Edukiontzidun bateriaren energia biltegiratzeko sistemen hedapena (BESS) sare-eskalako aplikazioetan-funtsean aldatu du suteen babeserako ingeniariek arrisku termikoak arintzeko modua. Ohiko instalazio elektrikoek ez bezala, non suaren jokaera nahiko aurreikusten den errekuntza-dinamika jarraitzen duten, litio-ioizko baterien suteek kaskadako hutsegite modua aurkezten dute ihes termiko elektrokimikoan errotuta-bere-eusten duen erreakzio exotermiko kate bat, ezabatzeko metodo konbentzionalek inoiz zuzendu ez zutena. Arizonan 2019ko McMicken-en leherketak, 2021eko Beijing Dahongmen-en gertakariak eta jakinarazi gabeko -gertaera ugariek, gero eta nonahiko energia-aktibo horiek nola diseinatzen, konpartitzen eta babesten ditugun modu orokorrean aztertzera behartu dute.
The Thermal Runaway Problema (eta zergatik ez den "sua")
Hona hemen proiektu-kudeatzaile gehienek guztiz ulertzen ez dutena suteak itzaltzeko kostuen optimizazioa bultzatzen ari direnean: litio-ioizko bateriaren sua ez da ohiko zentzuan. Kritiko bihurtu den erreaktore kimiko bat da.
Zelula bat ihes termikoetan sartzen denean, normalean SEI geruzaren deskonposizioarekin hasten da sekuentzia 90-120 gradu inguruan. Honek barrutik oxigenoa askatzen du. Elektrodo negatiboa elektrolitoarekin erreakzionatzen hasten da. Elektrodo positiboen materialak fase-trantsizioak jasaten dituzte eta deskonposatzen dira. Elektrolitoa lurrundu eta erre egiten da. Hori guztia metal zigilatutako lata batean gertatzen da gasak metatuz: hidrogenoa, karbono monoxidoa, metanoa, etilenoa, hidrogeno fluoruroa.
Denbora-lerroa? Hasierako anomaliatik aireztapen bortitzara: batzuetan minutuak, beste batzuetan segundoak.
Edukiontzidun sistemak bereziki traidore egiten dituena espazio mugatuko geometria da. 20-oineko edo 40 oineko ISO edukiontzi batean ehunka, batzuetan milaka gelaxka dituzu. Zelula batek huts egiten du, bere bizilagunak berotzen ditu eroapenaren eta erradiazioen bidez, eta bat-batean ez duzu zelula-gertaera bakar bati aurre egiten; hedapen-jauziaren hedapena ikusten ari zara rack oso batean zehar, gero aldameneko racketan.
Berrikusi ditut gertakarien txostenak, non lehen alarma termikotik edukiontzi osoa inplikatzeko denbora lau minutu baino gutxiagokoa izan zen.
Paisaia arautzailea: poliki-poliki bat egiten ari den adabakia
Estandarren egoerak, egia esan, nahaspila izaten jarraitzen du-hobetzen ari den arren.
NFPA 855 Ipar Amerikako merkatuetan de facto erreferentzia gisa agertu da. 2023ko edizioak eskakizunak nabarmen zorroztu zituen 2019-2021eko gertakarien ostean. Funtsezko xedapenek honako hauek dira: unitate bakoitzeko 600 kWh-ko gehienezko energia-ahalmena sute-probaren baliozkotze gehigarririk gabe, bateria-matrize bakoitzeko 50 kWh-ko mugak eta unitateen edo hormekiko gutxienez 3 oineko tartea.
FM Global-en 5-33 datu-orriak ikuspegi kontserbadoreagoa hartzen du alderdi askotan, batez ere deflagrazioaren aireztapen-baldintzen inguruan.
Txinako arau-inguruneak azkar eboluzionatu du. Pekingo tokiko DB11/T 1893 araua aitzindaria izan zen 2021ean-edukiontzien-suteen babeserako zehaztapenak agintzen zituen eskualdeko lehen araua. T/CEC 373-2020 LFP kabina aurrefabrikatuen sistemetarako modulu-mailako ezabaketa-eskakizunak ezarri zituen nazioarteko estandar askok oraindik bat ez datozenak.
Gaur egungo egoeraz zapuzten nauena: oraindik ez dago benetako nazioarteko harmonizaziorik. Baliteke Txinako estandarrekin diseinatutako sistemak UL 9540A eskala handiko-suteen probak egiteko eskakizunak ez betetzea. Baliteke FM homologazioa gainditzen duen sistema bat ez bat etorriko Europako EN estandarrekin. Garatzaile multinazionalentzat, horrek benetako kontratazio buruhausteak sortzen ditu.
