El almacenamiento de energía electroquímica es un producto emergente del que no se dispone de experiencia madura. Cuando el nivel de tensión aumenta a 110 KV, la posibilidad y el peligro de accidentes también aumentan significativamente.
Los riesgos de seguridad en el almacenamiento de energía siguen siendo el principal factor que restringe el desarrollo.
En el mundo hay aproximadamente más de 7,000 centrales eléctricas de almacenamiento de energía. Según informes públicos, desde 70 se han producido más de 2018 accidentes de seguridad relacionados con el almacenamiento de energía, con una tasa de fallos de seguridad de aproximadamente el 1.52 %. Los accidentes pueden ocurrir durante la instalación, la depuración y el funcionamiento.
El megapaquete de iones de litio de Tesla provoca un incendio que dura tres días durante una prueba en el ESS de 300 MW de Australia
El incendio en la planta solar de Hongseong afecta a las baterías de vehículos eléctricos de LG Energy Solution
Problemas con las centrales eléctricas de almacenamiento de energía
No existe suficiente experiencia en la gestión del ciclo de vida completo de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía de iones de litio a gran escala.
- Elegir el equipo adecuado no es fácil
- Construir un buen sistema de almacenamiento de energía no es fácil
- No es fácil hacer un buen uso de una central eléctrica
El sistema de almacenamiento de energía tiene una alta tasa de fallas, una consistencia de funcionamiento deficiente y no puede garantizar la seguridad ni la economía.
Comportamiento de fuga térmica de celdas de baterías de iones de litio
Mecanismo de problemas de seguridad en baterías de iones de litio – Celda de batería:
La descomposición de la membrana SEI (interfaz de electrolito sólido), que produce una descomposición exotérmica significativa del electrolito en la superficie del electrodo, es la causa fundamental del aumento de temperatura de la batería y el consiguiente descontrol térmico.
Emisiones de gases durante la combustión:
Componentes principales: Monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrógeno.
Otros componentes: Metano, Etano, Propano, Isobutano, Butano, Isopentano, Hexano, Etileno, Propileno, Benceno, Tolueno, Bencilo, etc.
Muchos de ellos son gases combustibles. Durante la lucha contra incendios, se debe prestar atención al sellado y al control de la posibilidad de explosiones que pueden ocurrir si se abren repentinamente. Algunos son tóxicos, por lo que los bomberos deben reforzar su protección.
Principio de visualización:
Figura 1:
(a) Diagrama esquemático de la formación de la membrana SEI en el electrodo negativo de grafito;
(b) Termodinámica de la formación de la membrana SEI en electrodos positivos y negativos, donde μe-, ánodo y μe-, cátodo representan los potenciales electroquímicos de los electrodos negativos y positivos, respectivamente. La ventana estable del electrolito es la diferencia de energía entre LUMO y HOMO, denotada como Eg;
(c) Descripción cualitativa de la reacción en cadena durante el proceso de descontrol térmico.
Análisis de accidentes:
Tesla prepara un proyecto de almacenamiento de energía con baterías gigantes en Australia
Causa del accidente:
Causa inmediata: una fuga en el sistema de enfriamiento líquido de la unidad de almacenamiento de batería MP-1 provocó la formación de un arco eléctrico dentro del módulo de batería, lo que ocasionó un descontrol térmico en la batería de iones de litio, seguido de un incendio que se propagó.
Factores contribuyentes:
Ese día, el MP-1 no se puso en servicio para realizar pruebas en línea, lo que hizo imposible el monitoreo remoto de datos. Además, el sistema de telemetría, el monitoreo de fallas y el equipo de seguridad eléctrica estaban deshabilitados o funcionaban con funcionalidad limitada debido al uso de un interruptor con llave.
El fuego, alimentado por la velocidad del viento, se propagó del MP-1 al MP-2. Como la capa superior estaba hecha de material plástico, el fuego penetró en el MP-2 a través de la válvula de alivio de la capa superior, lo que provocó un descontrol térmico y la posterior propagación dentro del MP-2.
Descubra los peligros ocultos y corríjalos
Eliminación de peligros ocultos: La cabina prefabricada de batería no está equipada con un sistema de ventilación a prueba de explosiones.
Peligro oculto 1:
Las instalaciones de protección contra incendios no están configuradas ni funcionan normalmente como se requiere.
