Management des Wasserstoffrisikos in stationären Batteriesystemen
Stationäre Batterien spielen in verschiedenen Branchen eine entscheidende Rolle, da sie eine zuverlässige und unterbrechungsfreie Stromversorgung gewährleisten. Diese Systeme, insbesondere solche mit ventilgeregelten Blei-Säure-Batterien (VRLA), belüfteten Blei-Säure-Batterien (VLA) und Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cad), bergen jedoch potenzielle Sicherheitsrisiken aufgrund der Bildung von Wasserstoffgas. Dieses Gas entsteht während des normalen Betriebs und kann während des Ladens oder unter anormalen Bedingungen erheblich ansteigen. Bei unsachgemäßer Handhabung kann die Ansammlung von Wasserstoff zu katastrophalen Ereignissen wie Explosionen und Bränden führen. Lithium-Ionen-Batterien produzieren im normalen Betrieb keinen Wasserstoff, geben jedoch unter anormalen Bedingungen wie einem thermischen Durchgehen Wasserstoff ab. In diesem Blog untersuchen wir die mit Wasserstoff in Batteriespeichersystemen verbundenen Risiken, die Industriestandards zur Minderung dieser Risiken und die Vorteile von Wasserstoffüberwachungssystemen gegenüber herkömmlichen kontinuierlichen Belüftungsmethoden. Hier finden Sie eine Zusammenfassung der Bedeutung und bewährten Vorgehensweisen von Wasserstoffsensoren für Batterieräume.
Batterietechnologie und Wasserstofffreisetzung
- Ventilregulierte Blei-Säure-Batterien (VRLA).
VRLA-Batterien sind auslaufsicher und so konzipiert, dass der Wasserverlust durch einen Rekombinationsprozess minimiert wird. Beim Wiederaufladen, Ladungsausgleich oder in jeder anderen unregelmäßigen Ladesituation kann sich dieses Ventil jedoch öffnen und Wasserstoff in die Umgebung freisetzen. Diese Freisetzung wird häufig durch Überladung verursacht, die zu einem thermischen Durchgehen führen kann – einem selbsterhaltenden Temperaturanstieg, der die Wasserstoffemission aus der Batterie erhöhen kann. - Belüftete Blei-Säure-Batterien (VLA) und Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cad)
VLA- und Ni-Cad-Batterien sind als gasende Batterien gekennzeichnet, da sie während des Ladens entstehende Gase ablassen können. Die Wasserstoffproduktion ist während des Ladens am höchsten und erreicht ihren Höhepunkt, wenn die Batterie zu 90 % geladen ist. Überladen oder Schnellladen kann zu übermäßiger Gasbildung führen. Obwohl dies bei belüfteten Batterien selten vorkommt, können abnormale Bedingungen zu einem thermischen Durchgehen führen, was die Wasserstoffemissionen weiter erhöht. - Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien sind zwar im Allgemeinen versiegelt, können aber bei einem thermischen Durchgehen Wasserstoff und andere brennbare Gase abgeben, was durch interne Kurzschlüsse, Überladung, externe Hitze und andere Arten von Missbrauch verursacht werden kann. Diese Batterien sind auf ein Batteriemanagementsystem (BMS) angewiesen, um ihren Betrieb zu regulieren. Das BMS kann jedoch auch anfällig für Sensorfehler, Softwarefehler, schnellen Temperaturanstieg und komplexe Fehlerszenarien sein. - Iron-Air-Batterien
Iron-Air-Batterien erzeugen beim Ladevorgang Wasserstoff, wenn Wasser elektrolysiert wird. Um diesen Wasserstoff zu kontrollieren, werden Rekombinationskatalysatoren oder Entlüftungssysteme eingesetzt. Zusätzlich sind in diese Systeme oft Wasserstoffsensoren integriert, die den Gasgehalt überwachen und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen auslösen.
Bewährte Verfahren und Standards in der Batteriespeicherbranche
Um die mit der Wasserstofferzeugung in Batteriesystemen verbundenen Risiken zu mindern, wurden branchenweit bewährte Verfahren und Standards etabliert.
