Lacune Regulatorie è Immaturità Tecnologica: Ostaculi Chjave à u Sviluppu di a Prutezzione Antincendiu da l'Accumulazione d'Energia
L'industria di u almacenamentu d'energia entra in una fase di sviluppu rapidu. Tuttavia, u settore di a prutezzione contru l'incendii chì sustene i sistemi di almacenamentu d'energia hè sempre in e so prime fasi. L'applicazioni attuali di i prudutti sò relativamente simplici, basendu si principalmente nantu à estintori à gas. A dimensione di u mercatu hè sempre chjuca è ùn currisponde micca à u ritmu di crescita di u settore di u almacenamentu d'energia.
Ci sò dui fattori principali chì limitanu u sviluppu di a sicurezza contr'à l'incendii in l'industria di u almacenamentu di l'energia:
Prima, ci hè una mancanza di regulamenti è standard industriali, è a supervisione ferma debule. A causa di a scala sempre limitata di u sviluppu di u almacenamentu di l'energia, u mercatu ùn hè ancu cumpletamente maturu, è a sicurezza antincendiu in u settore hè scontrata cù relativamente poche restrizioni regulatorie. Tuttavia, à misura chì a scala di l'industria di u almacenamentu di l'energia cuntinueghja à cresce, l'impurtanza di a sicurezza diventerà sempre più prominente. Currispundentementi, si prevede chì i standard di prutezzione antincendiu pertinenti per i sistemi di almacenamentu di l'energia saranu gradualmente stabiliti è migliorati. Inoltre, l'occorrenza frequente di incidenti ligati à u almacenamentu di l'energia attira una crescente attenzione à questu prublema.
Siconda, i prudutti è e suluzioni per a prutezzione contru l'incendii in u settore di u almacenamentu d'energia restanu immaturi. L'incidenti d'incendiu in i sistemi di almacenamentu d'energia sò carattarizati da scenarii cumplessi, combustione prolungata è altu putenziale distruttivu - significativamente sfarenti da ambienti più cunvinziunali cum'è l'edificii. Di cunsiguenza, i metudi tradiziunali di rilevazione è di suppressione di l'incendii sò spessu inefficaci per l'applicazioni di almacenamentu d'energia. L'assenza di suluzioni efficaci è persunalizate hè diventata unu di i principali colli di buttiglia chì limitanu u sviluppu di a sicurezza contru l'incendii in questu duminiu.
Tuttavia, mentre l'industria di u almacenamentu di l'energia cuntinueghja à guadagnà slanciu, sia i fornitori di almacenamentu di l'energia sia e cumpagnie di sicurezza antincendiu si concentranu sempre di più nantu à u sviluppu di strategie di prutezzione antincendiu adatte. Si facenu sforzi di cullaburazione per cuncepisce è implementà sistemi di rilevazione è soppressione di l'incendii più efficaci specifici per i casi d'usu di l'almacenamentu di l'energia, ciò chì si prevede ancu di accelerà a formulazione è l'implementazione di standard industriali.
A crescita rapida di l'accumulazione di energia elettrochimica stimula u miglioramentu graduale di e norme di sicurezza antincendio
E tecnulugie di almacenamiento di energia includenu l'idropompaggio, l'almacenamiento elettrochimico, l'almacenamiento di energia à aria compressa, l'almacenamiento di sali fusi è l'almacenamiento di volanti, frà altri.
Trà elli, l'accumulazione idroelettrica pompata occupa una pusizione dominante in u mercatu attuale di l'accumulazione di energia per via di u so bassu costu è di a so grande capacità.
Tuttavia, in l'ultimi anni, u rapidu sviluppu di a nova industria di i veiculi energetichi hà purtatu à una forte diminuzione di u costu di e batterie à u litiu. Di cunsiguenza, l'accumulazione di energia elettrochimica, basata principalmente nantu à a tecnulugia di e batterie à u litiu, hà vistu una crescita significativa di a capacità installata.
