All Electric Society: So sicher ist der Betrieb von Stromspeichern
Die Klimaziele und geopolitische Krisen treiben die Integration der Stromerzeugung mit Windkraft und Solarstrahlung im elektrischen Stromsystem voran. Beide Energiequellen sind jedoch volatil und stehen nicht rund um die Uhr und nicht mit konstanter Leistung zur Verfügung. Flexibilitäts-Lösungen wie Stromspeicher können das regenerative Angebot verstetigen, indem sie Energie puffern, wenn sie verfügbar ist, und bei Bedarf an das Stromnetz abgeben.
Im All Electric Society Park (Bild 1) in Blomberg macht ein Batterie-Energiespeichersystem (BESS) mit einer Kapazität von 1,2 MWh genau das und bietet unterschiedliche Anwendungen für einen sicheren Betrieb sowie die Einsparung von Energiekosten. Zur Aufrechterhaltung eines hochverfügbaren und robusten Betriebs des BESS (Bild 6) setzt Phoenix Contact auf elektronische Komponenten aus der eigenen Fertigung, um die Energiespeicherlösung zum Beispiel zu steuern. Das Unternehmen entwickelt sein Produktportfolio für BESS seit einigen Jahren weiter und baut es stetig aus. Allen Entwicklungen liegt dabei der hohe Anspruch an die Qualität, langfristige Zuverlässigkeit sowie hohe Sicherheit im Betrieb zugrunde. Diese Anforderungen haben höchste Priorität.
Sicher verbinden mit Hybrid- und Hochstrom-Steckverbindern
Wenn es um den Aufbau von Batteriespeichern geht, wird zumeist als erstes an Batteriezellen und Leistungselektronik gedacht. Doch BESS sind komplexe Systeme, die aus einer großen Anzahl technischer Komponenten bestehen. Damit das gesamte System sicher und zuverlässig funktioniert, bedarf es beispielsweise einer Vielzahl von elektrischen Verbindungen für Leistung, Signale und Daten. Phoenix Contact stellt hier ein umfangreiches Spektrum an Verbindungstechnik zur Verfügung.
Abhängig vom konstruktiven Design des Batteriesystems kann es sinnvoll sein, die drei genannten Verbindungstypen zusammenzufassen. In dem Fall handelt es sich um Hybrid-Steckverbinder, die häufig modular konzipiert sind. Somit lassen sich die gewünschte Anzahl und die Eigenschaften der einzelnen Kontakte flexibel kombinieren und in ein Gehäuse integrieren. Dieses kann ebenfalls aus mehreren Versionen ausgewählt werden, sodass die notwendigen Anforderungen an die mechanische und elektrische Stabilität und Sicherheit erfüllt sind (Bild 2).
Alternativ zum beschriebenen Hybrid-Ansatz werden die Systeme oftmals diskret verdrahtet. Für die Leistungsflüsse kommen batteriespezifische % mit Stromstärken von deutlich über 300 A kombiniert mit einer Spannungsfestigkeit bis zu 1500 V DC zum Einsatz. Die unter dem Begriff Batteriepolstecker im Markt verbreiteten Produkte von Phoenix Contact verfügen über eine Zulassung gemäß UL4128. Zur Datenkommunikation etablieren sich in Batterie-Energiespeichersystemen derzeit neue Lösungen, die auf den bewährten Single-Pair-Ethernet-Standards IEC 63171 basieren. Dieser robuste und leistungsfähige Steckverbinder überzeugt durch seine geringe Baugröße bei hohen Übertragungsleistungen (Bild 3).
Schnell einspeisen mit zertifizierter Hard- und Software
Die Steuerungsschaltschränke, die meist in funktionale Einheiten unterteilt werden können, lassen sich mithilfe des Complete-line-Programms ausstatten. Complete line beinhaltet ein umfassendes Produktportfolio für sämtliche Funktionen im Schaltschrank – von unterbrechungsfreien Stromversorgungen mit eingebauter Backup-Batterie über Reihenklemmen bis zu Sicherheitsrelais mit zwangsgeführten Kontakten, die für die funktionale Sicherheit sorgen. Die intuitive Handhabung der abgestimmten Hardwarekomponenten spart Zeit bei der Planung, Installation, Inbetriebnahme und Wartung, was wiederum die Betriebskosten reduziert (Bild 4).
