Windenergie gehört zu den wichtigen erneuerbaren Energiequellen. Windparks können große Mengen elektrischer Energie erzeugen, allerdings ist die Stromproduktion von den jeweiligen Windverhältnissen abhängig. Dadurch kann die erzeugte Leistung im Tagesverlauf und über längere Zeiträume schwanken. Gleichzeitig entspricht der Zeitpunkt der Windstromerzeugung nicht immer dem Zeitpunkt des Strombedarfs.
Batteriespeicher für Windparks können zusätzliche Flexibilität schaffen, indem sie elektrische Energie aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben. Ein Batteriespeicher kann damit als Bindeglied zwischen Windenergieanlage, Netzanschluss und Strommarkt dienen.
Bei größeren Windparks kommen häufig Batteriespeicher mit hohen Leistungen und Kapazitäten im MWh-Bereich zum Einsatz. Diese können modular aufgebaut und beispielsweise in Batteriespeicher Containern untergebracht werden. Je nach Projekt gehören Wechselrichter, Transformatoren, Mittelspannungsschaltanlagen, Energiemanagementsysteme, Kühlung sowie Mess- und Schutztechnik zum Gesamtsystem.
Die technische Auslegung muss immer auf den jeweiligen Windpark abgestimmt werden. Dabei spielen die installierte Windleistung, das Erzeugungsprofil, die Netzanschlusskapazität, die gewünschte Speicherleistung, die Speicherkapazität und die geplante Betriebsstrategie eine zentrale Rolle.
Die Bedeutung von Batteriespeichern für Windparks
Windparks erzeugen Strom dann, wenn ausreichend Wind vorhanden ist. Die Nachfrage nach elektrischer Energie folgt jedoch nicht automatisch dem Windangebot.
Bei starkem Wind kann die erzeugte Leistung sehr hoch sein. Wenn gleichzeitig Netzkapazitäten oder andere technische beziehungsweise wirtschaftliche Grenzen erreicht werden, kann zusätzliche Flexibilität sinnvoll sein.
Ein Batteriespeicher kann einen Teil der erzeugten Energie aufnehmen und später wieder bereitstellen.
Damit wird die direkte Abhängigkeit zwischen dem Zeitpunkt der Windstromerzeugung und dem Zeitpunkt der Nutzung reduziert.
1. Windenergie zwischenspeichern
Eine zentrale Anwendung eines Batteriespeichers besteht darin, Windstrom zwischenzuspeichern.
Wenn der Windpark mehr Energie erzeugt, als zu diesem Zeitpunkt entsprechend der vorgesehenen Betriebsstrategie abgegeben werden soll, kann der Speicher geladen werden.
Die gespeicherte Energie steht anschließend zu einem späteren Zeitpunkt zur Verfügung.
Damit kann Windenergie zeitlich flexibler genutzt werden.
2. Schwankungen der Windstromerzeugung ausgleichen
Die Leistung eines Windparks kann sich abhängig von der Windgeschwindigkeit verändern.
Bei zunehmendem Wind kann die Leistung steigen.
Wenn die Windgeschwindigkeit sinkt, kann die Leistung wieder zurückgehen.
Ein Batteriespeicher kann abhängig von seiner Leistung und Steuerung auf solche Veränderungen reagieren.
Dadurch kann das Gesamtsystem zusätzliche Flexibilität erhalten.
3. Erzeugung und Verbrauch zeitlich entkoppeln
Windstrom wird nicht ausschließlich dann erzeugt, wenn der Strombedarf besonders hoch ist.
Ein Batteriespeicher kann einen Teil dieser zeitlichen Differenz überbrücken.
Energie kann beispielsweise während einer Phase hoher Windstromproduktion aufgenommen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgegeben werden.
Dies erweitert die zeitlichen Einsatzmöglichkeiten der erzeugten erneuerbaren Energie.
4. Netzanschluss flexibler nutzen
Der Netzanschluss eines Windparks stellt eine wichtige technische Rahmenbedingung dar.
Wenn die Windleistung zeitweise sehr hoch ist, kann die verfügbare Anschlusskapazität einen wichtigen Faktor darstellen.
