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Oct 08, 2023

Ermöglichung erneuerbarer Energien mit Batteriespeichersystemen

Da die nächste Phase der Ziele des Pariser Abkommens immer näher rückt, sind Regierungen und Organisationen auf der ganzen Welt bestrebt, den Einsatz erneuerbarer Energiequellen zu steigern. Einige der Regionen mit

Mit der nächsten Phase Da die Ziele des Pariser Abkommens immer näher rücken, sind Regierungen und Organisationen auf der ganzen Welt bestrebt, den Einsatz erneuerbarer Energiequellen zu steigern. Einige der Regionen mit dem höchsten Energieverbrauch bieten zusätzliche Anreize für die Suche nach Alternativen zur herkömmlichen Energie. In Europa ergibt sich der Anreiz aus einer Energiekrise. In den Vereinigten Staaten ist dies dem Inflation Reduction Act zu verdanken, einem Gesetz von 2022, das 370 Milliarden US-Dollar für Investitionen in saubere Energien bereitstellt.

Diese Entwicklungen treiben den Markt für Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) voran. Batteriespeicher sind ein wesentlicher Faktor für die Erzeugung erneuerbarer Energien und tragen dazu bei, dass Alternativen einen stetigen Beitrag zum weltweiten Energiebedarf leisten, obwohl die zugrunde liegenden Quellen von Natur aus intermittierend sind. Die Flexibilität, die BESS bietet, macht es zu einem integralen Bestandteil von Anwendungen wie Spitzenlastausgleich, Optimierung des Eigenverbrauchs und Notstromversorgung bei Ausfällen. Diese Anwendungen werden zunehmend profitabler, da die Batteriepreise sinken.

All dies hat eine bedeutende Chance geschaffen. Laut unserer Analyse wurden im Jahr 2022 mehr als 5 Milliarden US-Dollar in BESS investiert – fast eine Verdreifachung gegenüber dem Vorjahr. Wir gehen davon aus, dass der globale BESS-Markt bis 2030 zwischen 120 und 150 Milliarden US-Dollar erreichen wird, also mehr als das Doppelte seiner heutigen Größe. Aber es ist immer noch ein fragmentierter Markt, und viele Anbieter fragen sich, wo und wie sie konkurrieren können. Jetzt ist es an der Zeit, herauszufinden, wo sich auf dem schnell wachsenden BESS-Markt die besten Chancen bieten, und sich darauf vorzubereiten.

Hier sind einige Fragen – und Antworten –, die BESS-Spielern bei der Formulierung ihrer Strategien helfen sollen.

Der beste Weg, einen Eindruck von den mit BESS verbundenen Chancen zu bekommen, besteht darin, den Markt nach Anwendungen und Benutzergrößen zu segmentieren. Bei BESS gibt es drei Segmente: Front-of-the-Meter (FTM)-Anlagen im Versorgungsmaßstab, die typischerweise größer als zehn Megawattstunden (MWh) sind; Gewerbe- und Industrieanlagen hinter dem Zähler (BTM), die typischerweise zwischen 30 Kilowattstunden (kWh) und zehn MWh liegen; und BTM-Wohnanlagen, die normalerweise weniger als 30 kWh haben (Abbildung 1).

Wir gehen davon aus, dass BESS im Versorgungsmaßstab, das bereits den Großteil der neuen Jahreskapazität ausmacht, für den Rest dieses Jahrzehnts um rund 29 Prozent pro Jahr wachsen wird – das schnellste der drei Segmente. Die für 2030 prognostizierten 450 bis 620 Gigawattstunden (GWh) an jährlichen Installationen im Versorgungsmaßstab würden BESS im Versorgungsmaßstab in diesem Jahr einen Anteil von bis zu 90 Prozent des Gesamtmarktes bescheren (Abbildung 2).

Kunden von FTM-Anlagen sind in erster Linie Versorgungsunternehmen, Netzbetreiber und Entwickler erneuerbarer Energien, die die Schwankungen erneuerbarer Energien ausgleichen, Netzstabilitätsdienste bereitstellen oder kostspielige Investitionen in ihr Netz verschieben möchten. Die BESS-Anbieter in diesem Segment sind in der Regel vertikal integrierte Batteriehersteller oder große Systemintegratoren. Sie zeichnen sich durch Kosten und Umfang, Zuverlässigkeit, Erfolgsbilanz im Projektmanagement und die Fähigkeit aus, Energiemanagementsysteme und Softwarelösungen für Netzoptimierung und -handel zu entwickeln.

