Wie aktivieren Energiespeichersysteme den Anwendungswert in mehreren Szenarien?

1. Einleitung

Vor dem Hintergrund der globalen Energiewende und der Vertiefung der Strommarktreformen ist der Einsatz von Energiespeichertechnologie zu einem zentralen Mittel geworden, um die Flexibilität und Wirtschaftlichkeit von Stromsystemen zu verbessern. Energiespeichersysteme zeigen einen vielfältigen Anwendungsnutzen bei der Deckung des Stromverbrauchs in verschiedenen Szenarien, darunter der Gewerbe- und Industriebereich, die Netzseite sowie Insel- und Mikronetze. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Anwendungsmodelle von Energiespeichern in diesen drei repräsentativen Szenarien systematisch zu untersuchen und ihre wesentlichen Funktionen sowie wirtschaftlichen Vorteile im praktischen Betrieb zu analysieren.

2. Gewerbe- und Industrielle Energiespeicherung

Im aktuellen Kontext sind Gewerbe- und Industriekunden mit stetig steigenden Stromkosten und Herausforderungen bei der Versorgungssicherheit konfrontiert. Die wachsende Differenz zwischen Hoch- und Niedertarifzeiten sowie der inhärente Bedarf der Unternehmen an einer grünen und nachhaltigen Entwicklung treiben gemeinsam den großflächigen Einsatz von Energiespeichersystemen voran. Die Energiespeicherung hat sich von einer Notstromversorgung zu einem intelligenten Knotenpunkt für das Energiemanagement von Unternehmen entwickelt und verbessert die Energieeffizienz und -sicherheit erheblich durch Peak-Valley-Arbitrage, stabile Versorgung und Photovoltaik-Koordination. Ihre typischen Anwendungsformen zeigen sich hauptsächlich in den folgenden Bereichen:

1） Optimierung der Stromkosten (Peak-Valley-Arbitrage): Laden des Energiespeichersystems während der Nacht oder in Niedrigtarifzeiten und Entladen während der Spitzenlastzeiten am Tag mit hohen Tarifen, um das Unternehmen zu versorgen und dadurch die gesamten Stromkosten direkt zu senken.

2） Lastmanagement: Nutzung des Energiespeichersystems zur präzisen Steuerung des maximalen Leistungsbezugs des Unternehmens aus dem Stromnetz, um Spitzen bei den Leistungspreisen durch kurzfristige Lastspitzen zu vermeiden und die festen Stromgebühren weiter zu senken.

3） Notstromversorgung und Stromsicherheit: Bei geplanten Netzabschaltungen oder unerwarteten Störungen kann das Energiespeichersystem nahtlos umschalten und kritische Produktionsanlagen oder wichtige Verbraucher unterbrechungsfrei mit Strom versorgen, wodurch die Produktionskontinuität gewährleistet wird.

4） Dynamische Kapazitätserweiterung: In Szenarien, in denen die Verteilungskapazität begrenzt ist, ein Ausbau schwierig oder mit prohibitiv hohen Kosten verbunden ist, liefert das Energiespeichersystem während Spitzenlastzeiten zusätzliche Leistungsunterstützung. Dies fungiert als eine Form der „dynamischen Kapazitätserweiterung" des Verteilnetzes und verzögert oder ersetzt wirksam teure Netzausbauinvestitionen.

5） Nutzung dezentraler Energien: In Verbindung mit Dach-Photovoltaikanlagen an Industriestandorten speichert das Energiespeichersystem überschüssige Photovoltaik-Erzeugung am Mittag und gibt diese Energie in den Abendstunden ab, wenn die Photovoltaik-Leistung endet. Dadurch wird die Eigennutzungsquote maximiert und die Effektivität der Nutzung erneuerbarer Energien verbessert.

3. Netzseitige und Geteilte Energiespeicherung

Da das Stromnetz weiterhin einen zunehmenden Anteil erneuerbarer Energien integriert, stellen deren inhärente Unstetigkeit und Variabilität beispiellose Herausforderungen an den Echtzeitausgleich und den sicheren, stabilen Betrieb des Stromsystems dar. Netzseitige Energiespeicher, insbesondere in Form von geteilter Energiespeicherung, entwickeln sich aufgrund ihrer schnellen Reaktionsfähigkeit, ihrer flexiblen Regelungseigenschaften und der durch Aggregation ermöglichten Skaleneffekte zu einer entscheidenden Infrastruktur für den Ausbau fortschrittlicher Stromsysteme. Im Einzelnen umfassen ihre Hauptfunktionen:

1） Primärregelung und schnelle Frequenzregelungsdienste: Durch die Fähigkeit der Energiespeicherung, innerhalb von Millisekunden bis Sekunden zu reagieren, werden Frequenzabweichungen, die durch plötzliche Laständerungen oder Schwankungen erneuerbarer Energien verursacht werden, automatisch ausgeglichen, wodurch die Netzfrequenzstabilität gewährleistet wird. Dies stellt einen erheblichen Vorteil gegenüber konventionellen Erzeugungseinheiten dar.