Ein Batteriespeicher kann unter geeigneten Bedingungen einen Teil der erzeugten Leistung aufnehmen.
Dadurch kann die Betriebsweise des Windparks flexibler gestaltet werden.
Ob und in welchem Umfang eine solche Strategie möglich ist, muss anhand der konkreten Netzanschlussbedingungen geprüft werden.
5. Batteriespeicher im MWh-Bereich
Bei größeren Windparks werden häufig Batteriespeicher mit Speicherkapazitäten im MWh-Bereich betrachtet.
Die Kapazität beschreibt, wie viel Energie gespeichert werden kann.
Die Leistung des Speichers wird dagegen in MW angegeben.
Beide Größen müssen auf den Windpark und die geplante Betriebsstrategie abgestimmt werden.
Ein Speicher mit hoher Leistung kann große Energiemengen schnell aufnehmen oder abgeben. Eine hohe Speicherkapazität ermöglicht dagegen eine längere zeitliche Verschiebung.
6. Batteriespeicher Container für Windparks
Großbatteriespeicher werden häufig als containerisierte Systeme ausgeführt.
Ein Batteriespeicher Container kann mehrere Batterieeinheiten sowie zugehörige Überwachungs- und Kühlsysteme enthalten.
Mehrere Container können miteinander verbunden werden.
Dadurch lässt sich ein größeres Speichersystem modular aufbauen.
Die Anzahl der Container hängt unter anderem von der gewünschten Leistung und Speicherkapazität ab.
7. Modularer Aufbau
Ein modularer Batteriespeicher bietet die Möglichkeit, verschiedene Speichergrößen zu realisieren.
Ein Windpark mit einer bestimmten installierten Leistung kann beispielsweise mit mehreren Speichereinheiten ausgestattet werden.
Die Module können gemeinsam über die entsprechende Leistungselektronik und Steuerung betrieben werden.
Bei geeigneter Planung kann ein modularer Aufbau auch spätere Erweiterungen erleichtern.
8. Energiemanagementsystem einsetzen
Das Energiemanagementsystem übernimmt eine zentrale Rolle bei der Steuerung eines Batteriespeichers für Windparks.
Es kann Informationen über die aktuelle Windleistung, den Ladezustand des Speichers, die Netzleistung und weitere Betriebsparameter verarbeiten.
Auf dieser Grundlage können Lade- und Entladevorgänge gesteuert werden.
Dadurch kann das System auf Veränderungen der Windstromerzeugung reagieren.
9. Windprognosen berücksichtigen
Für die Betriebsoptimierung eines Batteriespeichers können Wetter- und Windprognosen relevant sein.
Wenn eine Phase mit hoher Windleistung erwartet wird, kann das Energiemanagementsystem beispielsweise berücksichtigen, wie viel freie Speicherkapazität zur Verfügung steht.
Bei einer erwarteten schwächeren Windphase kann die Betriebsstrategie entsprechend angepasst werden.
Je genauer die verfügbaren Prognosedaten sind, desto besser können bestimmte Speicherstrategien geplant werden.
10. Ladezustand überwachen
Der Ladezustand ist eine zentrale Größe für den Betrieb eines Batteriespeichers.
Ein vollständig geladener Speicher kann keine zusätzliche Energie aufnehmen, solange keine Kapazität durch Entladung frei wird.
Ein stark entladener Speicher kann dagegen größere Energiemengen aufnehmen.
Das Energiemanagement muss deshalb den Ladezustand kontinuierlich berücksichtigen.
11. Windstromüberschüsse speichern
Bei hohen Windgeschwindigkeiten kann ein Windpark eine hohe Leistung erzeugen.
Wenn gleichzeitig weniger Energie benötigt oder entsprechend der Betriebsstrategie weniger Leistung eingespeist werden soll, kann ein Batteriespeicher einen Teil der Energie aufnehmen. Batteriespeicher für Windparks können die flexible Nutzung von Windenergie unterstützen.
Die gespeicherte Energie kann später wieder bereitgestellt werden.
Damit entsteht zusätzliche Flexibilität für die Nutzung der Windenergie.
