EinBatterie-Speicherkraftwerk ist eine Form desSpeicherkraftwerks, welches zur EnergiespeicherungAkkumulatoren alsBatteriespeicher verwendet, d. h. wiederaufladbareelektrochemische Zellen. Wichtige Kenngrößen von Speicherkraftwerken sind dieLeistung und die Speicherkapazität. Letztere gibt an, welche Menge anEnergie der Speicher aufnehmen kann (z. B. inMWh). Dieinstallierten Leistungen von Batterie-Speicherkraftwerken bewegen sich im Bereich von einigen Kilowatt (kW) bei Batteriespeichern bis in den einstelligen Gigawatt-Bereich (MW).

Mit zunehmendem Ausbau erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung und sinkenden Preisen zur Speicherung, gewinnen Batteriespeicher zunehmend an Bedeutung, da sie Erzeugungsspitzen puffern und bei Stromknappheit wieder abgeben können.

Ende 2023 waren im Energiesystem weltweit mehr als 85 GW Batteriespeicher installiert. Alleine 2023 wurden Batteriespeicher (vom Großspeicher bis zu heimischenSolarbatterien) mit einer Leistung von rund 41,5 GW neu zugebaut, mehr als doppelt so viel wie 2022 (17,6 GW). Die Wachstumsrate lag damit bei mehr als 100 % und höher als bei jeder anderen Energietechnologie.^[1]

Mit Stand August 2024 gab es gemäß US Energy Information Administration alleine in den USA 21,4 GW an Batteriespeichern. Fast alle gingen seit 2020 in Betrieb, alleine in den ersten sieben Monaten des Jahres 2024 wurden 5 GW installiert. Bis Ende 2025 prognostiziert die EIA eine mögliche Verdopplung auf 40 GW.^[2]

Beispiele von realisierten Anlagen finden sich in derListe von Batterie-Speicherkraftwerken.

Batterie-Speicherkraftwerke wurden bereits gegen 1900 eingesetzt, um in vielen der damaligen dezentralen Gleichstromnetze dieLastspitzen zu decken. Während Schwachlastzeiten speicherten sie elektrische Energie ein, die sie später bei hoher Nachfrage wieder abgaben. Um 1905 stellten derartige Akkumulatorstationen mit rund 100 MW rund 15 % der installierten elektrischen Gesamtleistung in Deutschland. Ihr Nutzungsgrad betrug ca. 70 bis 80 %.^[3]Da die dezentralen Gleichstromnetze durch zentrale Wechselstromnetze ersetzt wurden und die Umwandlung größerer Leistungen von Elektroenergie von Wechsel- in Gleichstrom (und umgekehrt) damals ziemlich aufwändig war, war ein Weiterbetrieb dieser Anlagen nach Umstellung auf Wechselstrom zumindest nicht wirtschaftlich möglich, weshalb diese Anlagen durch andere Formen des Energiespeichers, wiePumpspeicherkraftwerke, ersetzt wurden. 1984 wurde im damaligenWest-Berlin inBerlin-Steglitz ein über Stromrichter mit dem Stromnetz verbundenes Batterie-Speicherkraftwerk mit einer Spitzenleistung von 17 MW eingerichtet, welches bis zumSynchronschluss 1994 in Betrieb war.

Batterie-Speicherkraftwerke dienten zunächst primär zur Erbringung vonSystemdienstleistungen. Eine Anwendung im kleineren Rahmen ist dieNetzstabilisierung inStromnetzen mit ungenügenderRegelleistung. Ein weiterer, wesentlicher Anwendungsbereich ist der Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch, insbesondere der Leistungsausgleich von nicht nachfragorientiertenerneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarstromkraftwerken. Speicherkraftwerke erlauben in diesem Anwendungsbereich die Einsetzung höherer Anteile erneuerbarer Energieträger.^[4] Neben Regelleistung können Batteriespeicher aufgrund der praktisch trägheitslosen Steuerung und schnellen Reaktionsfähigkeit auch zur Spannungsregulierung in Wechselspannungsnetzen eingesetzt werden. Sie dienen dabei der Steuerung derBlindleistung und könnenstatische Blindleistungskompensatoren in deren Funktion ergänzen. Außerdem sind Batterie-Speicherkraftwerke grundsätzlichschwarzstartfähig.^[5]

Der Übergang von Batterie-Speicherkraftwerken zu den kleineren Batteriespeichern mit ähnlichem Anwendungsgebiet ist fließend. SogenannteHausspeicher mit wenigen kWh Speicherkapazität werden zumeist im privaten Bereich im Zusammenspiel mit kleinerenPhotovoltaikanlagen betrieben, um Ertragsüberschüsse tagsüber in ertragsärmere bzw. ertragslose Zeiten am Abend bzw. in der Nacht mitzunehmen, denEigenverbrauch zu stärken, die Autarkie zu erhöhen oder dieVersorgungssicherheit zu erhöhen.^[6]

