ככל שהמעבר העולמי לאנרגיה מתחדשת מואץ,מערכות אחסון אנרגיה לסוללות (BESS)הפכו לאבן יסוד בתשתית החשמל המודרנית. אחסון סוללה בקנה מידה-תומך תומך באינטגרציה מתחדשת, משפר את יציבות הרשת, משפר את אמינות האנרגיה ומאפשר ניהול עומס שיא.

על פי תחזיות התעשייה, שוק BESS העולמי צפוי לצמוח במהירות במהלך העשור הבא, כאשר ממשלות ומגזרים פרטיים ממשיכים להשקיע בטכנולוגיות אנרגיה נקייה.

עם זאת, לצד היתרונות הללו מגיע אתגר משמעותי:בטיחות אש.

שלא כמו ציוד חשמלי קונבנציונלי, סוללות ליתיום-יון מהוות סכנות אש ייחודיות בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן ותגובות אלקטרוכימיות מורכבות. מספר שריפות סוללות-מתוקשרות ברחבי העולם הדגישו את החשיבות של תכנון מערכות הגנה מקיפות מפני אש במיוחד עבור מתקני אחסון אנרגיה.

כיום, הגנה מפני אש אינה נחשבת עוד לתכונת בטיחות אופציונלית-היא מרכיב חיוני בכל פרויקט BESS.

הבנת מערכות אחסון אנרגיה בסוללות

מערכת לאחסון אנרגיה בסוללות היא פתרון משולב המאחסן אנרגיה חשמלית לשימוש מאוחר יותר. מתקנים מודרניים של BESS מורכבים בדרך כלל מ:

מודולי סוללה

מתלים לסוללות

מערכת ניהול סוללות (BMS)

מערכת המרת חשמל (PCS)

ממירים

ציוד קירור ואוורור

מערכות גילוי אש

מערכות כיבוי אש

מערכות ניטור ותקשורת

רכיבים אלו נמצאים בדרך כלל בתוך יחידות מכולות או בנייני סוללות ייעודיים.

התקנות BESS נמצאות בשימוש נרחב ב:

תחנות כוח סולאריות

חוות רוח

תחנות משנה שירות

מבנים מסחריים

מרכזי נתונים

מתקני ייצור

Microgrids

עמדות טעינה לרכב חשמלי

ככל שקיבולת הסוללה עולה, סיכוני השריפה הופכים מורכבים יותר ודורשים אסטרטגיות הגנה מתקדמות.

מדוע סוללות ליתיום-יון מהוות סיכוני שריפה

סוללות ליתיום-מועדפות מכיוון שהן מציעות:

צפיפות אנרגיה גבוהה

חיי מחזור ארוכים

יכולת טעינה מהירה

תחזוקה נמוכה

יעילות גבוהה

עם זאת, בתנאי הפעלה חריגים, תאי הסוללה עלולים להפוך ללא יציבים.

גורמים נפוצים לכשל בסוללה כוללים:

טעינת יתר

טעינה מעבר למתח המתוכנן עלולה ליצור חום פנימי מוגזם.

קצר חשמלי פנימי

פגמים בייצור או נזק למפריד עלולים ליצור קצרים חשמליים פנימיים.

נזק מכני

פגיעה במהלך הובלה או התקנה עלולה לפגוע בשלמות הסוללה.

טמפרטורת סביבה גבוהה

אוורור לקוי עלול לגרום לטמפרטורות הסוללה לחרוג ממגבלות ההפעלה הבטוחות.

תקלות חשמל

חיווט לא תקין או כשלים במהפך עלולים להוביל להתחממות יתר.

סוללות מזדקנות

השפלה של הסוללה מגבירה את הסבירות לכשלים פנימיים לאורך זמן.

בריחת תרמית: סכנת השריפה הגדולה ביותר

המאפיין המסוכן ביותר של סוללות ליתיום-יון הואבריחה תרמית.

בריחת תרמית היא תגובת שרשרת עצמית- שבה חום שנוצר בתוך תא סוללה גורם לתאים שכנים להתחמם יתר על המידה ולכשל.

התהליך בדרך כלל מלווה את השלבים הבאים:

תא הסוללה מתחיל להתחמם יתר על המידה.

הלחץ הפנימי עולה במהירות.

אדי אלקטרוליט דליק משתחררים.

גזים דליקים מצטברים.