12. Einspeisespitzen reduzieren
Ein Batteriespeicher kann unter geeigneten Bedingungen zur Reduzierung von Einspeisespitzen eingesetzt werden.
Wenn die Windleistung einen bestimmten Wert überschreitet, kann ein Teil der Energie in den Speicher fließen.
Dadurch kann die Netzeinspeisung entsprechend begrenzt werden.
Die tatsächliche Umsetzung hängt vom Netzanschluss und der verfügbaren Speicherleistung ab.
13. Flexible Energieabgabe
Ein Batteriespeicher kann Windenergie nicht nur aufnehmen, sondern später auch gezielt wieder abgeben.
Das Energiemanagement kann anhand der definierten Betriebsstrategie entscheiden, wann eine Entladung sinnvoll ist.
Dabei können technische und wirtschaftliche Kriterien berücksichtigt werden.
Die Entladeleistung muss zur geplanten Anwendung passen.
14. Stromhandel und Vermarktung
Ein Batteriespeicher kann bei geeigneten Rahmenbedingungen auch für energiewirtschaftliche Anwendungen genutzt werden.
Das grundlegende Prinzip besteht darin, Energie bei passenden Bedingungen aufzunehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzugeben.
Bei der Bewertung müssen Strompreise, Wirkungsgrad, Betriebskosten und Batteriealterung berücksichtigt werden.
Eine konkrete Vermarktungsstrategie sollte daher auf realistischen Marktdaten basieren.
15. Zeitliche Verschiebung von Windenergie
Ein wesentlicher Vorteil des Speichers besteht in der zeitlichen Verschiebung.
Windenergie, die beispielsweise in einer Phase hoher Erzeugung gespeichert wurde, kann später wieder genutzt werden.
Damit kann die Stromproduktion des Windparks flexibler in ein Energiesystem integriert werden.
Die mögliche Verschiebungsdauer hängt von der Speicherkapazität und der gewünschten Entladeleistung ab.
16. Kombination verschiedener Betriebsstrategien
Ein Batteriespeicher kann je nach Projekt mehrere Aufgaben übernehmen.
Beispielsweise kann ein System Windstromüberschüsse speichern und gleichzeitig bestimmte netzbezogene Funktionen erfüllen.
Auch eine Kombination mit energiewirtschaftlichen Betriebsstrategien kann möglich sein.
Die verschiedenen Anwendungen müssen jedoch technisch und wirtschaftlich miteinander abgestimmt werden.
17. Wechselrichter und Leistungselektronik
Die Batterie arbeitet auf Gleichstromseite.
Für die Verbindung mit dem Wechselstromnetz benötigt der Batteriespeicher eine geeignete Leistungselektronik.
Das Power-Conversion-System beziehungsweise der Wechselrichter übernimmt die erforderliche Energieumwandlung.
Bei großen Windparks können mehrere Einheiten parallel betrieben werden.
Die gesamte Leistungselektronik muss auf die gewünschte Lade- und Entladeleistung abgestimmt werden.
18. Transformatoren für große Speichersysteme
Bei großen Batteriespeichern können Transformatoren erforderlich sein.
Sie dienen dazu, unterschiedliche Spannungsebenen miteinander zu verbinden.
Die Transformatorleistung muss auf die Leistung des Batteriespeichers und den vorgesehenen Netzanschluss abgestimmt werden.
Auch Schutz- und Schalttechnik müssen in das Gesamtsystem integriert werden.
19. Mittelspannungsanschluss
Windparks verfügen häufig über eine elektrische Infrastruktur, die mehrere Windenergieanlagen miteinander verbindet und den erzeugten Strom zum Netzanschlusspunkt führt.
Ein Batteriespeicher kann entsprechend in diese Infrastruktur integriert werden.
Bei größeren Projekten spielen Mittelspannungsschaltanlagen, Transformatoren und Schutzsysteme eine wichtige Rolle.
Die genaue Ausführung hängt vom Windpark und den Anforderungen des Netzbetreibers ab.
20. Batteriespeicher mit Mittelspannungsanschluss
Ein Batteriespeicher mit Mittelspannungsanschluss kann eine geeignete Lösung für größere Windenergieprojekte sein.
