Kako je zagotovljena varnost baterij za shranjevanje energije?

Shranjevanje energije Baterije in Tveganja zaradi termalnega ubežanja

Razumevanje širjenja toplote v litij-ionskih baterijskih sistemih

Termalno ubežanje je še vedno najresnejše varnostno vprašanje pri litij-ionskih baterije za shranjevanje energije , kar se zgodi, ko proizvodnja toplote preseže hitrost odvajanja toplote med delovanjem. Ta efekt dominacije se začne pri 160–210 °C za NMC (nikelj-mangan-kobalt) variante, vendar skoči na 270 °C za varnejši LFP (litij-železov fosfat) zaradi bolj stabilne kemijske strukture kristala (študija neodvisnega laboratorija, 2025). Tri možni vzroka vplivajo na analizo odpovedi:

• Mehansko poškodbe zaradi udarcev ali stiskanja
• Električna obremenjenost zaradi pretiranega polnjenja ali kratek stik
• Toplotni stres, ki presega obratovalne meje

2024 Znanstvena poročila raziskava je ugotovila, da bočno ogrevanje pospeši širjenje 34 % hitreje kot navpično ogrevanje v večceličnih sistemih, pri čemer najvišje temperature presegajo 800 °C med kaskadnimi okvarami. Modularne konstrukcije s protipožarnimi ločili sedaj odlagajo kritične temperature za 12–18 minut, kar zagotavlja pomembni čas za reakcijo varnostnih sistemov.

Strategije za omejevanje požarov pri sistemih BESS

Sodobni sistemi za shranjevanje električne energije (BESS) uporabljajo večslojne protipožarne protokole, ki združujejo pasivne in aktivne ukrepe:

1. Pasivne protipožarne ovire keramična vlakna ali ekspandirajoče prevleke zdržijo 1200 °C za 90 minut in več
2. Sistemi za odvajanje plina preusmerijo stranske produkte termičnega uidevanja stran od nepoškodovanih modulov
3. Kompartimentne ohišja omejujejo dostop kisika za potlačitev zgorevanja

Analiza referenčnih vrednosti za leto 2025 je razkrila, da sistemi z vgrajeno detekcijo dima in tekočim hlajenjem zmanjšajo požarne termalne dogodke za 78 % v primerjavi z zračno hlajenimi sistemi. Ustrezen razmik modulov v skladu z NFPA 855 (3 ft med moduli) dodatno zmanjša tveganje za vžig sosednjih modulov tako, da zmanjša hitrost prenosa toplote pod 0,8 °C/s.

Primerjalna študija: Analiza požara baterij iz leta 2023

Požar sistema za shranjevanje energije (BESS) v javni razsežnosti leta 2023 je razkril pomembne pomanjkljivosti v načrtovanju, ko je nenadno samopraženje treh NMC modulov povzročilo neopazno nakopičenje toplote. Ključni ugotovitve iz sodne analize:

• Temperaturni senzorji so imeli 22-sekundno zakasnitev pri poročanju kritičnih mejnih vrednosti
• Protipožarna pregrada ni imela zadostne odpornosti proti koroziji v visoko vlažnih okoljih
• Za intervencijske službe je bilo potrebno specializirano usposabljanje za ravnanje z litijevimi požari

Simulacije po incidentu so pokazale, da bi posodobljeni protokoli za izklop v sili lahko omejili škodo na 11 % objekta namesto dejanske izgube 63 %. Ta dogodek je pospešil regulativne naloge za dvojni temperaturni nadzor in četrtletne termalne inspekcije v 14 ameriških državah.

Shranjevanje energije Baterije Protokoli varnostnega testiranja

UL 9540A Metodologije za velikorazmerni preizkus goriščnosti

Sodobne varnostne prakse, uporabljene pri baterije za shranjevanje energije temeljijo na standardnih požarnih preskusih, kot je UL 9540A, temeljijo na ocenah požarnega tveganja, ki vključujejo osnovne modele širjenja verižne reakcije termalnega unovljanja in pojav najslabših primerov, kot je kaskadno odpovedovanje naprav baterijskega modula. Novo posodobljena UL 9540A (2025) omogoča ocenjevanje novih tehnologij, kot so natrijevionske baterije, in zagotavlja strogo pregledovanje požarnega tveganja. Na primer, rezultati preskusov kažejo, ali zahtevajo namestitve požarno odporne ohišja ali prezračevanje za nadzor emisij plinov. In sestava napajalne enote je zdaj širša kategorija, kar odraža splošnejši napredek v industriji shranjevanja energije.