Edukiontzien diseinua: Biziraupenaren geometria
Banatze-distantzia-eskakizunak behar baino gehiago aldatzen dira jurisdikzioen artean, baina azpian dagoen fisika koherentea da: bero-transferentzia erradiatiboa ondoko unitateak piztea ekiditen saiatzen ari zara larrialdietarako sarbidea mantenduz.
Txinako estandarrek 4 metroko gutxieneko tartea zehazten dute edukiontzi-unitateen artean, 4 orduko su-hesiekin soilik murrizta daitekeen edukiontziaren inguratzailea baino metro 1 haratago. NFPAk 20 oin (6 metro gutxi gorabehera) oinarrizko lerroa eskatzen du, funtsean zerora murriztu daitekeena 3 orduko hesiekin.
Ikusi ditudan proiektu gehienak aztarna-lurrak gutxitzen saiatzen dira, azken finean. Oztopoen ikuspegia erakargarri bihurtzen da. Baina hona hemen arazo praktikoa: oztopo horiek bero distiratzaileaz gain, deflagrazio potentzialaren gainpresioari eutsi behar diote. CMU horma estandarrak ez du moztuko. Hormigoi armatua edo baliokidea behar duzu, behar bezala ainguratuta, kalifikazioa arriskuan jar dezakeen sartzerik gabe.
-Istorio bakarreko hedapena ia unibertsala da orain arrazoi ona dela eta. Ontziak pilatzen saiatu ziren laburki integratzaile batzuek energia-dentsitatearen atzetik. Errepresioaren erronkak eta irteera-konplikazioek hurbilketa hori azkar hil zuten.
Askotan ahaztu egiten diren kokapen-gogoetak:
Jabetza-lerroekiko eta bide publikoekiko distantzia oso garrantzitsua da larrialdiei erantzuteko. Txinako estandarretan trenbide-lineen 30-metroko atzerapena existitzen da, irtetearen + BESS sutearen=hondamendi-egoera inork ez duelako pentsatu nahi. Ur-iturri naturalen hurbiltasuna ez da soilik ezabatzeko hornidura edukitzea-, gertakarien ondorengo kudeaketa termikorako hozte-ahalmen iraunkorra baizik.
Zer da benetan Kutxa barruan
Kontenedoredun BESS moderno bat ez da bidalketa-ontzi batean pilatutako bateriak bakarrik. Barne arkitekturak nabarmen eboluzionatu du.
Baterien bastidoreak zonalde batean aurkitzen dituzu normalean, potentzia bihurtzeko ekipoak (inbertsoreak, DC-DC bihurgailuak) bereizitako konpartimentu batean sutearen barneko hesi batek banatuta. Arrazoia: ekipo elektrikoen suteek bateriaren ihes termikoek baino modu ezberdinean jokatzen dute eta itzaltzeko planteamendu desberdinak behar dituzte.
Kudeaketa termikoa bi eremutan banatzen da: airea-hoztua eta likidoa-hoztua.
Airea-hoztutako sistemak sinpleagoak, merkeagoak eta egokiak dira klima moderatuko instalazioetarako. Bateriaren multzoan tenperatura-diferentziak 8-10 gradura irits daitezke kargapean; ez da aproposa iraupenerako edo segurtasun-marjinerako, baina egingarria.
Likido-hoztutako sistemak errendimendu handiko-instalazioetarako lehen estandar bihurtu dira. Ingeniaritza sofistikatu egiten da: zelula bakoitzak hozte-tenperatura baliokidea ikusten duela bermatzen duten fluxu paraleloak, kontzentrazio kontu handiz kontrolatutako glikol-ur-nahasketak, ihesak detektatzeko sistemak, hozgarriak tentsio handiko-busbarrek kontaktatzen dituenean bere arrisku-kategoria sortzen duelako.
Likido-hoztutako diseinu onenek zelula-tik-tenperaturaren bariantza 3 gradutik behera lortzen dute. Uniformetasun horrek ihes-arrisku termikoa murrizten du eta ziklo-bizitza luzatzen du zuzenean.
Detekzioa: Kimikaren aurkako lasterketa
Hemen sutsutzen naiz, detekzioa baita sistema gehienek huts egiten duten tokian.
