Какви са мерките за безопасност на BESS?

Какви са мерките за безопасност на BESS?

Система за съхранение на енергия в батерии (BESS) събира мегаватчасове енергия в компактен обем. При работа в рамките на проектните параметри тя се зарежда и разрежда надеждно в продължение на години. Когато единична клетка сред стотици клетки в стойка влезе в термичен разгром, верижната реакция може да унищожи целия контейнер за минути. Архитектурата за безопасност на правилно проектирана BESS отстранява този риск чрез четири независими нива защита.

Ниво едно: Защита на ниво клетка чрез системата за управление на батерията

Всеки литиево-йонен елемент в BESS има безопасен работен диапазон, определен от напрежение, температура и ток. Системата за управление на батерията (BMS) следи всеки елемент с интервали по-малки от една секунда. Когато напрежението на елемента надхвърли 4,25 V по време на зареждане — прагът, над който рисковете от литиево плакиране и вътрешни къси съединения растат значително — BMS издава команда към системата за преобразуване на мощност да намали или спре зарядния ток към тази верига. Когато температурата на елемента надхвърли 60 °C по време на разреждане, BMS намалява мощността на веригата или я изключва напълно.

Управлението на батерийната система (BMS) проследява състоянието на здравето, като сравнява действителната капацитетност с номиналната капацитетност. Елемент, който е деградирал до 70 % от първоначалната си капацитетност, генерира повече топлина при всеки цикъл на зареждане и разреждане в сравнение със здрав елемент, защото вътрешното му съпротивление е нараснало. BMS маркира кандидатите за подмяна, преди да станат термични рискове. Съвременните системи от опитни интегратори използват резервно измерване на напрежение и температура — по два независими сензора за всеки модул на елементи — така че отказът на един сензор не може да създаде „слепо петно“.

Ниво две: Термично управление и съдържане

Топлината е както симптом, така и причина за повреда. Контейнерът на системата за съхранение на електрическа енергия (BESS), който работи в околна среда с температура 40°C без активно охлаждане, ще има вътрешни температури на раците, които се повишават с 8–12°C над околната температура само поради циклите на зареждане и разреждане. Продължителната работа при температури над 35°C ускорява деградацията на клетките експоненциално — приблизително удвоява скоростта на деградация за всеки 10°C повишаване над номиналната температура. Системите за охлаждане с течност, при които хладилната течност циркулира през студени плочи, намиращи се в директен контакт с всеки модул, поддържат разликата в температурата между отделните клетки в рамките на ±2°C по целия рафт. Въздушните охладителни системи с принудителна конвекция са подходящи за инсталации с по-ниска плътност, но допускат по-големи температурни градиенти.

Физическото съдържане в стойката предотвратява разпространението на повреда от отделна клетка. Стоманени разделителни плочи между модулите абсорбират и разсейват локализираното топлинно излъчване. Пожароустойчиви бариери с минимален клас на устойчивост към огън от 60 минути според IEC 62485-5 отделят батерийните стойки от силовата електроника, трансформаторите и прекъсвачите в контейнера.

Трети слой: Откриване и потушаване на пожар

Топлинното разпадане освобождава характерен аерозолен сигнал — пара от електролита, въглероден оксид и водород — който може да бъде открит от специализирани сензори за изходящи газове 3–5 минути преди клетката да изпусне газове или да се появят пламъци. Ранното откриване активира три едновременни действия: електрическо изключване на засегнатия верига, включване на системата за вентилация на контейнера за отстраняване на запалими газове и стартиране на системата за потушаване.

Аерозолните агенти за потушаване на пожари наводняват вътрешността на контейнера с частици, базирани на калий, които прекъсват веригата на горенето на молекуларно ниво, без да оставят остатъци, които повреждат електрониката. За разлика от водните спринклерни системи, аерозолните системи са ефективни при пожари от клас B (течни електролити) и не създават къси съединения чрез натрупана вода. NFPA 855 изисква инсталациите на BESS с капацитет над 50 kWh да бъдат защитени от автоматична система за потушаване на пожари, подходяща за химията на батериите.

