Trotz der Brandgefahren von Lithium-Ionen: Batterie-Energiespeichersysteme werden immer größer

Moss Landing in Kalifornien ist jetzt das weltweit größte Batteriespeicherprojekt mit einer Kapazität von 3 GWh. Auch China baut große Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeicheranlagen. China geht aber auch einen anderen Weg und speichert Energie durch physische Gewichte in Schwerkraft-Energiespeichersystemen.

Titelbild: Die von LG Energy Solution gelieferten Batterieständer stehen in den ehemaligen Turbinenhallen der Moss Landing Energy Storage Facility in Kalifornien. Bild: LG Energy Solution.

EnergyStorage.News schrieb am 2. August, dass Vistra Energy den Abschluss der Arbeiten zur Erweiterung seiner Moss Landing Energy Storage Facility in Kalifornien, dem weltweit größten Lithium-Batterie-Energiespeichersystem (BESS), bekannt gegeben hat.

Die Anlage wurde um 350 MW Leistung und 1.400 MWh Energiekapazität auf insgesamt 750 MW/3.000MWh aufgestockt.

Lithium-Ionen-Batterien sind feueranfällig und bekanntermaßen schwer zu löschen - je mehr Lithium, desto größer das Feuer

CTIF.org verfolgt die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien und hat kürzlich über zwei Vorfälle in den Vereinigten Staaten berichtet:

Am 20. Juli begann eine defekte Batteriebank in einem Krankenhaus in Florida giftige Gase auszustoßen, woraufhin 80 Menschen evakuiert werden mussten.

Allein in New York gab es in diesem Jahrzahlreiche Todesfälle aufgrund von defekten Lithiumbatterien in E-Bikes, und die Schwierigkeiten beim Löschen von Bränden in Elektroautos sind bekannt. Es hat sich gezeigt, dass ein Feuer in einem Elektro-Pickup so heiß brennt, dass es leicht auf andere Elektroautos übergreifen kann, selbst wenn sie im Freien geparkt sind, wie im April dieses Jahres zu beobachten war.

Im Mai 2023fing eine 20.000 Pfund schwere Lithium-Ionen-Batterie am 25. Aprilin einer Batteriefabrik in Jacksonville, FL,Feuer. HazMat-Teams arbeiteten daran, die Batterien in der Nähe zu bewegen und zu kühlen, um eine Explosion zu verhindern.

Am 26. April kam es in einem Industriegebiet in der Nähe von Göteborg, Schweden, zu einer ähnlichen Situation, als eine große Menge von Lithiumbatterien in einem Schiffscontainer gelagert wurde.

Auch Fahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterien sind dafür bekannt, sich spontan zu entzünden, und haben im vergangenen Jahr angeblich zwei große Frachtschiffe versenkt oder beschädigt .

Lithiumbetriebene Fahrzeuge auf See wegen Brandgefahr verboten

2023: Eine norwegische Fährgesellschaft hat in diesem Jahr Elektrofahrzeuge auf einer beliebten Touristenroute verboten , weil sie Bedenken hinsichtlich der Brandsicherheit und der Schwierigkeiten beim Löschen solcher Brände hat. Die US-Küstenwache hat in diesem Jahr den Transport von beschädigten Elektrofahrzeugen auf See verboten , da die Gefahr einer Selbstentzündung extrem hoch ist, nachdem Elektrofahrzeuge nach dem Hurrikan Ian in großer Zahl in Brand geraten waren .

Feuerwehrchef: Jüngster Brand in einem BESS-Solarpark im Bundesstaat New York ist eine "großartige Gelegenheit zum Lernen"

Am 27. Juli dauerte es vier Tage, bis der Brand einer Lithium-Ionen-Batterie in einem Solarpark am Ontariosee im Bundesstaat New York gelöscht werden konnte. Das Feuer löste eine Warnung über die Luftqualität aus, da große Mengen an potenziell giftigem Rauch die Gemeinde belasteten.

