Ein umfassender Ansatz für FAT und SAT für BESS

Der Markt für Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) boomt. Es wird erwartet, dass die Lithiumproduktion bis 2030 um das Fünffache steigen wird.¹ Und im Moment entwickelt sich die Batterietechnologie sprunghaft weiter. Die tägliche Arbeit der BESS-Projektentwicklung zeigt jedoch, dass Standards und Leitlinien an mehreren Fronten hinterherhinken – Sicherheits- und Leistungsprüfprotokolle, Testzeitpläne und die Durchsetzung von Zertifizierungsanforderungen.

1Home, A (15. Dezember 2022). Spalte: Lithium ist immer noch supergeladen, da das Angebot nach der Nachfrage jagt. Reuters. Lithium immer noch aufgeladen als Angebot jagt nach Nachfrage

Wir bei Blanboz glauben, dass Standardorganisationen trotz ihrer großen Anstrengungen keine Chance hatten, mit der Entwicklung und Innovation in dieser florierenden Branche Schritt zu halten. Die daraus resultierende Lücke kommt den Lieferanten und Anbietern zugute, so dass die Kunden keine Argumentationskraft haben, um Verfahren festzulegen und Änderungen vorzuschlagen, um die Sicherheit und Leistungskonformität zu gewährleisten. Alle inhärenten Risiken werden dann an die Kunden weitergegeben.

Wir haben uns daher mit Experten aus der alten Öl- und Gasindustrie zusammengetan, um ihre Branchenerfahrung mit hoher Standardisierung in Verbindung mit unserer umfangreichen Erfahrung im BESS-Bereich zu bringen und gleichzeitig zu versuchen, das Beste aus bestehenden Standards zu machen, um die Sicherheit zu verbessern und die beabsichtigte Leistung zu garantieren. Unsere Partnerschaft hat einen umfassenden Ansatz zur Bewertung und Beobachtung von Factory Acceptance Tests (FAT) und Site Acceptance Tests (SAT) etabliert, der sich auf die Batterieperspektive auf Zell-, Modul-, Rack- und Systemebene konzentriert. Wir basierten unsere Methodik auf internationalen Standards, überwiegend Standards der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) in Bezug auf FATs und SATs für BESS. Es hat sich gezeigt, dass unser Ansatz das Risiko der Projekte unserer Kunden in der Beschaffungs-, Bau- und Betriebsphase verringert. Diese Notiz in unserer Blog-Serie fasst unsere Ergebnisse aus batteriebezogener Standardsicht zusammen und wir hoffen, dass sie Ihre Projekte oder offenen Diskussionen unterstützen könnten.

Die rationelle Anwendung der verfügbaren Standards und das größtmögliche Verständnis ihres Inhalts und Umfangs sind wichtig. IEC-Standards werden auf internationaler Ebene von Expertenorganisationen aus der ganzen Welt entwickelt. Eine BS EN-Bezeichnung für eine Norm bedeutet, dass sie von Europa und dem Vereinigten Königreich vollständig übernommen wurde. Gleichzeitig ist Underwriters Laboratories (UL) eine Normungsorganisation, die vollständig vom American National Standards Institute (ANSI) und dem Standards Council of Canada (SCC) akkreditiert ist, und ihre Standards fungieren auch als wichtige globale Referenz in der BESS-Industrie, insbesondere für Brandschutz- und Prüfmethoden in stationären Batterieanwendungen.

Wenn es um BESS-Tests geht, können anwendbare Standards in zwei Gruppen unterteilt werden:

• Leistungsnormen: zur Bewertung der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Systems (oder der Teilsysteme) unter bestimmten Bedingungen.
• Sicherheitsstandards: zur Bewertung und Verringerung der gemeinsamen Risiken und Gefahren der elektrochemischen Energiespeicherung.

FAT und SAT sind ein fester Bestandteil der Qualitätspläne von Energieprojekten. Sie sind zunächst dadurch gerechtfertigt, dass der Kunde Geräte kauft (oder installiert), weshalb die ursprünglichen Sicherheits- und Leistungsparameter des Systems überprüft werden müssen. Auf Systemebene sind diese Prüfungen speziell in der Normenfamilie IEC 62933 aufgeführt, die die verschiedenen Arten von Energiespeichersystemen (ESS) – mechanische, elektrische und elektrochemische – berücksichtigt. Hier decken wir die Parameter und Standards ab, die mit elektrochemischen Batterien verbunden sind.

