En los últimos años, la industria del almacenamiento de energía ha experimentado un crecimiento explosivo.
Para consolidar su posición en el mercado y obtener mayores beneficios económicos, las empresas energéticas siguen optimizando la estructura y el diseño de las baterías de almacenamiento de energía para lograr una mayor densidad energética y una vida útil más prolongada. La colaboración entre algunas de las principales empresas fabricantes de sistemas de almacenamiento de energía ha impulsado el desarrollo de sistemas de gran capacidad, convirtiéndose en una tendencia clave en la actualidad.
La batería de almacenamiento de energía laminada de cuchilla corta tipo L500 de 325 Ah producida por Honeycomb Energy tiene solo 21 mm de espesor, lo que la hace 2/3 más delgada que la batería de almacenamiento de energía de 280 Ah;
La celda de almacenamiento de energía de 315 Ah de Envision Power ha aumentado la densidad energética en un 11 % manteniendo el tamaño sin cambios;
La batería de almacenamiento de energía a gran escala de 320 Ah producida por Penghui Energy presenta un aumento de capacidad individual del 14%;
EVE Lithium Energy ha lanzado una celda de almacenamiento de energía de ultra gran capacidad de 560 Ah, y una sola batería puede almacenar 1,792 kWh de energía;
Sin embargo, la gran capacidad también plantea nuevos retos para el desarrollo de baterías de almacenamiento de energía.
A medida que aumenta la capacidad, la densidad de energía dentro de la batería también aumenta en consecuencia, lo que conlleva una mayor liberación de energía y riesgos de seguridad más graves.
En los últimos años, se han producido incendios y explosiones en centrales eléctricas de almacenamiento de energía de forma esporádica, y en los casos más graves incluso se han registrado víctimas mortales entre los empleados. La seguridad de los sistemas de almacenamiento de energía siempre ha sido un tema de preocupación.
En la 4.ª Conferencia Internacional de Intercambio sobre Vehículos de Nueva Energía y Baterías de Potencia (CIBF2023 Shenzhen), Ouyang Minggao, académico de la Academia China de Ciencias, afirmó que las baterías de fosfato de hierro y litio se consideran generalmente seguras, lo cual es cierto en esencia para las baterías pequeñas. Sin embargo, en una batería de gran capacidad, la temperatura interna puede superar los 800 grados, excediendo la temperatura de descomposición del cátodo de fosfato de hierro y litio.
En las baterías pequeñas, debido a la reacción en cadena que se produce en el núcleo, existe una barrera protectora, y el material del electrodo positivo prácticamente no se descompone hasta superar los 500 grados, por lo que estas baterías no se encuentran en este rango de temperatura. Sin embargo, las baterías de gran capacidad pueden alcanzar entre 700 y 900 grados, pudiendo romper el separador y provocar la descomposición del material del electrodo positivo. Las baterías de almacenamiento de energía actuales tienen una capacidad superior a 300 amperios-hora (Ah), lo cual sigue siendo muy peligroso.
Por un lado, es necesario aumentar la capacidad y reducir los costes, y por otro, es necesario mantener el límite de los riesgos de seguridad. ¿Cómo equilibrar ambos aspectos?
La industria del almacenamiento de energía otorga gran importancia a la seguridad de las baterías.
Si bien las centrales de almacenamiento de energía están evolucionando hacia una mayor capacidad, la seguridad y la protección contra incendios en este ámbito también se enfrentarán a pruebas más rigurosas. La seguridad es fundamental para el desarrollo de la industria del almacenamiento de energía.
Según estadísticas de la Alianza Tecnológica de la Industria del Almacenamiento de Energía de Zhongguancun, desde 2011 se han producido más de 70 accidentes relacionados con la seguridad en el almacenamiento de energía a nivel mundial. En 2022, se prevén 17 accidentes de este tipo en todo el mundo, excluyendo el almacenamiento doméstico.
El Instituto de Investigación de Energía Eléctrica de China señaló en el informe de análisis del accidente que la explosión de la central eléctrica tuvo dos causas principales: por un lado, la causa fundamental de la combustión y explosión de la batería de iones de litio fue la fuga térmica de la misma. Por ejemplo, la seguridad y la calidad de la batería de almacenamiento de energía no se pudieron garantizar debido a la fuga térmica; por otro lado, el BMS, el PCS, el transformador y los equipos de protección de relés y de comunicación relacionados, incluidos en el sistema de almacenamiento de energía de la batería, podrían presentar defectos de calidad, una instalación y puesta en marcha no estandarizadas, configuraciones inadecuadas y un aislamiento insuficiente, lo que causó, directa o indirectamente, problemas de seguridad en el sistema de almacenamiento de energía.
En caso de accidente, además de los peligros causados por el propio incendio y la explosión, también pueden liberarse sustancias químicas tóxicas que provoquen riesgos químicos, e incluso pueden producirse riesgos eléctricos o físicos cuando el personal pertinente repare o rescate el sistema de almacenamiento de energía.
Ha aumentado la demanda de control de temperatura y protección contra incendios en los sistemas de almacenamiento de energía. La edición de 2014 de la norma nacional «Código para el diseño de centrales eléctricas de almacenamiento electroquímico» ha tenido dificultades para satisfacer el rápido desarrollo de los requisitos de seguridad en este ámbito. Además de las normas nacionales, solo existen como referencia algunas normas empresariales, normas de grupos, normas locales y las normas estadounidenses NFPA 855 y UL 9540, entre otras. Es necesario seguir regulando las normas de seguridad en el almacenamiento de energía.