Questa crescita hè largamente guidata da i vantaghji di u almacenamentu elettrochimicu rispetto à l'idroelettrica pompata: hè menu vincolata da e cundizioni geografiche è hè più adatta per cumpensà e fluttuazioni di putenza ad alta frequenza in i sistemi energetichi.
À partesi da u 2025, a capacità cumulativa di almacenamiento di energia mundiale hà righjuntu 191.1 GW, chì rapprisenta un aumentu annuale (YoY) di 3.4%. Frà tutte e tecnulugie, l'almacenamiento idroelettrico pompato hà rapprisentatu a più grande parte, cù una capacità tutale di 172.5 GW, in crescita di 0.9% YoY, è chì rapprisenta u 90.3% di u tutale mundiale.
L'accumulazione d'energia elettrochimica avia una capacità installata cumulativa di 14.2 GW, chì rapprisenta circa u 7.5% di u totale. In a categuria elettrochimica, e batterie à ioni di litiu custituiscenu a maiuranza, cù 13.1 GW installati, chì rapprisentanu u 92.0% di a capacità di accumulazione elettrochimica.
Dapoi u 2011, u ritmu di l'installazioni mundiali di almacenamiento d'energia s'hè acceleratu chjaramente, cù una crescita chì mostra una tendenza à l'alza custante. In u 2018, l'almacenamiento di energia elettrochimica mundiale hà vistu una espansione significativa, cù una capacità cumulativa chì aumenta di più di u 120% annantu à l'annu precedente. Da u 2024 à u 2025, si prevede chì a capacità cumulativa di almacenamiento elettrochimico mundiale crescerà à un ritmu annuale di circa u 50%.
Sicondu l'ubbiettivi di "dual carbon", a dumanda di almacenamentu d'energia cuntinueghja à cresce. Tuttavia, in l'ultimi anni, hè accadutu un numeru crescente d'incidenti chì implicanu sistemi di almacenamentu d'energia elettrochimica, chì anu causatu perdite suciali è ecunomiche significative. Cù implementazioni à grande scala à l'orizonte, i risichi di sicurezza assuciati à l'almacenamentu d'energia stanu diventendu più severi.
In l'ultima dicina d'anni, più di 30 incidenti d'incendiu è d'esplosioni sò stati signalati in u mondu sanu in centrali elettriche di accumulazione d'energia elettrochimica. Frà questi, trè incidenti sò accaduti in Cina, cumpresu un recente incidente in aprile di questu annu in una stazione di accumulazione d'energia in u distrettu di Fengtai, Pechino.
Durante a custruzzione è a messa in serviziu di u sistema, a stazione hà pigliatu focu è hè splusata, causendu 2 morti, 1 feritu è 1 persona dispersa. L'incendiu hè scoppiatu versu meziornu è ùn hè statu cumpletamente spintu finu à 12:00 di u stessu ghjornu.
Incidentu d'incendiu di a stazione di almacenamiento d'energia di Pechino
Cù a rapida crescita di a capacità di almacenamiento di energia elettrochimica, è à a luce di l'accidenti frequenti è altamente distruttivi assuciati, l'autorità guvernamentali stanu mettendu sempre più enfasi nantu à a gestione di a sicurezza di i sistemi di almacenamiento di energia.
Pulitiche chjave relative à a sicurezza di l'accumulazione di energia elettrochimica
Autorità Emittente: Amministrazione Naziunale di l'Energia (NEA)
Documentu di Pulitica: Misure Interim per a Gestione di a Sicurezza di e Centrali Elettriche di Accumulazione di Energia Elettrochimica
Cuntenutu chjave: (1) L'obiettivu principale hè di rinfurzà a gestione di a sicurezza inerente di e centrale elettriche.
(2) L'obiettivu principale hè di stabilisce è migliurà u sistema di gestione di a sicurezza è di integrà a gestione di a sicurezza di u almacenamentu di l'energia in u sistema di gestione di a sicurezza di l'impresa.