CSA C800-2025 Zahteve za ocenjevanje vzdržljivosti

CSA C800-2025, ki ima v Argonne razvito kodo, je spremljajoči standard za vozilne baterije in se osredotoča na izboljšane zahteve glede trajnosti baterijskih sistemov z dodatnim poudarkom na mehanski in okoljski odpornosti. Preskusi vključujejo več kot 2000 ur 'simuliranega' temperaturnega cikliranja, vibracijsko obremenitev, ki ustreza pogojem seizmičnega območja 4, ter sodobno izpostavljenost vlažnosti pri 95 % RH. Potrjujejo, da pri baterijskih ohišjih ne bo uhajanja elektrolita v ekstremnih vremenskih razmerah, kar je še posebej pomembno v obalnih predelih ali območjih z možnostjo potresa.

Proces certifikacije tretje osebe za zanesljivost ESS

Neodvisna certifikacijska telesa validirajo sisteme za shranjevanje energije s pomočjo večfaznih revizij, usklajenih z NFPA 855 in IEC 62933 standardi. Ta proces vključuje:

• Analizo materialov na ravni komponent (npr. integriteta protipožarnih separatorjev)
• Preskušanje obremenitve celotnega sistema v delovanju pri toleranci napetosti ±15 %
• Vrednotenje varnosti v spletu za oblakom povezanih sistemov za upravljanje baterij

Certifikatorji izvajajo nenadne inspekcije objektov, da zagotovijo trajno skladnost, pri čemer 93 % neuspešnih revizij izhaja iz napačne umeritve temperaturnih senzorjev (Poročilo o varnosti ESS 2024).

Shranjevanje energije Baterije Zasnova Varnostne funkcije

Varnostni sistemi so vgrajeni in tvorijo varnostno podlago za visoko stopnjo varnosti shranjevanja energije v baterijah pred termičnim uidežem z večstopenjskimi tehničnimi ukrepi. Ključne inovacije izvirajo iz treh področij, in sicer naprednega sistema za upravljanje baterij (BMS) za spremljanje v realnem času, sestave elektrolita s požarno odpornostjo ter modulne arhitekture za lokalizacijo okvar. Skupaj te načela oblikovanja povečujejo odpornost sistemov na lokalne napake in zmanjšujejo verjetnost katastrofalnih okvar.

Napredne arhitekture sistema za upravljanje baterij (BMS)

Sodobni sistemi BMS uporabljajo napovedne algoritme za spremljanje napetosti na ravni celic, notranje temperature in SoC. Kot del svojega delovanja omogočajo zgodnje odkrivanje odstopanj, kot so na primer pretirano polnjenje ali toplotni stres, ter sprožijo pozitivno zaustavitev vplivnih modulov, preden pride do posledic. To takojšnje poseganje omogoča preprečevanje, da bi se lokalni problemi razširili na celoten sistem in povzročili toplotne incidente, kar je še posebej pomembno za velike instalacije.

Preboj v materialovedi pri protipožarnih elektrolitih

Izjemni napredek na področju elektrolitske kemije je bil dosegan z osredotočenostjo na notranje netegače elektrolite, ki ne samo da odporni proti vžigu, temveč tudi upočasnijo širjenje požara. Posodobitev raziskav o varnosti baterij za baterije leta 2024 razkriva trdne konstrukcije, ki uporabljajo pristop redukcije elektrofilov za imobilizacijo elektrolitov in zmanjšanje litijevih dendritov. Ta strategija ima za posledico 99,9 % kulombsko učinkovitost in 10.000 ur dolgo ciklalno življenjsko dobo z zmanjšanim tveganjem vžiga.

Modularna konstrukcija za izolacijo in nadzor napak

Modularne konfiguracije baterij delijo celice v enote, odporne proti požaru, ločene s toplotnimi pregradami. Če pride do termičnega prevračanja, ta konstrukcija omeji škodo na izvorno modul in prepreči širjenje na druge module. S tem, da se napake izolirajo, sistemi med popravili ohranjajo delno funkcionalnost – kar zmanjšuje izpad časa in omogoča usmerjeno zamenjavo komponent brez potrebe po popolnem izklopu.

Baterije za shranjevanje energije skladne z NFPA 855

Razdalje do sten in specifikacije ohišij

Zato NFPA 855 zahteva najmanj tri noge razdalje med ESS enotami in najbližjo steno, da bi se preprečilo širjenje termalnega neuправljanja. Te razdalje je mogoče zmanjšati z uporabo celostnih požarnih preskusov požarno odpornih barikad in potrjenih metod za zmanjšanje tveganj. S poudarkom na jeklenih ohišjih s certifikatom UL 94 V-0 so vodilni podjetja v industriji odstopili od gorljivih FR plastike, da bi tako zmanjšali tveganje prenosa toplote za 40–60 % v primerjavi z neocenjenimi rešitvami.

