En los últimos años, la industria del almacenamiento de energía ha experimentado un crecimiento explosivo.
Para aprovechar mejor 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. En el caso de algunas de las principales empresas fabricantes de sistemas de almacenamiento de energía, el desarrollo de baterías de "gran capacidad" se ha convertido en una tendencia importante en la actualidad.
La batería de almacenamiento de energía laminada de hoja corta tipo L500 de 325 Ah fabricada por Honeycomb Energy tiene solo 21 mm de grosor, lo que supone 2/3 menos que la batería de almacenamiento de energía de 280 Ah;
El producto de Envision Power, una celda de almacenamiento de energía de 315 Ah, 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 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, esta 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 proporcionalmente, 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 intermitente, y en casos graves incluso han llegado a causar víctimas mortales entre los empleados. La seguridad de los sistemas de almacenamiento de energía siempre ha sido motivo de preocupación.
En la 4.ª Conferencia Internacional de Intercambio sobre Vehículos de Nueva Energía y Baterías (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 para las baterías pequeñas. Sin embargo, en una batería de gran capacidad, la temperatura interna puede superar los 800 grados, lo que excede la temperatura de descomposición del cátodo de fosfato de hierro y litio.
En el caso de las baterías pequeñas, debido a la reacción en cadena que se produce en el interior, existe una separación, y el material del electrodo positivo prácticamente no se descompone hasta superar los 500 grados, por lo que las baterías pequeñas no alcanzan este rango. Sin embargo, las baterías de mayor capacidad pueden llegar a los 700-900 grados, pudiendo romperse y atravesar el separador, provocando 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 los costos, y por otro, es necesario mantener un nivel mínimo de seguridad. ¿Cómo lograr un equilibrio entre ambos?
La industria del almacenamiento de energía concede gran importancia a la seguridad de las baterías.
Si bien las centrales de almacenamiento de energía se están desarrollando para alcanzar una gran capacidad, la seguridad y la protección contra incendios en el almacenamiento de energía también se enfrentarán a pruebas más exigentes. La seguridad es fundamental para el desarrollo de la industria del almacenamiento de energía.
Según las 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 sistemas de almacenamiento de energía en todo el mundo. En 2022, se registrarán 17 accidentes de este tipo a nivel mundial, sin incluir los sistemas de 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 causa raíz de la combustión y explosión de la batería de iones de litio es el desbordamiento térmico de la batería. Por ejemplo, no se puede garantizar la seguridad y la calidad de la batería de almacenamiento de energía. Desbordamiento térmico; 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 tener defectos de calidad, un proceso de instalación y puesta en marcha no estándar, configuraciones inadecuadas y un aislamiento insuficiente, lo que causa 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.
La demanda de control de temperatura y protección contra incendios en sistemas de almacenamiento de energía ha aumentado. 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 el almacenamiento de energía. Además de las normas nacionales, solo existen como referencia algunas normas empresariales, de grupo, locales y las normas estadounidenses NFPA855, UL9540, etc. 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 electroquímico de energía», 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 las centrales de almacenamiento de energía, las normas de seguridad de mi país en este ámbito se están equiparando a los estándares internacionales y se perfeccionan y endurecen constantemente. Se prevé que la importancia de los sistemas de protección contra incendios y control de temperatura en el almacenamiento de energía aumente significativamente, y se espera un mayor desarrollo en este campo.
¿Cómo se pueden hacer 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 con alto contenido de níquel, no deberían ser el foco del desarrollo, y existe incertidumbre sobre el éxito de las baterías de estado sólido. En la actualidad, parece que la batería de fosfato de hierro y litio ofrece alta seguridad y larga vida útil, y al no utilizar metales como el níquel o el cobalto, podría convertirse en la principal opción, pero su relación costo-beneficio debe mejorarse continuamente.
Según Huidong, experto principal del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica de China, teóricamente, el fosfato de hierro y litio no es completamente seguro, pero sí relativamente seguro. Los accidentes de seguridad en centrales de almacenamiento de energía ocurridos hasta ahora suelen producirse cuando falta la alerta temprana o esta llega con retraso. Además, las medidas de protección contra incendios existentes no están diseñadas adecuadamente, lo que finalmente deriva en accidentes graves.
Según las estadísticas incompletas de la base de datos global de almacenamiento de energía de la CNESA, se prevén numerosos accidentes con baterías ternarias de iones de litio entre 2021 y 2022. Sin embargo, en los dos últimos años, los proyectos con baterías ternarias se han utilizado con poca frecuencia y, en su mayoría, son proyectos anteriores. Se han registrado 6 casos de baterías de fosfato de hierro y litio, 1 de baterías de plomo-ácido y se desconoce el tipo de batería restante.
Por supuesto, dada la posición clave del almacenamiento de energía en el objetivo de "doble reducción de emisiones de carbono" y el aumento del número de proyectos puestos en funcionamiento, 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 duplica el de las baterías ternarias.
Ante la gran cantidad de alternativas tecnológicas para el almacenamiento de energía, muchos expertos afirman que, si bien actualmente existen numerosas tecnologías de baterías, estas no serán la opción predominante en el futuro, y sin duda surgirán tecnologías disruptivas.
En el futuro, el objetivo de la tecnología de almacenamiento de energía electroquímica es "bajo coste, larga vida útil, alta seguridad y fácil reciclaje", lo que 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 el sistema de alerta temprana, incluyendo el monitoreo en tiempo real de parámetros como temperatura, voltaje, corriente y presión en las centrales de almacenamiento de energía, para garantizar la detección y respuesta oportuna a posibles riesgos de seguridad. En segundo lugar, dada la particularidad de estas centrales, se establecen medidas especiales de protección contra incendios y planes de emergencia para hacer frente a situaciones como incendios. Además, se debe prestar atención al diseño y proceso del sistema de baterías, adoptando materiales aislantes térmicos y tecnología de disipación de calor avanzados, controlando eficazmente la temperatura y la liberación de energía de la batería y reduciendo los posibles riesgos de seguridad. Asimismo, se debe reforzar la capacitación y gestión del personal para asegurar que los operadores cuenten con los conocimientos y habilidades de seguridad necesarios para responder correctamente ante diversas emergencias.
La Administración Nacional de Energía también señaló la necesidad de fortalecer la aceptación de la conexión a la red. Las empresas de la red eléctrica deben cooperar activamente con la conexión y aceptación de las centrales de almacenamiento de energía electroquímica, y prevenir 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 programado y especificar el intervalo de programación segura de la central en el acuerdo de programación de conexión a la red, y aplicarlo rigurosamente.
Fecha de publicación: 22 de septiembre de 2023