Energie aus fluktuierenden Energiequellen zu speichern, ist eine der wesentlichen Herausforderungen in einem Strom- und Wärmenetz, welches wesentlich auf erneuerbaren Energien beruht. Diese Grundvoraussetzung nicht beachtet zu haben, ist ein schwerer Fehler der Energiewende.
Neben der reinen technologischen Entwicklung gewinnt der Bedarf an großen Batterie-Energiespeichern zur Netzstabilität und für neue Service- und Geschäftsmodelle zunehmend an Aufmerksamkeit, da der Ausbau der derzeit überwiegend genutzten Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland kaum mehr möglich ist. Laut einer Studie des Fraunhofer ISE ist es unvermeidlich, die Batteriespeicherkapazität in Deutschland bis 2030 auf 83 Gigawattstunden zu erhöhen, was fast dem 200-fachen der aktuellen Kapazität entspricht. Einer dieser Speicher ist in Alfeld/Niedersachsen geplant (Abb.).
Der geplante Batteriespeicher in Alfeld soll eine Speicherleistung von 137,5 Megawatt und eine Speicherkapazität von 275 Megawattstunden aufbringen. Foto: Kyon Energy
Doch große Batteriespeicher sind eine vom Risiko her nicht zu unterschätzende Technik. NetZero Watch veröffentliche aktuell eine kritische Betrachtung von John Lannon [1] über große Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) im Hinblick auf ihre gewaltige innewohnende Energie, ihre Sicherheitsanforderungen und ihres Standortes. BESS seien große und instabile Energiekonzentrationen, heiß es in seinem Bericht, so dass ihre Standort in der Nähe menschlicher Behausungen große Risiken birgt. An einem konkreten Standort in GB untersucht er die Auswirkungen von BESS-Bränden auf umliegende Gemeinden.
In seinen Bericht beruft Lannon sich auf ein Arbeitspapier von Fordham et al. [2], worin es heißt, dass ein vollgeladenes 1-MWh-BESS einer Explosionskraft von fast 1400 Tonnen TNT entspricht und folglich zu einer riesigen Explosion, zu Bränden und giftigen Gaswolken führen kann.
Die Verbreitung von BESS-Systemen in den letzten 10 Jahren ging mit einer Zunahme der Häufigkeit von Selbstbränden einher. Bis Juli 2024 wurden weltweit 89 BESS-Brände registriert.
Fordham et al. [2] beschreiben, wie Lithium-Batteriezellen unter bestimmten Umständen überhitzt werden können, wenn sie eine bestimmte Temperatur erreichen. Sie fangen Feuer und stoßen schädliche Gase aus. Wenn eine einzelne Zelle in Flammen aufgeht, heizt sie benachbarte Zellen auf, die ebenfalls in Flammen aufgehen. Wenn die Zellen nicht sofort abgekühlt werden, setzt eine Kettenreaktion ein und es kommt zu dem, was man “thermisches Durchgehen” nennt.
Die Zellen in einer Lithium-Ionen-Batterie funktionieren gut, wenn sie richtig gewartet werden, aber wenn sie „missbraucht“ werden, können die Ergebnisse katastrophal sein. Die Arten des Missbrauchs lassen sich wie folgt zusammenfassen [3]:
- Mechanischer Missbrauch liegt vor, wenn die Zelle (bei etwaiger Sabotage) von einem Gegenstand wie einem Nagel oder einer Kugel durchdrungen wird. Es kommt zu einem Kurzschluss, die Temperatur steigt und es kann zu einem thermischen Durchgehen kommen.
- Zu elektrischem Missbrauch kann es kommen, wenn die Zelle dauerhaft überladen oder auf einen zu niedrigen Wert entladen wird. Dieser Missbrauch kann dazu führen, dass sogenannte “Dendriten” entstehen, bei denen es sich um Schnurrhaare aus Lithium handelt, die auf die Elektroden wachsen. Wenn diese Dendriten lang genug werden, können sie den Separator durchbohren und einen Kurzschluss und ein thermisches Durchgehen verursachen.
- Thermischer Missbrauch entsteht, wenn eine Zelle überhitzt. Jede Zelle hat einen Innenwiderstand, der während des Ladens oder Entladens Wärme erzeugt. Die pro Zelle erzeugte Wärmemenge ist gering, aber in jedem Behälter können sich Tausende von Zellen befinden. Würde die Temperatur im Behälter ansteigen, könnte der Kunststoffseparator zusammenbrechen, es würde ein Kurzschluss folgen und es käme zu einem thermischen Durchgehen.
Alle BESS benötigen daher ein Batteriemanagementsystem, das in der Lage ist, mit allen erdenklichen Eventualitäten fertig zu werden. Der Ladezustand und der Gesundheitszustand jeder Zelle müssen überwacht werden, ebenso wie die Betriebstemperatur, die Ladekontrolle und der Zellausgleich, schreibt Lannon [1].
Um einen Eindruck zu vermitteln, an welche Größenordnung von Batteriespeicher derzeit gedacht ist, sei auf das von Statera Energy*) geplante gigantische 2400-MWh-Anlage verwiesen, die in 600 Containern untergebracht wird, die jeweils 4160 Blade-Zellen (in Form einer Klinge) mit einer Kapazität von 1120 Wh fassen. Einfache Arithmetik zeigt, dass über 2 Millionen Lithium-Ionen-Blade-Zellen benötigt werden.
Jede Zelle muss innerhalb strenger Grenzen arbeiten und darf weder entladen noch überentladen werden. Obwohl die Hersteller eine strenge Qualitätskontrolle über ihre Produktion durchsetzen, wird es immer Unterschiede in der Leistung zwischen den einzelnen Zellen geben. Diese strenge Qualitätskontrolle bedeutet, dass diese Abweichungen sehr gering sind. Die große Anzahl von Zellen, die regelmäßig geladen und entladen werden, bedeutet jedoch, dass kleine Unterschiede vergrößert werden können, insbesondere wenn die Zellen altern [1].
Einen Überblick über Batteriespeicher und andere Speichersystem gibt der Bericht des Wissenschaftlichen Dienstes des Deutschen Bundestages [4].
Lesen Sie auch „Batteriekosten plündern den Geldbeutel“. Der Artikel gibt einen Eindruck von den wahnsinnigen Kosten der großen Batteriespeicher, die letztlich über den Strompreis bezahlt werden müssen. Die Lithium-Problematik wird in „Lithium – Fluch und Segen“ angesprochen.
[3] https://www.youtube.com/watch?v=VWMfeseybt4