מתרחשת הצתה.

תאים סמוכים נעשים מעורבים.

אש מתפשטת בכל מדף הסוללות.

הטמפרטורות עלולות לעלות800 מעלות, בעוד גזים רעילים כגון מימן פלואוריד, פחמן חד חמצני, מתאן ומימן משתחררים.

בניגוד לשריפות חשמל רגילות, בריחת תרמית עלולה להימשך גם לאחר כיבוי להבות גלויות, מה שהופך את ההצתה מחדש לדאגה גדולה.

אתגרים בהגנה על מתקני BESS

גילוי מוקדם

שריפות סוללות מתפתחות לעתים קרובות פנימיות לפני שהלהבות נראות לעין.

שיטות זיהוי מתקדמות כוללות:

זיהוי עשן

זיהוי חום

כבוי-זיהוי גז

ניטור מימן

מצלמות הדמיה תרמית

זיהוי מצבים חריגים בשלבים המוקדמים ביותר מפחית באופן משמעותי את חומרת השריפה.

התפשטות אש

תאי הסוללה ארוזים בצפיפות.

ברגע שמודול אחד נכנס לברוח תרמית, החום עובר במהירות לתאים סמוכים, מה שמקשה יותר ויותר על הדיכוי.

מניעת התפשטות היא אחת המטרות העיקריות של עיצוב מיגון אש מודרני.

שחרור גז רעיל

שריפות סוללה מייצרות גזים מסוכנים המאיימים הן על היושבים והן על גורמי החירום.

מערכות אוורור מתאימות ומכשירי ניטור גז חיוניים לפעולות פינוי בטוחות וכיבוי אש.

מחדש-הצתה

אחד ההיבטים הקשים ביותר של תקריות BESS הוא דחיית הצתה מחדש.

תאים פגומים עשויים להמשיך לייצר חום במשך שעות רבות לאחר שהאש הראשונית נראה כבויה.

לכן מומלץ לקרר מתמשך ולנטר-לטווח ארוך.

טכנולוגיות גילוי אש

מערכות התרעה מוקדמות משפרות באופן דרמטי את ביצועי ההגנה מפני אש.

מתקנים מודרניים של BESS משתמשים בדרך כלל בטכנולוגיות זיהוי מרובות.

זיהוי עשן

גלאי עשן מזהים תוצרי בעירה בשלבים הראשונים של שריפה.

איתור חום

גלאי -טמפרטורה וקצב-עליית-חום קבועים מספקים הגנה נוספת כאשר יצירת עשן מוגבלת.

זיהוי גז

תאי סוללה משחררים לעתים קרובות גזים לפני ההצתה.

גזים מנוטרים טיפוסיים כוללים:

מֵימָן

פחמן חד חמצני

תרכובות אורגניות נדיפות (VOC)

גילוי גז מאפשר למפעילים להתערב לפני התעוררות להבות.

הדמיה תרמית

מצלמות אינפרא אדום עוקבות באופן רציף אחר טמפרטורות הסוללה.

ניתן לזהות נקודות חמות הרבה לפני שמתפתח עשן גלוי.

פתרונות כיבוי אש

הגנה יעילה דורשת שילוב של מספר טכנולוגיות דיכוי.

מערכות ספרינקלרים אוטומטיות

מערכות ספרינקלרים אוטומטיות נותרו אחת השיטות האמינות ביותר להגנה על מבני סוללה.

התפקידים העיקריים שלהם כוללים:

מארזי סוללות קירור

מניעת התפשטות האש

הגנה על הציוד שמסביב

תמיכה בפעולות הכבאים

תכנון הידראולי נכון מבטיח חלוקת מים נאותה בכל המתקן.

מערכות ריסוס מים

מערכות התזת מים מספקות קירור- גדול עבור מיכלי סוללות וציוד סמוך.

ההטבות כוללות:

הפחתת טמפרטורה

הגנה מפני חשיפה

קירור מבני

הגבלת התפשטות בריחת תרמית

מערכות התזת מים מומלצות באופן נרחב עבור התקנות סוללות בקנה מידה-תכליתי.

משאבות כיבוי אש

משאבות כיבוי אש אמינות מבטיחות לחץ מים מספיק במהלך פעולות חירום.

