Batteriegesundheit: Der Operating Strategy Planner von Twaice liefert entscheidende Erkenntnisse, die maßgeblich zur Optimierung von Betriebsstrategien beitragen.

Der Operating Strategy Planner von Twaice liefert entscheidende Erkenntnisse, die maßgeblich zur Optimierung von Betriebsstrategien beitragen. (Bildquelle: Twaice)

Geringere Kosten und vielfältigere Einsatzmöglichkeiten lassen die Nutzung von Energiespeichersystemen exponentiell steigen. Unter den derzeit verfügbaren Speichersystemen können Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer hohen Leistungs- und Energiedichte sowie ihrer relativ geringen Kosten je Energieeinheit einen erheblichen Teil abdecken.

Um ein Batterie-Energiespeichersystem über seine gesamte Lebensdauer hinweg gewinnbringend betreiben zu können, müssen Nutzer mehrere He­rausforderungen überwinden: Batterieanalytik und intelligente Algorithmen können dabei helfen, die richtigen Entscheidungen zu treffen. In vier grundlegenden Schritten kann die Nutzung solcher Speichersysteme optimiert werden.

In vier Schritten den Nutzen von Energiespeichersystemen optimieren

Schritt 1: Auswahl der Batterie und Auslegung des Energiesystems

Das grobe Konzept ist fertig, es folgt die Investitions- und Finanzierungsphase. Dort müssen Ingenieure nachweisen, dass das ausgewählte System für ihre Anwendung geeignet ist. Sie müssen sich für ein bestimmtes Batteriemodell entscheiden und die Rentabilität des gesamten Systems über seine Lebensdauer abschätzen. Schon bevor das System betriebsbereit ist, sind die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Bestimmte Batteriezellen sind möglicherweise besser für gewisse Anwendung geeignet als andere. Um zu prüfen, welche Zelle sich am besten für eine Anwendung eignet, können Betreiber mithilfe der Batterieanalytik mehrere virtuelle Testdurchläufe mit verschiedenen Batterietypen auf ihr Nutzerprofil laufen lassen. Solche Simulationen zeigen, wie die verschiedenen Batteriezellenarten während des künftigen Gebrauchs an Leistung abbauen und wie viele Jahre das gesamte System genutzt werden kann.

Schritt 2: Das Batteriespeichersystem aufbauen und überwachen

Sobald ein Batteriespeichersystem in Betrieb ist, muss die tatsächliche Leistung überwacht werden, um den aktuellen Zustand beurteilen und die Lebensdauer der Batterie vorhersagen zu können. Jedes Speichersystem wird von einem Energiemanagementsystem gesteuert, das Strom, Spannung und Temperatur der Batterien während des Betriebs einschränkt, um sie in einem sicheren Zustand zu halten.

Ein Batteriespeichersystem, das mit einer cloudbasierten Datenanalyseplattform verbunden ist, ermöglicht es allen Beteiligten, die relevanten Daten überall auf der Welt in Echtzeit zu verfolgen.

Schritt 3: Durch Batterieanalytik aus den Daten lernen

Während des jahrzehntelangen Betriebs von Batteriespeichersystemen profitieren Unternehmen immens von der Online-Überwachung und der fortschrittlichen Analyse der Batteriedaten.

Neben den traditionellen Leistungsindikatoren wie dem State of Charge und State of Health können Nutzer mit cloudbasierten Online-Überwachungssystemen aus den erfassten Daten lernen und benutzerdefinierte KPI definieren, um die für ihren Betrieb relevanten Daten zu verfolgen.

Um bei Energiespeichern das Maximum zu erreichen, müssen Unternehmen festlegen, was die Batteriespeicher in jedem einzelnen 15-Minuten-Intervall leisten sollen. Im Extremfall müssen Betreiber in einem Jahr 35 000 Entscheidungen darüber treffen, wie und ob sie ihre Batterie in den nächsten 15 Minuten laden oder entladen sollen. Diese Entscheidungsfindung kann durch eine intelligente Analyse der Batteriedaten automatisch gesteuert werden.

Schritt 4: Risiken minimieren

Eine der größten Sorgen eines Betreibers und Eigentümers von Batteriespeichern ist die eigentliche Lebensdauer des Systems: Wie viele Jahre kann ein System betrieben werden und Gewinne erzielen? Die Antwort hängt von der tatsächlichen Nutzung der Batterien ab.

