Energie

5 Wichtige Sicherheitsaspekte für Batteriespeichersysteme

HSE-Überlegungen zu Batteriespeichersystemen (BESS).

A BESS ist ein Batterie-Energiespeichersystem (BESS), das Energie aus verschiedenen Quellen aufnimmt, diese Energie akkumuliert und in wiederaufladbaren Batterien für die spätere Nutzung speichert. Bei Bedarf wird die elektrochemische Energie aus der Batterie entladen und an Haushalte, Elektrofahrzeuge, Industrie- und Gewerbeanlagen geliefert.

Ein BESS ist ein zusammengesetztes System, das aus Hardwarekomponenten sowie Low-Level- und High-Level-Software besteht. Zu den wichtigsten Teilen eines BESS gehören:

    Ein Batteriesystem. Es enthält einzelne Batteriezellen, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Die Zellen sind in Modulen angeordnet, die ihrerseits Batteriepakete bilden.
    Ein Batteriemanagementsystem (BMS). Ein BMS sorgt für die Sicherheit des Batteriesystems. Es überwacht den Zustand der Batteriezellen, misst ihre Parameter und Zustände, wie den Ladezustand (SOC) und den Gesundheitszustand (SOH), und schützt die Batterien vor Bränden und anderen Gefahren.
    Ein Wechselrichter oder ein Power Conversion System (PCS). Dieser wandelt den von den Batterien erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um, der an die Anlagen geliefert wird. Batteriespeichersysteme sind mit bidirektionalen Wechselrichtern ausgestattet, die sowohl das Laden als auch das Entladen ermöglichen.
    Ein Energiemanagementsystem (EMS). Es ist für die Überwachung und Steuerung des Energieflusses innerhalb eines Batteriespeichersystems zuständig. Ein EMS koordiniert die Arbeit eines BMS, eines PCS und anderer Komponenten eines BESS. Durch das Sammeln und Analysieren von Energiedaten kann ein EMS die Energieressourcen des Systems effizient verwalten.

Je nach Funktionsweise und Betriebsbedingungen kann ein BESS auch eine Reihe von Sicherheitssystemen enthalten, wie z. B. ein Brandschutzsystem, einen Rauchmelder, ein Temperaturkontrollsystem, Kühl-, Heizungs-, Lüftungs- und Klimasysteme. Die Sicherheitssysteme verfügen über eigene Überwachungs- und Steuereinheiten, die die Voraussetzungen für den sicheren Betrieb eines BESS schaffen, indem sie dessen Parameter überwachen und auf Notfälle reagieren.

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Fünf wichtige Sicherheitsüberlegungen bei der Arbeit an BESS-Systemen und -Standorten

1. Investiere in das richtige Batteriemanagementsystem und die richtige Energiemanagementsoftware

Die Verwendung von sicheren und normgerechten Komponenten ist der erste obligatorische Schritt, um das höchstmögliche Sicherheitsniveau zu gewährleisten; entscheidend ist jedoch auch, wie die Batterie genutzt wird. Deshalb sollte das Batteriemanagementsystem (BMS) sicherstellen, dass die Batterie nicht über ihre Grenzen hinaus belastet wird. Um diese funktionale Sicherheit zu gewährleisten, muss das BMS nach IEC61508 zertifiziert sein, der Norm für die funktionale Sicherheit elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer sicherheitsbezogener Systeme.

Das BMS erzeugt eine große Menge an Daten, die von der Energiemanagementsoftware (EMS) gelesen, lokal gespeichert und regelmäßig in einem sicheren Cloud-System gesichert werden. All diese Daten können zu Analysezwecken verwendet werden, um mögliches Fehlverhalten der Batterie oder Abweichungen frühzeitig zu erkennen und den Systembetrieb zu optimieren.

2. Thermisches Durchgehen, Brände und Explosionen

Zusätzlich zu normalen Bränden, die Brennstoff, Hitze und Sauerstoff benötigen, um weiter zu brennen, kann es bei Lithium-Ionen-Batteriezellen zu einer chemischen Reaktion kommen, die als „Thermal Runaway“ bezeichnet wird und weder Sauerstoff noch eine sichtbare Flamme benötigt, wenn sie innerhalb einer dicht gepackten Zellanordnung auftritt.