Четвърти слой: Електрическа изолация и откачване от електропреносната мрежа

Когато контролерът на системата за съхранение на електрическа енергия (BESS) засече неизправност — термична, електрическа или структурна — първото защитно действие винаги е електрическо изолиране. Контакторите от страната на постояннотоковата верига се отварят между батериите и системата за преобразуване на мощност. Едновременно с това се отваря превключвателят за променлив ток в точката на обща връзка с електропреносната мрежа, което изключва цялата BESS система както от енергийния източник (зареждане от мрежата), така и от натоварването. Това галванично изолиране предотвратява разпространението на повреден ток и гарантира, че първите реагиращи лица, приближаващи контейнера, ще се изправят само пред намаляващата запасена енергия, а не пред активно подхранвана електрическа повреда.

Случай: Индустриална инсталация на BESS издържа вълна в електропреносната мрежа

Производственото предприятие в Югоизточна Азия инсталира 2 MWh BESS за намаляване на пиковото натоварване и резервно захранване, доставено от интегриран доставчик на електрооборудване от провинция Ляонин, Китай. По време на непланирано повторно включване на мрежата, което предизвика преходно напрежение 2,7× номиналното, BMS-ът засяка прекомерното напрежение за 4 мс и изключва DC контакторите, преди вълната да достигне батериите. Производствената линия продължи да работи с енергията от BESS в продължение на 22 минути, докато мрежата се стабилизира. Следсъбитийната проверка потвърди липса на повреди по батериите, което беше валидирано от регистрите на BMS за състоянието на здравето.

Често задавани въпроси

В какъв температурен диапазон е безопасна експлоатацията на BESS?

Литиево-железо-фосфатните (LFP) клетки работят безопасно при разреждане в диапазона от -20°C до 60°C и при зареждане — от 0°C до 45°C. Експлоатацията извън тези граници ускорява деградацията. Активното термично управление поддържа клетките в оптималния диапазон 15–35°C за максимален брой цикли.

Как BMS засича надвисваща клетъчна повреда?

Системата за управление на батерията (BMS) следи спада на напрежението под натоварване, тенденциите във вътрешното съпротивление и отклоненията в напрежението между отделните елементи. Ако вътрешното съпротивление на даден елемент се увеличи с повече от 30 % спрямо базовата стойност или ако напрежението му се отклони с повече от 100 mV от средното напрежение на веригата, се активира предупреждение.

Системите за потушаване на пожари с аерозолни агенти са ли безопасни за BESS?

Да. Системите с аерозолни агенти, базирани на калий, са специално валидирани за пожари, причинени от литиево-йонни батерии, съгласно изискванията за изпитания UL 9540A. Те не оставят проводим остатък и не създават електрически рискове, които водните системи внасят.

Какво е минималното разстояние за отделяне между контейнерите за BESS?

NFPA 855 изисква минимално разстояние от 3 фута (0,9 метра) между контейнерите за BESS или между контейнер за BESS и заета сграда. По-големите инсталации с капацитет над 250 kWh може да изискват по-голямо разстояние за отделяне според местните поправки към пожарните норми.

Колко често трябва да се извършват изпитания на системите за безопасност на BESS?

Калибрацията на напрежението и температурата на BMS трябва да се проверява веднъж годишно. Функционалността на системата за потушаване на пожари трябва да се тества два пъти годишно според протокола на производителя. Препоръчва се пълно тестване на капацитета при разряд на ниво стойка всеки 2 години.

Може ли BESS да се инсталира безопасно в заета сграда?

Да, при подходящо съдържание и вентилация според IFC 1206 и NFPA 855. Химията LFP е предпочитана за вътрешни инсталации поради по-високата температура на началото на термичен разпад в сравнение с NMC. Доставчици като Sinotech Group предлагат конфигурации на BESS, специално проектирани за вътрешно разполагане.