(3) L'obiettivu principale hè di rinfurzà a gestione di l'emergenza incendi in e centrale elettriche. Ottimizendu a cuncepzione di l'incendii, l'ispezione è l'accettazione obbligatorie di l'incendii, l'implementazione di a gestione di l'emergenza incendi è u ligame multilaterale di l'emergenza incendi, pudemu trattà efficacemente l'accidenti è i periculi è minimizà a perdita di vite umane è di beni ecunomichi.
Prutezzione da l'incendiu contr'à l'accumulazione d'energia: da e barriere tecniche à e soluzioni di pruduttu efficaci
Cumu si mettenu in focu e batterie à u litiu?
Strutturalmente, e batterie à ioni di litiu immagazzinanu una grande quantità d'energia in un spaziu sigillatu, ciò chì presenta intrinsecamente risichi per a sicurezza. A causa principale di i risichi per a sicurezza in e batterie à ioni di litiu hè a fuga termica. Questu si verifica per via di una reazione à catena scatenata da reazioni secondarie chì implicanu piccule molecule organiche in l'internu di a batteria, ciò chì porta à l'iniziu di a fuga termica.
A fuga termica in e batterie à ioni di litiu pò esse divisa in trè tappe:
Fase 1: Fase iniziale di fuga termica
A causa di fattori interni o esterni, a temperatura interna di a batteria cresce à circa 90-100 °C. À sta temperatura, u stratu di passivazione SEI (Solid Electrolyte Interphase) nantu à a superficia di l'anodu cumencia à decompone si, liberendu calore chì provoca un rapidu aumentu di a temperatura interna di a batteria. Quandu a temperatura righjunghje circa 135 °C, u separatore cumencia à scioglie si è à restringe si, pruvucendu un cuntattu trà u catodu è l'anodu, ciò chì provoca un cortu circuitu internu è una generazione di calore sustenuta.
Fase 2: Fase di gonfiore di a batteria
À temperature trà 250 è 350 °C, u materiale di l'anodu (C6Li) o u litiu dipusitatu reagisce cù i solventi organici in l'elettrolitu. Sta reazione libera gasi d'idrocarburi inflammabili cum'è u metanu è l'etanu, accumpagnati da una generazione di calore sustanziale, chì face chì a batteria si gonfi.
Fase 3: Fuga Termica è Fase d'Esplosione
In questa fase, u materiale catodicu caricatu cuntinueghja à subisce reazzioni di decomposizione ossidativa viulente cù l'elettrolitu, producendu temperature estremamente elevate è grandi quantità di gas tossichi. Questu porta à una combustione intensa di a batteria è pò infine causà splusioni.
Illustrazione di u Meccanismu di Fuga Termica in Batterie à Ioni di Litiu
Perchè e batterie à u litiu sò difficili da spegne?
Un sistema di almacenamiento di energia à batteria à litiu hè cumpostu da decine di cellule cunnesse in serie è in parallelu per furmà moduli di batteria. Quessi moduli sò poi cunnessi in serie per furmà stringhe di batterie, chì sò ulteriormente integrate in un armadiu di batterie di almacenamiento per mezu di disposizioni parallele.
Durante un incidente d'incendiu, a fuga termica in una sola cellula pò scatenà una reazione à catena. Per via di u trasferimentu di calore è di a radiazione termica, e cellule vicine sò indotte à una fuga termica, chì porta infine à un focu à scala reale in tuttu u sistema di accumulazione di energia di a batteria à u litiu.
L'incendii in i sistemi di accumulazione di energia di batterie à ioni di litiu anu caratteristiche uniche paragunate à altri tipi d'incendii:
Combustione intensa è rapida propagazione termica
Alta tossicità, generazione di fume pesante è periculu significativu
Altu risicu di riaccensione è estrema difficultà à spegne
Caratteristiche principali di u sistema di accumulazione di energia à batteria à litiu incendi:
Combustione intensa è rapida propagazione di u calore
Alta tossicità, fumu densu è periculu severu
Altu risicu di riaccensione è grande difficultà in a lotta contru l'incendii
Perchè e batterie di accumulazione d'energia necessitanu un disignu di prutezzione da u focu, mentre chì e batterie EV ùn ne anu micca bisognu?