Ohiko kea eta beroa detektatzeko-bulegoen eraikinetan ondo funtzionatzen duten gauzak-ez dira nahikoa bateriaren ihes termikorako. Ontzian kea edo giro-tenperatura igoera nabarmena ikusten duzunerako, galdu egin duzu jada. Ihesaldia ezarri da, hedapena litekeena da eta zure kentze-sistema atzealdeko ekintza bati aurre egiten ari da.
Gasa hautematea ez da-negoziatu instalazio serio batean.
Litio-ioi-laurrean dauden zelulen isurpen--gasaren sinadura bereizgarria da: hidrogenoa agertzen da lehenengo eta azkarren igotzen da, ondoren karbono monoxidoa eta hainbat hidrokarburo. Ondo diseinatutako-sistemak monitorizatzen du rack mailan, ez bakarrik inguruneko edukiontzien giroa. Hidrogeno-kontzentrazioa 1000 ppm-ra iristeak berehalako ikerketa eragin beharko luke. 5000 ppm-k esan nahi du leherketen muga baxuagoetara hurbiltzen ari zarela eta erantzun automatizatua behar duzula.
Instalazio berri batzuk elektrolito-lurrunaren detekzioarekin-litio-ioi-elektrolito-formulazio gehienak osatzen dituzten karbonatoetara bideratzen ari dira. Teknologia itxaropentsua da, baina oraindik ez dago behar bezain heldua kodea-beharrezko aplikazioetarako.
BMSaren bidez tentsio eta korronte anomaliak detektatzeak zure lehen defentsa lerroa izaten jarraitzen du.
Barne-zirkuitulaburra garatzen ari den zelula batek tentsio-depresioa erakutsiko du sinadura termikoak ageri baino lehen. Erronka: benetako aitzindari-seinaleak bereiztea berezko fabrikazio-tolerantzia duten milaka zeluletan ohiko aldakuntza operatiboetatik.
Sistema benetan sofistikatuak monitorizazio akustikoa sartzen ari dira orain. Ihesaldi termikora hurbiltzen diren zelulek ultrasoinu-sinadura bereizgarriak sortzen dituzte barne-presioa sortzen den heinean. Oraindik esperimentala, baina fisika soinua da.
Errepresioa: Eztabaida Handia
Ibil zaitez BESS suteen babesari buruzko edozein hitzaldi-saiotan eta desadostasun handia aurkituko duzu ezabatzeko agenteen aukeraketari buruz. Nire iritzia emango dizut, ikerketa-literaturaren eta gertakarien post-posten arabera.
Urak irabazi du kudeaketa termikorako. Aldia.
Termodinamika ez da anbiguoa. Litio-ioizko ihes termikoa, funtsean, bero arazo bat da. Barne erreakzioak auto-oxidatzaileak-dira, ezin dituzu ito oxigenoa desplazatuz. Bero nahikoa xurga dezakezu zelulen tenperatura erreakzio-atalasetik behera jaisteko.
Uraren lurruntze-beroak (2.260 kJ/kg) ez du pareko alternatiba praktikorik. Ur-laino finak beroa xurgatzea lortzen du ur-bolumen kudeagarriekin eta eroankortasun elektrikoaren kezka murriztuarekin.
Pekingo estandarrak 10 minutu barru zelulen murgiltze-gaitasun osoa izateko eskakizunak errealitate hori islatzen du. Beste guztia huts egiten duenean, edukiontzia gainezka egiten duzu.
Baina gasa kentzeak bere eginkizuna du-bereziki esku-hartze goiztiarrean.
Heptafluoropropanoak (FM-200/HFC-227ea) eta perfluorohexanona berrienak (Novec 1230/FK-5-1-12) sugar irekia azkar bota dezakete eta lurruntzearen bidez hoztu pixka bat. Baliagarriak dira gertaerak goiz harrapatzeko, ihes termikoa guztiz ezarri baino lehen edo ekipo elektrikoetako bigarren mailako suteak itzaltzeko.
Arazoa:ez dute hedapena gelditzen behin martxan dagoenean. Zelula barrutik beroa sortzen ari da oraindik. Gas kontzentrazioa xahutzen da. Errepizteari jarraitzen zaio.
Konbinazio-ikuspegia gaur egun praktika onak hartzen dira: gasa kentzea suaren berehalako erorketa egiteko, eta jarraian ur-lainoa kontrol termiko iraunkorra lortzeko, dilubio-gaitasun osoarekin azken babes gisa.
