Kakšne so varnostne zaščitne ukrepe za BESS?

Kakšne so varnostne zaščitne ukrepe za BESS?

Sistem za shranjevanje energije v baterijah (BESS) zgošča megavatne ure energije v omejen prostor. Če deluje znotraj načrtovanih parametrov, se zanesljivo polni in razpolaga z energijo leta. Če se ena sama celica v stojalu s stotinami celic znajde v toplotnem zbežanju, lahko verižna reakcija uniči celoten kontejner v nekaj minutah. Varnostna arhitektura pravilno zasnovanega BESS-a ta tveganja obravnava s štirimi neodvisnimi varnostnimi plastmi.

Plast ena: Zaščita na ravni celice prek sistema za upravljanje baterij

Vsaka litij-ionska celica v sistemu za shranjevanje energije (BESS) ima varno delovno območje, določeno z napetostjo, temperaturo in tokom. Sistem za upravljanje baterije (BMS) spremlja vsako celico v podsekundnih intervalih. Ko med polnjenjem napetost celice preseže 4,25 V – mejo, nad katero se pospeši tveganje litijevega platinga in notranjega kratekega stika – BMS ukazuje sistemu za pretvorbo moči, da zmanjša ali ustavi tok polnjenja za to vrsto celic. Ko med razbujanjem temperatura celice preseže 60 °C, BMS zmanjša izhodno moč vrste celic ali jo popolnoma izklopi.

BMS spremlja stanje zdravja tako, da dejansko kapaciteto primerja z nazivno kapaciteto. Celica, ki se je izrabila na 70 % izvirne kapacitete, pri vsakem ciklu polnjenja in razprazitve ustvari več toplote kot zdrava celica, saj se ji notranji upor poveča. BMS opozori na celice, ki jih je treba zamenjati, preden postanejo toplotna nevarnost. Moderni sistemi izkušenih integratorjev uporabljajo podvojeno merjenje napetosti in temperature – dva neodvisna senzorja na vsak modul celic – zato en sam odpovedan senzor ne more povzročiti slepega mesta.

Plast dva: Termično upravljanje in omejevanje

Toplota je hkrati simptom in vzrok odpovedi. Vsebnik BESS, ki deluje v okolju z zunanjo temperaturo 40 °C brez aktivnega hlajenja, bo pri samem polnjenju in razprazjevanju doživel povečanje notranje temperature na stojalu za 8–12 °C nad zunanjimi vrednostmi. Dolgotrajno delovanje nad 35 °C eksponentno pospešuje degradacijo celic – približno podvoji hitrost degradacije za vsakih dodatnih 10 °C nad nazivno temperaturo. Sistemi z tekočinskim hlajenjem, ki krožijo hladilno tekočino skozi hladilne plošče v neposredni stiki z vsakim modulom, ohranjajo razliko med temperaturami posameznih celic znotraj celotnega stojala v mejah ±2 °C. Zračno hlajeni sistemi z prisilno konvekcijo so primerni za namestitve z nižjo gostoto, vendar dopuščajo širše temperaturne gradiente.

Fizična omejitev znotraj stojala preprečuje širjenje odpovedi posamezne celice. Jeklene ločilne plošče med moduli absorbirajo in razpršijo lokalno toploto. Ognjevarni pregrade z minimalno učinkovitostjo 60 minut po standardu IEC 62485-5 ločujejo baterijska stojala od elektronskih naprav za pretvorbo energije, transformatorjev in stikalnih naprav znotraj kontejnerja.

Tretji sloj: Zaznavanje in gašenje požara

Topelni zvočni pojav sprosti značilno aerosolno sled – hladilno tekočino v obliki pare, ogljikov monoksid in vodik – ki jo lahko zaznajo posebni senzorji za izpušne pline 3–5 minut pred tem, ko celica začne izpuščati ali se pojavi plamen. Zgodnja zaznava sproži tri hkratne ukrepe: električno izklop niza, na katerem je prišlo do motnje, vklop ventilacijskega sistema kontejnerja za odstranitev gorljivih plinov ter aktivacijo sistema za gašenje.

Aerosolni sredstva za gašenje požarov napolnijo notranjost posode s kalijevimi delci, ki na molekularni ravni prekinjajo verižno reakcijo gorenja brez ostankov, ki bi škodovali elektroniki. V nasprotju z vodnimi pršilnimi sistemi aerosolni sistemi učinkovito gasijo požare razreda B (tekoči elektroliti) in ne ustvarjajo krajih stikov zaradi zbranega voda.

