En los últimos años, la industria de almacenamiento de energía ha experimentado un crecimiento explosivo.
Para aprovechar mejor el mercado y obtener mayores beneficios económicos, las compañías energéticas continúan optimizando la estructura y el diseño de las baterías de almacenamiento de energía para lograr una mayor densidad energética y una vida útil más larga. Al comparar a algunas empresas líderes en la fabricación de sistemas de almacenamiento de energía, el desarrollo de baterías de gran capacidad también se ha convertido en una tendencia importante.
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 es 2/3 más delgada que la batería de almacenamiento de energía de 280 Ah;
El producto de celda de almacenamiento de energía de 315 Ah de Envision Power ha aumentado la densidad de energía en un 11% manteniendo el tamaño sin cambios;
La batería de almacenamiento de energía a gran escala de 320 Ah producida por Penghui Energy tiene un aumento de capacidad único 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 desafíos 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 correspondientemente, lo que genera una mayor liberación de energía y riesgos de seguridad más graves.
En los últimos años, se han producido ocasionalmente incendios y explosiones en centrales eléctricas de almacenamiento de energía, y casos graves pueden incluso causar bajas laborales. La seguridad de los sistemas de almacenamiento de energía siempre ha sido motivo de preocupación.
En la 4.ª Conferencia Internacional de Intercambio de Baterías para Vehículos y Energías Renovables (CIBF2023 Shenzhen), Ouyang Minggao, académico de la Academia China de Ciencias, afirmó que las baterías de fosfato de hierro y litio se consideran, en general, relativamente seguras, y esto aplica, en esencia, a las baterías pequeñas de fosfato de hierro y litio. Sin embargo, en baterías de gran capacidad, la temperatura interna puede superar los 800 grados, lo que supera la temperatura de descomposición del cátodo de fosfato de hierro y litio.
En baterías pequeñas, debido a una reacción en cadena en el medio, existe una separación, y el material del electrodo positivo no se descompone hasta que supera los 500 grados, por lo que las baterías pequeñas no se encuentran en este rango. Sin embargo, la capacidad de la batería puede alcanzar los 700-900 grados, y podría romper y atravesar la separación, causando la descomposición del material del electrodo positivo. Las baterías de almacenamiento de energía actuales superan los 300 amperios-hora (Ah), lo cual sigue siendo muy peligroso.
Por un lado, es necesario ampliar la capacidad y reducir costos, y por otro, es necesario minimizar los riesgos de seguridad. ¿Cómo lograr un equilibrio entre ambos?
La industria del almacenamiento de energía concede gran importancia a la seguridad de las baterías.
Mientras las centrales eléctricas de almacenamiento de energía se desarrollan hacia una gran capacidad, la seguridad del almacenamiento de energía y la protección contra incendios también se enfrentarán a pruebas más rigurosas. La seguridad es fundamental para el desarrollo de la industria del almacenamiento de energía.
Según las estadísticas de la Alianza Tecnológica de la Industria de Almacenamiento de Energía de Zhongguancun, desde 2011 se han producido más de 70 accidentes relacionados con la seguridad del almacenamiento de energía en todo el mundo. En 2022, se producirán 17 accidentes relacionados con el almacenamiento de energía en todo el mundo, sin contar el almacenamiento doméstico.
El Instituto de Investigación de Energía Eléctrica de China señaló en el informe de análisis del accidente que existen dos causas principales de la explosión de la central eléctrica: por un lado, la combustión y explosión de la batería de iones de litio se deben a la fuga térmica de la batería. Por ejemplo, no se puede garantizar la seguridad ni la calidad de la batería de almacenamiento de energía. Por otro lado, el BMS, el PCS, el transformador y los equipos de protección de relés relacionados, así como los equipos de comunicación incluidos en el sistema de almacenamiento de energía de la batería, pueden presentar defectos de calidad, un proceso de instalación y puesta en marcha no estándar, ajustes inadecuados y un aislamiento insuficiente. Estos problemas, directos o indirectos, pueden causar problemas de seguridad en el sistema de almacenamiento de energía.
En caso de accidente, además de los peligros provocados por el propio incendio y la explosión, también pueden liberarse productos químicos tóxicos que provoquen riesgos químicos, e incluso pueden producirse riesgos eléctricos o riesgos físicos cuando el personal pertinente repare o rescate el sistema de almacenamiento de energía.
La demanda de control de temperatura y protección contra incendios para el almacenamiento de energía ha aumentado. La edición de 2014 de la norma nacional "Código para el Diseño de Centrales Eléctricas de Almacenamiento de Energía Electroquímica" ha tenido dificultades para satisfacer la rápida evolución de los requisitos de seguridad para el almacenamiento de energía. Además de las normas nacionales, solo existen como referencia algunas normas empresariales, de grupo, locales y las normas estadounidenses NFPA 855 y UL 9540, entre otras. Las normas de seguridad para el almacenamiento de energía aún requieren mayor regulación.
