Nos últimos anos, a indústria de armazenamento de energia experimentou um crescimento explosivo.
Para melhor aproveitar o mercado e buscar maiores benefícios econômicos, as empresas de energia continuam a otimizar a estrutura e o design das baterias de armazenamento de energia para alcançar maior densidade energética e vida útil mais longa. Entre as principais fabricantes de sistemas de armazenamento de energia, o desenvolvimento de sistemas de "grande capacidade" também se tornou uma tendência importante atualmente.
A bateria de armazenamento de energia laminada tipo L500 de 325Ah, produzida pela Honeycomb Energy, tem apenas 21 mm de espessura, sendo 2/3 mais fina que a bateria de armazenamento de energia de 280Ah;
A célula de armazenamento de energia de 315Ah da Envision Power aumentou a densidade de energia em 11%, mantendo o mesmo tamanho;
A bateria de armazenamento de energia em larga escala de 320Ah produzida pela Penghui Energy apresenta um aumento de capacidade de 14% em um único módulo;
A EVE Lithium Energy lançou uma célula de armazenamento de energia de ultra-grande capacidade de 560Ah, e uma única bateria pode armazenar 1,792kWh de energia;
No entanto, a grande capacidade também traz novos desafios para o desenvolvimento de baterias de armazenamento de energia.
Com o aumento da capacidade, a densidade de energia dentro da bateria também aumenta correspondentemente, o que leva a uma maior liberação de energia e a riscos de segurança mais graves.
Nos últimos anos, incêndios e explosões em centrais de armazenamento de energia têm ocorrido ocasionalmente, e casos graves podem até causar vítimas entre os funcionários. A segurança dos sistemas de armazenamento de energia sempre foi motivo de preocupação.
Na 4ª Conferência Internacional de Intercâmbio sobre Veículos de Nova Energia e Baterias de Potência (CIBF2023 Shenzhen), Ouyang Minggao, acadêmico da Academia Chinesa de Ciências, afirmou que as baterias de fosfato de ferro-lítio são geralmente consideradas relativamente seguras, e isso é essencialmente verdade para baterias de fosfato de ferro-lítio de pequena capacidade. No entanto, para baterias de grande capacidade, a temperatura interna pode ultrapassar 800 graus, o que excede a temperatura de decomposição do cátodo de fosfato de ferro-lítio.
Para baterias de pequeno porte, devido à reação em cadeia que ocorre no meio do processo, existe uma separação, e o material do eletrodo positivo basicamente não se decompõe até atingir temperaturas acima de 500 graus. Portanto, baterias pequenas não se enquadram nessa faixa de temperatura. No entanto, baterias de alta capacidade podem atingir 700-900 graus, rompendo a separação e causando a decomposição do material do eletrodo positivo. As baterias de armazenamento de energia atuais têm, em sua maioria, mais de 300 amperes-hora (Ah), o que ainda representa um risco considerável.
Por um lado, é necessário expandir a capacidade e reduzir custos, e por outro, é necessário manter o nível mínimo de segurança. Como equilibrar os dois?
A indústria de armazenamento de energia atribui grande importância à segurança das baterias.
Embora as usinas de armazenamento de energia estejam se desenvolvendo para atingir grande capacidade, a segurança e a proteção contra incêndio nesses sistemas também enfrentarão testes cada vez mais rigorosos. A segurança é fundamental para o desenvolvimento da indústria de armazenamento de energia.
Segundo estatísticas da Aliança Tecnológica da Indústria de Armazenamento de Energia de Zhongguancun, desde 2011 ocorreram mais de 70 acidentes de segurança relacionados a sistemas de armazenamento de energia em todo o mundo. Em 2022, estima-se que haverá 17 acidentes desse tipo em todo o mundo, excluindo sistemas de armazenamento doméstico.
O Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica da China apontou, no relatório de análise do acidente, que existem duas causas principais para a explosão da usina: por um lado, a causa raiz da combustão e explosão da bateria de íon-lítio é a fuga térmica da bateria. Por exemplo, a segurança e a qualidade da bateria de armazenamento de energia não podem ser garantidas devido à fuga térmica; por outro lado, o BMS, o PCS, o transformador e os equipamentos de proteção de relés e de comunicação relacionados, incluídos no sistema de armazenamento de energia da bateria, podem apresentar defeitos de qualidade, processos de instalação e comissionamento fora do padrão, configurações inadequadas e isolamento insuficiente, causando, direta ou indiretamente, problemas de segurança no sistema de armazenamento de energia.
Em caso de acidente, além dos riscos causados pelo próprio incêndio e explosão, podem ocorrer também a liberação de substâncias químicas tóxicas, causando riscos químicos, e até mesmo riscos elétricos ou físicos quando o pessoal envolvido realiza reparos ou resgates no sistema de armazenamento de energia.
A demanda por controle de temperatura e proteção contra incêndio em sistemas de armazenamento de energia tem aumentado. A edição de 2014 da norma nacional "Código para Projeto de Usinas de Energia Eletroquímica" tem apresentado dificuldades para atender ao rápido desenvolvimento das exigências de segurança em sistemas de armazenamento de energia. Além das normas nacionais, existem apenas algumas normas empresariais, normas de grupos, normas locais e normas americanas como NFPA 855 e UL 9540 como referências. As normas de segurança para sistemas de armazenamento de energia ainda precisam ser mais bem regulamentadas.
