Gestión del riesgo del hidrógeno en sistemas de baterías estacionarias
Las baterías estacionarias desempeñan un papel crucial en diversas industrias, ya que garantizan una energía confiable e ininterrumpida. Sin embargo, estos sistemas, en particular los que utilizan baterías de plomo-ácido reguladas por válvula (VRLA), plomo-ácido ventiladas (VLA) y níquel-cadmio (Ni-Cad), plantean posibles riesgos de seguridad debido a la generación de gas hidrógeno. Este gas se produce durante las operaciones normales y puede aumentar significativamente durante la carga o en condiciones anormales. Si no se gestiona adecuadamente, la acumulación de hidrógeno puede provocar eventos catastróficos como explosiones e incendios. Las baterías de iones de litio no producen hidrógeno en el funcionamiento normal, pero lo liberan en condiciones anormales como una fuga térmica. En este blog, exploramos los riesgos asociados con el hidrógeno en los sistemas de almacenamiento de baterías, los estándares de la industria para mitigar estos riesgos y las ventajas de los sistemas de monitoreo de hidrógeno sobre los métodos tradicionales de ventilación continua. Aquí se presenta un resumen de la importancia y las mejores prácticas de los sensores de hidrógeno para las salas de baterías.
Tecnología de baterías y liberación de hidrógeno
- Baterías de ácido de plomo reguladas por válvula (VRLA)
Las baterías VRLA son a prueba de derrames y están diseñadas para minimizar la pérdida de agua mediante un proceso de recombinación. Sin embargo, durante la recarga, la ecualización de carga o cualquier situación de carga irregular, esta válvula puede abrirse y liberar hidrógeno al entorno circundante. Esta liberación suele deberse a una sobrecarga que puede provocar un descontrol térmico, un aumento autosostenido de la temperatura que puede aumentar la emisión de hidrógeno de la batería. - Baterías de plomo-ácido ventiladas (VLA) y de níquel-cadmio (Ni-Cad)
Las baterías VLA y Ni-Cad se caracterizan por su capacidad de liberar gases producidos durante la carga. La producción de hidrógeno es máxima durante la carga y alcanza su punto máximo cuando la batería está cargada al 90 %. La sobrecarga o la carga de refuerzo pueden provocar una excesiva liberación de gases. Aunque es poco frecuente en las baterías con ventilación, las condiciones anormales pueden provocar una fuga térmica, lo que aumenta aún más las emisiones de hidrógeno. - Baterías de iones de litio
Las baterías de iones de litio, aunque generalmente están selladas, pueden emitir hidrógeno y otros gases inflamables durante una fuga térmica, que puede ser causada por cortocircuitos internos, sobrecarga, calor externo y otros tipos de abuso. Estas baterías dependen de un sistema de gestión de baterías (BMS) para regular su funcionamiento, pero el BMS también puede ser susceptible a fallas de sensores, fallas de software, aumento rápido de temperatura y escenarios de fallas complejas. - Baterías de hierro-aire
Las baterías de hierro-aire generan hidrógeno durante el proceso de carga cuando se electroliza el agua. Para gestionar este hidrógeno se utilizan catalizadores de recombinación o sistemas de ventilación. Además, a menudo se integran sensores de hidrógeno en estos sistemas para controlar los niveles de gas y activar las medidas de seguridad adecuadas.
Mejores prácticas y estándares de la industria del almacenamiento de baterías
Se han establecido las mejores prácticas y estándares de la industria para mitigar los riesgos asociados con la generación de hidrógeno en sistemas de baterías.
Normas IEEE para la seguridad de las salas de baterías
La norma IEEE 1635/ASHRAE 21 proporciona pautas para gestionar la evolución del hidrógeno en función del tipo de batería y describe las posibles variedades de calor y desgasificación. Por ejemplo, las salas de baterías de VLA pueden experimentar un aumento del 2 % en la concentración de hidrógeno después de solo medio día de funcionamiento ecualizado y tres días de funcionamiento de flotación normal. Esta norma es esencial para comprender los riesgos asociados con las diferentes tecnologías de baterías e implementar sistemas de ventilación y monitoreo adecuados.
Normas industriales para la seguridad en las salas de baterías
La norma IEC 62933-5-2 es una norma desarrollada por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) que se centra en los requisitos de seguridad para los sistemas de almacenamiento de energía conectados a la red eléctrica. Esta norma es fundamental para garantizar el funcionamiento seguro de los sistemas de almacenamiento de energía, que están adquiriendo cada vez más importancia en las redes eléctricas modernas.
Requisitos del código contra incendios para sistemas de baterías estacionarias
Los códigos contra incendios, como los delineados por la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) y el Código Internacional de Incendios (IFC), exigen medidas de seguridad específicas para los sistemas de almacenamiento de baterías. Por ejemplo, el IFC exige que las salas de baterías que contengan más de 70 kWh de almacenamiento de energía cumplan con las estrictas normas del código contra incendios. Los sensores de hidrógeno y los sistemas de detección son cruciales en estos entornos, ya que pueden activar la ventilación mecánica por extracción cuando los niveles de hidrógeno alcanzan un umbral determinado.
Incidentes del mundo real: la importancia de una gestión adecuada Hidrógeno Sensación y Gestión
Varios incidentes del mundo real subrayan la importancia de una gestión adecuada del hidrógeno en los sistemas de almacenamiento de baterías. Por ejemplo, en Los Ángeles, en 1994, una ignición de hidrógeno en una central telefónica provocó la pérdida de las comunicaciones con el 911, la policía y los bomberos durante una hora. El incidente afectó a seis cadenas de baterías VRLA conectadas en paralelo, y la ignición de hidrógeno en un borne de la batería desencadenó una reacción en cadena.
En otro incidente ocurrido en 2001, una explosión de hidrógeno en una sala de baterías de un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) provocó importantes daños estructurales en un centro de datos fuera de servicio. Aunque se había instalado un sistema de control del hidrógeno, no quedó claro si el sistema de ventilación estaba en funcionamiento cuando se evacuó el edificio. Estos ejemplos ponen de relieve la necesidad crítica de contar con sistemas robustos de control y ventilación del hidrógeno para prevenir este tipo de desastres.
Tecnología nueva y antigua: avances en la detección y detección de hidrógeno
Las tecnologías tradicionales de detección de hidrógeno para el almacenamiento en baterías, como los sensores de perlas catalíticas (CBS) y los detectores de conductividad térmica (TCD), se han utilizado ampliamente para la detección de áreas. Sin embargo, estas tecnologías requieren calibración y reemplazo frecuentes, lo que genera mayores costos de mantenimiento. Además, los TCD no son específicos de cada componente y pueden ser sensibles a otros gases, lo que reduce su confiabilidad en la detección de hidrógeno.
En cambio, los nuevos sensores de hidrógeno de estado sólido autocalibrables ofrecen varias ventajas. Estos sensores no se degradan con el tiempo, lo que les proporciona una vida útil más larga, de más de 10 años. La función de comprobación de deriva de estos sensores elimina la necesidad de calibración manual, lo que reduce los requisitos de mantenimiento y los costes de propiedad hasta en un 40 %.
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