Die Norm IEC TS 62933-3-1:2018 ist eine technische Spezifikation für die Planung und Leistungsbewertung von ESS. Es wird festgelegt, welche Arten von Tests erforderlich sind, um die Einhaltung der Systemspezifikationen zu messen:

• Aus leistungstechnischer Sicht sind BS EN IEC 62933-2-1:2018 und das veröffentlichte Dokument (PD) IEC TS 62933-2-2:2022 die allgemeinen Spezifikationen für die Parameterprüfung für ein ESS, einschließlich eines BESS.
• Aus sicherheitstechnischer Sicht sind die FAT- und SAT-Anforderungen speziell für das elektrochemische ESS oder BESS in der Norm BS EN IEC 62933-5-2:2020 festgelegt, in der das Prüfprogramm festgelegt ist, das in den Anfangsphasen der Anlagen durchzuführen ist. Der Anwendungsbereich dieser Norm entspricht dem kombinierten ANSI/CAN/UL 9540-Standard zusammen mit der ANSI/CAN/UL 9540A-Prüfmethodik. BESS-Hersteller konnten ihre Produkte nach diesen drei Sicherheitsstandards zertifizieren.

Da Batterien das Kernelement eines BESS sind, sind seine Komponenten und sein elektrochemisches Funktionsprinzip von Natur aus der gefährlichste Teil des Systems und sollten daher die meisten Sicherheitsmaßnahmen in den Mittelpunkt stellen. Die Norm BS EN IEC 63056:2020 ist speziell für die Bewertung und Prüfung von Lithiumbatterien zur Verwendung in einem Batteriespeichersystem bestimmt. Diese Norm fällt unter das Dach der Norm BS EN IEC 62619, die sich mit der Sicherheit von wiederaufladbaren Lithiumzellen und Batterien für den industriellen Einsatz befasst. Unserer Meinung nach sollten die in BS EN IEC 63056:2020 und BS EN IEC 62619:2022 genannten Prüfungen für alle in einem BESS verwendeten Batterien (oder zumindest für eine in diesen Normen spezifizierte Probe) durchgeführt werden. Darüber hinaus rufen diese beiden Normen die Leistungsnorm IEC 62620:2014 zur Kennzeichnung und Kapazitätsprüfung der Batterien auf. Ein Batteriehersteller kann seine Produkte (Zellen, Module und/oder Racks) nach den Normen BS EN IEC 63056, 62619 und 62620 zertifizieren. Wir fanden diese Kombination die beste Option, da die meisten der etablierten Tests nach potenziellen Auslösern von Feuer, Explosion oder anderen gefährlichen Situationen suchen und diese Tests im Werk durchgeführt werden müssen. Wir empfehlen dringend, dass Testergebnisberichte dem Käufer zur Verfügung gestellt und von einem akkreditierten unabhängigen Ingenieur überprüft werden. Wir können Ihnen bei letzterem helfen.

Erwähnenswert ist, dass die Batteriesicherheitsnorm ANSI/CAN/UL 1973 den drei zuvor genannten IEC-Batterienormen entspricht. Zellen und Batterien können auch nach der Norm UL 1973 zertifiziert werden. Siehe Abbildung 2 für die verfügbaren Prüfnormen für BESS-Batterien.

Im Großen und Ganzen besteht die Vorgehensweise bei der Abnahmeprüfung aus:

• Typprüfung: während der Herstellung oder am Ende der Produktionslinie der wichtigsten BESS-Komponenten durchgeführt werden, um die Normkonformität repräsentativer Produktionsmuster zu bewerten.
• FAT: auf vollständigen und/oder teilweise montierten Teilsystemen vor deren Transport zum Standort durchgeführt werden.
• SAT: erfolgt auf dem kompletten, installierten System nach Inbetriebnahme.

Abhängig von der Komplexität des BESS und anderen Zwängen wie Fertigungsverzögerungen oder Nichtverfügbarkeit von Bauteilen könnten einige Tests entweder in FAT und SAT vor oder nach der Inbetriebnahme durchgeführt werden, und die Ergebnisse könnten im Betriebshandbuch der Anlage als vollständige Prüfungsunterlagen enthalten sein.