Niel D. Rivenburgh, stellvertretender Direktor der Jefferson County Fire and Emergency Services, sagte, der Vorfall sei eine Gelegenheit für die Ersthelfer, aus dem Vorfall zu lernen , da in den gesamten Vereinigten Staaten immer mehr Solarparks entstehen.

"Es gab eine unglaubliche Gelegenheit, aus diesem Vorfall zu lernen... das ist einer der Gründe, warum wir uns engagiert haben, nicht nur, um Chaumont nach den ersten 36 Stunden zurücktreten zu lassen, sondern weil wir in der Lage sind, anderen Leitern und Betreibern hier die Leckerbissen an Informationen zu geben, damit sie sicher sind, wenn etwas in ihren Solarprojekten passiert."

Wie also sind Batterie-Energiespeichersysteme brandgeschützt?

Die NFPA schreibt in ihrer Veröffentlichung "Energy Storage Safety Fact Sheet", dass die Verwendung von Energiespeichersystemen (ESS) in den letzten zehn Jahren dramatisch zugenommen hat... Die steigende Zahl der ESS-Installationen erfordert jedoch ein besseres Verständnis der damit verbundenen Gefahren und umfangreichere Maßnahmen zur Risikominderung."

In dem Merkblatt heißt es, dass die Feuerwehr einen Plan zur Vorbereitung auf Brände, Explosionen und andere Notfälle im Zusammenhang mit der ESS-Anlage ausarbeiten sollte, der die folgenden Elemente enthalten sollte

1. Verständnis der Verfahren, die im Betriebs- und Notfallplan der Anlage beschrieben sind

2. Identifizierung der vorhandenen ESS-Technologien, der potenziellen Gefahren, die mit den Systemen verbunden sind, und der Methoden zur Reaktion auf Brände und Zwischenfälle im Zusammenhang mit dem jeweiligen ESS

3. Identifizierung des Standorts aller elektrischen Trennschalter im Gebäude und Verständnis dafür, dass in ESS-Anlagen gespeicherte elektrische Energie nicht immer entfernt oder isoliert werden kann

4. Verstehen der Verfahren zum Abschalten und Abschalten oder Isolieren von Geräten, um die Gefahr von Bränden, Stromschlägen und Verletzungen zu verringern

5. Kenntnis der Verfahren für den Umgang mit beschädigten ESS-Geräten nach einem Brand, einschließlich der folgenden:

a. Erkennen, dass die in durch Feuer beschädigten Akkumulatoren und anderen ESS verbliebene elektrische Energie noch lange nach der ersten Löschung wieder aufflammen kann

b. Kontaktaufnahme mit Personal, das qualifiziert ist, beschädigte ESS-Geräte sicher aus der Einrichtung zu entfernen (diese Kontaktinformationen sind im Betriebs- und Notfallplan der Einrichtung enthalten).

Die NFPA schrieb im Jahr 2021 auch über Vorschriften für BESS in Wohngebäuden: NFPA 855, Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems (Standard für die Installation von stationären Energiespeichersystemen), enthält Anforderungen für die Installation von Energiespeichersystemen (ESS).

Die NFPA 855 Norm für die Installation von Energiespeichersystemen befasst sich per Definition mit industriellen Anlagen - es handelt sich jedoch um ein umfangreiches Dokument, das vor jedem Brand gründlich studiert werden muss, und die Informationen sind sehr detailliert. Darin werden elektrische Gefahren und Überlegungen zur Brandbekämpfung dargelegt - es scheint jedoch nicht speziell erwähnt zu werden, wie die Brandbekämpfung erfolgen sollte, wenn die Batteriebänke die Größe von Moss Landing erreichen und die sehr großen Lithiummengen potenziell in einen Brand verwickelt sind.