Zahteve glede detekcije dima in prezračevalnih sistemov

Napredni sistemi za detekcijo dima morajo aktivirati alarme v 30 sekundah po detekciji delcev, v skladu z navodili NFPA 72. Zasnovane prezračevalne rešitve temeljijo na razredčevanju gorljivih plinov, kot je fluorid vodikov, pri čemer je v zaprtih prostorih potrebnih 12–15 menjav zraka na uro. Raziskava iz leta 2023 je pokazala, da ustrezno prezračevanje zmanjša tveganje nabiranja plina za 60 % v primerih termalnega neuправljanja.

Sprejetje standardov protipožarne zaščite na ravni države

Trenutno 23 držav zahteva NFPA 855 za baterijske naprave v energetskem sistemu, pri čemer sta Michigan in Kalifornija poleg tega določila še neodvisne analize nevarnosti na lokaciji za požare po letu 2023. Najbolj prizadete: poročilo National Safety Blueprint iz leta 2024 navaja, da 89 % novih projektov zdaj presega minimalne smernice NFPA z uporabo dodatnih požarnih zidov in avtomatskih sistemov za gašenje. Kalifornija, dvanajst držav je dokončalo osnutek predpisov za leto 2025 z bolj strogo regulacijo za mestne sisteme za shranjevanje energije.

Načrtovanje intervencij za srečevanje nesreč z baterijami za shranjevanje energije

Protokoli za usklajevanje delovanja požarne brigade ob požarih v sistemu za shranjevanje energije (BESS)

Pravila za gašenje požarov v sistmeh za shranjevanje električne energije z baterijami (BESS) so potrebna, da bi omogočila uspešno intervencijo v sili. Agencije morajo razviti načrte pred incidenti z določenimi taktikami za potlačitev termičnega ubeževanja, postopki za električno izolacijo ter strategijami uporabe vode za različne kemije litij-ionskih baterij. Sistemski operatorji morajo skupaj izvajati vadbe in poučevati prve odzivne ekipe o položaju vrat do baterij in mestu izklopnih naprav. Deljenje informacij v realnem času med nadzornimi sistemi objektov in centri za poveljevanje incidentom je treba vključiti v komunikacijske okvire, ki podpirajo koordinacijo dejavnosti za omejitev posledic termalnih dogodkov.

Strategije za zmanjšanje vplivov na javno zdravje

Nevarnosti za javno zdravje pri primerih BESS predstavljajo večslojno zaščito pred sproščanjem toksičnih plinov in delcev. Strategično prezračevanje in spremljanje atmosfere določata območja, ki jih je treba izogniti skupnosti. Načrti evakuacije morajo upoštevati model disperzije oblaka (vetrovne smeri in kemijsko sestavo baterij). Projekti, kot je globalna pobuda za varnost litij-ionskih baterij, delajo na razvoju boljših metod za omejitev poškodovanih baterijskih paketov. Ta navodila podpirajo dolgoročno kontrolu kakovosti zraka z okoljskim vzorčenjem in ukrepi za nadzor zdravja po incidentu.

Pogosta vprašanja

Kaj je termalni uidek v baterijah za shranjevanje energije?

Termalni uidek je varnostni problem litij-ionksih baterij, ki nastane, ko proizvodnja toplote preseže odvajanje toplote, kar povzroča efekt domine v baterijskem sistemu.

Kako se lahko prepreči termalni uidek v sistemih za shranjevanje energije?

Toplotni ujed lahko preprečimo z modulnimi konstrukcijami s protipožarnimi ločili, pasivnimi požarnimi zaporami, kompartmentaliziranimi ohišji in nadzorom v realnem času prek naprednih sistemov upravljanja z baterijami.

Katere varnostne standarde veljajo za akumulatorske sisteme za shranjevanje energije?

NFPA 855, UL 9540A in CSA C800-2025 so ključni varnostni standardi za skladnost, ki se osredotočajo na požarna preskušanja, zahteve glede vzdržljivosti in ustrezne prakse namestitve.

Katere so glavne strategije za zadrževanje požara pri sistemih za shranjevanje energije?

Sistemi za shranjevanje energije uporabljajo pasivne in aktivne ukrepe, kot so požarna ločila, sistemi za odvajanje plinov in požarno odporna ohišja, da bi zadržali požare in omejili škodo.

Kako vlogo igra napredno upravljanje z baterijami pri zagotavljanju varnosti?

Napredne arhitekture BMS uporabljajo prediktivne algoritme za spremljanje kritičnih parametrov, kar sproži preventivno izklopovanje za preprečevanje toplotnih dogodkov v celotnem sistemu.