Agente garbien ingurumen-kezkari buruzko hitz bat:HFC-227ea pixkanaka kentzea aurreikusita dago Kigaliko Zuzenketaren arabera. FK-5-1-12-k berotze globalaren potentzial arbuiagarria du eta ez du ozonoaren eraginik. Industria perfluorohexanonarantz doa argi eta garbi, hornikuntza-kateak eta prezioak guztiz egonkortu ez diren arren.
Aireztapena eta eztanda babesa
Hemen ikusi dudan kostu-murrizketa arriskutsuena.
Aireztatze-zelulez betetako edukiontzi bat gas nahasketa sukoia pilatzen ari da espazio mugatu batean. Hidrogenoaren beheko leherketa-muga % 4 da airean. Kontzentrazio horretara iritsi, sartu pizte-iturri bat-hutsean dagoen kontaktore baten arkua bezain erraza izan daitekeena-eta deflagrazioa lortuko duzu. Edukiontzi itxi batean, deflagrazioa detonazio bihurtzen da.
McMickenek zauritutako lau suhiltzailerekin eman zigun ikasgai hau.
Aireztapen aktiboa derrigorrezkoa da.Txinako estandarrak gutxienez orduko 30 aire-aldaketa eskatzen du larrialdiko aireztapenerako, automatikoki abiarazitako gas-sentsoreek LELaren % 5etik gorako kontzentrazioa detektatzen dutenean. NFPA 69-k deflagrazioa prebenitzeko sistemen diseinu-gidak eskaintzen ditu.
Deflagrazio pasiboko aireztapen-lehertzeko-panelak presioa arintzeko diseinatutako egitura-hutsegiten aurretik-jurisdikzio gehienetan beharrezkoa da. NFPA 68ren araberako dimentsio-kalkuluak ez dira-hutsalak eta itxituraren bolumenaren, aireztapenaren aktibazio-presioaren eta aurreikusitako suaren abiaduraren araberakoak dira.
Kokapenak garrantzia du: aireztapenak irteera-bideetatik eta larrialdietarako erantzuna emateko guneetatik urrun isuri behar dira. Haize panelak sarbideko korridorera zuzenean lehertuko ziren diseinuak berrikusi ditut. Hori da suhiltzaileen hildakoen errezeta.
LFP vs NMC galdera
Baterien kimika hautatzeak suteen segurtasunaren ondorioak ditu, egonkortasun termikoen konparazio soiletatik haratago.
Litio burdina fosfatoaren (LFP) zelulek nikel-manganeso-kobaltoaren (NMC) kimika desplazatu dute gehienbat biltegiratze geldoko aplikazioetan, segurtasun kontuak eraginda. Zenbakiek aldaketa hau onartzen dute: LFP-ren ihes termikoen agerpena normalean 270 gradutik gora gertatzen da, eta 150-200 gradutik gorako NMC formulazioetan. Ihesaldian beroa askatzeko tasak erdia dira gutxi gorabehera. Fluoruroaren gas toxikoen sorrera murrizten da.
Baina LFP ez da berez "segurua"-seguruagoa da. Ihesaldi termikoa posible izaten jarraitzen du gehiegikeria baldintza nahikoetan. Hedapena oraindik gertatzen da. Huts moduak detektatzeko eta esku hartzeko marjina gehiago eskaintzen du.
Gaur egungo merkatuaren kontakizunaz kezkatzen nauena: garatzaile batzuek LFP kimika suteen babes sendoaren ordezko gisa tratatzen dute haren osagarri izan beharrean. Pentsamendu arriskutsua da, azkenean istiluak sortuko dituena.
Gertaeren erregistroak benetan erakusten duena
BESS suteen gertakarien{0}}txosten publikoen datu-base informal bat mantentzen dut, atzitu ditudan aseguru-erreklamazioak eta sektoreko kontaktuen komunikazio informalak. Ereduak didaktikoak dira.
Erro-kausak kategoria batzuen inguruan biltzen dira:
Fabrikazio-akatsak-barne-kutsadurak, elektrodoen lerrokatze desegokiak, bereizleen kalteak-ziurrenik zati handienak dira, nahiz eta behin betiko egoztea ezinezkoa izan ohi den suntsipen termikoaren ondoren. Gehiegizko karga edo karga desorekatua ahalbidetzen duten BMS hutsegiteek nabarmen eragiten dute. Bidalketa eta instalazioan zehar kanpoko kalteak gutxietsi egiten dira abiarazle gisa.