2） Spitzenlastkappung und Integration neuer Energien: Speicherung von überschüssigem Strom, der in Zeiten hoher Verfügbarkeit neuer Energien erzeugt wird, und Freigabe während Spitzenlastzeiten wie der Abendspitze, wodurch ein zeitlicher Energietransfer ermöglicht wird. Dies reduziert wirksam Wind- und Solarabregelung und mildert Engpässe in der Übertragung und Verteilung.

3） Geteilte Energiespeicherstationen: Errichtung unabhängiger großer Energiespeicherstationen, die mehreren Erzeugungsanlagen für neue Energien oder Stromverbrauchern gleichzeitig standardisierte Speicherdienste über Mechanismen wie „Kapazitätsleasing" oder „Energiedienstleistung" bereitstellen. Dadurch wird die Nutzungseffizienz von Speicheranlagen erhöht und die anfängliche Investitionshürde für die Integration neuer Energiespeicher gesenkt.

4） Systemreserve und Schwarzstart: Funktion als Notstromreserve für das Stromnetz, Bereitstellung kurzfristiger Leistungsunterstützung in Extremsituationen oder Unterstützung bei der Wiederherstellung lokaler Stromnetze (Schwarzstart), wodurch die Netzresilienz gestärkt wird.

4. Insel- und Mikronetz-Energiespeicherung

In abgelegenen Gebieten ohne Stromnetzanbindung, auf Inseln oder in Bergbauregionen mit schwachen Netzen oder an besonderen Standorten mit extrem hohen Anforderungen an die Versorgungskontinuität ist eine stabile und zuverlässige Stromversorgung eine Lebensader für Überleben und Entwicklung. Insel- und Mikronetz-Energiespeichersysteme etablieren ein lokales Stromnetz, das einen unabhängigen Betrieb oder ein flexibles Umschalten zwischen netzgekoppeltem und Inselbetrieb ermöglicht, indem Energiespeicher intelligent mit dezentralen Energiequellen und konventionellen Generatoren integriert werden. Dadurch wird eine robuste elektrische Unterstützung für die Lebensgrundlagen abgelegener Gemeinden, den Industrie- und Bergbaubetrieb, die Notfallversorgung und nachhaltige grüne Gemeinschaften bereitgestellt. Typische Anwendungsszenarien umfassen:

1） Reines Inselstromversorgungssystem: Bietet eine 100 % autonome Stromversorgungslösung auf Basis von „PV/Wind + Energiespeicher" für abgelegene Dörfer, Inseln, Hochgebirgsposten, Feldstationen und andere Gebiete ohne öffentliche Stromnetzanbindung und gewährleistet eine unterbrechungsfreie Stromversorgung rund um die Uhr.

2） Verstärkungssystem für schwache Stromnetze: Am Rand des Stromnetzes oder in Regionen mit schlechter Stromqualität stabilisiert die Integration von Energiespeichern zur Bildung eines Mikronetzes wirksam Netzfrequenzschwankungen, mildert Spannungseinbrüche, Frequenzabweichungen und andere Störungen ab und liefert dadurch hochwertigen Strom an empfindliche Verbraucher.

3） Multi-Energie-Komplementäres Mikronetz: In Szenarien wie Industriegebieten, Stützpunkten und Inseln wird durch die Integration von Photovoltaik, Windkraft, Energiespeichern und anderen Energiequellen in Verbindung mit intelligentem Energiemanagement eine optimale Zusammensetzung und Einspeisung erreicht. Dies maximiert die Nutzung erneuerbarer Energien, erhöht die Versorgungszuverlässigkeit und senkt die Gesamtenergiekosten.

4） Integrierte Photovoltaik-Energiespeicher-Ladestation als unabhängige Einheit: An Standorten, an denen ein Netzzugang schwierig oder mit prohibitiven Kosten verbunden ist, wie Autobahnraststätten, abgelegenen Tourismusgebieten und temporären Baustellen, werden unabhängige integrierte Stromversorgungseinheiten mit Photovoltaik-Erzeugung, Energiespeicherung und Ladestationen eingesetzt, um eine Eigenversorgung mit selbst erzeugtem Strom aus erneuerbaren Energien zu realisieren.

5. Fazit

Energiespeichersysteme zeigen vielfältige Anwendungswerte in den Szenarien Gewerbe und Industrie, Netzseite sowie Insel- und Mikronetze. Gewerbe- und Industrielle Energiespeicherung verbessert in erster Linie die wirtschaftliche Effizienz auf der Verbraucherseite, indem sie die Stromkosten durch Mechanismen wie Peak-Valley-Arbitrage und Lastmanagement senkt. Netzseitige und geteilte Energiespeicherung konzentrieren sich hauptsächlich auf Systemebenen-Regulierung und die Stärkung der Resilienz und adressieren Netzanforderungen wie Frequenzregelung, Spitzenlastkappung und die Integration neuer Energien. Insel- und Mikronetz-Energiespeicherung betonen die Versorgungszuverlässigkeit und Energieautonomie und gewährleisten einen stabilen Betrieb in Gebieten ohne Netzanbindung oder mit schwacher Netzanbindung. Diese Anwendungen unterstreichen die bedeutende Rolle der Energiespeicherung bei der Unterstützung eines sicheren, wirtschaftlichen und sauberen Betriebs von Stromsystemen auf mehreren Ebenen.