BESS-Einsätze finden bereits in sehr großem Umfang statt. Ein US-Energieunternehmen arbeitet an einem BESS-Projekt, das letztendlich eine Kapazität von sechs GWh haben könnte. Ein anderes US-Unternehmen mit Geschäftsinteressen innerhalb und außerhalb der Energiebranche hat diese Zahl bereits übertroffen und im Jahr 2022 6,5 GWh an BESS-Einsätzen erreicht. Ein Großteil des Geldes, das jetzt in BESS fließt, fließt in Dienste, die die Flexibilität von Energieversorgern erhöhen – zum Beispiel durch festen Frequenzgang. Langfristig wird das Wachstum von BESS eher auf den Ausbau von Solarparks und Windparks zurückzuführen sein, die Batterien benötigen, um ihren kurzfristigen Speicherbedarf zu decken.

Umsatzmodelle für FTM-BESS im Versorgungsmaßstab hängen stark von der Dynamik der Regionen ab, in die Anbieter eintreten. Die meisten BESS-Anbieter im Versorgungsmaßstab verfolgen eine Strategie der Umsatzstapelung oder der Zusammenstellung von Einnahmen aus verschiedenen Quellen. Sie könnten an Nebendiensten, Arbitrage- und Kapazitätsauktionen teilnehmen. Beispielsweise konzentrieren sich viele BESS-Installationen im Vereinigten Königreich derzeit auf Hilfsdienste wie die Frequenzsteuerung. In Italien gibt es BESS-Akteure, denen der Durchbruch gelungen ist, indem sie eine der landesweiten Kapazitätsauktionen für erneuerbare Energien gewonnen haben. Die Chancen in Deutschland liegen eher darin, kostspielige Netzausbauten zu vermeiden. Die BESS-Akteure, die sich im FTM-Versorgungssegment einen Namen gemacht haben, haben erkannt, wie wichtig es ist, individuell auf Länder und ihre Vorschriften zu reagieren, anstatt eine monolithische Strategie zu verwenden.

Gewerbe und Industrie (C&I) ist das zweitgrößte Segment, und die von uns prognostizierte durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 13 Prozent dürfte es C&I ermöglichen, bis 2030 einen jährlichen Zuwachs von 52 bis 70 GWh zu erreichen.

C&I besteht aus vier Untersegmenten. Die erste ist die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (EVCI). Laut dem McKinsey Center for Future Mobility werden Elektrofahrzeuge von etwa 23 Prozent aller weltweiten Fahrzeugverkäufe im Jahr 2025 auf 45 Prozent im Jahr 2030 ansteigen. Dieses Wachstum erfordert einen raschen Ausbau regulärer Ladestationen und Supercharger, wodurch die aktuelle Netzinfrastruktur unter Druck gesetzt wird und kostspielige, zeitaufwändige Modernisierungen erforderlich werden. Um dies zu vermeiden, können sich Ladestationsunternehmen und -eigentümer dafür entscheiden, ein BESS auf ihren Grundstücken anzubringen. Es haben sich bereits Partnerschaften zwischen BESS-Akteuren und EV-Herstellern gebildet, um mehr EVCI zu bauen, auch an abgelegenen Standorten.

Das nächste Untersegment von C&I ist kritische Infrastruktur wie Telekommunikationstürme, Rechenzentren und Krankenhäuser. In diesem Teilsegment bieten Blei-Säure-Batterien in der Regel bei Ausfällen eine vorübergehende Sicherung durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, bis die Stromversorgung wiederhergestellt ist oder Dieselgeneratoren eingeschaltet werden. Zusätzlich zum Ersatz von Blei-Säure-Batterien können Lithium-Ionen-BESS-Produkte auch dazu verwendet werden, die Abhängigkeit von weniger umweltfreundlichen Dieselgeneratoren zu verringern, und sie können in erneuerbare Energiequellen wie Solaranlagen auf Dächern integriert werden. In bestimmten Fällen kann die in einer Batterie gespeicherte überschüssige Energie es Unternehmen ermöglichen, Einnahmen durch Netzdienstleistungen zu erzielen. Mehrere Telekommunikationsunternehmen und Besitzer von Rechenzentren wechseln bereits zu BESS als unterbrechungsfreie Stromversorgungslösung und wegen der zusätzlichen Vorteile, die BESS bietet.