מערכות משאבות צריכות לספק:

אספקת מים רציפה

מקורות כוח מיותרים

יכולת התנעה אוטומטית

עמידה בתקנים החלים להגנה מפני אש

בדיקות שגרתיות חיוניות לשמירה על מוכנות מבצעית.

ברזי כיבוי אש

ברזי כיבוי אש חיצוניים מספקים גישה למים חירום למכבי האש המגיבים.

ברזים צריכים להיות ממוקמים באופן אסטרטגי כדי לאפשר פריסה מהירה תוך שמירה על נתיבי גישה בטוחים סביב מתקני אחסון סוללות.

מוניטור מים

עבור אתרי אחסון אנרגיה-בקנה מידה גדול, צגי מים קבועים או ניידים יכולים לספק זרמי קירור בקיבולת- גבוהה למרחקים ארוכים.

מערכות אלו שימושיות במיוחד כאשר גישה ישירה למיכלי סוללות אינה בטוחה עקב סיכוני פיצוץ.

תקנים בינלאומיים להגנה מפני אש

מספר תקנים בינלאומיים מספקים הנחיות לבטיחות אש של BESS.

הפניות חשובות כוללות:

NFPA 855 - תקן להתקנת מערכות אחסון אנרגיה נייחות

NFPA 13 – התקנת מערכות ספרינקלרים

NFPA 25 - בדיקה, בדיקה ותחזוקה של מערכות הגנת אש מבוססות-מים

דפי נתונים למניעת אובדן רכוש גלובלי של FM

UL 9540

UL 9540A

קוד אש בינלאומי (IFC)

הקפדה על תקנים מוכרים משפרת הן את הבטיחות והן את התאימות לתקנות.

שיטות עבודה מומלצות לתחזוקה

מיגון אש אמין תלוי בבדיקה ותחזוקה שוטפת.

שיטות עבודה מומלצות כוללות:

בדוק מערכות ספרינקלרים באופן קבוע.

בדיקת משאבות כיבוי לפי לוחות זמנים תחזוקה.

ודא את לחץ אספקת המים.

כייל חיישני זיהוי גז.

בדוק את הסוללות לאיתור נזק פיזי.

מערכות אוורור נקיות.

עדכון נוהלי תגובת חירום.

ערכו תרגילי כיבוי שנתיים.

תחזוקה מונעת מפחיתה כשלים במערכת ומשפרת את ההיערכות לשעת חירום.

מגמות עתידיות ב-BESS הגנת אש

טכנולוגיית ההגנה מפני אש של סוללות ממשיכה להתפתח.

ההתפתחויות המתפתחות כוללות:

תחזוקה חזויה מונעת בינה-

פלטפורמות ניטור מבוססות-ענן

טכנולוגיית תאומים דיגיטליים

אינטגרציה חכמה של אזעקת אש

אבחון מרחוק

אנליטיקה תרמית מתקדמת

מערכות בדיקה רובוטיות

ציוד כיבוי אש אוטונומי

חידושים אלו עוזרים למפעילים לזהות כשלים פוטנציאליים לפני שהם מתפתחים למצבי חירום.

מַסְקָנָה

מערכות אחסון אנרגיה בסוללות משנות את נוף האנרגיה העולמי, מאפשרות שימוש רב יותר במשאבים מתחדשים ומשפרות את עמידות רשת החשמל. עם זאת, הפריסה הגוברת של סוללות ליתיום-יון מציגה גם אתגרי הגנה מפני אש הדורשים פתרונות הנדסיים מיוחדים.

אסטרטגיית הגנה מפני אש יעילה של BESS משלבתגילוי מוקדם, מערכות ספרינקלרים אוטומטיות, קירור בהתזה מים, משאבות כיבוי אש אמינות, ברזי כיבוי אש, ניטור מושכל ותחזוקה שוטפת. על ידי הטמעת תקני בטיחות אש מוכרים בינלאומיים ושימוש בציוד להגנה מפני אש-איכותי, בעלי מתקנים יכולים להפחית באופן משמעותי את הסיכונים הקשורים לבריחה תרמית ולשריפות סוללות.

ככל שטכנולוגיית אגירת האנרגיה ממשיכה להתקדם, שילוב מערכות הגנה מפני אש חזקות מהשלבים המוקדמים ביותר של תכנון הפרויקט יישאר חיוני לשמירה על כוח אדם, הגנה על נכסים יקרי ערך והבטחת אמינות תפעולית-ארוכת טווח.