Centrándose en hardware para detener incendios en proyectos de almacenamiento de energía

La industria del almacenamiento de energía está atravesando una transformación notable. En los próximos cinco años, se espera que la capacidad de almacenamiento de energía en Estados Unidos crezca casi un 500%. Este crecimiento está siendo impulsado por la proliferación de energías renovables, que ha posicionado a las baterías a escala de red como un componente vital de nuestra infraestructura energética, proporcionando equilibrio y resiliencia a las redes eléctricas.

Sin embargo, los incendios en los sistemas de almacenamiento de energía han ensombrecido el rápido ascenso de la industria. Si bien los incendios en la industria del almacenamiento de energía son un desafío complejo que requiere una respuesta integrada, es crucial que los fabricantes se concentren en desarrollar e instalar hardware que pueda evitar que los incendios se inicien y se propaguen.

El hardware desempeña un papel crucial a la hora de sellar las baterías lejos de materiales extraños que pueden provocar incendios, mantener temperaturas de funcionamiento estándar y defenderlas contra irregularidades eléctricas. Para garantizar la seguridad, la confiabilidad y el crecimiento sostenido, los fabricantes de la industria del almacenamiento de energía deben abordar las debilidades de su arsenal de hardware. Debemos poner a toda la industria a la altura de los estándares y luego esforzarnos aún más.

Todos los fabricantes deben asegurarse de que sus baterías estén protegidas de líquidos y sólidos que puedan penetrar en sus baterías. La condensación, el polvo y otros objetos extraños pueden provocar incendios si el módulo o la carcasa de la batería no están sellados correctamente. La clasificación de protección de ingreso (IP) mide la resistencia de un sistema a estas sustancias extrañas, actuando como la primera línea de defensa contra posibles fuentes de ignición.

Para el gabinete de la batería (la carcasa protectora externa que rodea y contiene los componentes de un sistema de batería), la clasificación IP mínima requerida es IP 55, un nivel relativamente alto de efectividad de sellado. En este nivel en la escala IP, los gabinetes están protegidos contra la entrada limitada de polvo y contra chorros de agua a baja presión desde cualquier dirección. No existe una clasificación IP mínima para los módulos (las unidades autónomas de celdas de batería dentro del sistema más grande), pero los principales fabricantes deben aspirar a una clasificación que coincida con el gabinete. Esto garantiza que los módulos permanezcan sellados durante las actividades de mantenimiento o una falla en el sellado del gabinete, lo que reduce el riesgo de exposición a materiales extraños.

Al diseñar e implementar meticulosamente gabinetes y módulos con alta clasificación IP, los fabricantes pueden crear una barrera robusta que selle de manera efectiva componentes cruciales lejos de los elementos.

Sin embargo, no todas las baterías se pueden sellar eficazmente. Por definición, los sistemas de baterías enfriados por aire están más expuestos a la entrada de objetos extraños en el gabinete o módulo en comparación con los sistemas enfriados por líquido. La refrigeración por aire implica utilizar el aire circundante para disipar el calor generado por el sistema de almacenamiento de energía. Una vez que el polvo o la suciedad ingresan a un sistema enfriado por aire, pueden recircularse por todo el gabinete. La refrigeración líquida, por otro lado, utiliza un sistema de circulación para hacer pasar un refrigerante líquido a través de una placa fría o tuberías dentro del sistema de batería.

Si bien cualquier sistema es susceptible a que materiales extraños rompan los sellos, pronto se descubrirá cualquier debilidad de IP en un sistema enfriado por aire. En comparación, los sistemas refrigerados por líquido son más resistentes. Tendrían que sufrir un mal funcionamiento crítico o daños externos para permitir que objetos extraños entren en la batería.

Sin embargo, elegir entre refrigeración por aire o refrigeración líquida también tiene implicaciones más allá de sellar la batería de forma eficaz. Los sistemas de refrigeración son un elemento fundamental para mantener temperaturas de funcionamiento seguras dentro de una batería. Uno de los principales riesgos de incendio asociados con las baterías de iones de litio es la fuga térmica: una reacción en cadena dentro de la batería que puede comenzar por un cortocircuito, un defecto de fabricación, calor externo, sobrecarga o daño físico. Una vez que una celda entra en un descontrol térmico, puede producir suficiente calor como para hacer que las celdas adyacentes hagan lo mismo, lo que provoca una falla en cascada. Los sistemas de refrigeración son responsables de la refrigeración y la gestión térmica para prevenir o mitigar la fuga térmica.

