Energiespeicher sicher betreiben

Dezentrale Anlagen zur Erzeugung Erneuerbarer Energie sind permanent Umwelteinflüssen ausgesetzt und durch mögliche Sabotageakte gefährdet. Für eine zuverlässige Energiespeicherung und Netzstabilität sind hochwertige Technologien wie Überspannungs- und Niederspannungsschutz, robuste Elektronikschränke sowie Indoor- und Outdoor-Kühlsysteme unverzichtbar.

Mit den Klimazielen der Bundesregierung und dem Ausbau nachhaltiger Energieerzeugung steigt die Nachfrage nach Energiespeichern und Verbindungstechnik. Die Versorgungssicherheit soll rund um die Uhr gewährleistet werden, auch bei fast 100 % Erneuerbaren Energien. Das geht nicht ohne dezentrale und zentrale stationäre Batteriespeicher in großem Umfang.

Laut Berechnungen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme werden bis 2030 in Deutschland etwa 100 GWh elektrische Speicherkapazität benötigt, bis 2045 in etwa 180 GWh.

Es liegt in der Natur der Erneuerbaren Energien, dass die Infrastrukturen und Energiespeicher oft dezentral an exponierten Orten installiert werden müssen. Dort sind ihre elektronischen Komponenten klimabedingten Witterungsextremen und möglicherweise auch Sabotageakten ausgesetzt. Um hier die Versorgungssicherheit zu gewährleisten, werden sichere Speichersysteme und gut geschützte Verbindungen benötigt. Zugleich spielen die Effizienz, Langlebigkeit und Kosten eine Rolle sowie die einfache und sichere Installation von Komponenten.

 

Schutz der Anlagen vor Extremwetter

Gewitter, extreme Hitze und Kälte – auch dezentrale Speichersysteme sind infolge des Klimawandels zunehmend bedrohlichen Umweltbedingungen ausgesetzt. Um thermische Störungen zu vermeiden, kommen Lösungen im Bereich Blitz- und Überspannungsschutz sowie Hitze- und Kältemanagement zum Einsatz. Von Gleichstrom bis Wechselstrom: Die Technologien auf der Basis von Durchfluss-, Bleisäure-, Nickel-Cadmium-, Nickel-Metall-, Lithium-Ionen-, Lithium-Polymer- und Salzschmelze-Batterien sowie Erdungs- und Verbindungslösungen für Wasserstoff-, Wärme-, Schwungrad-, Kondensator- und Druckluftspeichersysteme sind betroffen.

Zur zuverlässigen Erdung sind exother­mische Erdungsanschlüsse die Technologie der Wahl. Exothermisch geschweißte Erico-Cadweld-Verbindungen bieten eine dauerhafte Bindung, die sich nicht löst oder ­korrodiert; sie erfüllen die Anforderungen des Tests nach IEEE 837 2014 EMF, wie ­Prüfungen in unabhängigen Laboren be­stätigen. Um Blitzeinschlägen widerstehen zu können, sollten außerdem Volumenstrommessgeräte, Ableitungssysteme und Blitzfangeinrichtungen in Übereinstimmung mit den geltenden Normen verbaut werden (europäische Norm IEC 62305, US-
amerikanisch UL 96 und NFPA 780 Standards). Die Verbindungen sollten bis zu 115 °C aushalten (Bild 1).

Blitzfangeinrichtungen oder Blitzableiter können nach den gängigen Modellen, die man derzeit im Bereich des Blitzschutzes verwendet, an einer Struktur angebracht werden. Die gebräuchlichste ist die Rolling-Sphere-Methode (RSM), die auf dem einfachen elektrogeometrischen Modell (EGM) für die Schlagdistanz basiert. Im Gegensatz dazu bestimmt die Fangvolumen-Methode (CVM) die ideale Platzierung eines Blitzschutzsystems mit Hilfe des Attractive-Radius-Modells (Ra) von Eriksson, das anhand des Blitzstroms den Schutzradius eines Blitzschutzsystems berechnet.

Das CVM berücksichtigt die Eigenschaften der Anlage und bewertet die physikalischen Kriterien des Luftdurchbruchs und der Verstärkung des elektrischen Feldes, die an verschiedenen Punkten der Anlage entstehen.

