Batteriealterung: Warum sich das Laden und Entladen eines Industriespeichers bei Arbitrage nicht immer lohnt

Ein Batteriespeicher altert mit jedem Lade- und Entladevorgang, und dieser Verschleiß hat einen handfesten wirtschaftlichen Wert. Wie oft und wie intensiv ein Speicher zyklisiert wird, entscheidet mit darüber, wie lange er hält und wann er ersetzt werden muss. Genau deshalb gehört die Alterung in jede belastbare Wirtschaftlichkeitsrechnung, idealerweise schon in die Steuerung des Speichers selbst. Dieser Beitrag erklärt, warum das so ist, wie sich die Kosten eines Zyklus beziffern lassen und worauf es ankommt, wenn man Alterung von Anfang an mitdenkt.

In unserem Artikel „Wie Batteriespeicher wirklich altern und wie wir das modellieren" haben wir gezeigt, dass Batteriealterung einer Kurve folgt und in jede seriöse Wirtschaftlichkeitsrechnung gehört. Dort ging es darum, die Alterung korrekt abzubilden. Hier gehen wir einen Schritt weiter: Wir zeigen, wie die Alterung aktiv mitentscheidet, wann sich das Laden und Entladen lohnt und wie ein Speicher gesteuert und ausgelegt wird.

Warum die Alterung bei der Speichersteuerung berücksichtigt werden muss

Ein Batteriespeicher hält nicht ewig: Jeder Lade- und Entladevorgang verbraucht ein Stück seiner begrenzten Lebensdauer. Und dieses verbrauchte Stück hat einen echten Wert in Euro, denn wer seinen Speicher stärker beansprucht, muss ihn früher ersetzen.

Wird das bei der Steuerung nicht berücksichtigt, kann es passieren, dass der Speicher auch für winzige Preisunterschiede geladen und entladen wird, obwohl die dabei verbrauchte Lebensdauer mehr kostet, als der Zyklus einbringt. Damit ein Speicher wirtschaftlich sinnvoll betrieben wird, muss die Alterung deshalb von Anfang an Teil der Rechnung sein. Nur so lässt sich für jeden Zyklus abwägen, ob er sich wirklich lohnt.

Was genau ist zyklische Alterung?

Zyklische Alterung ist genau der Effekt, den man vom Handy kennt: Mit jedem Laden und Entladen nutzt sich der Akku ein kleines bisschen ab und verliert einen winzigen Teil seiner Kapazität. Nach vielen Ladezyklen hält das Handy spürbar weniger lange durch als am Anfang, und bei einem Batteriespeicher passiert dasselbe. Je öfter und je intensiver er geladen und entladen wird, desto mehr summiert sich dieser Verschleiß.

Was ein verlorenes Stück Kapazität wert ist

Die Umsetzung in der Steuerung: Alterung bekommt einen Preis:

Jeder Zyklus bekommt einen Preis. Bei jeder Lade- und Entladeentscheidung rechnet der System mit ein, wie viel Lebensdauer sie kostet, und stellt das dem Ertrag gegenüber. Ein Zyklus wird also nur dann gefahren, wenn er sich unterm Strich auch wirklich lohnt.

Aber wie lässt sich der „Preis" eines Zyklus konkret beziffern? Dahinter steht folgende Überlegung: Jeder Zyklus kostet ein Stück Kapazität, und dieses Stück Kapazität hat einen Wert.

Der Wert einer Kapazitätseinheit entspricht dem, was ihr Ersatz kostet. Man teilt also die Investitionskosten durch die gesamte Kapazität, die der Speicher bis zu seinem Lebensende verliert:

Wert je Kapazitätseinheit = Investitionskosten ÷ Kapazitätsverlust bis Lebensende

Anders gesagt: Wenn ein Speicher X Euro kostet und am Ende seiner Lebensdauer einen bestimmten Anteil seiner Kapazität verloren hat, was kostet mich dann eine einzelne Einheit dieses Verlusts?

Multipliziert man diesen Wert mit dem über das Jahr aufsummierten Kapazitätsverlust, erhält man die jährlichen Alterungskosten in Euro. Diese werden vom Jahres-Cashflow abgezogen, bevor der Kapitalwert berechnet wird.

Ein praktischer Nebeneffekt: Diese Logik funktioniert unabhängig davon, ob die Batteriegröße fest vorgegeben ist oder vom System selbst gewählt wird. In beiden Fällen bleibt die Rechnung einfach und damit genauso schnell wie zuvor.

Der Nutzen liegt nicht in einem höheren Kapitalwert

Ein wichtiger Punkt, um Missverständnisse zu vermeiden: Da die Alterung als Kostenposition vom Cashflow abgezogen wird, fällt der ausgewiesene Kapitalwert tendenziell etwas niedriger aus als in einer Rechnung ohne diesen Posten, nicht höher. Das ist kein Widerspruch, sondern der Kern der Sache: Der Kapitalwert ist realistischer, weil die Lebensdauerkosten mit eingepreist sind.

Der eigentliche Mehrwert zeigt sich in der Fahrweise. Der Optimierer streicht genau die Zyklen, deren Marge die verbrauchte Lebensdauer nicht rechtfertigt. Das Ergebnis sind deutlich weniger Zyklen bei nahezu gleichem Ertrag. Über die Projektlaufzeit bedeutet das eine geringere Belastung des Speichers, eine langsamere Alterung und damit eine spätere Ersatzinvestition. Das sind Effekte, die eine reine Jahresbetrachtung ohne Alterungskosten gar nicht abbilden kann.

Was sich in der Praxis ändert

Wie stark sich die Berücksichtigung der Alterung auswirkt, hängt stark von der Betriebsstrategie ab:

Bei der arbitragegetriebenen Fahrweise mit dynamischen Tarifen wird das Über-Zyklisieren spürbar gedämpft: Lade- und Entladevorgänge, deren Marge die verbrauchte Lebensdauer nicht rechtfertigt, unterbleiben.

Bei der Lastspitzenkappung zeigt sich vor allem, dass die Fahrweise ohnehin schon nahezu optimal ist. Hier wird so wenig zyklisiert, dass die Alterungskosten kaum ins Gewicht fallen.

Schließlich kann der Optimierer mit eingepreister Alterung auch zu dem Schluss kommen, dass sich gar kein Speicher rechnet, und die Größe auf null setzen. Auch das ist ein realistisches Ergebnis, und eines, das ohne die Berücksichtigung der Alterungskosten so nicht entstanden wäre.

Fazit

Der Optimierer bildet die Kosten des Zyklisierens jetzt realitätsnäher und wissenschaftlich fundiert ab: Er berücksichtigt nicht nur den Ertrag eines Zyklus, sondern auch die Lebensdauer, die dieser verbraucht. Für die dynamische Arbitrage verhindert das unnötiges Zyklisieren für minimale Margen, für die Lastspitzenkappung bestätigt es, dass die Fahrweise bereits passt. Da die Rechnung dabei einfach und schnell bleibt, ist die Alterung bei jeder Analyse standardmäßig aktiv.

Quellen:

• Kumtepeli et al., „Energy arbitrage with battery storage degradation modeling" (2024), arXiv:2403.10617
• Naumann et al., „Analysis and modeling of cycle aging of a commercial LiFePO4/graphite cell" (2020), Journal of Power Sources 451, 227666
• Collath et al., „Aging aware operation of lithium-ion battery energy storage systems: A review" (2022), Journal of Energy Storage 55, 105634