Die unterschiedlichen Steuerungssysteme eines BESS müssen sicher miteinander kommunizieren oder besser noch in einem Steuerungssystem zusammengeführt werden. Gemanagte Switches – etwa der Baureihe FL Switch 2000 – bieten hier alle erforderlichen Netzwerkfunktionen. Die bewährten Steuerungen PLCnext Control aus dem offenen Ecosystem PLCnext Technology erlauben aufgrund der integrierten Sicherheitstechnik den Verzicht auf dedizierte Sicherheitssteuerungen. Standardfunktionen und sicherheitsrelevante Applikationen bis SIL 3 gemäß IEC 62061 sowie PL e nach EN ISO 13849-1 lassen sich so gemeinsam in der Entwicklungsumgebung PLCnext Engineer umsetzen. Neben der Codeerstellung gemäß IEC 61131-3 tragen die Verwendung von Hochsprachen und Matlab Simulink zu einer schnelleren und sicheren Entwicklung der kompletten Steuerungssoftware eines BESS bei.
Die Einspeiseregelung stellt die Verbindung zwischen den Batterie-Energiespeichersystemen und dem öffentlichen Stromnetz her. Für Anwender ohne eigene Lösung stellt Phoenix Contact ein zertifiziertes System aus Hard- und Software auf Basis von PLCnext-Technology zur Verfügung. Die Lösung wirkt dabei mit, dass der für die Einspeiseregelung notwendige Engineering-Aufwand gering bleibt. Aus der Einhaltung von sämtlichen technischen Anschlussanforderungen resultieren ein zuverlässiger Anlagenbetrieb und der einfache Netzanschluss. Intelligente Automatisierungslösungen sorgen für niedrige Betriebskosten. Wegen der vorprogrammierten Software lassen sich die Energiespeichersysteme schnell in Betrieb nehmen. Die offenen Schnittstellen der Lösung für Einspeiseregelung ermöglichen auch kundenspezifische Erweiterungen (Bild 5).
Zugriffssicher kommunizieren gemäß NIS-2-Richtlinie
Ab Oktober 2024 tritt die NIS-2-Richtlinie in Kraft, welche die IT-Sicherheitsregeln für Betreiber kritischer Infrastrukturen (KRITIS) verschärft. Passivität bei der Realisierung der IT-Sicherheit wird als fahrlässig betrachtet, denn die NIS-2-Richtlinie verpflichtet zum Handeln. Da Prävention kostengünstiger als die Folgen von Cyberangriffen ist, bietet Phoenix Contact TÜV-zertifizierte Security-Produkte, -Dienstleistungen und -Seminare an. Die umfassenden Sicherheitslösungen lassen sich auf die individuellen Anwendungen und Sicherheitsanforderungen zuschneiden.
Eine Herausforderung bei Batterie-Energiespeichersystemen (Bild 6) liegt in den internationalen Entwicklungs- und Lieferketten. Die für das Gesamtsystem benötigten Module werden oftmals in geografisch weit voneinander entfernt gelegenen Produktionsstätten entwickelt und gefertigt. Die komplette Lösung entsteht dann erst im Rahmen der Endmontage beim Anwender, dessen Standort sich überall auf der Welt befinden kann. Hersteller von Batterie-Energiespeichersystemen brauchen deshalb Partner, die ebenfalls international aufgestellt sind sowie über globales Know-how und Fertigungskapazitäten verfügen, um sie bestmöglich zu unterstützen. Dabei ist es wichtig, dass die Komponenten alle relevanten internationalen und lokalen Standards erfüllen sowie die entsprechenden Zulassungen besitzen. www.phoenixcontact.com/de-de/industrien/komponenten-batteriespeicher