Četrti sloj: Električna izolacija in odklop od omrežja

Ko nadzorni sistem BESS zazna okvaro—topelno, električno ali strukturno—je prva zaščitna ukrepa vedno električna izolacija. Stikalniki na DC-strani se odprejo med baterijskimi omakami in sistemom pretvorbe energije. Hkrati se odpre tudi AC-prekinjalnik na točki skupne povezave z omrežjem, s čimer se celoten sistem BESS izklopi tako od energenta (polnjenje iz omrežja) kot tudi od obremenitve. Ta galvanska izolacija prepreči širjenje napetostnega toka okvare in zagotovi, da prvi pomoči, ki se približujejo kontejnerju, srečajo le počasno izčrpovanje shranjene energije, ne pa aktivno napajane električne okvare.

Primer: Industrijska namestitev BESS je preživela napetostni udar v omrežju

Proizvodna naprava v jugovzhodni Aziji je namestila 2 MWh BESS za zmanjševanje vrhovnega obremenitve in rezervno napajanje, ki jo je dobavil integriran dobavitelj električne opreme iz provinca Liaoning v Kitajski. Med nenamernim ponovnim zaprtjem omrežja, ki je povzročilo prenapetost 2,7× nazivne napetosti, je BMS zaznal prenapetost v 4 milisekundah in izklopil DC stikala, preden je prenapetost dosegla baterijske celice. Proizvodna linija naprave je nadaljevala delovanje na napajanju BESS 22 minut, dokler se ni omrežje stabiliziralo. Po dogodku je pregled pokazal ničelno škodo celic, kar so potrdili dnevniki stanja zdravja (SoH) BMS.

Pogosta vprašanja

Kakšen temperaturni razpon je varnega za delovanje BESS?

Litij-železofosfatne (LFP) celice varno delujejo med -20 °C in 60 °C pri razbajanju ter med 0 °C in 45 °C pri polnjenju. Delovanje izven teh razponov pospeši staranje. Aktivno toplotno upravljanje ohranja celice v optimalnem območju 15–35 °C za največjo življenjsko dobo ciklov.

Kako BMS zazna naraščajočo nevarnost odpovedi celice?

BMS spremlja napetostno padec ob obremenitvi, trende notranje odpornosti in odstopanje napetosti med celicami. Opozorilo se sproži, če notranja odpornost celice narašča za več kot 30 % glede na izvirno vrednost ali če se napetost celice odmika za več kot 100 mV od povprečne napetosti v nizu.

Ali so aerosolni sistemi za gašenje požarov varni za BESS?

Da. Aerosolni sistemi, ki uporabljajo kalijeve agente, so posebej potrjeni za požare litijevega ionskega akumulatorja v skladu z zahtevami za testiranje UL 9540A. Ne pustijo za seboj prevodne ostankov in ne povzročajo električnih nevarnosti, ki jih uvedejo vodni sistemi.

Kakšna je najmanjša razdalja med kontejnerji BESS?

NFPA 855 zahteva najmanj 3 čevlje (0,9 metra) razdalje med kontejnerji BESS ali med kontejnerjem BESS in poseljenimi stavbami. Večje namestitve, ki presegajo 250 kWh, lahko zahtevajo večjo razdaljo v skladu z lokalnimi spremembami protipožarnih predpisov.

Kako pogosto je treba testirati varnostne sisteme BESS?

Kalibracijo napetosti in temperature BMS je treba preveriti vsako leto. Funkcionalnost sistema za gašenje požara je treba testirati dvakrat letno v skladu z navodili proizvajalca. Polno razbremenitveno testiranje kapacitete na ravni stojala se priporoča vsakih dve leti.

Ali je mogoče BESS varno namestiti v zasedeno stavbo?

Da, pod pogojem ustrezne omejitve in prezračevanja v skladu z IFC 1206 in NFPA 855. Kemija LFP je za notranje namestitve prednostna zaradi višje temperature začetka toplotnega izhoda v primerjavi z NMC. Dobavitelji, kot je Sinotech Group, ponujajo konfiguracije BESS, ki so posebej zasnovane za notranjo namestitev.