Das dritte Teilsegment sind öffentliche Infrastruktur, Gewerbebauten und Fabriken. In diesem Teilsegment werden vor allem Energiespeichersysteme zum Einsatz kommen, die bei der Spitzenlastreduzierung, der Integration mit erneuerbaren Energien vor Ort, der Optimierung des Eigenverbrauchs, Backup-Anwendungen und der Bereitstellung von Netzdiensten helfen. Wir glauben, dass BESS das Potenzial hat, die Energiekosten in diesen Bereichen um bis zu 80 Prozent zu senken. Das Argument für BESS ist besonders stark in Ländern wie Deutschland, Nordamerika und dem Vereinigten Königreich, wo häufig Nachfragegebühren erhoben werden.

Das letzte C&I-Untersegment besteht aus rauen Umgebungen – Anwendungen für Bergbau, Bauwesen, Öl- und Gasexploration und Veranstaltungen wie Outdoor-Festivals. Die Quelle des Wachstums wird die Abkehr der Kunden von Diesel- oder Gasgeneratoren hin zu emissionsarmen Lösungen wie BESS und Hybridgeneratoren sein. Ein Hauptfaktor für die Akzeptanz in diesem Segment sind bevorstehende Vorschriften (einschließlich der auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Big Buyers-Initiative der Europäischen Kommission und des Oslo-Plans für Netto-Null auf Baustellen bis 2025). Viele der Unternehmen, die den Wechsel vornehmen, werden zunächst auf Hybrid-Genset-Lösungen umsteigen, anstatt sofort vollständig auf BESS umzusteigen.

Das kleinste BESS-Segment stellen Wohnanlagen dar, die im Jahr 2030 voraussichtlich etwa 20 GWh erreichen werden. Wohnimmobilien sind jedoch ein attraktives Segment, da sie Möglichkeiten für Innovation und Differenzierung in Bereichen bieten, die von der traditionellen Heimspeicherung bis zur Schaffung von Mikronetzen in abgelegenen Gemeinden reichen. Aus vertrieblicher Sicht kann BESS mit Photovoltaikmodulen gebündelt oder in Smart Homes oder Heimladesysteme für Elektrofahrzeuge integriert werden. Maßgeschneiderte Produkte helfen Privatkunden dabei, Ziele wie Autarkie, optimierten Eigenverbrauch und geringeren Spitzenstromverbrauch zu erreichen – und können in diesem Bereich höhere Margen bedeuten. Unsere aktuelle Verbraucherumfrage zum Kauf alternativer Energien legt nahe, dass das Interesse an einem BESS-Produkt von einigen Faktoren abhängt, angefangen beim Preis, der Sicherheit und der einfachen Installation (Abbildung 3).

In einem neuen Markt wie diesem ist es wichtig, ein Gespür für die potenziellen Umsätze und Margen zu haben, die mit den verschiedenen Produkten und Dienstleistungen verbunden sind. Die BESS-Wertschöpfungskette beginnt bei den Herstellern von Speicherkomponenten, einschließlich Batteriezellen und -paketen, sowie von Wechselrichtern, Gehäusen und anderen wesentlichen Komponenten im Balance-of-System. Nach unserer Schätzung werden die Anbieter in diesem Teil der Kette etwa die Hälfte des BESS-Marktgewinnpools erhalten.

Hinzu kommen die Systemintegrationsaktivitäten, einschließlich des Gesamtdesigns und der Entwicklung von Energiemanagementsystemen und anderer Software, um BESS flexibler und nützlicher zu machen. Wir erwarten, dass diese Integratoren weitere 25 bis 30 Prozent des verfügbaren Gewinnpools erhalten.

Schließlich sind zwischen 10 und 20 Prozent des Gewinnpools mit Vertriebseinheiten, Projektentwicklungsorganisationen, anderen Kundenakquiseaktivitäten und Inbetriebnahmen verbunden (Abbildung 4).