Mit Stand 2024 werden aufgrund der massiven Kostensenkungen zunehmend große Batterie-Speicherkraftwerke errichtet, die als klassische Speicherkraftwerke arbeiten und beispielsweise in den Mittagsstunden Erzeugungsspitzen der Solarenergie abpuffern und abends zurück ins Netz speisen.^[7]

Das leistungsstärkste Batteriespeicherkraftwerk (Stand Oktober 2024) befindet sich inKalifornien, leistet bis zu 1300 MW und hat eine Kapazität von 3300 MWh.^[8] Im Vergleich dazu sind die größtenPumpspeicherkraftwerke deutlich leistungsstärker.^[9] Zusätzlich zu Leistung und Kapazität sind auch Start- bzw. Regelzeiten wichtige Kenngrößen von Speicherkraftwerken. Diese bewegen sich im Bereich von 20 ms auf Volllast, wenn Akkumulatoren genutzt werden, was im Vergleich zu anderen Speicherkraftwerken extrem kurz ist: Bei Pumpspeichern liegen sie im einstelligen Minutenbereich^[10].

Vom Aufbau sind Batterie-Speicherkraftwerke mitunterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) vergleichbar, wenngleich die Ausführungen größer sind. Die Akkus werden aus Sicherheitsgründen in eigenen Hallen oder Containern untergebracht. Wie bei einer USV besteht das Problem, dass elektrochemische Energiespeicher grundsätzlich nur in Form vonGleichspannung Energie speichern bzw. abgeben können, während elektrische Energienetze im Regelfall mitWechselspannung betrieben werden. Aus diesem Grund sind zusätzlicheWechselrichter nötig, welche bei Batterie-Speicherkraftwerken aufgrund der höheren Leistung und Anbindung mitHochspannung arbeiten. Es kommt dabeiLeistungselektronik mitGTO-Thyristoren zur Anwendung, wie sie auch beiHochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen (HGÜ) üblich sind.

Als Akkumulatoren werden je nach Anlage verschiedene Systeme eingesetzt. Waren es seit den ersten Batterie-Speicherkraftwerken in den 1980er Jahren überwiegendBleiakkumulatoren, fanden in den Folgejahrzehnten auch zunehmendNickel-Cadmium-Akkumulatoren und Akkumulatortypen wie derNatrium-Schwefel-Akkumulator Anwendung.^[11] Durchfallende Preise in den 2010er Jahren sindLithium-Ionen-Akkumulatoren die mittlerweile am häufigsten eingesetzten Akkumulatoren, wie beispielsweise bei demBatteriepark Schwerin,Batterie-Großspeicher Dresden oder demSpeicher von BYD in Hongkong der Fall. Allerdings kommen auch weitere Techniken wie Redox-Flow-Batterien zum Einsatz.^[12]

Der Vorteil von Batterie-Speicherkraftwerken sind die für energietechnische Systeme extrem kurzen Regelzeiten und Startzeiten im Bereich von 20 ms auf Volllast, da keine mechanisch zu bewegenden Massen vorhanden sind. Damit können diese Kraftwerke nicht nur zur Abdeckung von Spitzenleistung im Minutenbereich dienen, sondern auch zur Dämpfung von kurzfristigen Oszillationen im Sekundenbereich, bei an den Kapazitätsgrenzen betriebenen elektrischen Energienetzen. Diese Instabilitäten äußern sich inSpannungsschwankungen mit Perioden bis zu einigen 10 Sekunden und können sich in ungünstigen Fällen zu hohen Amplituden aufschwingen, welche zu überregionalenStromausfällen führen können. Dem können ausreichend stark dimensionierte Batterie-Speicherkraftwerke entgegenwirken. Daher finden sich Anwendungen primär in jenen Regionen, wo elektrische Energienetze an ihrer Kapazitätsgrenze betrieben werden und in derNetzstabilität gefährdet sind. Weitere Anwendung sindInselnetze, welche zur Stabilisierung nicht mit Nachbarnetzen elektrische Energie kurzfristig austauschen können.Zusätzlich kann eine Nutzung auf verschiedenen Energiemärkten in Betracht gezogen werden, als Beispiele dienen hierArbitrage-Handel auf demSpotmarkt und Systemdienstleistungen durch Frequenzstabilisierung durch Bereitstellung vonRegelleistung.^[13]

