeugung und Verbrauch von Energie mithilfe von Speichern besser zeitlich in Einklang bringen, ist das Potenzial Energiekosten zu senken ganz erheblich.

Technische Voraussetzungen im Speicher

Besonders geeignet für den Einsatz in Industriebetrieben sind Stromspeicher, deren Batteriemanagement die Zellen durchgängig parallel schaltet. Denn dadurch sind sie auf jede Anforderung auslegbar und auch nachträglich skalierbar. Darüber hinaus ist damit die technische Voraussetzung gegeben, dass sich aus jeder einzelnen Zelle die vollständige Kapazität abrufen lässt. Herkömmliche Speicher sind jedoch in Reihe geschaltet. Hier ist die Nutzkapazität limitiert durch die schwächste Zelle. Wenn anfangs alle Zellen nahezu identische Eigenschaften haben, ist das unproblematisch. Im Laufe der Zeit nimmt jedoch die Abweichung zwischen den Zellen zu. Dann zwingt die schwächste Zelle den kompletten Verbund, sich bei Lade- und Entladevorgängen nach ihren Eigenschaften zu richten.

Dauerhaft höhere Nutzkapazität in parallelgeschalteten Speichern

Stromspeicher sind noch nicht lange in Gebrauch. Deshalb gab es bisher lediglich Prognosen darüber, wie sich die Kapazität im mittel- bis längerfristigen Betrieb entwickelt. Die ASD Automatic Storage Device GmbH hat nun erstmals herkömmliche, also in Reihe geschaltete, Speicherblöcke gemessen, die bis zu fünf Jahre im Einsatz waren. Anschließend wurden die einzelnen Zellen mit der Pacadu-Technologie, also parallelgeschaltet, wieder in Betrieb genommen und erneut gemessen.

Am Beispiel eines Speichers, der in elf Monaten 20 Vollzyklen durchlaufen hatte und anschließend von der Hochschule Offenburg nachgemessen wurde: Die vom Hersteller vor Auslieferung ermittelte Nennkapazität der 16 einzelnen Zellen dieses Blocks hatte zwischen 45,00 und 46,90 Ah betragen. Verbunden mit dem unterschiedlichen Alterungsprozess der Zellen sank die nutzbare Kapazität in der Reihenschaltung von ursprünglich 2,30 kWh auf 2,20 kWh. Das bedeutet einen Kapazitätsverlust von über 4,3 Prozent nach nur 20 durchlaufenen Vollzyklen. Die Abweichungen der Zellen untereinander verstärken sich also soweit, dass sie sehr früh messbar sind. Wieder in Betrieb genommen mit der Pacadu-Technologie, kommt der identische Batterieblock auf die Nutzkapazität, die der Summe der einzelnen verbliebenen Zellkapazitäten entspricht: Diese ist mit 2,31 kWh sogar um 0,4 Prozent höher als es die Anfangskapazität des ursprünglich in Reihe geschalteten Blocks war. Dass die Schieflage innerhalb von in Reihe geschalteten Speicherblöcken direkt beginnt und mit jedem Ladezyklus zunimmt, bestätigen diese Untersuchungen eindrücklich.

Skalierbarkeit – auch nachträglich

Darüber hinaus sind bei in Reihe geschalteten Speichern nachträgliche Änderungen nur innerhalb einer sehr begrenzten Zeitspanne nach der ersten Inbetriebnahme möglich. Mit einem parallelgeschalteten Stromspeicher lassen sich Anforderungen, die die ursprüngliche Leistung und/oder Kapazität des einmal dimensionierten Speichers übersteigen, hingegen jederzeit nachhaltig realisieren und im laufenden Betrieb praktisch beliebig aufrüsten oder auch reduzieren. Das ist von großem Vorteil. Schließlich muss in einem Industriebetrieb immer mit Änderungen gerechnet werden, etwa durch die Anschaffung weiterer Maschinen. Mit der durchgängigen Parallelschaltung entstehen hohe Freiheitsgrade in der Wahl und der Zusammenstellung der Batterien. Darüber hinaus ist es jederzeit möglich, schwache oder defekte Zellen auszutauschen.

Richtig eingesetzt, geht der Nutzen eines Stromspeichers weit darüber hinaus, Energie einfach „nur“ zu speichern. Sinn und Zweck des Abrufs der gespeicherten Energie sind viel wichtiger. Für den langfristigen Einsatz spielt jedoch insbesondere ein geeignetes Batteriemanagement eine bedeutende Rolle.

* Matthias Ruh, Geschäftsführer bei der ASD Automatic Storage Device GmbH

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