Aus technologischer Sicht sind die wichtigsten Batteriekennzahlen, die den Kunden am Herzen liegen, die Lebensdauer und die Erschwinglichkeit. Derzeit dominieren Lithium-Ionen-Batterien, weil sie den Bedürfnissen der Kunden entsprechen. Früher war die Nickel-Mangan-Kobalt-Kathode die primäre Batteriechemie, aber Lithiumeisenphosphat (LFP) hat sie als günstigere Option überholt. (Lithium-Eisenphosphat-Kunden scheinen bereit zu sein, die Tatsache zu akzeptieren, dass LFP in bestimmten Bereichen, wie z. B. der Energiedichte, nicht so stark ist wie eine Nickelbatterie.) Allerdings ist Lithium knapp, was die Tür zu einer Reihe anderer interessanter und interessanter Technologien geöffnet hat vielversprechende Batterietechnologien, insbesondere zellbasierte Optionen wie Natrium-Ionen-Batterien (Na-Ionen), Natrium-Schwefel-Batterien (Na-S), Metall-Luft-Batterien und Durchflussbatterien.

Natriumionen sind eine Technologie, die man im Auge behalten sollte. Allerdings liegen Natrium-Ionen-Batterien in einigen wichtigen Punkten immer noch hinter Lithium-Ionen-Batterien zurück. Natriumionenbatterien haben eine kürzere Zyklenlebensdauer (2.000–4.000 gegenüber 4.000–8.000 bei Lithium) und eine geringere Energiedichte (120–160 Wattstunden pro Kilogramm gegenüber 170–190 Wattstunden pro Kilogramm bei LFP). Natriumionen haben jedoch das Potenzial, kostengünstiger zu sein – laut unserer Analyse bis zu 20 Prozent günstiger als LFP – und die Technologie verbessert sich weiter, insbesondere wenn die Produktion den Maßstab erreicht. Ein weiterer Vorteil ist die Sicherheit: Natriumbatterien sind weniger anfällig für thermisches Durchgehen. Es gibt auch ein Argument für die Nachhaltigkeit von Natrium-Ionen-Batterien, da die Umweltauswirkungen des Lithiumabbaus hoch sind.

All dies macht es wahrscheinlich, dass Natrium-Ionen-Batterien einen zunehmenden Anteil am BESS-Markt erobern werden. Tatsächlich wird erwartet, dass im Jahr 2023 mindestens sechs Hersteller mit der Produktion von Natrium-Ionen-Batterien beginnen. Es ist klar, dass die Anbieter Entscheidungen darüber treffen müssen, auf welche Technologie sie setzen wollen. Integratoren möchten ihre Systeme möglicherweise so einrichten, dass der Übergang zu Natrium-Ionen-Batterien einfach ist, sobald die Batterien weit verbreitet sind.

Dies ist eine entscheidende Frage angesichts der vielen verfügbaren Kundensegmente, der unterschiedlichen Geschäftsmodelle und der bevorstehenden technologischen Veränderungen. Hier sind vier Maßnahmen, die zum Erfolg auf dem Markt beitragen können:

Identifizieren Sie einen untergedeckten Bedarf in der Wertschöpfungskette. In einer aufstrebenden Branche wie dieser lohnt es sich für Unternehmen, über andere Produkte und Dienstleistungen nachzudenken, in die sie einsteigen könnten, sei es durch organische oder anorganische Schritte. Gibt es beispielsweise irgendetwas, das einen Systemintegrator davon abhält, die Batterieverpackung intern durchzuführen? Oder durch die gemeinsame Entwicklung einer neuen Zellchemie mit einem Batteriehersteller? Gibt es irgendetwas, das einen Batteriehersteller davon abhält, Systemintegrations- oder Servicefunktionen hinzuzufügen, um ein bestimmtes BESS-Segment, beispielsweise Energieversorger, anzusprechen?

Software ist ein besonders kritischer Bereich, den es zu erkunden gilt. Der Wert von Speichersystemen wird sich wahrscheinlich von reiner Hardware hin zu Software entwickeln, die das System steuert und verbessert, was die Möglichkeit eröffnet, größere Kundensegmente und höhere Margen zu erobern. BESS-Spieler müssen diese Fähigkeiten frühzeitig entwickeln.

