Versorgungssicherheit braucht Speicherkapazität

Wind- und Solarenergie fließt nicht gleichmäßig. Ein hoher Anteil an Erneuerbaren kann nur erreicht werden, wenn ausreichende Speicherkapazitäten für die Stunden zur Verfügung stehen, an denen die Sonne nicht scheint beziehungsweise der Wind nur schwach weht. Speichersysteme machen die Intermittenz flexibler, der ein Großteil der erneuerbaren Energieerzeugung unterliegt: In Zeiten hoher Nachfrage speisen sie Energie ins Netz; wenn die Nachfrage sinkt, speichern sie die Energie. So sichern sie die Verfügbarkeit von Strom im großen Maßstab und damit auch die Autarkie von Stromnetzen, die überwiegend oder fast ganz aus erneuerbaren Energien gespeist werden. Die Technologien zur Speicherung sind vielfältig: mechanische (Wasserkraftwerke, Pumpstationen, Druckluftspeicher, Schwungräder), elektrochemische (Batterien, Akkus, Wasserstoffträger), elektromagnetische (supraleitende Spulen) und thermische Systeme (latente oder sensible Wärme). Jedes dieser Systeme hat seine Besonderheiten, was die Leistung, die Energiedichte und die Lebensdauer angeht. Vor allem unterscheiden sie sich in Bezug auf ihre technologische Reife.

Bei der stationären elektrischen Speicherung wird der größte Teil durch Wasserpumpen realisiert, elektrochemische Systeme – die Lithium-Ionen-Technologie – gelten als Option der Wahl für Fahrzeuge. Bei der Entwicklung von Speichersystemen sind der ganzjährige Betrieb sowie die Nachhaltigkeit die zentralen Kriterien.

Speichersysteme verbinden und schützen

Elektrische Speicher, insbesondere dezentrale Systeme, sind zahlreichen Risiken ausgesetzt. Die häufigsten Gefahren bestehen nach wie vor in Überspannungen und direkten Blitzeinschlägen – sie können die empfindliche Elektronik gefährden, die für den Lade- und Entladeprozess benötigt wird.

Die Erdung und der Potenzialausgleich sollen die Sicherheit von Personen gewährleisten und empfindliche Geräte schützen. Der Potenzialausgleich bei Metallgegenständen verhindert die Ansammlung elektrischer Energie und verringert die Gefahren, wenn eine Person gleichzeitig mit mehreren Gegenständen mit unterschiedlichem Potenzial in Berührung kommt. Die Erdung ist ein Mittel, um transiente Spannungen abzuleiten, die durch Kurzschlüsse oder Blitzeinschläge verursacht werden können.

Um die verschiedenen Normen im Zusammenhang mit Blitzen zu verstehen, müssen qualifizierte Blitzschutzexperten in die Planung einbezogen werden, denn die Anlagen werden immer komplexer: Manchmal sind mehrere Gehäuse miteinander verbunden, es gibt unterschiedliche Spannungen innerhalb der Netze, und an einem Standort können gleichzeitig Wechsel- und Gleichstromnetze existieren, wie es bei der Speicherung in Batterien der Fall ist. Da Batteriespeicher bei einem Kurzschluss extrem hohe Ströme bei sehr hohen Gleichspannungen entwickeln können, müssen spezielle Überspannungsableiter eingesetzt werden.

Flexible Leiter ohne Kabelschuh sind als Leistungsanschlüsse ideal für die Verbindung von Batterien in Schaltschränken.

Die Zuverlässigkeit und Effizienz von Energiespeichersystemen hängen auch von der Verkabelung und den elektrischen Anschlüssen ab, sie bilden das Herzstück des Energiespeichersystems. Auf der Suche nach innovativen technologischen Lösungen für Strom- und Leistungsanschlüsse können die Betreiber von Speichersystemen auf flexible Leiter ohne Kabelschuhe zurückgreifen, die mit einer raucharmen, halogenfreien und flammhemmenden thermoplastischen Isolierung kombiniert sind. Diese eignen sich ideal für die Verbindung von Batterien in Schaltschränken, denn sie minimieren den Platz zwischen den Batterien und vermeiden gleichzeitig Spannungspunkte, wie sie die durch das Knicken der Kabel verursacht werden. Als ideale Alternative zu Kabeln mit großem Querschnitt oder starren Kupferschienen bieten solche flexiblen, mit verzinntem Elektrolytkupfer isolierten Schienen eine geringere Kontaktfläche mit den Kupferleitern, sie können auch in Umgebungen mit Temperaturen über 100 Grad verwendet werden.

Beim Thema Hitze werden zunehmend auch Kühlsysteme mit filterlosen Klimaanlagen, energieeffizienten Kompressoren und umweltfreundlichen Kältemitteln unverzichtbar. Damit lässt sich die Schwächung der Antriebsleistung verhindern und die MTBF (mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen) verringern. Intermittierende Schwankungen bei I/C-basierten Geräten sowie der Ausfall von Komponenten oder der gesamten Anlage – und die entsprechenden Kosten für den Ersatz von Bauteilen – lassen sich vermeiden.

Die Zukunft alternativer Energien hängt zweifellos von der Entwicklung sicherer Energiespeicherlösungen ab. Sie müssen zuverlässig und nachhaltig sein. Weitere Innovationen sind nötig, um die Herausforderungen der Dekarbonisierung zu meistern und die Chancen zu nutzen, die eine zunehmend elektrifizierte Welt bietet.

Robin Vaucelle,

Leiter Wachstumsstrategie E-Mobilität und Energiespeicherung, N-Vent

Foto: nVent