A nova norma nacional para segurança de armazenamento de energia, GB/T 42288-2022 “Regulamentos de Segurança para Usinas de Energia Eletroquímica”, foi aprovada pela Administração Estatal de Regulação de Mercado (Comitê de Normas) e entrará em vigor oficialmente em julho deste ano. Os padrões de segurança para armazenamento de energia estão sendo aprimorados e se tornando mais rigorosos, caminhando para a padronização e entrando em uma nova etapa de desenvolvimento em larga escala.
Devido aos frequentes acidentes em usinas de armazenamento de energia, os padrões de segurança para armazenamento de energia em meu país estão se aproximando dos padrões globais, sendo constantemente aprimorados e tornando-se mais rigorosos. A importância dos sistemas de proteção contra incêndio e controle de temperatura em sistemas de armazenamento de energia deverá aumentar significativamente, e espera-se um maior desenvolvimento nesse sentido.
Como as centrais de armazenamento de energia podem se tornar mais seguras?
Yang Yusheng, acadêmico da Academia Chinesa de Engenharia, acredita que, atualmente, baterias de alta energia, como as baterias ternárias de alto teor de níquel, não devem ser o foco do desenvolvimento, e há incertezas quanto ao sucesso das baterias de estado sólido. No momento, a bateria de fosfato de ferro-lítio parece apresentar alta segurança e longa vida útil, além de não utilizar metais como níquel ou cobalto. Portanto, ela pode se tornar a principal opção, mas sua relação custo-benefício precisa ser continuamente aprimorada.
Segundo Huidong, especialista-chefe do Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica da China, em termos teóricos, o fosfato de ferro-lítio não é absolutamente seguro, mas relativamente seguro. Os acidentes de segurança em usinas de armazenamento de energia observados até o momento geralmente ocorrem quando o sistema de alerta precoce falha ou demora a ser acionado. Além disso, as medidas de proteção contra incêndio existentes não são adequadas para incêndios, o que acaba resultando em acidentes graves.
De acordo com as estatísticas incompletas do banco de dados global de armazenamento de energia da CNESA, haverá muitos acidentes com baterias ternárias de íon-lítio em 2021-2022, mas os projetos com baterias ternárias raramente foram utilizados nos últimos dois anos, sendo basicamente projetos anteriores. Há 6 casos de baterias de fosfato de ferro-lítio, 1 caso de bateria de chumbo-ácido, e os tipos de bateria restantes são desconhecidos.
Naturalmente, dada a posição fundamental do armazenamento de energia na meta de "neutralização das emissões de carbono" e o aumento do número de projetos em operação, a supervisão da segurança do armazenamento de energia e as pesquisas relacionadas também estão recebendo cada vez mais atenção.
O acadêmico Ouyang Minggao afirmou recentemente que o índice de explosão do fosfato de ferro-lítio em baterias de grande capacidade é o dobro do das baterias ternárias.
Diante das inúmeras possibilidades de tecnologias de armazenamento de energia, muitos especialistas afirmam que, embora existam atualmente diversas tecnologias de baterias, essas tecnologias existentes não serão as principais no futuro, e que tecnologias disruptivas certamente surgirão.
No futuro, o objetivo da tecnologia de armazenamento de energia eletroquímica é "baixo custo, longa vida útil, alta segurança e fácil reciclagem", o que depende de inovações disruptivas e avanços tecnológicos.
Para melhorar a segurança das centrais de armazenamento de energia, é necessário tomar uma série de medidas:
Em primeiro lugar, deve-se fortalecer a construção de um sistema de alerta precoce, incluindo o monitoramento em tempo real de parâmetros como temperatura, tensão, corrente e pressão das usinas de armazenamento de energia, para garantir que os riscos potenciais à segurança possam ser detectados e combatidos em tempo hábil. Em segundo lugar, considerando as particularidades das usinas de armazenamento de energia, devem ser estabelecidas medidas especiais de proteção contra incêndio e planos de emergência para lidar com situações como incêndios. Além disso, deve-se atentar para o projeto e o processo do sistema de baterias, adotando materiais avançados de isolamento térmico e tecnologia de dissipação de calor, controlando efetivamente a temperatura e a liberação de energia da bateria e reduzindo os riscos potenciais à segurança. Ao mesmo tempo, deve-se fortalecer o treinamento e a gestão de pessoal para garantir que os operadores possuam o conhecimento e as habilidades de segurança necessários para responder adequadamente a diversas emergências.
A Administração Nacional de Energia também afirmou que é necessário fortalecer a aceitação da conexão à rede. As empresas do setor elétrico devem cooperar ativamente com a conexão e aceitação à rede de usinas de armazenamento de energia eletroquímica, e evitar a “conexão inadequada à rede” para usinas que não atendam aos requisitos das normas técnicas nacionais (e setoriais) de conexão à rede. O plano de operação programado deve ser otimizado, e o intervalo de operação seguro da usina deve ser especificado no contrato de programação de conexão à rede e rigorosamente implementado.
Data da publicação: 22/09/2023