Anhand dieser Informationen wird dann das optimale Blitzschutzsystem für das jeweilige Gehäuse ermittelt. Das Ergebnis ist die effizienteste Platzierung von Flugsicherungssystemen für einen bestimmten Abfangwirkungsgrad. CVM eignet sich für:

• komplexe Architektur, die die Anwendung einer Standardinstallationsmethode nicht zulässt
• Schutz von Umspannwerken (IEEE 998)
• Anwendungen, bei denen keine herkömmliche Installationsmethode vorgegeben ist und eine verbesserte Lösung von Vorteil ist.

Zu den Folgen von Hitze zählen geschwächte Antriebsleistung, intermittierende Schwankungen bei I/C-basierten Geräten, abnehmende MTBF (mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen), der Ausfall von Komponenten oder der gesamten Anlage und Kosten für den Ersatz von Bauteilen. Kühlsysteme mit filterlosen Klimaanlagen, energieeffizienten Kompressoren und umweltfreundlichen Kältemitteln schützen effektiv vor Hitze (Bild 2).

Schutz vor Vandalismus

Neben den Schutzvorkehrungen gegen Ex-tremwetter müssen die einzelnen Komponenten von Energiespeichern auch hinreichend gegen Diebstahl, Sabotage und Vandalismus gesichert sein.

Robuste freistehende Elektronikschränke sollten zum Beispiel mit schweren Stahlrahmen und sechs Gestell-Winkelstreben ausgestattet sein, die besonders belastbar sind. Gehäuseversteifungen können zudem das Außenleben von besonders großen Speichern vor Sabotageakten schützen. Gehäuseflanschwannen schließen ungewünschte Flüssigkeiten und Verunreinigungen aus. Verdeckte, leicht abnehmbare Scharniere sowie Griffe mit Drei-Punkt-Verriegelung und öldichten Schlössern gehören zum Standard. Um das Innenleben von Energiespeichern zusätzlich zu sichern, werden z. B. halogenfreie, raucharme, verzinnte und schwer entflammbare Isoliermaterialien verwendet.

Kupferkabel und -leitungen sind besonders anfällig für Diebstähle – aus der hochwertigen Infrastruktur versuchen oftmals Diebe Profit zu schlagen. Deshalb ist die Verwendung von diebstahlsicheren Verbundkabeln ratsam: Diebstahlsicherungskabel bestehen aus zahlreichen kleineren verzinnten Kupferlitzen, die auf der Innenseite gebündelt sind, und einem Ring aus Stahllitzen auf der Außenseite. Die Kabel enthalten eine ausreichende Menge an Kupfer und behalten das hohe Maß an Flexibilität und die Leitfähigkeit, die Kupfer so passend für die Verwendung in Erdungskabeln macht. Sie sind außerdem biegsamer und leichter zu verbauen als kupferummantelte Stahlseile. Dank der Beschaffenheit entsteht fälschlicherweise der Eindruck, es handele sich um Stahlseile, einem wertloseren Rohstoff – das ist aber nicht der Fall. Dennoch bestehen solche Kabel den »Magnettest«: Wenn Diebe nach beschichteten Kupferleitern suchen, verwenden sie in der Regel Magnete, um den Rohstoff schneller zu erkennen. Selbst wenn findige Diebe entdecken, dass sich im Inneren der diebstahlhemmenden Kabel Kupfer befindet, ist es schwierig bzw. zu aufwendig, die Stahl- und Kupferdrähte zu trennen (Bild 3).

Fazit

Energieeffizienz, Widerstandsfähigkeit, Produktlebensdauer und Wartungsfreundlichkeit, Zeit- und Arbeitsersparnis sowie Sicherheit – all das spielt eine zunehmende Rolle beim Aufbau einer nachhaltigeren und elektrifizierten Welt. Im Markt werden Rundumlösungen mit belastbaren Komponenten, hohen Sicherheitsstandards und einfacher Installation erwartet. Mehr Leistung auf kleinem Raum spart Platz und ist energieeffizient. Um den außergewöhnlichen Anforderungen des Energiespeichermarkts gerecht zu werden, sollten alle Komponenten leicht, flexibel und einfach durch Klicken oder Stecken und ohne Werkzeug zu installieren sein (Bild 4).

Autor

Robin Vaucelle, Leiter Wachstumsstrategie E-Mobilität und Energiespeicherung bei nVent, Andrézieux-Bouthéon (F)

 

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net