Cada armario de baterías debe estar equipado con un sistema de protección contra incendios, que consta de dos ventiladores a prueba de explosiones. El volumen de extracción de los dos ventiladores juntos durante un minuto no debe ser inferior al volumen del contenedor.
Los sistemas de ventilación a prueba de explosiones son un requisito necesario para el diseño de los armarios de almacenamiento de energía. Se utilizan para extraer gases combustibles como el hidrógeno y el monóxido de carbono generados durante los procesos de almacenamiento de baterías, evitando la acumulación de gases que podrían provocar explosiones o daños al personal. Por lo general, estos sistemas de ventilación constan de conductos de entrada y salida y están conectados con sistemas de control de incendios.
Peligro oculto 2:
El conducto para cables que conecta el compartimiento del equipo de la batería de litio con el mundo exterior carece de un sellado contra incendios adecuado o está sellado de forma inadecuada.
Además, la distancia de separación contra incendios dentro de los edificios de las centrales de almacenamiento de energía no cumple con las normas técnicas pertinentes.
Plan de Rectificación:
- Las aberturas en tuberías y conductos de cables deben sellarse herméticamente con materiales de sellado ignífugos que cumplan con la norma GB23864.
- Cuando la distancia de separación contra incendios sea insuficiente, se deberán instalar cortafuegos cuya longitud y altura deberán superar en un metro cada uno el contorno de los compartimentos prefabricados.
Peligro oculto 3:
El compartimiento del equipo de la batería de litio carece de dispositivos de detección de temperatura, humo y gas combustible, o el dispositivo de detección de gas combustible no activa los fusibles a nivel del compartimiento y del grupo, no activa el sistema de ventilación o funciona mal.
Solución: Se pueden utilizar detectores de gases combustibles para detectar concentraciones de hidrógeno, monóxido de carbono y COV en la sala de baterías de iones de litio.
Basados en una lógica de alarma multinivel, pueden controlar el sistema de ventilación, el sistema de almacenamiento de energía y los equipos contra incendios de manera vinculada para evitar la acumulación de gases inflamables y explosivos y prevenir accidentes de incendio y explosión.
Según el diagrama del circuito del sistema contra incendios, los detectores de gas combustible se pueden instalar en paralelo con los circuitos de detección de temperatura y humo y enviar señales al sistema contra incendios para lograr esta función.
Peligro oculto 4:
Fuga de electrolito de la batería de litio o calentamiento de sus cables de conexión. Los puntos de recolección de temperatura de la batería en el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica de la subestación no están distribuidos de acuerdo con el nivel de celda individual y el sistema de gestión de la batería carece de funciones de monitoreo de la temperatura de protección y de la tasa de aumento de temperatura.
Plan de Rectificación:
Los puntos de recolección de temperatura dentro de los módulos de batería en las estaciones de construcción y operación son menos de la mitad del número de celdas individuales. La rectificación requiere que todos los módulos de batería y sistemas de gestión de baterías se devuelvan a la fábrica para su reproducción. Se recomienda que este requisito se incluya en los criterios de aceptación para dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica de nueva construcción.
Para proteger la temperatura y monitorear la tasa de aumento de la misma, algunos fabricantes pueden lograrlo mediante actualizaciones de software.
Peligro oculto 5:
Los equipos de baterías de litio se instalan en áreas densamente pobladas, dentro de edificios donde la gente vive o trabaja, o en otros espacios confinados, colocados en los tejados de los edificios donde las operaciones de extinción de incendios y rescate no son factibles o ubicados adyacentes a áreas de almacenamiento de materiales inflamables y explosivos.
Plan de Rectificación:
Cuando la distancia de separación contra incendios sea insuficiente, se deberán instalar cortafuegos cuya longitud y altura deberán superar en un metro cada uno el contorno de los compartimentos prefabricados.
Si no es posible instalar cortafuegos o realizar rescates, se puede considerar suspender las operaciones.
Peligro oculto 6:
El circuito del sistema de batería no está equipado con disyuntores de CC, interruptores de aislamiento y otros equipos de protección y corte, y el grupo de baterías no está equipado con disyuntores a nivel de grupo (o contactores, relés).
Plan de Rectificación:
Agregue disyuntores de CC, interruptores de aislamiento y otros equipos de protección y corte según sea necesario, y agregue disyuntores a nivel de grupo (o contactores, relés) a los grupos de baterías.
