Veilige batterijen voor energieopslag

Het was een nachtmerriescenario voor Samsung: accu’s van Galaxy Note 7-telefoons bleken als gevolg van oververhitting spontaan vlam te vatten. Oorzaak? Een verkeerd ontwerp. Maar hoe zit het met de risico’s en veiligheidseisen van grote energieopslagsystemen? Jos van der Burgt, werkzaam bij DNV GL, zal tijdens het Energy Storage event dit onderwerp uitdiepen.

Door: Dimitri Reijerman

DNV GL geeft als technisch adviesbureau aan tal van partijen inzicht in technologische vraagstukken. Van der Burgt is daarbij gespecialiseerd in opslagsystemen. Hij vertelt: “Wij krijgen regelmatig vragen van bijvoorbeeld investeerders of uitvinders die een verbetering aan een batterij gemaakt hebben. Zij willen weten of deze vinding economisch en technisch haalbaar is. Ook werken we bij DNV GL aan factory acceptance tests bij een fabrikant, gevolgd door een site acceptance test bij de oplevering en installatie.”

Volgens de senior consultant is er vooral dankzij de opkomst van elektrische auto’s veel meer aandacht gekomen voor opslagsystemen, maar ook grootschalige opslag van stroom voor elektriciteitsnetwerken en thuisaccu’s maken hun opmars. “Er zijn meerdere accutechnologieën, maar deze groei is vooral te danken aan lithium-ion. Dit type accu’s wordt technisch steeds beter en goedkoper. Dat opent de weg naar nieuwe toepassingen”, zegt Van der Burgt.

Als praktijkvoorbeeld noemt Van der Burgt een project met netbeheerder TenneT: “Zij vroegen naar expertise bij pilot projecten voor frequentieregeling van het net. Wij hebben de kwalificatietesten van die systemen uitgevoerd. Daarbij had TenneT diverse eisen, zoals de reactietijd en de vermogensregeling.”

Brandgevaar

Ondanks de vele voordelen van steeds goedkoper wordende stroomopslag, is er een keerzijde aan het gebruik van chemische processen: de kans op brand. Van der Burgt legt uit: “De accu heeft een zeer hoge energiedichtheid. Er zit meer chemische energie in dan je er elektrisch uit kan halen. Bij overladen, beschadiging of oververhitting kan brand ontstaan. Daarom moet je maatregelen nemen. Zoals de vraag welke elementen je in een cel stopt (de celchemie, red.).”

In de ogen van de DNV GL-consultant maakte Samsung bij het Galaxy Note 7-debacle een cruciale fout: “Hoe het niet moet bewees Samsung”, zegt Van der Burgt. “Bij het samenstellen van de cellen hebben ze de toleranties te nauw genomen. Daardoor werd de temperatuur te hoog.” De Koreaanse fabrikant was dan ook genoodzaakt om dit toestel in hoog tempo van de markt te halen, met alle imagoschade tot gevolg.

Noodzaak voor regelsysteem

Naast een veilige celchemie is een tweede vereiste een correct functionerend regelsysteem. Deze managementlaag moet er bijvoorbeeld voor zorgen dat een accu niet wordt overladen. Daarnaast dienen fabrikanten van dergelijke accu’s ook aandacht te besteden aan de verpakking van het geheel: er moet voldoende afstand worden gehouden tussen verschillende cellen om zo een kettingreactie te voorkomen mocht een enkele cel falen.

Volgens Van der Burgt is de kans op een brand relatief laag, maar toch is er meer normering nodig: “Tot een paar jaar geleden hanteerden fabrikanten alleen nog een kansberekening. Maar ‘nooit’ bestaat niet, er ontstaat altijd wel ergens een brand. De laatste twee jaar is die denkwijze veranderd. Fabrikanten moeten ook daadwerkelijk oplossingen hebben voor het tegengaan van het brandgevaar.”

Om een eventuele brand toch onder controle te houden, zijn er bepaalde blusmiddelen beschikbaar om de zuurstof in een afgesloten ruimte weg te nemen. Dit concept wordt ingezet bij containers die dienen voor energieopslag. Maar volgens Van der Burgt er is nog veel ruimte om de normen op dit gebied aan te scherpen: “Je krijgt momenteel nog veel verschillende adviezen. De IEC (internationale normering) is op dit moment bezig om dit soort zaken vast te leggen in normen. De huidige internationale eisen stellen dat je een risicoanalyse moet doen en voldoende maatregelen dient te nemen. Maar deze specificaties zeggen niet welke maatregelen er precies genomen moeten worden.”

Recommended practice

DNV GL heeft zelf ook initiatief genomen om de normen voor een veiliger energieopslag te harmoniseren met het opstellen van de GRIDSTOR recommended practice. In deze richtlijn, die diverse energieopslagsystemen beschrijft, wordt een voorzet gegeven naar het verbeteren van bestaande standaarden. Volgens Van der Burgt gebruikt de IEC de GRIDSTOR-richtlijnen als een leidraad bij het opstellen van de nieuwe normen.

Afsluitend pleit Van der Burgt nog voor extra aandacht voor thuisaccu’s. Deze zijn bijvoorbeeld nuttig voor het opslaan van overtollige zonnestroom bij consumenten. “Deze home storage-systemen staan bij mensen straks bijvoorbeeld in de kelder. Ook daar moeten goede regels voor komen.”

Wilt u deze lezing bezoeken? Schrijf u gratis in voor het Energy Storage event op dinsdag 12 februari in NH Conference Centre Koningshof.