IEEE-Standards für die Sicherheit von Batterieräumen
Der IEEE 1635/ASHRAE 21-Standard bietet Richtlinien für die Handhabung der Wasserstoffentwicklung je nach Batterietyp und beschreibt die möglichen Wärme- und Entgasungsarten. Beispielsweise kann in VLA-Batterieräumen die Wasserstoffkonzentration bereits nach einem halben Tag ausgeglichenen Betriebs und drei Tagen normalen Erhaltungsbetriebs um 2 % steigen. Dieser Standard ist wichtig, um die mit verschiedenen Batterietechnologien verbundenen Risiken zu verstehen und geeignete Belüftungs- und Überwachungssysteme zu implementieren.
Industriestandards für die Sicherheit von Batterieräumen
Die IEC 62933-5-2 ist ein von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) entwickelter Standard, der sich auf Sicherheitsanforderungen für netzgekoppelte Energiespeichersysteme (ESS) konzentriert. Dieser Standard ist entscheidend für den sicheren Betrieb von Energiespeichersystemen, die in modernen Stromnetzen immer wichtiger werden.
Brandschutzbestimmungen für stationäre Batteriesysteme
Brandschutzvorschriften wie die der National Fire Protection Association (NFPA) und des International Fire Code (IFC) schreiben spezielle Sicherheitsmaßnahmen für Batteriespeichersysteme vor. So verlangt der IFC beispielsweise, dass Batterieräume mit mehr als 70 kWh Energiespeicher strengen Brandschutzbestimmungen entsprechen müssen. Wasserstoffsensoren und -erkennungssysteme sind in diesen Umgebungen von entscheidender Bedeutung, da sie eine mechanische Absaugung auslösen können, wenn der Wasserstoffgehalt einen bestimmten Schwellenwert erreicht.
Vorfälle in der realen Welt: Die Bedeutung der richtigen Wasserstoff Wahrnehmung und Verwaltung
Mehrere reale Vorfälle unterstreichen die Bedeutung eines ordnungsgemäßen Wasserstoffmanagements in Batteriespeichersystemen. So führte beispielsweise 1994 in Los Angeles eine Wasserstoffzündung in einer Telefonzentrale dazu, dass Notrufnummern, Polizei und Feuerwehr eine Stunde lang nicht erreichbar waren. An dem Vorfall waren sechs parallel geschaltete Stränge von VRLA-Batterien beteiligt, und die Entzündung des Wasserstoffs an einem Batteriepol löste eine Kettenreaktion aus.
Bei einem weiteren Vorfall im Jahr 2001 verursachte eine Wasserstoffexplosion im Batterieraum eines unterbrechungsfreien Stromversorgungssystems (USV) erhebliche strukturelle Schäden an einem stillgelegten Rechenzentrum. Obwohl ein Wasserstoffüberwachungssystem vorhanden war, blieb unklar, ob das Belüftungssystem bei der Evakuierung des Gebäudes betriebsbereit war. Diese Beispiele unterstreichen die dringende Notwendigkeit robuster Wasserstoffüberwachungs- und Belüftungssysteme, um solche Katastrophen zu verhindern.
Neue vs. alte Technologie: Fortschritte bei der Wasserstoffsensorik und -erkennung
Herkömmliche Wasserstoffsensortechnologien für Batteriespeicher wie katalytische Perlensensoren (CBS) und Wärmeleitfähigkeitsdetektoren (TCD) werden häufig zur Flächenmessung eingesetzt. Diese Technologien müssen jedoch häufig kalibriert und ausgetauscht werden, was zu höheren Wartungskosten führt. Darüber hinaus sind TCDs nicht komponentenspezifisch und können gegenüber anderen Gasen querempfindlich sein, was ihre Zuverlässigkeit bei der Erkennung von Wasserstoff verringert.
Im Gegensatz dazu bieten neue, selbstkalibrierende Festkörper-Wasserstoffsensoren zahlreiche Vorteile. Diese Sensoren zeigen keine Leistungsverschlechterung und weisen eine Lebensdauer von über 10 Jahren auf. Die Drift-Check-Funktion dieser Sensoren macht eine manuelle Kalibrierung überflüssig und reduziert so den Wartungsaufwand und die Betriebskosten um bis zu 40 %.
Weitere Details finden Sie in unserem ausführlichen Whitepaper „ Wasserstoffrisikomanagement in Energiespeicher- und Batteriesystemen“ . Kontaktieren Sie uns , um mit einem Anwendungstechniker über Wasserstoffsensorlösungen für Ihr Rechenzentrum, Ihre Batteriespeicher und andere Energiespeicherbereiche zu sprechen.