La nueva norma nacional de seguridad para el almacenamiento de energía, GB/T 42288-2022, "Reglamento de Seguridad para Centrales Eléctricas de Almacenamiento de Energía Electroquímica", fue aprobada por la Administración Estatal de Regulación del Mercado (Comité de Normas) y se implementará oficialmente en julio de este año. Las normas de seguridad para el almacenamiento de energía están mejorando y endureciéndose gradualmente, avanzando hacia la estandarización, una nueva etapa de desarrollo a gran escala.
Debido a los frecuentes accidentes en las centrales eléctricas de almacenamiento de energía, las normas de seguridad de mi país en materia de almacenamiento de energía se están acercando a las normas internacionales, mejorando y volviéndose cada vez más estrictas. Se prevé un aumento significativo de la importancia de los sistemas de protección contra incendios y control de temperatura en las centrales eléctricas de almacenamiento de energía, así como un mayor desarrollo.
¿Cómo pueden ser más seguras las centrales de almacenamiento de energía?
Yang Yusheng, académico de la Academia China de Ingeniería, considera que, actualmente, las baterías de alta energía, como las ternarias con alto contenido de níquel, no deberían ser el foco del desarrollo, y existe incertidumbre sobre el éxito de las baterías de estado sólido. Actualmente, parece que las baterías de fosfato de hierro y litio ofrecen alta seguridad y larga vida útil, y no utilizan metales como el níquel o el cobalto. Si bien pueden convertirse en la opción principal, es necesario mejorar continuamente su relación calidad-precio.
Según Huidong, experto principal del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica de China, en teoría, el fosfato de hierro y litio no es absolutamente seguro, pero sí relativamente seguro. Los accidentes de seguridad en centrales eléctricas de almacenamiento de energía observados hasta ahora suelen ocurrir cuando la alerta temprana no se detecta o se detecta con retraso. Además, las medidas de protección contra incendios existentes no están diseñadas para hacer frente a los incendios, lo que eventualmente deriva en accidentes graves.
Según las estadísticas incompletas de la base de datos global de almacenamiento de energía de la CNESA, se registraron numerosos accidentes con baterías ternarias de iones de litio en 2021-2022. Sin embargo, estos proyectos se han utilizado con poca frecuencia en los últimos dos años y se trata básicamente de proyectos anteriores. Se registraron seis casos de baterías de fosfato de hierro y litio, una de plomo-ácido y se desconocen los tipos de baterías restantes.
Por supuesto, con la posición clave del almacenamiento de energía en el objetivo de “doble carbono” y el aumento en el número de proyectos puestos en operación, la supervisión de la seguridad del almacenamiento de energía y la investigación relacionada también están recibiendo cada vez más atención.
El académico Ouyang Minggao dijo recientemente que el índice de explosión del fosfato de hierro y litio en las baterías de gran capacidad es el doble que el de las baterías ternarias.
Frente a las numerosas rutas de tecnología de almacenamiento de energía, muchos expertos dijeron que, si bien existen muchas rutas de tecnología de baterías en la actualidad, estas tecnologías existentes no serán la ruta principal en el futuro y definitivamente aparecerán tecnologías disruptivas en el futuro.
En el futuro, el objetivo de la tecnología de almacenamiento de energía electroquímica es “bajo costo, larga vida útil, alta seguridad y fácil reciclaje”, lo que aguarda innovaciones disruptivas y avances tecnológicos.
Para mejorar la seguridad de las centrales 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 la monitorización en tiempo real de parámetros como temperatura, voltaje, corriente y presión en las centrales eléctricas de almacenamiento de energía, para garantizar la detección y respuesta oportuna a posibles riesgos de seguridad. En segundo lugar, dadas las particularidades de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía, se establecen medidas especiales de protección contra incendios y planes de emergencia para afrontar emergencias como incendios. Además, se debe prestar atención al diseño y al proceso del sistema de baterías, adoptar materiales avanzados de aislamiento térmico 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. Al mismo tiempo, se debe fortalecer la capacitación y la gestión del personal para garantizar que los operadores cuenten con los conocimientos y las habilidades de seguridad necesarios para responder correctamente a diversas emergencias.
La Administración Nacional de Energía también declaró la necesidad de fortalecer la aceptación de la conexión a la red. Las empresas de la red eléctrica deben cooperar activamente con la conexión a la red y la aceptación de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía electroquímica, y evitar la "conexión deficiente" de las centrales eléctricas que no cumplen con los requisitos de las normas técnicas nacionales (industriales) de conexión a la red. Se debe optimizar el plan de operación programada, y el intervalo de programación seguro de la central eléctrica debe especificarse en el acuerdo de programación de la conexión a la red, y debe implementarse estrictamente.
Hora de publicación: 22 de septiembre de 2023