Stärken Sie die Widerstandsfähigkeit Ihrer Lieferketten. Viele kritische BESS-Komponenten (von Batteriezellen bis hin zu Halbleitern in Wechselrichtern und Steuerungssystemen) sind auf komplexe Lieferketten angewiesen, die anfällig für Versorgungsengpässe aus einer Vielzahl von Quellen sind, darunter Rohstoffknappheit und Änderungen der Vorschriften. Strategische Partnerschaften, Multi-Sourcing und lokale Beschaffung sind Hebel, die bei der Definition einer Supply-Chain-Strategie berücksichtigt werden müssen, ohne dabei die Planung potenzieller Technologieveränderungen zu vergessen. Neben den BESS-Komponenten besteht ein weiterer Engpass für die Marktteilnehmer in der EPC-Fähigkeit und -Kapazität (Engineering, Procurement and Construction), insbesondere für Front-of-the-Meter-Anwendungen. Strategische Partnerschaften mit großen EPC-Anbietern, die für groß angelegte BESS-Installationen bereit sind, sind entscheidend für die erfolgreiche Durchführung von BESS-Projekten.

Konzentrieren Sie sich auf die Produktmerkmale, die am wichtigsten sind. Produktspezifikationen sollten widerspiegeln, was den Kunden wichtig ist. Eine Kundensegmentstrategie, die die Roadmap beeinflusst, erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass jede Funktion für Kunden wichtig ist. Ein solcher Ansatz ist besonders wichtig, da der Preiswettbewerb auf dem BESS-Markt voraussichtlich eine dauerhafte Realität bleiben wird. Die richtige Produkt-Roadmap erhöht auch die Chancen, in jedem Segment, in dem sich ein Unternehmen gerade befindet, ein Alleinstellungsmerkmal zu haben. Zum Beispiel die richtige Entscheidung über die Systemarchitektur und die Integration in die bestehende Kundeninfrastruktur (z. B. durch Kopplung von Gleichstrom mit Photovoltaik-Technologie) könnten die Eintrittsbarrieren für viele Kunden senken.

Denken Sie groß und handeln Sie schnell. Da BESS im Rampenlicht steht und die Einnahmen schnell steigen, ist es jetzt nicht an der Zeit, auf Nummer sicher zu gehen. Es stimmt zwar, dass der Markt stark fragmentiert ist, es stimmt aber auch, dass einige größere Player beginnen, Marktanteile zu gewinnen. Dies erhöht den Einsatz für alle Unternehmen, insbesondere für kleine Unternehmen, die möglicherweise vor einem Jahrzehnt als Forschungsprojekte begonnen haben und nun über wertvolles geistiges Eigentum verfügen. Diese Unternehmen müssen wahrscheinlich einige Risiken eingehen, um Marktanteile zu gewinnen und nicht von größeren Unternehmen verdrängt zu werden.

Der BESS-Markt befindet sich in einer explosiven Entwicklungsphase; Spieler, die sich jetzt nicht bewegen, werden etwas verpassen. Die Gewinner auf dem Markt werden diejenigen Unternehmen sein, die die vier für den Erfolg erforderlichen Voraussetzungen erfüllen. Diese Gewinner werden in einem neuen Markt Wert schaffen, während sich die Energiewende beschleunigt.

Gabriella Jarbrattist Engagement Manager im Stockholmer Büro von McKinsey, woErik Sparreist Partner.Sören Jautelatist Partner im Stuttgarter Büro, woAlexandre van de Rijtist assoziierter Partner.Martin Linderist Senior Partner im Münchner Büro.Quan Han Wongist Senior Associate im Londoner Büro von McKinsey.

Die Autoren danken Eugene Ann, Nicolò Campagnol, Jan Chhatwal, Jonathan Deffarges, Jose Luis Gonzales, Yves Gulda, Zarief Hasrat, Evan Horetsky, Emil Hosius, Luca Rigovacca, Giulia Siccardo, Christian Staudt, Godart van Gendt und McKinsey Team von Energy Storage Insights für ihre Beiträge zu diesem Artikel.