Ein Nachteil, insbesondere bei der Verwendung von Bleiakkumulatoren, ist die begrenzte Lebensdauer der alsVerschleißteil ausgelegten Akkumulatoren und die damit verbundenen Kosten, welche diese Systeme oft unwirtschaftlich werden ließen. Durch Überbeanspruchung wie Tiefentladung und vergleichsweise sehr hohe Lade- und Entladeströme können Defekte wie Überhitzung an den Akkumulatoren auftreten, die Lade/Entladezyklen von Bleiakkus sind in diesem Anwendungsbereich auf einige 100 bis zu 1000 Zyklen limitiert. Durch mechanische Schäden an den Gehäusen kann weiters Säure oderElektrolyt aus dem Inneren der Akkuzellen austreten. Bei der elektrischen Ladung bilden sich je nach Akkutyp mit Luft explosive Gase wieKnallgas, welches aus den Hallen permanent abgesaugt werden muss. Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit einer geeigneten Steuerelektronik haben diese Probleme nicht, auch dieZyklenfestigkeit ist gegenüber Bleiakkumulatoren verbessert. DiePreise von Lithium-Ionen-Akkus sind weiter sinkend, so dass diese Systeme wirtschaftlicher betrieben werden können als noch einige Jahrzehnte zuvor.

2016 schrieb der britische NetzbetreiberNational Gridtechnologieoffen 200 MW an Regelleistung aus, um die Systemstabilität zu erhöhen. Hierbei setzten sich ausschließlich Batterie-Speicherkraftwerke durch.^[14] In den USA ist der Markt für Speicherkraftwerke 2015 um 243 Prozent gegenüber 2014 gestiegen.^[15]

Auf dem Markt für Konsumenten gibt es eine Vielzahl von Speichersystemen. In Untersuchungen derHTW Berlin wurden im Rahmen der Inspektion im Jahr 2018^[16] und 2019^[17] derartige System untersucht sowie die Gesamteffizienz mit demSystem Performance Index (SPI) bewertet.Im Rahmen des Wandels vonFörderung der reinen Erzeugungskapazität klimafreundlicher Energie hin zur netzdienlichen Erzeugung fördern zahlreiche Länder die dezentrale Errichtung vergleichsweise kleiner Batteriespeicher (bis ca. 10 kWh) insbesondere als Ergänzung zu PV-Anlagen.^[18] Dies hat zu einem deutlichen Anstieg der Anzahl an Batterie-Speicherkraftwerken, bei gleichzeitiger Verringerung der durchschnittlichen Kapazität geführt.

Im Mai 2024 ging in China das erste große Batteriespeicherkraftwerk mit Natrium-Ionen-Akkumulatoren in Betrieb. Die Batterie hat eine Kapazität von 10 MWh und besteht aus 22.000 Natrium-Ionen-Zellen, mit einer Kapazität von je 210 Ah. Diese können innerhalb von 12 Minuten zu 90 Prozent geladen werden.^[19]

• Speicher oder Netzausbau: Batteriespeicher im Verteilnetz. In:netzpraxis, Nr. 10/2018, S. 80–83.
• E. Schoop:Stationäre Batterie-Anlagen: Auslegung, Installation und Wartung. 2. Auflage. Huss, Berlin 2018,ISBN 978-3-341-01633-6.
• B. Riegel, W. Giller:Bleibatterien als stationäre Anwendung im Wettbewerb zu stationär eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien. In: E. Fahlbusch (Hrsg.):Batterien als Energiespeicher: Beispiele, Strategien, Lösungen. Beuth, Berlin / Wien / Zürich 2015,ISBN 978-3-410-24478-3, S. 353–374.
• Jörg Böttcher, Peter Nagel (Hrsg.):Batterie-Speicher: Rechtliche, technische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen. De Gruyter Oldenbourg, Berlin / Boston 2018,ISBN 978-3-11-045577-9.
• Abbas A. Akhil, John D. Boyes, Paul C. Butler, Daniel H. Doughty:Batteries for Electrical Storage Applications. In: Thomas B. Reddy (Hrsg.):Linden’s Handbook of Batteries. 4. Auflage. McGraw-Hill, New York 2011,ISBN 978-0-07-162421-3, Kapitel 30.
• Michael Sterner, Ingo Stadler (Hrsg.):Energiespeicher. Bedarf, Technologien, Integration. 2. Auflage. Berlin / Heidelberg 2017,ISBN 978-3-662-48893-5.
• Lucien F. Trueb, Paul Rüetschi:Batterien und Akkumulatoren. Mobile Energiequellen für heute und morgen. Springer, Heidelberg u. a. 1998,ISBN 3-540-62997-1. 

Commons: Batterie-Speicherkraftwerke – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Stromspeicher-Inspektion.HTW Berlin.

• Speicherkraftwerkstyp
• Batterietechnik

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