Brechas regulatorias e inmadurez tecnológica: barreras clave para el desarrollo de la protección contra incendios en sistemas de almacenamiento de energía
La industria del almacenamiento de energía está entrando en una fase de rápido desarrollo. Sin embargo, el sector de protección contra incendios que respalda los sistemas de almacenamiento de energía aún se encuentra en sus primeras etapas. Las aplicaciones actuales de los productos son relativamente sencillas y se basan principalmente en extintores de gas. El tamaño del mercado aún es pequeño y no se corresponde con el ritmo de crecimiento del sector del almacenamiento de energía.
Hay dos factores principales que limitan el desarrollo de la seguridad contra incendios en la industria del almacenamiento de energía:
En primer lugar, existe una falta de regulaciones y estándares en la industria, y la supervisión sigue siendo deficiente. Debido a la escala aún limitada de implementación del almacenamiento de energía, el mercado aún no ha madurado completamente, y la seguridad contra incendios en el sector enfrenta relativamente pocas restricciones regulatorias. Sin embargo, a medida que la industria del almacenamiento de energía continúa expandiéndose, la importancia de la seguridad cobrará cada vez mayor relevancia. En consecuencia, se espera que se establezcan y mejoren gradualmente los estándares de protección contra incendios pertinentes para los sistemas de almacenamiento de energía. Además, la frecuente ocurrencia de incidentes relacionados con el almacenamiento de energía está atrayendo cada vez más atención a este problema.
En segundo lugar, los productos y soluciones de protección contra incendios en el sector del almacenamiento de energía aún son inmaduros. Los incendios en sistemas de almacenamiento de energía se caracterizan por escenarios complejos, combustión prolongada y un alto potencial destructivo, significativamente diferentes de los entornos más convencionales, como los edificios. Como resultado, los métodos tradicionales de detección y extinción de incendios suelen ser ineficaces para las aplicaciones de almacenamiento de energía. La ausencia de soluciones eficaces y personalizadas se ha convertido en uno de los principales obstáculos que limitan el desarrollo de la seguridad contra incendios en este campo.
Sin embargo, a medida que la industria del almacenamiento de energía continúa cobrando impulso, tanto los proveedores de almacenamiento de energía como las empresas de seguridad contra incendios se centran cada vez más en el desarrollo de estrategias adecuadas de protección contra incendios. Se están realizando esfuerzos de colaboración para diseñar e implementar sistemas de detección y extinción de incendios más eficaces, específicos para los casos de uso del almacenamiento de energía, lo que también se espera que acelere la formulación e implementación de estándares de la industria.
El rápido crecimiento del almacenamiento de energía electroquímica impulsa una mejora gradual de los estándares de seguridad contra incendios
Las tecnologías de almacenamiento de energía incluyen el almacenamiento hidroeléctrico bombeado, el almacenamiento electroquímico, el almacenamiento de energía de aire comprimido, el almacenamiento de sales fundidas y el almacenamiento con volante de inercia, entre otros.
Entre ellos, el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo ocupa una posición dominante en el mercado actual de almacenamiento de energía debido a su bajo costo y gran capacidad.
Sin embargo, en los últimos años, el rápido desarrollo de la industria de vehículos de nueva energía ha provocado una marcada disminución del coste de las baterías de litio. Como resultado, el almacenamiento de energía electroquímica, basado principalmente en la tecnología de baterías de litio, ha experimentado un crecimiento significativo en su capacidad instalada.
Este crecimiento se debe en gran medida a las ventajas del almacenamiento electroquímico frente a la energía hidroeléctrica de bombeo: está menos limitado por las condiciones geográficas y es más adecuado para compensar las fluctuaciones de energía de alta frecuencia en los sistemas energéticos.
En 2025, la capacidad acumulada mundial de almacenamiento de energía alcanzó los 191.1 GW, lo que representa un aumento interanual del 3.4 %. Entre todas las tecnologías, el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo representó la mayor participación, con una capacidad total de 172.5 GW, un aumento del 0.9 % interanual, y el 90.3 % del total mundial.
El almacenamiento de energía electroquímica tuvo una capacidad instalada acumulada de 14.2 GW, lo que representa aproximadamente el 7.5 % del total. Dentro de la categoría electroquímica, las baterías de iones de litio constituyeron la mayor parte, con 13.1 GW instalados, lo que representa el 92.0 % de la capacidad de almacenamiento electroquímico.