La nueva norma nacional de seguridad para el almacenamiento de energía, GB/T 42288-2022, «Reglamento de seguridad para centrales eléctricas de almacenamiento electroquímico», fue aprobada por la Administración Estatal para la Regulación del Mercado (Comité de Normas) y entrará en vigor oficialmente en julio de este año. Las normas de seguridad para el almacenamiento de energía están mejorando gradualmente y volviéndose más estrictas, avanzando hacia la estandarización y marcando una nueva etapa de desarrollo a gran escala.
Debido a los frecuentes accidentes en centrales de almacenamiento de energía, las normas de seguridad de mi país en este ámbito se están acercando a los estándares internacionales y se mejoran y endurecen constantemente. Se prevé que la importancia de los sistemas de protección contra incendios y control de temperatura en las centrales de almacenamiento de energía aumente significativamente, y se espera un mayor desarrollo en este campo.
¿Cómo pueden ser más seguras las centrales eléctricas de almacenamiento de energía?
Yang Yusheng, académico de la Academia China de Ingeniería, considera que, actualmente, las baterías de alta energía, como las baterías ternarias de alto contenido en níquel, no deberían ser el foco de desarrollo, y existe incertidumbre sobre el éxito de las baterías de estado sólido. En la actualidad, la batería de fosfato de hierro y litio, que ofrece alta seguridad y larga vida útil, y no utiliza metales como el níquel o el cobalto, parece tener potencial para convertirse en la principal opción, aunque su relación costo-beneficio debe mejorarse continuamente.
Según Huidong, experto principal del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica de China, teóricamente hablando, el fosfato de hierro y litio no es completamente seguro, pero sí relativamente seguro. Los accidentes en centrales de almacenamiento de energía registrados hasta la fecha suelen ocurrir cuando faltan o se retrasan los sistemas de alerta temprana. Además, las medidas de protección contra incendios existentes no están diseñadas para incendios, lo que acaba provocando accidentes graves.
Según las estadísticas incompletas de la base de datos global de almacenamiento de energía de CNESA, se prevén numerosos accidentes con baterías ternarias de iones de litio entre 2021 y 2022. Sin embargo, en los últimos dos años se han registrado pocos casos de este tipo de baterías, y en su mayoría corresponden a proyectos ya existentes. Se han documentado seis casos de baterías de fosfato de hierro y litio, uno de plomo-ácido y se desconoce el tipo de batería del resto.
Por supuesto, dada la posición clave del almacenamiento de energía en el objetivo de la “doble reducción de emisiones de carbono” y el aumento del número de proyectos puestos en marcha, la supervisión de la seguridad del almacenamiento de energía y la investigación relacionada también están recibiendo cada vez más atención.
El académico Ouyang Minggao afirmó recientemente que el índice de explosión del fosfato de hierro y litio en baterías de gran capacidad es el doble que el de las baterías ternarias.
Ante la gran cantidad de opciones tecnológicas para el almacenamiento de energía, muchos expertos afirmaron que, si bien actualmente existen muchas tecnologías de baterías, estas tecnologías existentes no serán la opción predominante en el futuro, y que sin duda aparecerán tecnologías disruptivas.
En el futuro, el objetivo de la tecnología de almacenamiento de energía electroquímica es lograr “bajo costo, larga vida útil, alta seguridad y fácil reciclaje”, lo cual requiere innovaciones disruptivas y avances tecnológicos significativos.
Para mejorar la seguridad de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía, es necesario adoptar una serie de medidas:
En primer lugar, se debe fortalecer la construcción de un sistema de alerta temprana, que incluya el monitoreo en tiempo real de parámetros como la temperatura, el voltaje, la corriente y la presión de las centrales de almacenamiento de energía, para garantizar la detección y respuesta oportuna ante posibles riesgos de seguridad. En segundo lugar, dada la particularidad de las centrales de almacenamiento de energía, se deben establecer medidas especiales de protección contra incendios y planes de emergencia para afrontar situaciones como incendios. Además, se debe prestar atención al diseño y al proceso del sistema de baterías, adoptar materiales de aislamiento térmico avanzados y tecnología de disipación de calor, controlar eficazmente la temperatura y la liberación de energía de la batería y reducir los posibles riesgos de seguridad. Asimismo, se debe reforzar la capacitación y la gestión del personal para garantizar que los operadores cuenten con los conocimientos y las habilidades de seguridad necesarios para responder adecuadamente ante diversas emergencias.
La Administración Nacional de Energía también declaró que es necesario fortalecer la integración a la red eléctrica. Las empresas de la red eléctrica deben colaborar activamente en la integración y integración a la red de las centrales de almacenamiento de energía electroquímica, y evitar la conexión a la red de centrales que no cumplan con los requisitos de las normas técnicas nacionales (industriales) de conexión a la red. Se debe optimizar el plan de operación programada y especificar el intervalo de operación segura de la central en el acuerdo de programación de conexión a la red, el cual debe aplicarse rigurosamente.
Fecha de publicación: 22 de septiembre de 2023