Referenz
Der maßgeschneiderte Batteriegroßspeicher

Mit einem skalierbaren Hybridenergiespeicher aus Blei-Säure- und Lithium-Ionen-Akkus ermöglicht der Briloner Batteriespezialist HOPPECKE Unternehmen neue Flexibilität bei der Stromversorgung.

Kaum ein Laut ist zu hören, lediglich die Ventilatoren der Klimaanlage drehen sich leise. Schwer zu glauben, dass in dem unscheinbaren Container einer der innovativsten und robustesten Energiespeicher arbeitet, der aktuell am Markt zu haben ist. „Wir haben mit dem System die Machbarkeit bestätigt, und unsere Erwartungen wurden mehr als übertroffen“, sagt Matthias Büter, Produktmanager und Projektleiter der HOPPECKE Batterien GmbH & CO. KG aus Brilon.

Energiespeicher werden immer wichtiger, um die Herausforderungen der Energiewende zu meistern. Sie stabilisieren das Stromnetz und unterstützen mittlere und große Industriebetriebe dabei, Lastspitzen bei ihrem Energiebedarf abzufedern und so Investitionen in die Infrastruktur einzusparen.

Speicher können noch mehr: Mit ihnen lässt sich der Eigenverbrauch bei selbst produziertem Wind- oder Solarstrom optimieren, Leistung für Elektroladesäulen bereitstellen oder eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sicherstellen. „Mit unserem Großspeicher ,sun | systemizer scalecube’ lassen sich all diese Aufgaben wirtschaftlich bewältigen“, erklärt Büter.

Lastspitzen glätten, Eigenversorgung optimieren, Elektrofahrzeuge laden – die Briloner Firma HOPPECKE hat einen Großspeicher entwickelt, der kleine und mittlere Unternehmen dabei unterstützt, ihre Stromversorgung zu optimieren.

Blei und Lithium sinnvoll kombiniert

Denn die HOPPECKE-Entwicklung hat einen wesentlichen Vorteil: Sie ist modular skalierbar und lässt sich somit an jede Anwendung anpassen. Das Exemplar auf dem Werksgelände kann bis zu 1,5 Megawatt elektrische Leistung ein- und ausspeisen. Diese Leistung wird auf drei Batterieeinheiten, mit einem Gesamtenergiegehalt von etwa 2600 Kilowattstunden, aufgeteilt: Zwei Einheiten bestehen aus insgesamt zwei mal 416 seriell verschalteten wartungsfreien Bleizellen von HOPPECKE, Typ grid|power VR M 2V 600Ah.

Eine weitere Batterieeinheit wurde mit 2560 Lithium- Ionen-Zellen umgesetzt, die zu einzelnen Modulen verschaltet sind. „Die Lithium-Ionen-Batterie ist für die Anwendung das eigentliche Arbeitstier, denn sie ist zyklenfester als die beiden Bleibatterien. Die Bleieinheiten bilden das Back-up“, erläutert Büter. Untergebracht ist die gesamte Technik in zwei Containern, die speziell gegen Witterung geschützt sind.

Ein Container in Standardgröße beherbergt die Lithiumeinheit, ein etwas größerer die Bleieinheiten. In den Containern sind die Batterien und Akkus fein säuberlich in speziell entwickelten Racks gestapelt. Um möglichst viele Bleizellen verwenden und damit eine möglichst hohe Energiedichte bezogen auf die Grundfläche erreichen zu können, zugleich aber möglichst wenig Platz einzunehmen und obendrein Sicherheitsvorgaben einzuhalten, lassen sich die zwei mittleren der insgesamt vier Rack-Reihen elektrisch verschieben. So entsteht zwischen den Reihen auf Knopfdruck ein 60 Zentimeter breiter Wartungsgang.

Es war ein immenser Vorteil, dass wir den WAGO Controller mit einer individuellen Logik füttern konnten.

Matthias Büter, Produktmanager und Projektleiter, HOPPECKE Batterien GmbH & CO. KG

Datensicherung mit der Cloud

Das Hybridsystem beschert einen wertvollen Zusatznutzen: „Der Speicher ist in der Lage, Strom kurzfristig als Primärregelleistung zur Verfügung zu stellen. Die Anforderungen hierfür sind besonders hoch“, erklärt Büter. Innerhalb von 30 Sekunden muss die volle Primärregelleistung zur Verfügung stehen, damit Schwankungen im Stromnetz schnell ausgeglichen werden.