Wenn keine Schutzvorrichtungen vorhanden sind, kann dieser Prozess die Temperatur und den Druck weiter in die Höhe treiben, bis die Batteriezelle reißt und explosive Gase freigesetzt werden können. Wenn sich der thermische Durchbruch in einem Modul ausbreitet, können sich entflammbare Gase im BESS ansammeln und die Voraussetzungen für eine Explosion schaffen. Thermisches Durchgehen kann auch durch Überhitzung bei herkömmlichen Bränden verursacht werden.

Es ist wichtig zu wissen, dass der Standardansatz zur Minimierung herkömmlicher Brände – das Abschalten der Belüftung und der Einsatz sauberer Löschmittel, um das Feuer zu kühlen oder ihm den Sauerstoff zu entziehen – die Gefahr einer Explosion verschlimmern kann, da die Konzentration explosiver Gase ansteigt. Daher müssen Notfallsysteme und Notfalleinsatzprotokolle so konzipiert sein, dass Brände gelöscht und Räume bei Bedarf belüftet werden, bevor sie betreten werden.

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3. Ergonomie und Notstopps (E-Stops)

Batteriesysteme müssen sich sofort und kontrolliert abschalten, wenn das EMS, das BMS oder eine andere Sicherheitseinrichtung ein Sicherheitsproblem oder eine Batterieanomalie erkennt. Wichtig ist auch eine manuelle „Notabschaltung“, die von den Bedienern oder Ersthelfern durchgeführt werden kann.

Da diese Technologie und die BESS-Systeme noch in den Kinderschuhen stecken, kann es beim Bau solcher Anlagen zu Konstruktionsfehlern kommen. An manchen Standorten sind zwei BESS-Container übereinander gestapelt und jeder BESS-Container hat einen Notausschalter, der, wenn er auf einer Ebene steht, perfekt zugänglich ist. Wenn sie jedoch übereinander gestapelt sind, ist der Notausschalter für die oberste Ebene der Container nicht zugänglich, was bei einem Brand oder einem Zwischenfall, bei dem das System isoliert und abgeschaltet werden muss, katastrophale Folgen haben kann.

Batteriespeichersysteme Cybersicherheit

4. Cybersecurity

Computersicherheit, Cybersicherheitoder informationstechnische Sicherheit (IT-Sicherheit) ist der Schutz von Computersystemen und Netzwerken vor der Offenlegung von Informationen, dem Diebstahl oder der Beschädigung ihrer Hardware, Software oder elektronischen Daten sowie vor der Unterbrechung oder Fehlleitung der von ihnen bereitgestellten Dienste.

BESS-Entwickler/innen sollten sich auf erfahrene Anbieter/innen verlassen, die die Integrität aller Geräte sicherstellen und die Sicherheitssoftware regelmäßig aktualisieren können.

Nur geprüftes und geschultes Personal sollte Zugang zum BESS haben. Ebenso sollten die Verbindungen zwischen dem BESS und anderen webbasierten Systemen auf ein Minimum beschränkt werden.

5. Stilllegung

Die Stilllegung ist für Li-Ionen-Batterien besonders wichtig, da sie gefährliche Materialien enthalten. Gebrauchte Li-Ionen-Batterien gelten als gefährlicher Abfall, der entsorgt werden muss. Beschädigte Li-Ionen-Batterien, die noch nicht vollständig entladen sind, stellen eine Gefahr für gestrandete Energie dar und gelten immer noch als Batterien. Bei der Stilllegung muss berücksichtigt werden, dass die Batterien vollständig entladen sein müssen, bevor sie als gefährlicher Abfall eingestuft werden.

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Unser Expertenteam verfügt über Erfahrung in den verschiedenen Phasen des Lebenszyklus eines BESS, von HSE und bauliche Überlegungen zu Betriebsmanagement.

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