Durch eine entsprechende elektrische Anbindung kann der Speicher in das vorhandene Energiesystem integriert werden.
Dabei müssen unter anderem Spannungsebene, Anschlussleistung, Schutztechnik und Netzanforderungen berücksichtigt werden.
Eine detaillierte Netzplanung ist deshalb ein wichtiger Bestandteil des Projekts.
21. Erzeugungsprofile analysieren
Vor der Dimensionierung eines Batteriespeichers sollten die Erzeugungsdaten des Windparks untersucht werden.
Dazu gehören beispielsweise:
Windleistung
Zeitliche Erzeugungsverläufe
Leistungsspitzen
Jahresverläufe
Windschwankungen
Netzeinspeisung
Auf Basis dieser Daten kann ermittelt werden, wann und wie häufig ein Speicher benötigt wird.
22. Speicherleistung bestimmen
Die benötigte Speicherleistung wird in MW angegeben.
Sie beschreibt, wie schnell Energie aufgenommen oder abgegeben werden kann.
Wenn der Speicher beispielsweise große kurzfristige Leistungsschwankungen ausgleichen soll, kann eine entsprechend hohe Leistung erforderlich sein.
Für längere Energieverschiebungen kann dagegen die Speicherkapazität stärker im Vordergrund stehen.
23. Speicherkapazität bestimmen
Die Speicherkapazität wird in MWh angegeben.
Sie beschreibt die Energiemenge, die gespeichert werden kann.
Bei der Auswahl sollte berücksichtigt werden, wie lange der Speicher Energie bereitstellen soll.
Auch die erwarteten Lade- und Entladezyklen können eine Rolle spielen.
24. Leistung und Kapazität gemeinsam betrachten
MW und MWh müssen immer gemeinsam betrachtet werden.
Ein Speicher mit hoher Leistung kann schnell laden und entladen.
Ein Speicher mit hoher Kapazität kann größere Energiemengen über längere Zeiträume speichern.
Die optimale Kombination hängt vom vorgesehenen Einsatz ab.
25. Standort des Speichers planen
Der Standort des Batteriespeichers sollte sorgfältig ausgewählt werden.
Wichtige Aspekte sind unter anderem:
Verfügbare Fläche
Nähe zum Netzanschluss
Zufahrtsmöglichkeiten
Wartungsflächen
Elektrische Infrastruktur
Technische Sicherheitsanforderungen
Auch die Entfernung zwischen Windpark, Speicher und Netzanschlusspunkt kann bei der Projektplanung berücksichtigt werden.
26. Sicherheitskonzept entwickeln
Große Batteriespeicher benötigen ein umfassendes Sicherheitskonzept.
Dabei können Batterieüberwachung, Temperaturmanagement, elektrische Schutzsysteme und weitere technische Einrichtungen berücksichtigt werden.
Auch die Anordnung der Batteriespeicher Container muss entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Projekts geplant werden.
Die konkreten Sicherheitsmaßnahmen hängen unter anderem von der verwendeten Batterietechnologie und der Anlagenkonfiguration ab.
27. Temperaturmanagement berücksichtigen
Während des Lade- und Entladevorgangs entsteht Wärme.
Ein Batteriespeicher benötigt daher ein geeignetes Temperaturmanagement.
Bei containerisierten Großspeichern können entsprechende Kühl- und Überwachungssysteme integriert sein.
Die Auslegung hängt von Batteriechemie, Leistung, Umgebungstemperatur und Betriebsprofil ab.
28. Kommunikation und Überwachung
Ein großer Batteriespeicher besteht aus zahlreichen technischen Komponenten.
Diese müssen miteinander kommunizieren.
Das Energiemanagementsystem benötigt Informationen aus Batterie, Wechselrichter, Windpark und Netz.
Eine zuverlässige Kommunikationsstruktur ist daher wichtig für die Überwachung und Steuerung des Gesamtsystems.
29. Netzstabilität unterstützen
Batteriespeicher können aufgrund ihrer schnellen Regelbarkeit bestimmte netzbezogene Funktionen übernehmen.
Je nach technischer Auslegung können sie beispielsweise ihre Lade- oder Entladeleistung kurzfristig verändern.