Die METROPOLITAN Fire Chiefs, ein Verband von Feuerwehren in Städten mit mehr als 1 Million Einwohnern, gehen in ihrer UFF-Positionserklärung von 2022 auf die Frage der Sicherheit von Feuerwehrleuten in großen BESS-Anlagen ein : "Technologische Fortschritte verschieben die Grenzen aller Gefahren und des Notfallsystems der Feuerwehr".

Der Abschnitt über BESS beginnt mit einem Verweis auf einen Vorfall aus dem Jahr 2019, bei dem vier Feuerwehrleute verletzt wurden:

"Am 19. April 2019 wurden vier Feuerwehrleute aus Arizona aufgrund eines kaskadierenden thermischen Durchgehens in einem 2,16 MWh Lithium-Ionen-Batterie-ESS, das zu einer Verpuffung führte, schwer verletzt (Abbildung 3). Es gab auch zahlreiche Ausfälle, die zu Bränden in der ganzen Welt führten".

Das Papier der METRO Fire Chiefs unterstreicht, wie wichtig es ist, dass Betreiber/Eigentümer gemeinsam mit der Feuerwehr eine Vorplanung für Zwischenfälle vornehmen, bevor diese eintreten:

"... Eigentümer und Betreiber von ESS sollten in Zusammenarbeit mit der örtlichen Feuerwehr und der zuständigen Behörde einen Notfallplan erstellen. Eigentümer und Betreiber sollten auch ein umfassendes Verständnis der mit der Lithium-Ionen-Batterietechnologie verbundenen Gefahren und der Reaktionsmöglichkeiten der örtlichen Feuerwehr haben . Darüber hinaus ist es wichtig, dass eine Kommunikation zwischen den eintreffenden Feuerwehrleuten und dem für die Verwaltung des ESS verantwortlichen Personal stattfindet, das bei der vollständigen Auswertung der Systemdaten helfen kann, um ein klareres Bild des Systemstatus und potenzieller Gefahren zu erhalten."

Das Positionspapier listet auch Schulungs- und Bildungsressourcen für Energiespeichersysteme im Allgemeinen auf:

https://training.fsri.org/course/025-nearmiss-ess

https://www.nfpa.org/News-and-Research/Resources/Emergency-Responders/High-risk…

Es verweist auch auf eine Datenbank über bekannte BESS-Ausfälle: https://storagewiki.epri.com/index.php/BESS_Failure_Event_Database).

Wie auch immer: Die verbleibende Frage ist: Kann eine einzige Feuerwehr überhaupt einen Brand in einer Batteriefarm von der Größe von Moss Landing bewältigen - oder die Batteriefarmen, die China bis 2027 zu bauen verspricht?

Cross-Safety.org schrieb in ihrem Bericht "CROSS Safety Report Battery Energy Storage System concerns" im Mai 2023, dass ein Sicherheitsgremium in Großbritannien zu dem Schluss kam, dass "es erhebliche Brandschutzbedenken im Zusammenhang mit BESS gibt. Die Batteriespeicherung ist ein wesentlicher Bestandteil der Entwicklung der Gesellschaft hin zu einer kohlenstofffreien Zukunft, aber sie muss auf eine Art und Weise erfolgen, die das Risiko erkennt und managt".

Batterie-Energiespeichersysteme ein "Risiko für Feuerwehrleute"

Sie kamen auch zu dem Schluss, dass BESS eindeutig ein Risiko für Feuerwehrleute darstellen, wie die in dem Bericht aufgeführten Vorfälle zeigen: "... es ist möglich, dass die FRS eine defensive Strategie anwenden müssen. Dies könnte im Falle eines Brandes in einem BESS dazu führen, dass die Brandbekämpfung auf den Schutz der umliegenden Risiken beschränkt wird und das Feuer nicht direkt bekämpft wird. ... Bei einem unkontrollierten Brand ist es wahrscheinlich, dass giftige und potenziell explosive Gase entstehen, die durch die Brandfahne und kontaminiertes Wasser in die Umwelt gelangen. Die Brandbekämpfung ist schwierig, wenn sich das BESS im Freien befindet. Befindet es sich innerhalb des Gebäudes, ergeben sich weitere Herausforderungen und mögliche betriebliche Entscheidungen, die zu einem unkontrollierten Brand führen können.