In paragone cù e batterie di i veiculi elettrichi (VE), e batterie di almacenamiento di energia rapprisentanu un risicu d'incendiu più grande. L'alerta precoce è e misure preventive sò cruciali, postu chì una volta chì si verifica un focu, pò sparghjesi rapidamente s'ellu ùn hè micca spintu in tempu. Inoltre, i sistemi di almacenamiento di energia anu più spaziu fisicu per accoglie l'equipaggiu di prutezzione da l'incendiu, mentre chì i VE sò più limitati in termini di spaziu.
Da un puntu di vista strutturale, i sistemi di accumulazione d'energia à ioni di litiu è i sistemi di batterie EV spartenu i stessi cumpunenti gerarchichi: cellule individuali, moduli, pacchi batterie è sistemi cumpleti. Tuttavia, a differenza chjave stà in a scala. I sistemi di accumulazione d'energia cuntenenu assai più cellule individuali chè i sistemi di batterie EV, risultendu in capacità energetiche totali chì sò tipicamente da 10 à 100 volte più grande di quelle di i veiculi elettrici.
Per esempiu, mentre chì un pacchettu di batterie à litiu 144V 200Ah per veiculi elettrichi o Batteria à ioni di litiu 72V 150Ah per carrettu di golf ponu risponde à i bisogni di trasportu in modu efficiente, a so capacità energetica hè significativamente più bassa di quella di i sistemi di almacenamiento di energia à livellu di rete. Di cunsiguenza, in casu d'incendiu, a gravità è l'impattu putenziale di un incidente di sistema di batterie di almacenamiento hè assai più grande, ciò chì richiede disinni dedicati à a prutezzione contr'à l'incendiu.
Meccanismu di u focu:
Tramindui i sistemi di almacenamiento di energia (Batteria à ioni di litiu 204V 200Ah 40KWh Lifepo4 Sistema di accumulazione di energia di a batteria) è batterie EV (Batteria à u litiu per veiculi elettrichi - Pacchettu di batterie 144V 200Ah per carrettu da golf) pò piglià focu per via di a fuga termica in una sola cellula causata da un usu impropriu. Tuttavia, a propagazione di u focu hè diversa: in i veiculi elettrici, si sparghje di solitu à e cellule o moduli vicini; in i sistemi di almacenamentu, pò sparghjesi in parechji moduli per via di a dimensione più grande di u sistema.
Sfide è Soluzioni di Soppressione di l'Incendii per i Sistemi di Accumulazione di Energia à Batterie à Ioni di Litiu
I metudi cunvinziunali cum'è l'isolamentu di l'ossigenu o l'interruzzione di a catena di combustione ùn sò micca sufficienti per spegne cumpletamente l'incendii di e batterie à ioni di litiu. Una soppressione efficace deve ottene sia l'estinzione di u focu sia u raffreddamentu termicu.
L'agenti estinguenti solidi anu pocu o nisun effettu nantu à l'incendii di batterie à u litiu.
L'agenti gassosi offrenu una efficienza limitata è una scarsa prestazione di raffreddamentu.
L'agenti à basa d'acqua, in più d'esse rentabili è rispettosi di l'ambiente, furniscenu un raffreddamentu è una soppressione di u focu significativi.
Per i sistemi di accumulazione di energia à batterie à ioni di litiu (ESS) à grande scala, u sviluppu di novi agenti estinguenti efficienti è resistenti à a riaccensione, accumpagnati da sistemi avanzati di consegna di agenti, hè cruciale. Queste innovazioni migliureranu a sicurezza antincendiu in l'accumulazione di energia elettrochimica è prumoveranu a crescita di l'industrie di accumulazione di energia è di prutezzione antincendiu.