Pero no todos los sistemas de refrigeración son iguales. Según las observaciones realizadas durante el proceso de fabricación, las temperaturas dentro de los sistemas enfriados por aire pueden ser hasta 10 grados más altas que las de los sistemas enfriados por líquido. Si bien el enfriamiento por aire es generalmente más sencillo de implementar y requiere menos componentes, puede tener limitaciones en su capacidad para enfriar eficientemente sistemas a gran escala con alta generación de calor. En general, los sistemas de refrigeración líquida pueden proporcionar un control de temperatura más preciso, lo que permite una mejor gestión térmica y garantiza que la batería funcione dentro de límites de temperatura seguros.

Los sistemas de refrigeración deben trabajar de la mano de los sistemas de deshumidificación para combatir la humedad en el interior del recinto. La humedad puede introducir el riesgo de cortocircuitos, potencial de sobrecalentamiento de la batería y pérdida de eficiencia como resultado de la corrosión de las barras colectoras. Los sistemas enfriados por aire son susceptibles a la condensación. A menudo se encienden y apagan, lo que enfría la superficie y puede provocar condensación.

Los fabricantes deben instalar sistemas de refrigeración probados y de última generación para controlar la temperatura interna del sistema de batería.

Otro componente de hardware vital dentro de las baterías a escala de red es el mecanismo de protección contra sobretensiones, que protege contra irregularidades eléctricas que podrían dañar equipos vitales como sistemas de control, baterías y equipos de alarma contra incendios. Estos mecanismos evitan que los equipos excedan sus valores nominales de voltaje o corriente, lo que puede ocurrir como resultado de rayos, operación a alta velocidad de interruptores o interruptores y fusibles que se abren bajo carga.

Los equipos de protección contra sobretensiones deben diseñarse, instalarse y mantenerse correctamente para resistir este tipo de irregularidades y evitar daños a las celdas de la batería que podrían provocar su falla.

Como punto de partida, los fabricantes deben seguir los requisitos de NFPA, CSA e IEEE para protección contra sobretensiones según UL9540 y trabajar con proveedores y expertos en protección contra sobretensiones para garantizar que el diseño cumpla con estos requisitos.

El hardware es sólo una faceta de una estrategia integrada de mitigación del riesgo de incendio que todos los fabricantes deberían desarrollar e implementar continuamente. El software avanzado es igualmente importante, ya que se utiliza para monitorear riesgos potenciales, alertar al personal sobre problemas e implementar respuestas automáticas.

Más allá de las soluciones tecnológicas, la industria debe invertir en pruebas de seguridad contra incendios y cumplir con rigurosos estándares industriales. El cumplimiento de protocolos de seguridad estandarizados garantiza que los proyectos de baterías a escala de red estén diseñados para soportar las condiciones más exigentes, minimizando el riesgo de eventos catastróficos. Por último, una colaboración significativa con los organismos reguladores, los servicios de emergencia y las comunidades locales es crucial para facilitar el intercambio de información y el desarrollo de planes eficaces de respuesta a emergencias.

A medida que la industria del almacenamiento de energía avanza para facilitar la transición energética global, no se puede subestimar el imperativo de abordar los riesgos de incendio. Al priorizar la clasificación IP, los sistemas de enfriamiento y los mecanismos de protección contra sobretensiones de sus sistemas de almacenamiento de energía, dentro de una estrategia de seguridad contra incendios más amplia e integrada, los fabricantes pueden garantizar la confiabilidad y seguridad de sus proyectos. Como punto de partida, todos los fabricantes deben estar a la altura en cuanto a hardware. Pero no pueden detenerse allí: deben ir más allá de los requisitos mínimos para eliminar los incendios en el almacenamiento de energía y aprovechar todo el potencial de crecimiento de la industria.