Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) đang trải qua giai đoạn tăng trưởng bùng nổ, với quy mô thị trường toàn cầu dự kiến tăng theo cấp số nhân trong thập kỷ tới. Tuy nhiên, cùng với tiềm năng to lớn này là những thách thức an toàn phức tạp mà ngành công nghiệp phải đối mặt. Các sự cố cháy nổ tại các cơ sở BESS trên toàn thế giới đã làm dấy lên mối quan ngại về sự an toàn và đẩy nhanh việc phát triển các giải pháp an toàn BESS toàn diện.
Đối với các kỹ sư, nhà phát triển dự án và nhà quản lý cơ sở, việc hiểu rõ yêu cầu an toàn và cách triển khai chúng một cách hiệu quả không chỉ là vấn đề tuân thủ quy định mà còn là yếu tố quyết định sự thành công và bền vững của dự án.
Tại sao an toàn BESS là ưu tiên hàng đầu?
Thermal Runaway – Hiện tượng Tỏa nhiệt mất kiểm soát
Thermal Runaway là mối đe dạo nghiêm trọng nhất đối với hệ thống pin lithium-ion. Khi một cell pin bị quá nhiêt, nó có thể kích hoạt phản ứng dây chuyền, làm tăng nhiệt độ các cell lân cận và dẫn đến cháy nổ. Nghiên cứu từ các chuyên gia trong ngành cho thấy rằng thermal runaway không chỉ gây hỏa hoạn mà còn giải phóng các khí độc hại, tạo ra môi trường nguy hiểm cho con người và thiết bị.
Phát thải khí độc
Trong quá trình thermal runaway, pin lithium-ion có thể phát thải các khí độc hại như hydrogen fluoride (HF), carbon monoxide (CO), và các hợp chất hữu cơ bay hơi. Những khí này không chỉ gây nguy hiểm cho con người mà còn có thể ăn mòn thiết bị và kết cấu xung quanh.
Nguy cơ nổ
Sự tích tụ khí hydrogen trong không gian kín có thể tạo ra hỗn hợp nổ nguy hiểm. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống BESS quy mô lớn, nơi một lượng pin lớn được tập trung trong không gian hạn chế.
Khung quy định và Tiêu chuẩn an toàn hiện tại
NFPA 855: Tiêu chuẩn vàng cho an toàn BESS
NFPA 855 – Standard for the Installation of Stationary Energy Storage System – là tiêu chuẩn toàn diện nhất hiện nay cho việc lắp đặt hệ thống lưu trữ năng lượng tĩnh. Để tuần thủ NFPA 855, các nhà phát triển cần:
1/ Phân tích rủi ro hệ thống
Đánh giá toàn diện các mối nguy hiểm tiềm ẩn
Xác định khoảng cách an toàn tối thiểu
Phân tích tác động môi trường
2/ Thiết kế hệ thống PCCC
Hệ thống phát hiện sớm với cảm biến khói và nhiệt
Hệ thống dập lửa tự động phù hợp với loại pin
Hệ thống thông gió khẩn cấp để thải khí độc
3/ Khoảng cách và phân tách
Khoảng cách tối thiểu giữa các đơn vị BESS
Phân tách các khu vực nguy hiểm
Thiết kế lối thoát hiểm an toàn
UL 9540A: Yêu cầu thử nghiệm mới nhất
UL 9540A là phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để đánh giá an toàn của hệ thống lưu trữ năng lượng, bao gồm một loạt các thử nghiệm ở các cấp độ khác nhau (tế bào, mô-đun, đơn vị và lắp đặt) để đánh giá nguy cơ cháy nổ tiềm ẩn, tốc độ lan truyền lửa, tốc độ tỏa nhiệt và các yếu tố khác liên quan đến an toàn cháy nổ. Các yêu cầu mới nhất bao gồm:
Test level 1: Thử nghiệm Cell đơn lẻ
Đánh giá hành vi thermal runaway của cell riêng lẻ
Đo lường nhiệt độ, áp suất và khí thải
Xác định điều kiện kích hoạt thermal runaway
Test level 2: Thử nghiệm Module
Kiểm tra lan truyền thermal runaway giữa các cell
Đánh giá hiệu quả của các biện pháp ngăn chặn
Đo lường thời gian lan truyền
Test level 3: Thử nghiệm đơn vị
Thử nghiệm toàn bộ đơn vị BESS
Đánh giá hệ thống phòng cháy chữa cháy
Kiểm tra khả năng chứa đựng sự cố
Test level 4: Thử nghiệm cài đặt
Thử nghiệm trong điều kiện lắp đặt thực tế
Đánh giá tác động lên khu vực xung quanh
Xác nhận hiệu quả của các biện pháp bảo vệ
Giải pháp Kỹ thuật ngăn chặn truyền nhiệt
Ngăn chặn truyền nhiệt trong Module pin
1/ Thiết kế cách nhiệt tiên tiến
Việc ngăn chặn lan truyền nhiệt trong Module pin đòi hỏi cách tiếp cận đa tầng:
- Vật liệu cách nhiệt: Sử dụng vật liệu ceramic hoặc aerogel giữa các cell
- Khoảng cách tối ưu: Thiết kế khoảng cách phù hợp giữa các cell để ngăn chặn truyền nhiệt
- Hệ thống làm mát chủ động: Tích hợp hệ thống làm mát bằng không khí hoặc chất lỏng
2/ Hệ thống quản lý nhiệt thông minh
- Giám sát nhiệt độ thời gian thực: Cảm biến nhiệt độ tại mỗi cell
- Thuật toán dự đoán: AI/ML để dự báo và ngăn chặn thermal runaway
- Tự động ngắt kết nối: Hệ thống tự động cô lập cell bị lỗi
3/ Vật liệu chống cháy lan
- Intumescent coatings: Lớp phủ nở ra khi gặp nhiệt cao
- Fire – resistant barriers: Vách ngăn chịu lửa giữa các module
- Vent systems: Hệ thống thông gió cố định hướng để điều khiển khí thải
Xây dựng tương lai an toàn cho BESS
Việc triển khai giải pháp an toàn BESS hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp giữa tuân thủ tiêu chuẩn, áp dụng công nghệ tiên tiến và thực hành vận hành tốt nhất. Với sự phát triển không ngừng của các tiêu chuẩn như NFPA85 và UL 9540A, ngành công nghiệp đang tiến tới một tương lai an toàn và bền vững hơn.
Các tổ chức muốn thành công hơn trong lĩnh vực BESS cần đầu tư vào hiểu biết sâu sắc về an toàn, từ thiết kế ban đầu đến vận hành dài hạn. Chỉ bằng cách đặt an toàn lên hàng đầu, chúng ta mới có thể khai thác hết tiềm năng của công nghệ lưu trữ năng lượng để xây dựng một tương lai năng lượng sạch và bền vững.