Peligro oculto 7:
El sistema de gestión de la batería (BMS) no ha obtenido un informe de prueba de tipo emitido por una unidad con calificaciones de prueba CMA/CNAS, o el informe de prueba de tipo es inconsistente con las especificaciones y modelos identificados en la placa de identificación del producto.
Plan de Rectificación:
Si el informe de prueba de tipo no coincide con el modelo de producto in situ, se debe completar el informe de prueba de tipo de producto correspondiente. Si no existe ningún informe de prueba de tipo, la industria eléctrica debe contar con agencias de prueba de calificación de almacenamiento de energía CMA y CNAS a nivel nacional para realizar pruebas y emitir un informe.
Peligro oculto 8:
El sistema de gestión de la batería carece de funciones de protección, como sobretensión, subtensión, sobrecorriente, aislamiento y sobretemperatura, o estas funciones no funcionan correctamente. También puede no emitir señales de alarma graduales o comandos de disparo.
Plan de Rectificación:
Se deben implementar reemplazos de hardware o actualizaciones de software específicos para abordar estos problemas.
Peligro oculto 9:
Los equipos de conmutación en el punto de conexión a la red de la central de almacenamiento de energía no tienen puntos de conmutación visibles.
Plan de rectificación:
Transformación y modernización selectiva de los puntos de conexión a la red
Peligro oculto 10:
La batería no ha obtenido un informe de prueba de tipo válido y un informe de inspección aleatoria para la batería de almacenamiento de energía, o la batería de potencia utilizada en el escalón no ha llevado a cabo pruebas de rendimiento y una evaluación especial de seguridad y calidad.
Plan de rectificación:
Las pruebas de tipo y las inspecciones aleatorias deben ser realizadas por agencias de inspección con calificaciones nacionales de pruebas de almacenamiento de energía CMA y CNAS en la industria energética y emitir informes.
Peligro oculto 11:
La unidad de gestión de operación y mantenimiento no evalúa los indicadores de operación de las centrales de almacenamiento de energía al menos una vez al año, no propone medidas de control de seguridad operacional y no supervisa su implementación.
Programa de rectificación:
La unidad de gestión de operación y mantenimiento está obligada a realizar al menos una vez al año una evaluación de los indicadores de operación de la central de almacenamiento de energía, proponer medidas específicas de gestión y control de la seguridad de operación e implementarlas.
Peligro oculto 12:
La central de almacenamiento de energía no dispone de procedimientos operativos, planes de emergencia ni planes de eliminación in situ.
Plan de rectificación:
Solicitar a la unidad de gestión que complemente y mejore los procedimientos operativos, los planes de emergencia y los planes de eliminación en el sitio.
Peligro oculto 13:
La central de almacenamiento de energía en la que ha invertido la empresa no ha sido aprobada para la aprobación del proyecto.
Plan de rectificación:
Las autoridades energéticas locales deben obtener nuevos documentos de certificación de registro y gestión de proyectos de almacenamiento de energía.
Peligro oculto 14:
El proyecto de la central de almacenamiento de energía en el que invirtió la empresa del sistema no ha sido revisado ni aceptado (ni archivado) por la protección contra incendios.
Plan de rectificación:
Comunicarse y presentar los informes al departamento local de vivienda y construcción o a las autoridades pertinentes, o solicitar a una agencia profesional de evaluación de seguridad contra incendios que emita un informe de evaluación de seguridad de almacenamiento de energía y promover la inclusión de dispositivos de almacenamiento de energía en subestaciones bajo el control de unidades clave de protección contra incendios.
Resumen:
El armario de baterías de almacenamiento de energía no es un producto sencillo y de bajo costo. Además del precio, que es lo que más preocupa a la mayoría de las personas, la calidad y la seguridad son en realidad los aspectos más importantes. Una vez que ocurre un accidente de seguridad, no solo causará pérdidas económicas, sino que también puede causar víctimas (demanda interminable) y un gran daño a la imagen de la empresa.
HIITIO es una empresa que comenzó como fabricante de relés, rompedores de circuito, fusible y otros componentes eléctricos. Somos mucho más profesionales que la mayoría de los fabricantes en términos de protección y seguridad.
Además, cumplimos estrictamente con todos los requisitos de protección contra incendios y diseño de ventilación completo para garantizar la máxima seguridad de nuestros usuarios.
