يعد تخزين طاقة البطارية أحد أسرع القطاعات نموًا في مجال الطاقة الشمسية التجارية - وواحدًا من أكثر القطاعات صرامة فيما يتعلق بالسلامة من الحرائق. دفعت العديد من حرائق BESS البارزة في الفترة 2018-2022 الجهات التنظيمية وشركات التأمين إلى تشديد المتطلبات بشكل كبير. أصبح فهم الهروب الحراري وطبقات الحماية المطلوبة لمنعه أمرًا ضروريًا الآن لأي مطور أو EPC أو مالك أصول يعمل مع BESS.
ما هو الهروب الحراري؟
الهروب الحراري هو عملية تسخين ذاتية التسارع في خلية بطارية ليثيوم أيون. عندما تتجاوز الخلية درجة حرارة التشغيل الآمنة - التي تحدث عادة بسبب الشحن الزائد، أو ماس كهربائى داخلي، أو حرارة خارجية، أو ضرر ميكانيكي - فإن التفاعلات الكيميائية الطاردة للحرارة داخل الخلية تولد الحرارة بشكل أسرع مما تستطيع الخلية تبديدها. ترتفع درجة الحرارة بسرعة، مما يؤدي إلى المزيد من ردود الفعل في حلقة ردود فعل إيجابية.
عند درجات حرارة الخلية التي تزيد عن 80-100 درجة مئوية تقريبًا (تختلف حسب الكيمياء)، يبدأ تحلل طبقة الإلكتروليت الصلب (SEI). فوق 130-150 درجة مئوية، يؤدي ذوبان الفاصل إلى حدوث دوائر قصيرة داخلية. فوق 180-270 درجة مئوية (اعتمادًا على كيمياء الكاثود)، يتحرر الأكسجين من الكاثود ويشعل بخار الإلكتروليت. والنتيجة هي حريق عنيف وسريع الانتشار يصعب للغاية إخماده باستخدام المياه التقليدية.
يعد الانتشار الحراري الجامح من خلية إلى أخرى - حيث تؤدي الحرارة الصادرة من خلية فاشلة إلى تحفيز الخلايا المجاورة - هو أخطر وضع فشل في نظام BESS المحكم. يمكن أن يتوالى فشل خلية واحدة عبر وحدة أو حامل أو حاوية بأكملها في دقائق.
LFP vs NMC: الكيمياء مهمة للسلامة
تعتبر كيمياء فوسفات حديد الليثيوم (LFP) أكثر أمانًا بشكل ملحوظ من NMC (كوبالت النيكل والمنغنيز) للتخزين الثابت:
- الاستقرار الحراري: يبدأ كاثود LFP بالتحلل الطارد للحرارة عند 270 درجة مئوية تقريبًا مقابل 160–200 درجة مئوية تقريبًا لـ NMC - وهو هامش أمان أوسع بكثير
- عدم إطلاق الأكسجين: لا يطلق الكاثود LFP الأكسجين عند درجات حرارة مرتفعة، مما يلغي مصدر الوقود الأساسي للاحتراق. يطلق NMC الأكسجين عند درجة حرارة عالية، مما يجعل الحرائق مكتفية ذاتيًا حتى بدون هواء خارجي.
- انخفاض كثافة الطاقة: طاقة أقل مخزنة لكل خلية = طاقة أقل يتم إطلاقها في حالة الفشل
تستخدم جميع منتجات BESS التجارية من Sungrow كيمياء LFP - بما يتوافق مع إجماع الصناعة على أن LFP هي الكيمياء المناسبة للتخزين الثابت والتجاري وعلى نطاق المرافق حيث يتم إعطاء الأولوية للسلامة وعمر الدورة على كثافة الطاقة.
الدفاع المتعمق: الطبقات الأربع للسلامة من الحرائق من BESS
الطبقة 1: الحماية على مستوى الخلية (نظام إدارة البطارية)
يقوم نظام BMS بمراقبة جهد كل خلية ودرجة حرارتها وحالة الشحن في الوقت الفعلي. فهو يفرض حدود التشغيل - الحد الأقصى/الحد الأدنى لجهد الشحن، وقطع التفريغ، وحدود درجة الحرارة - ويفصل البطارية عند تجاوز أي حد. إن نظام إدارة المباني (BMS) الذي تم تنفيذه بشكل جيد هو أكثر إجراءات السلامة الفردية فعالية في نظام BESS.
الطبقة الثانية: الكشف عن الغاز والإنذار المبكر
يطلق الهروب الحراري فلوريد الهيدروجين (HF)، وأول أكسيد الكربون، والمركبات العضوية المتطايرة قبل أن يتطور الحريق. يمكن لأجهزة الكشف عن الغاز للإنذار المبكر داخل حاوية البطارية اكتشاف هذه الغازات الأولية قبل دقائق من الاشتعال، مما يؤدي إلى إيقاف التشغيل التلقائي والإنذار. تتطلب المواصفة IEC 62933-5-2 وNFPA 855 اكتشاف الغاز في حاويات BESS التجارية. يمكن القول إن الكشف المبكر عن الغاز هو أهم إضافة للسلامة بعد نظام إدارة المباني - يوفر وقتًا للإغلاق التلقائي قبل انتشار الانفلات الحراري.
الطبقة الثالثة: إخماد الحرائق
لا يمكن إطفاء حرائق الليثيوم باستخدام ثاني أكسيد الكربون التقليدي أو إخماد المسحوق الجاف — فالماء مطلوب لتبريد الخلايا تحت العتبة لاستمرار التفاعل الطارد للحرارة. استخدامات نظام BESS الحديث لإخماد الحرائق:
- القمع المعتمد على الهباء الجوي (F-500 أو ما شابه): فعال في مكافحة الحرائق داخل العلبة، ولا يسبب ضررًا للإلكترونيات إذا كان موضعيًا
- رذاذ الماء الموجه (داخل الحاوية): يبرد الخلايا مباشرة؛ الأكثر فعالية للطابعات الكبيرة الحجم حيث يكون الانتشار الحراري أبطأ
- طوفان المياه الخارجي (من فرقة الإطفاء): مطلوب لحرائق NMC؛ يجب إطلاع فرق الإطفاء على عدم محاولة فصل التيار الكهربائي دون تدريب متخصص
الطبقة 4: تحديد المواقع والمسافات الفاصلة
تحدد معايير NFPA 855 وIEC الحد الأدنى للمسافات الفاصلة بين وحدات BESS وبين BESS والمباني المشغولة. يتطلب نظام BESS الخارجي المعبأ في حاويات (التكوين التجاري الأكثر شيوعًا) عادةً ما يلي:
- 3 م كحد أدنى بين حاويات البطارية
- 3-10 متر من حدود الملكية (حسب الولاية القضائية)
- 10-30 مترًا من المباني المشغولة أو مناطق التجمع
ماذا تسأل مورد BESS الخاص بك
- ما هي الشهادة التي يحملها نظام البطارية؟ (UL 9540، UL 9540A، IEC 62933-5-2)
- هل تم إجراء اختبار الانتشار الحراري الجامح UL 9540A على مستوى الرف أو الحاوية؟
- ما هي أنواع الغاز التي يراقبها نظام كشف الغاز؟
- ما هي كيمياء الخلية ودقة مراقبة مستوى الخلية BMS؟
- ما هو الحد الأدنى للمسافات الفاصلة المطلوبة لهذا النظام في ولايتنا القضائية؟