Baterien goranzko akats elektrikoek-DC arku-matxurak, beroketa erresistentea dakarten konexioa askatzeak, lur-matxurak-bateria hutsegite hutsak gaindi ditzakete suaren abiarazle gisa, oro har.
Erantzunaren eraginkortasuna izugarri aldatzen da.Modulu-gasen detekzioa eta ezabaketa automatizatu azkarra duten guneek gertaerak eduki dituzte bastidore bakarrean. Edukiontzi-mailako hautematean soilik oinarritzen diren guneek maiz galtzen dute unitate osoa. Suhiltzaileen zerbitzuen erantzuna koherentea izaten jarraitzen du BESSen gertakarien aurrean-sail askok ez dute arrisku espezifiko horietarako trebakuntzarik, eta babes perimetralaren babesa erabiltzen dute lehenetsi beharrean, ezabaketa aktiboa.
-Gertakariak kudeatzeko termikoaren ondorengo arazoa benetakoa da eta denbora-epeak izugarri luzatzen ditu. Ihesaldi termikoa jasan duten bateriak orduak edo egunak geroago piztu daitezke, hondar-energia barne-erreakzio sutsuen bidez xahutzen den heinean. Hozte- eta monitorizazio-eskakizun hedatuak larrialdietarako erantzuteko baliabideak estutzen ditu.
Diseinurako Gomendio Praktikoak
Arau-analisia eta azterketa teknikoa egin ondoren, zer axola zaio benetan instalazio berri bati?
Lortu tarte egokia.Ez murriztu lur-aurrezki marjinalak. Gertaera handi baten kostuak hamarkadetako errentamendu-ordainketa gehigarrien gainditzen du.
Inbertitu detekzioan.-Parametro anitzeko sentsazioa rack mailan-gasa, tenperatura, tentsio anomalia-erantzun automatikoko protokoloekin. Oinarrizko kea detektatzeko kostu gehigarria hutsala da arriskua arintzeko balioarekin alderatuta.
Hedapena prebenitzeko diseinua.Demagun zelula batek huts egingo duela. Demagun modulu batek huts egingo duela. Kontua da ea bertan eduki ote duzun.
Suhiltzaileen sarbidearen plana.Larrialdietako arduradunek hurbildu behar dute, zapalkuntza-agenteak aplikatu eta segurtasunez alde egin behar dute. Ikusmen-lerroek garrantzia dute. Aparatuaren materiarako biraketa-erradioak. Ur horniduraren ahalmenak garrantzia du.
Komisioa behar bezala.Ikusi ditut ezabatze-sistema inoiz agente-fluxuarekin probatu ez den sistemak. Gas-detektagailuak behar bezala kalibratu ez diren tokietan. Non BMS alarmaren integrazioa suteen panelean funtzionatu ez zuen. Komisioak dirua kostatzen du, baina arazo horiek gertakarien laguntzaile bihurtu aurretik aurkitzen ditu.
Aurrera begira
Teknologiak eboluzionatzen jarraitzen du. Egoera solidoko-bateriek berezko egonkortasun termikoaren hobekuntzak agintzen dituzte, eta azkenean suteen babeserako baldintzak murrizten dituzte. Ikaskuntza automatikoa barne hartzen duten BMS algoritmo aurreratuek anomaliak lehenago detektatzeko promesa erakusten dute. Bateriaren diseinuan integratutako modulu-maila kentzeak gaur egun ezinezkoak diren erantzun-denborak eman ditzake kanpoko sistemekin.
Baina gaur egungo teknologia zabaltzen ari gara, eskalan, mundu osoko sareetan. Suteen babeserako planteamenduek benetan instalatzen denaren arrisku-profilarekin bat egin behar dute-ez etorkizuneko hobekuntza teorikoekin.
Oinarrizko erronkak ez du aldaketarik izaten: energia elektrokimiko kantitate izugarriak gordetzen ari gara espazio trinkoetan, eta energia horrek askatu nahi du. Gure lana gure baldintzetan kaleratzen dela ziurtatzea da, ez berea.
Egilea 2017tik dihardu energia biltegiratzeko sistemetarako suteen aurkako ingeniaritzan eta Ipar Amerikako eta Asia-Pazifikoko eskualdeetako proiektuetan kontsultatu du. Adierazitako iritziak profesionalen iritziak dira eta ez dute proiektuaren-ingeniaritza espezifikoko analisia ordezkatu behar.