Desde 2011, el ritmo de las instalaciones globales de almacenamiento de energía se ha acelerado considerablemente, con una tendencia al alza constante. En 2018, el almacenamiento de energía electroquímica global experimentó una expansión significativa, con un aumento interanual de la capacidad acumulada de más del 120 %. Entre 2024 y 2025, se proyecta que la capacidad acumulada global de almacenamiento electroquímico crezca a una tasa anual de aproximadamente el 50 %.
En el marco de los objetivos de "carbono dual", la demanda de almacenamiento de energía sigue creciendo. Sin embargo, en los últimos años se ha producido un aumento en el número de incidentes relacionados con sistemas de almacenamiento de energía electroquímica, lo que ha provocado importantes pérdidas sociales y económicas. Con la inminente implantación a gran escala, los riesgos de seguridad asociados al almacenamiento de energía se están agravando.
Durante la última década, se han reportado más de 30 accidentes por incendio y explosión en centrales eléctricas de almacenamiento de energía electroquímica a nivel mundial. Tres de ellos ocurrieron en China, incluyendo un accidente reciente ocurrido en abril de este año en una central de almacenamiento de energía en el distrito de Fengtai, Pekín.
Durante la construcción y la puesta en servicio del sistema, la central se incendió y explotó, causando dos muertos, un herido y una persona desaparecida. El incendio se declaró alrededor del mediodía y no se extinguió por completo hasta las 2:1 del mismo día.
Incendio en la central de almacenamiento de energía de Pekín
Con el rápido crecimiento de la capacidad de almacenamiento de energía electroquímica, y a la luz de los accidentes frecuentes y altamente destructivos asociados a ella, las autoridades gubernamentales están poniendo cada vez más énfasis en la gestión de la seguridad de los sistemas de almacenamiento de energía.
Políticas clave relacionadas con la seguridad del almacenamiento de energía electroquímica
Autoridad emisora: Administración Nacional de Energía (NEA)
Documento de política: Medidas provisionales para la gestión de la seguridad de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía electroquímica
Contenido clave: (1) El objetivo principal es fortalecer la gestión de seguridad inherente de las centrales eléctricas.
(2) El objetivo principal es establecer y mejorar el sistema de gestión de seguridad e incorporar la gestión de seguridad del almacenamiento de energía en el sistema de gestión de seguridad de la empresa.
(3) El objetivo principal es fortalecer la gestión de emergencias por incendio en las centrales eléctricas. Mediante la optimización del diseño contra incendios, la inspección y aceptación obligatorias, la implementación de la gestión de emergencias por incendio y la interconexión entre las partes implicadas, podemos abordar eficazmente los accidentes y peligros, y minimizar las pérdidas humanas y materiales.
Protección contra incendios en sistemas de almacenamiento de energía: de las barreras técnicas a las soluciones de productos eficaces
¿Cómo se incendian las baterías de litio?
Estructuralmente, las baterías de iones de litio almacenan una gran cantidad de energía en un espacio sellado, lo que conlleva riesgos de seguridad inherentes. La causa principal de los riesgos de seguridad en las baterías de iones de litio es la fuga térmica. Esto se produce debido a una reacción en cadena desencadenada por reacciones secundarias que involucran pequeñas moléculas orgánicas dentro de la batería, lo que provoca la fuga térmica.
El descontrol térmico en las baterías de iones de litio se puede dividir en tres etapas:
Etapa 1: Fase inicial de la fuga térmica
Debido a factores internos o externos, la temperatura interna de la batería alcanza aproximadamente los 90-100 °C. A esta temperatura, la capa de pasivación SEI (Interfase Electrolítica Sólida) de la superficie del ánodo comienza a descomponerse, liberando calor que provoca un rápido aumento de la temperatura interna de la batería. Cuando la temperatura alcanza aproximadamente los 135 °C, el separador comienza a fundirse y contraerse, provocando el contacto entre el cátodo y el ánodo, lo que provoca un cortocircuito interno y una generación continua de calor.
Etapa 2: Fase de hinchamiento de la batería
A temperaturas de entre 250 y 350 °C, el material del ánodo (C6Li) o el litio depositado reacciona con los disolventes orgánicos del electrolito. Esta reacción libera gases de hidrocarburos inflamables, como metano y etano, lo que genera una importante generación de calor y provoca la hinchazón de la batería.
Etapa 3: Fase de fuga térmica y explosión
En esta etapa, el material del cátodo cargado continúa experimentando violentas reacciones de descomposición oxidativa con el electrolito, lo que produce temperaturas extremadamente altas y grandes cantidades de gases tóxicos. Esto provoca una combustión intensa de la batería y, en última instancia, puede causar explosiones.