Dafür ist es nötig, alle netzrelevanten Daten verfügbar zu stellen. Erst hierdurch können alle Beteiligten – der örtliche Netzbetreiber, der Trader, der die Ein- oder Ausspeiseleistung des Systems an der Strombörse vermarktet, und die Serviceabteilung bei HOPPECKE – die Powerbank optimal nutzen. „Gelöst haben wir das mit Unterstützung von WAGO“, sagt Projektleiter Büter.

Das Ergebnis geht sogar ein gutes Stück weiter als es nötig gewesen wäre. „Die Idee war, nicht nur den Ladezustand der Bleieinheiten insgesamt, sondern jeder einzelnen Bleizelle abrufen zu können. Wir wollten einfach zeigen, was machbar ist“, so Büter. Zudem werden alle Zellspannungen und Temperaturen in Echtzeit aufgenommen und historisch in der WAGO Cloud Data Control gespeichert. Der wesentliche Vorteil der Cloud- Lösung ist, dass standortunabhängig auf die Daten zurückgegriffen werden kann.

Dazu erfassen Sensoren im Verbund mit 8-Kanal-Analogeingangsmodulen von WAGO (750-459) an jeder Bleizelle die Werte Spannung und Strom. An jedem der 52 Racks ist ein WAGO Feldbuskoppler (750-532) installiert, der die Daten aufnimmt. Über ETHERNET-Kabel sind die 52 Geräte miteinander vernetzt und reichen auf diesem Weg die Daten an den Controller PFC200 von WAGO weiter.

„Es war ein immenser Vorteil, dass wir den WAGO Controller mit einer individuellen Logik füttern konnten“, erklärt Büter. Denn um aus den erhobenen Werten Spannung und Strom den Ladezustand zu ermitteln, hat HOPPECKE eigens einen Algorithmus entwickelt, mit dem der Controller programmiert werden konnte. Neben dem Ladezustand wird an jeder achten Bleizelle die Temperatur ermittelt. Auch dies geschieht mit achtkanaligen Eingangsmodulen von WAGO (750-451). „All dies zusammengenommen ergibt ein Monitoring-System für Bleibatterien, so wie es Lithium-Akkus im Rahmen ihres Batteriemanagementsystems von Haus aus mitbringen“, erklärt Büter.

Energiemanagement mit dem PFC200

Bei der Lithiumeinheit holt sich ein PFC200 die benötigten Informationen zu Ladezustand, Temperatur und andere relevante Daten direkt aus dem Batteriemanagementsystem der Akkus, und zwar über deren MODBUS-Schnittstelle. Ein weiterer PFC200 überwacht und steuert den Gleichstromumrichter. Vom Leistungsvermögen her würde ein einziger Controller für die gesamte Powerbank ausreichen.

Der Grund für die Bestückung jedes Teilbereichs mit einem eigenen Controller ist das modulare Konzept. „Wenn Kunden zum Beispiel keinen Umrichter benötigen, können wir ihn einfach weglassen und wissen dennoch, dass das Kommunikationskonzept des Systems zuverlässig funktioniert. Auch bei der Leistung und dem Energiegehalt ist das System individuell anpassbar“, erläutert Büter.

Der vierte und letzte PFC200 dient schließlich als zentrale Kontroll- und Steuereinheit, die alle Daten aus dem gesamten System erhält. Hierzu gehören unter anderem auch Informationen zur Klimatisierung, mit der die Container ausgestattet sind. Die Daten werden grafisch aufbereitet und in eine Visualisierung umgesetzt. Alle Beteiligten – Netzbetreiber, Stromhändler und der lokal Verantwortliche – bekommen über ein innovatives Schnittstellenmanagement alle notwendigen Daten in Echtzeit übermittelt oder in der von HOPPECKE erstellten Visualisierung angezeigt. „Der modulare Batteriegroßspeicher entspricht in jedem Detail unserer Philosophie, den Kunden für jedes Problem die passende Lösung bieten zu können“, sagt Büter. Das System mag leise und unauffällig arbeiten, doch ist es alles andere als ein kleiner Wurf.

Text: Andreas Grabosch | WAGO
Foto: Jens Sundheim

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