CROSS-UK Bericht 1058 - Brandschutzrisiken bei Lithium-Ionen-Batterien

China strebt bis 2027 fast 100 GHW an Lithium-Batterie-Energiespeichern an

Asia.Nikkei.com schrieb kürzlich über den Energiespeicherboom in China: Bis 2027 soll China über eine neue Energiespeicherkapazität von insgesamt 97 GW verfügen. Dem Artikel zufolge basieren neue Energiespeichersysteme in China größtenteils auf der Lithium-Ionen-Batterietechnologie.

China hat angeblich die Entwicklung erneuerbarer Energien vorangetrieben, um die Zusagen von Präsident Xi Jinping zu erfüllen, bis 2060 kohlenstoffneutral zu werden.

Berichten zufolge rechnet das Land damit, dass bereits in diesem Jahr 52 % der Stromerzeugung aus nichtfossilen Quellen stammen werden.

Man geht davon aus, dassder niedrige Lithiumpreis diese Entwicklung vorantreibt und die Kosten für den Bau von Batteriespeichern erschwinglicher macht.

GESS - Schwerkraft-Energiespeichersysteme

Laut Smart-Energy.com arbeitet China jedoch auch an der Entwicklung von Energiespeichersystemen im Netzmaßstab, die auf physikalischen Gewichten basieren sollen.

Energy Vault, ein Entwickler von Energiespeicherlösungen im Netzmaßstab, der für seine Schwerkraftspeichertechnologie bekannt ist, baut ein 25-MW/100-MWh-Schwerkraftspeichersystem in der Nähe eines Windparks und eines nationalen Netzanschlusses.

Die Inbetriebnahme der Leistungselektronik und der, wie das Unternehmen es nennt, "neuen hocheffizienten 'Band'-Hebesysteme" hat im Juni begonnen, heißt es in einer Pressemitteilung, in der der Bau angekündigt wird.

Es wird erwartet, dass das System, wie mit den lokalen staatlichen Netzbehörden geplant, im Jahr 2023 vollständig ans Netz angeschlossen sein wird, was EVx laut Energy Vault zum weltweit ersten kommerziellen, nicht gepumpten Wasserkraft-GESS im Versorgungsmaßstab machen wird.

The GESS is located outside of Shanghai in Rudong, Jiangsu Province, China. Image courtesy Energy Vault." data-entity-type="file" data-entity-uuid="b213d9f1-40e6-41a8-8639-a92de7a08739" src="/sites/default/files/inline-images/Screen Shot 2023-08-04 at 14.58.27.png" />

CNTY erklärte in einer Presseerklärung: "Mit dem kontinuierlichen Anstieg des Anteils der neu installierten Energiekapazität (...) hat der hohe Anteil der an das Netz angeschlossenen erneuerbaren Energien höhere Anforderungen an die Spitzenlastregelung, die Frequenzregelung und die Verbrauchsfähigkeit des Stromnetzes gestellt...

... China Tianying's "100MWh kompletter Satz von Schwerkraft-Energiespeichern" ist derzeit der weltweit größte komplette Satz von Schwerkraft-Energiespeichern. Der grundlegende technische Weg besteht darin, neue Energie wie Wind- und Solarenergie oder Netzstrom zu nutzen , um den Schwerkraftblock auf eine bestimmte Höhe zu heben und so die elektrische Energie in potenzielle Energie zur Speicherung umzuwandeln."

Nach Angaben von Energy Vault soll das EVx-System einen Wirkungsgrad von über 80 % bei der Hin- und Rückfahrt aufweisen.