Ilustración del mecanismo de descontrol térmico en baterías de iones de litio
¿Por qué es difícil apagar las baterías de litio?
Un sistema de almacenamiento de energía con baterías de litio se compone de docenas de celdas conectadas en serie y en paralelo para formar módulos de batería. Estos módulos se conectan en serie para formar cadenas de baterías, que se integran en un armario de baterías de almacenamiento mediante disposiciones en paralelo.
Durante un incendio, la fuga térmica en una sola celda puede desencadenar una reacción en cadena. Mediante la transferencia de calor y la radiación térmica, se induce la fuga térmica en las celdas vecinas, lo que finalmente provoca un incendio a gran escala en todo el sistema de almacenamiento de energía de la batería de litio.
Los incendios en sistemas de almacenamiento de energía de baterías de iones de litio tienen características únicas en comparación con otros tipos de incendios:
Combustión intensa y rápida propagación térmica
Alta toxicidad, gran generación de humo y riesgo significativo.
Alto riesgo de reignición y extrema dificultad de extinción.
Características clave de los incendios en sistemas de almacenamiento de energía con baterías de litio:
Combustión intensa y rápida propagación del calor.
Alta toxicidad, humo denso y riesgo grave.
Alto riesgo de reignición y gran dificultad para combatir el incendio.
¿Por qué las baterías de almacenamiento de energía requieren un diseño de protección contra incendios, mientras que las baterías de vehículos eléctricos normalmente no?
En comparación con las baterías de vehículos eléctricos (VE), las baterías de almacenamiento de energía presentan un mayor riesgo de incendio. La alerta temprana y las medidas preventivas son cruciales, ya que, una vez que se produce un incendio, este puede propagarse rápidamente si no se extingue a tiempo. Además, los sistemas de almacenamiento de energía disponen de más espacio físico para albergar equipos de protección contra incendios, mientras que los VE tienen un espacio más limitado.
Desde una perspectiva estructural, tanto los sistemas de almacenamiento de energía de iones de litio como los sistemas de baterías de vehículos eléctricos comparten los mismos componentes jerárquicos: celdas individuales, módulos, paquetes de baterías y sistemas completos. Sin embargo, la diferencia clave radica en la escala. Los sistemas de almacenamiento de energía contienen muchas más celdas individuales que los sistemas de baterías de vehículos eléctricos, lo que resulta en capacidades energéticas totales que suelen ser de 10 a 100 veces mayores que las de los vehículos eléctricos.
Por ejemplo, mientras que un paquete de baterías de litio de 144 V y 200 Ah para vehículos eléctricos o Batería de iones de litio para carrito de golf de 72 V y 150 Ah Aunque pueden satisfacer las necesidades de transporte de manera eficiente, su capacidad energética es significativamente menor que la de los sistemas de almacenamiento de energía a nivel de red. Por consiguiente, en caso de incendio, la gravedad y el impacto potencial de un incidente en el sistema de baterías de almacenamiento son mucho mayores, lo que requiere diseños de protección contra incendios específicos.
Mecanismo de fuego:
Ambos sistemas de almacenamiento de energía (Batería de iones de litio de 204 V y 200 Ah, sistema de almacenamiento de energía Lifepo40 de 4 kWh) y baterías de vehículos eléctricos (Batería de litio para vehículo eléctrico - Paquete de baterías de 144 V y 200 Ah para carrito de golf) puede incendiarse debido a una fuga térmica en una sola celda causada por un uso inadecuado. Sin embargo, la propagación del fuego varía: en los vehículos eléctricos, suele extenderse a celdas o módulos cercanos; en los sistemas de almacenamiento, puede extenderse a varios módulos debido al mayor tamaño del sistema.
Desafíos y soluciones de extinción de incendios para sistemas de almacenamiento de energía con baterías de iones de litio
Los métodos convencionales, como el aislamiento de oxígeno o la interrupción de la cadena de combustión, son insuficientes para extinguir completamente los incendios de baterías de iones de litio. Una supresión eficaz debe lograr tanto la extinción del incendio como el enfriamiento térmico.
Los agentes extintores sólidos tienen poco o ningún efecto sobre los incendios de baterías de litio.
Los agentes gaseosos ofrecen una eficiencia limitada y un rendimiento de enfriamiento deficiente.
Los agentes a base de agua, además de ser rentables y respetuosos con el medio ambiente, proporcionan un importante efecto de enfriamiento y supresión de incendios.
Para los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) con baterías de iones de litio a gran escala, es crucial el desarrollo de agentes extintores nuevos, eficientes y resistentes a la reignición, junto con sistemas avanzados de administración de agentes. