Mit der groß angelegten Entwicklung und Nutzung neuer Energiequellen und den steigenden Anforderungen an Vielfalt und Zuverlässigkeit der Elektrizität unterliegt jeder Aspekt des Energiesystems, von der Produktion bis zum Verbrauch, tiefgreifenden Veränderungen. Energiespeichertechnologien und -systeme haben den Engpass des Echtzeit-Leistungsgleichgewichts in herkömmlichen Energiesystemen überwunden und die Flexibilität des Energiesystems erheblich verbessert. Dies wiederum treibt direkt den allmählichen Wandel der ursprünglich von fossilen Brennstoffen dominierten Energiearchitektur in eine von neuen Energiequellen dominierte Energiearchitektur voran, und dieser Prozess vertieft sich kontinuierlich.
Im Vergleich zu anderen Formen vonEnergiespeichertechnologienBatterie-Energiespeichersysteme (BESS) verfügen über vielfältige Steuerungseigenschaften und ein breites Spektrum an Integrationsmethoden. Dadurch kann BESS die Bedürfnisse sowohl des Stromnetzes als auch der Verbraucher auf verschiedene Weise erfüllen und so große Aufmerksamkeit erregen. Darüber hinaus wirkt sich die Forschung zur BESS-Integrationstechnologie direkt auf die Entwicklung von BESS aus und ist zu einer der Schlüsseltechnologien für seine groß angelegte Anwendung und Popularisierung geworden.
Überblick über den Energiespeichermarkt
Laut unvollständigen Statistiken aus der Global Energy Storage Project Database der Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance (CNESA) erreichte die kumulierte installierte Kapazität von Energiespeicherprojekten weltweit (einschließlich Pumpspeicherung, Batterieenergiespeicherung, thermischer Energiespeicherung mit geschmolzenem Salz, Schwungradenergiespeicherung und anderen Energiespeicherungsmethoden) Ende 2019 184,6 GW, was einer Steigerung von 1,9 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Davon hatten Pumpspeicherkraftwerke mit 171,0 GW die größte kumulierte installierte Kapazität, was einer Steigerung von 0,2 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Batterie-Energiespeicher folgen dicht dahinter mit einer kumulierten installierten Leistung von 9520,5 MW; Unter den verschiedenen Batterieenergiespeichertechnologien hatten Lithium-Ionen-Batterien mit 8454,2 MW die größte kumulierte installierte Kapazität, wie in der Abbildung dargestellt.
Kumulierte installierte Kapazität globaler Energiespeicherprojekte (in MW)
Bis Ende 2019 erreichte Chinas kumulierte installierte Kapazität an Energiespeicherprojekten 32,4 GW, was 17,6 % des Weltmarktes entspricht, was einer Steigerung von 3,6 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Davon hatten Pumpspeicherkraftwerke mit 30,3 GW die größte kumulierte installierte Kapazität, was einer Steigerung von 1,0 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Batterie-Energiespeicher belegten mit einer kumulierten installierten Kapazität von 1709,6 MW den zweiten Platz, was einer Steigerung von 59,4 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Unter den verschiedenen Batterieenergiespeichertechnologien hatten Lithium-Ionen-Batterien mit 1377,9 MW die größte kumulierte installierte Kapazität, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Kumulierte installierte Kapazität von Energiespeicherprojekten in China (Einheit: MW)
Obwohl physische Energiespeichermethoden, repräsentiert durch Pumpspeicherkraftwerke, mit einem Anteil von 92,6 % nach wie vor weltweit Energiespeicherprojekte dominieren, sind ihre anfänglichen Investitionskosten hoch, und es gibt nur begrenzten Spielraum für zukünftige Kostensenkungen, und sie stellen hohe Anforderungen an den geografischen Standort. Batteriespeicher als wichtige Form der elektrischen Energiespeicherung haben sich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt. BESS (Batterie-Energiespeichersysteme) bieten technische Vorteile wie flexible Anwendung, geringe Umwandlungsverluste, schnelle Reaktionsgeschwindigkeit und hohe Regelgenauigkeit und sind nicht durch geografische Bedingungen eingeschränkt, wodurch sie für die Massenproduktion und groß angelegte Multi-Feld-Anwendungen geeignet sind. Noch wichtiger ist, dass die Kosten verschiedener Batterieenergiespeichersysteme voraussichtlich weiter um 50 bis 60 % sinken werden. Laut der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) wird die globale BESS-Größe daher bis 2030 schnell auf 175 GW anwachsen. Der CNESA-Prognose zufolge wird die Größe des chinesischen Marktes für Batterieenergiespeicher zwischen 2020 und 2024 kontinuierlich zunehmen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 55 % bis 65 % und bis 2024 über 15 GW bis 24 GW erreichen.
Allerdings ist die regionale Verteilung von Batteriespeicherprojekten nach wie vor sehr ungleichmäßig. Obwohl im Jahr 2019 weltweit in 49 Ländern oder Regionen neue Batterieenergiespeicherprojekte in Betrieb genommen wurden, machten die zehn größten Länder, vertreten durch China, die Vereinigten Staaten, das Vereinigte Königreich, Deutschland und Australien, 91,6 % der gesamten weltweiten Kapazität aus, die im Jahr 2019 hinzugefügt wurde. Die Kapazität der Batterieenergiespeicherprojekte in China und den Vereinigten Staaten überstieg 500 MW, wobei insbesondere China vom fünften Platz im Jahr 2017 und dem zweiten Platz im Jahr 2018 auf den ersten Platz im Jahr 2019 aufstieg 2019. Südkorea, das 2017 den dritten und 2018 den ersten Platz belegte, verzeichnete 2019 aufgrund von Sicherheitsvorfällen eine Stagnation bei neuen Batterieenergiespeicherprojekten.
Im Jahr 2019 waren Guangdong, Jiangsu, Hunan, Xinjiang, Qinghai, Peking, Anhui, Shanxi, Zhejiang und Henan die zehn Provinzen (autonome Regionen, Gemeinden) in China mit den größten neu installierten Batteriespeicherprojekten. Die kombinierte neue Kapazität in diesen zehn Provinzen (autonome Regionen, Gemeinden) machte 88,9 % der gesamten neuen Kapazität Chinas im Jahr 2019 aus.
Dank kontinuierlicher Fortschritte in der Energiespeichertechnologie und des gut entwickelten Strommarkts in den Vereinigten Staaten hat sich die Batterieenergiespeicherung zur am schnellsten wachsenden Energiespeichertechnologie in den USA entwickelt und wird in allen Aspekten des Energiesystems, einschließlich Erzeugung, Übertragung, Verteilung und Verbrauch, weit verbreitet eingesetzt und bildet einen relativ klaren technologischen Fahrplan und ein effektives Geschäftsmodell.
2019 galt als das Jahr des Durchbruchs für die Energiespeicherbranche in den USA. Die installierte Gesamtkapazität der Batteriespeicher erreichte in diesem Jahr 1600 MW. Laut den neuesten Daten, die im „2019 Energy Storage Monitoring Yearbook“ der Energy Storage Association (ESA) veröffentlicht wurden, erreichte die gesamte neu installierte Energiespeicherkapazität in den USA im Jahr 2019 522,7 MW/1113 MWh, wobei allein das vierte Quartal 186,4 MW/264,2 MWh ausmachte. McKinsey & Company prognostiziert, dass die Kapazität für den Einsatz von Batterieenergiespeichern in den USA im Jahr 2020 dreimal so hoch sein wird wie im Jahr 2019, sich bis 2021 mehr als verdoppeln und bis 2025 7,3 GW erreichen wird; Die Gesamtinvestitionen in den US-amerikanischen Energiespeichermarkt beliefen sich 2019 auf 712 Millionen US-Dollar, während sie im Jahr 2020 voraussichtlich auf 2 Milliarden US-Dollar ansteigen werden.
Aufgrund der Unterschiede in den Stromversorgungssystemen und der Stromnachfrage im In- und Ausland variieren auch die Hauptanwendungsbereiche der Batterieenergiespeichertechnologie. Am Beispiel von Energiespeichersystemen mit Lithium-Ionen-Batterien liegt die weltweit häufigste Anwendung auf der Netzseite, wie Frequenzregulierung, Spitzenausgleich und Hilfsdienste, mit einem Anteil von 52,7 %, gefolgt von der Unterstützung der Integration erneuerbarer Energien mit 28,9 % und dezentralen und Mikronetzanwendungen auf der Benutzerseite mit 18,4 %. In China ist die Unterstützung der Integration erneuerbarer Energien mit 37,7 % die häufigste Anwendung, gefolgt von netzseitigen und benutzerseitigen Anwendungen mit 25 % bzw. 25,3 %.
Obwohl die Wachstumsrate im Jahr 2019 relativ langsamer war als die Wachstumsrate des globalen Energiespeichermarkts von 126 % im Jahr 2018, wird die Energiespeicherung weiterhin einen starken Wachstumstrend beibehalten, da große Länder ihre Energiewende vertiefen und ihre Anforderungen an die Flexibilität des Energiesystems erhöhen. Es ist bereits zu einer Schlüsseltechnologie für Länder geworden, um ihre energiestrategischen Ziele zu erreichen. Daher erreichte die kumulierte installierte Kapazität der weltweit in Betrieb befindlichen Stromspeicherprojekte im Juni 2020 185,3 GW, wobei die kumulierte installierte Kapazität in China 32,7 GW erreichte. Davon erreichte die weltweit kumulierte installierte Kapazität von Batterieenergiespeichern 10.112,3 MW und übertraf damit die 10-GW-Marke, was einem Anstieg von 36,1 % gegenüber dem Vorjahr entspricht, während Chinas kumulierte installierte Kapazität 1.831,0 MW erreichte, was einem Anstieg von 53,9 % gegenüber dem Vorjahr entspricht.