Folglich drängen wir immer auf detaillierte FAT- und SAT-Verfahren für das System bei der Bewertung der Batterien, in technischen Anforderungen (dh in den Arbeitgeberanforderungen oder Mindestfunktionsspezifikationen). Wir haben umfassende und vielseitige FAT- und SAT-Protokolle eingeführt, die die Bedürfnisse der Kunden, die Verfügbarkeit und die üblichen Einschränkungen der Lieferanten berücksichtigen und stets die Sicherheit betonen, ohne die Leistung zu ignorieren.
Unsere Kernmethodik ist pragmatisch in drei Ebenen eingeteilt, wie in Abbildung 3 dargestellt:

• Rosa Grenze: Feststellung des Bedarfs an Sicherheits- und Leistungs-FATs und SATs für BESS sowie allgemeine Leitlinien gemäß den genannten Normen.
• Lila Grenze: Leistungstests für ein komplett montiertes BESS, in der Regel am Punkt der Verbindung (POC) mit dem Netz durchgeführt. Aus Sicherheitsgründen muss das System als Ganzes bewertet werden, aber jedes Teilsystem, aus dem es besteht, sollte sich einzeln als sicher erweisen. Typprüfungen, spezifische Teilsysteme ´ FAT und Funktionstests sollten für die wichtigsten Komponenten des Systems durchgeführt werden.
• Orange Grenze: Bewertung des primären Teilsystems des BESS, das die Batterien und das Energieumwandlungssystem (PCS) umfasst. Wenn das PCS nicht verfügbar ist, sollten die Batterien nach den geltenden Normen getestet werden.

Liste der Normen

BS EN IEC 62619:2022. Sekundärzellen und Batterien, die alkalische oder andere nicht saure Elektrolyte enthalten – Sicherheitsanforderungen für sekundäre Lithiumzellen und Batterien zur Verwendung in industriellen Anwendungen.

BS EN 62620:2015. Sekundärzellen und Batterien, die alkalische oder andere nicht säurehaltige Elektrolyte enthalten – Sekundäre Lithiumzellen und -batterien zur Verwendung in industriellen Anwendungen.
(Diese Norm ist identisch mit IEC 62620:2014).

BS EN IEC 63056:2020. Sekundärzellen und Batterien, die alkalische oder andere nicht saure Elektrolyte enthalten – Sicherheitsanforderungen an sekundäre Lithiumzellen und Batterien zur Verwendung in elektrischen Energiespeichersystemen

IEC TS 62933-3-1:2018. Systeme zur Speicherung elektrischer Energie (EES) – Teil 3-1: Planung und Leistungsbewertung elektrischer Energiespeichersysteme - Allgemeine Spezifikation.

BS EN IEC 62933-2-1:2018. Systeme zur Speicherung elektrischer Energie (EES) – Teil 2-1: Einheitsparameter und Prüfmethoden - Allgemeine Spezifikation.

PD IEC TS 62933-2-2:2022. Systeme zur Speicherung elektrischer Energie (EES) – Teil 2-2: Unit-Parameter und Testmethoden - Anwendungs- und Leistungstests.

BS EN IEC 62933-5-2:2020. Systeme zur Speicherung elektrischer Energie (EES) – Teil 5-2: Sicherheitsanforderungen an netzintegrierte EES-Systeme - Elektrochemische Systeme.

ANSI/CAN/UL 1973:2022. Batterien für den Einsatz in stationären und Motiv-Hilfsstromanwendungen.

ANSI/CAN/UL 9540 Ed. 1-2016. Energiespeichersysteme und -ausrüstung.

ANSI/CAN/UL 9540A Ed. 4-2019. Testmethode zur Bewertung der thermischen Runaway-Feuerausbreitung in Batterie-Energiespeichersystemen.

Über die Autoren

Tomas Gomez – Gast, Maschinenbauingenieur mit mehr als 13 Jahren Erfahrung im Bau von Öl- und Gasprojekten. Eifrig über mein neu gefundenes Ziel: Unterstützung beim Übergang zu sauberer Energie und Dekarbonisierung durch hochwertiges Engineering. https://www.linkedin.com/in/gomeztag/

Andres Blanco – Projektberater | Managing Director bei Blanboz, Ingenieur mit fast 15 Jahren Erfahrung im Bereich der erneuerbaren Energien, wobei sich die letzten sieben bis acht Jahre während des gesamten Projektlebenszyklus vollständig der BESS widmeten. Strom für alle - Batterien führen die Ladung an. Weitere Informationen unter www.blanboz.com, wenn Sie mich kontaktieren möchten, tun Sie dies bitte unter a.blanco@blanboz.com, https://www.linkedin.com/in/andresblanco77