Welche konkreten Funktionen möglich sind, hängt von den technischen Anforderungen des Netzes und der entsprechenden Auslegung ab.
30. Windpark und Speicher gemeinsam steuern
Eine koordinierte Steuerung von Windpark und Batteriespeicher kann die Nutzung der vorhandenen Infrastruktur verbessern.
Das Energiemanagement kann beispielsweise die aktuelle Windleistung und den Ladezustand des Speichers miteinander vergleichen.
Bei hoher Windleistung kann der Speicher geladen werden.
Bei sinkender Windleistung kann eine Entladung vorgesehen werden, sofern dies der Betriebsstrategie entspricht.
31. Wirtschaftlichkeit untersuchen
Die Wirtschaftlichkeit eines Batteriespeichers für einen Windpark hängt von verschiedenen Faktoren ab.
Auf der Kostenseite stehen beispielsweise:
Batteriesystem
Batteriespeicher Container
Wechselrichter
Transformatoren
Mittelspannungstechnik
Netzanschluss
Installation
Wartung
Energiemanagement
Auf der Nutzenseite können verschiedene Anwendungen stehen.
Dazu gehören die zeitliche Verschiebung von Windenergie, eine flexiblere Vermarktung und mögliche netzbezogene Anwendungen.
32. Wirkungsgrad berücksichtigen
Ein Batteriespeicher arbeitet nicht verlustfrei.
Beim Laden, Speichern und Entladen entstehen Energieverluste.
Diese müssen bei der technischen und wirtschaftlichen Bewertung berücksichtigt werden.
Je häufiger ein Speicher geladen und entladen wird, desto wichtiger kann eine realistische Betrachtung der Systemeffizienz sein.
33. Batteriealterung berücksichtigen
Die Batterie unterliegt während des Betriebs einer natürlichen Alterung.
Die Geschwindigkeit dieser Alterung kann von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden.
Dazu gehören beispielsweise Temperatur, Ladezustand, Lade- und Entladeleistung sowie die Anzahl der Zyklen.
Eine langfristige Wirtschaftlichkeitsrechnung sollte diese Aspekte berücksichtigen.
34. Wartung organisieren
Auch große Batteriespeicher benötigen regelmäßige Wartung.
Dabei können Batterieeinheiten, Wechselrichter, Kühlsysteme, Transformatoren und Schaltanlagen kontrolliert werden.
Auch Software und Kommunikationssysteme sollten regelmäßig überprüft werden.
Die Wartungsintervalle richten sich nach dem konkreten System und den Herstellerangaben.
35. Erweiterbarkeit einplanen
Ein Windpark kann über seine Betriebsdauer verändert oder erweitert werden.
Wenn zusätzliche Windleistung installiert wird, kann möglicherweise auch zusätzlicher Speicherbedarf entstehen.
Ein modular geplantes BESS kann unter geeigneten Voraussetzungen erweitert werden.
Dafür müssen jedoch Netzanschluss und elektrische Infrastruktur ausreichend dimensioniert sein.
36. Betriebsdaten auswerten
Nach der Inbetriebnahme können die tatsächlichen Betriebsdaten analysiert werden.
Dazu gehören beispielsweise:
Windleistung
Speicherleistung
Ladezustand
Ladezyklen
Entladezyklen
Netzeinspeisung
Energieverluste
Durch diese Daten kann geprüft werden, ob die geplante Betriebsstrategie tatsächlich den gewünschten Ergebnissen entspricht.
37. Betriebsstrategie optimieren
Die Betriebsstrategie kann auf Basis realer Daten weiterentwickelt werden.
Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass bestimmte Speicherzeiten besonders häufig auftreten, kann die Steuerung entsprechend angepasst werden.
Auch veränderte Marktbedingungen können eine Anpassung erforderlich machen.
Eine kontinuierliche Optimierung kann dazu beitragen, die vorhandene Speicherinfrastruktur effizient einzusetzen.
38. Kombination mit anderen erneuerbaren Energien
Ein Batteriespeicher muss nicht ausschließlich mit einem Windpark verbunden sein.
Unter geeigneten technischen Voraussetzungen kann ein Speichersystem auch Teil eines größeren Energieparks mit Wind- und Photovoltaikanlagen sein.
Dadurch können unterschiedliche Erzeugungsprofile miteinander kombiniert werden.
Das Speichersystem kann Energie aus verschiedenen erneuerbaren Quellen aufnehmen und entsprechend der Betriebsstrategie wieder bereitstellen.
39. Windenergie und Photovoltaik kombinieren
Wind und Sonne weisen unterschiedliche Erzeugungsverläufe auf.
Photovoltaik erzeugt hauptsächlich tagsüber Energie.
Windenergie kann dagegen auch während der Nacht Strom liefern.
Ein gemeinsamer Batteriespeicher kann unter geeigneten Bedingungen beide Energiequellen miteinander verbinden.
Dadurch kann die Speicherauslastung möglicherweise erhöht werden.
40. Ganzheitliche Projektplanung
Ein Batteriespeicher für einen Windpark sollte nicht als isolierte Einzelkomponente betrachtet werden.
Windenergieanlagen, elektrische Infrastruktur, Speicher, Netzanschluss und Energiemanagement müssen zusammen geplant werden.
Bereits in der frühen Projektphase sollten deshalb technische und wirtschaftliche Anforderungen miteinander verbunden werden.
Häufige Planungsfragen
Wie groß sollte ein Batteriespeicher für einen Windpark sein?
Die Speichergröße hängt von der installierten Windleistung, den Erzeugungsprofilen, dem Netzanschluss und dem gewünschten Anwendungsfall ab.
Eine pauschale Dimensionierung ist nicht sinnvoll.
Ist eine hohe Speicherkapazität immer besser?
Nein. Eine größere Kapazität erhöht zwar die speicherbare Energiemenge, verursacht aber auch zusätzliche Investitionskosten.
Die Kapazität sollte deshalb zum tatsächlichen Speicherbedarf passen.
Ist eine hohe Speicherleistung immer erforderlich?
Nicht unbedingt.
Eine hohe Leistung ist besonders bei kurzfristigen Lade- und Entladevorgängen relevant.
Wenn hauptsächlich Energie über längere Zeiträume verschoben werden soll, kann die Kapazität stärker im Vordergrund stehen.
Kann ein Batteriespeicher einen Windpark vollständig ersetzen?
Nein. Der Batteriespeicher ist eine Ergänzung zum Windpark und keine eigenständige Erzeugungsanlage.
Er speichert elektrische Energie und gibt sie später wieder ab.
Die gespeicherte Energie stammt beispielsweise aus dem Windpark oder einer anderen angeschlossenen Energiequelle.
Fazit
Batteriespeicher für Windparks bieten zahlreiche Möglichkeiten, die Nutzung von Windenergie flexibler zu gestalten. Sie können Windstrom bei hoher Erzeugung aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder bereitstellen. Dadurch lassen sich Erzeugung und Nutzung zeitlich besser aufeinander abstimmen.
Besonders für größere Windparks können Batteriespeicher im MWh-Bereich interessant sein. Containerisierte Systeme ermöglichen einen modularen Aufbau, während Wechselrichter, Transformatoren, Mittelspannungsschaltanlagen und Energiemanagementsysteme für die Verbindung mit der vorhandenen Energieinfrastruktur sorgen.
Zu den möglichen Anwendungen gehören die Speicherung von Windstromüberschüssen, die Reduzierung von Einspeisespitzen, die zeitliche Verschiebung von Energie sowie bestimmte energiewirtschaftliche und netzbezogene Anwendungen.
Die optimale Speicherlösung muss jedoch individuell geplant werden. Windleistung, Erzeugungsprofil, Netzanschluss, Speicherleistung und Speicherkapazität sollten gemeinsam betrachtet werden. Ebenso wichtig sind Sicherheitskonzept, Temperaturmanagement, Wirtschaftlichkeit und langfristige Betriebsstrategie.
Ein professionell ausgelegter Batteriespeicher kann damit ein wichtiger Bestandteil moderner Windenergieprojekte sein und zusätzliche Flexibilität für die Nutzung erneuerbarer Energie schaffen.