Von den Zellherstellern wird die Batteriegarantie in der Regel als Zahl von ­Zyklen angegeben, bis die Batterie einen bestimmten Kapazitätsverlust erreicht. Diese Zyklen basieren auf internationalen Normen. Der tatsächliche Batteriespeicher wird jedoch nie einem Belastungsprofil folgen, das auf diesen spezifischen Zyklen basiert. Aus diesem Grund benötigen Betreiber intelligente Algorithmen, die die äquivalenten vollen Zyklen neu berechnen können und ihnen Einblicke in den aktuellen Gesundheitszustand geben. Auf Grundlage dieser Daten können dann Garantiefälle besser gesteuert werden.

Praxisbeispiel

Die Verbund AG, Österreichs führendes Energieunternehmen und einer der größten Erzeuger von Strom aus Wasserkraft in Europa, handelt in zwölf Ländern mit Strom. Der Versorger betreibt dabei Batterie-Energiespeichersysteme in eigenem Namen und für Dritte. Für Verbund machen Alterung und Gesamtlebensdauer einer Batterie einen wesentlichen Teil der Betriebskosten aus. Doch die Mechanismen der Batteriealterung sind komplex: Viele verschiedene Faktoren wie C-Rate, Energiedurchsatz, Entladetiefe und kalendarische Alterung spielen eine Rolle. Zudem ist jede einzelne Batteriezelle anders.

Hier kommt die Batterieanalytiksoftware von Twaice ins Spiel, denn sie spart Zeit und Kosten. Lukas Weissböck, Technischer Batterieingenieur bei Verbund, beschreibt treffend, dass er einen großen Vorteil der Zusammenarbeit mit Twaice darin sieht, nicht für jede Zelltechnologie, die Verbund in der Praxis verwendet, neue Batteriemodelle erstellen, kalibrieren und validieren zu müssen, denn das macht Twaice für Verbund.

Während Profitabilität allein häufig nur den täglichen monetären Gewinn umfasst, müssen Betreiber von Batteriespeichersystemen auch Batteriealterung und Kapazitätsverluste für jede Betriebsart berücksichtigen. Unterschiedliche Betriebsstrategien haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Alterung und Lebensdauer einer Batterie. Beeinflusst die Betriebsstrategie die Alterung übermäßig, ist sie unrentabel. Ein Beispiel: Im Intraday-Handel laden die Verbund-Algorithmen die Batterie beispielsweise automatisch auf, wenn die Preise günstig sind, und entladen die Batterie, wenn die Preise wieder steigen. Die Differenz zwischen diesen Preisen ist der Spread. Damit sich der Business Case rechnet, muss Verbund so bieten, dass die Einnahmen – also der Spread – die tatsächlichen Betriebskosten übersteigen.

Der Operating Strategy Planner von Twaice hilft Verbund, die Batteriealterung für verschiedene Zukunftsszenarien, die auf potenziellen Markt- und Preisentwicklungen basieren, genau vorherzusagen. Denn der Betriebsstrategieplaner kann für jedes Szenario die Auswirkungen auf die Batteriealterung in Summe oder auch relativ je Zyklus ausgeben.

Dies wird dann in die Alterungskosten für jeden Batteriespeicher umgerechnet, wodurch ein vollständigeres Bild der Gesamtbetriebskosten entsteht. Im Fall von Verbund fließen die Alterungskosten in die Handelsalgorithmen ein, wodurch der komplexe Alterungsmechanismus der jeweiligen Batterie berücksichtigt wird. Der Algorithmus hat den Anreiz, Angebote abzugeben, die die Batterie so wenig wie möglich schädigen und gleichzeitig die Einnahmen maximieren.

Die Kombination der Expertisen überzeugt: Die erwartete Lebensdauer der Speicher kann um mehr als 20 % erhöht werden. Bei einer geplanten Lebensdauer von zehn Jahren bedeutet dies zwei zusätzliche Jahre am Markt. Karl Potz, Head of Battery Solutions Center bei Verbund, bringt es auf den Punkt: »Durch die Optimierung unserer Betriebsstrategie mit der Twaice Battery Analytics Plattform erwarten wir eine um zwei Jahre längere Lebensdauer unserer Energiespeicher. Dies würde zu 1,6 Mio. € mehr Umsatz je 10 MWh Energiespeicher führen.«

Lennart Hinrichs, VP Strategic Partnerships,  Twaice Technologies GmbH, München, hinrichs@twaice.com, www.twaice.com

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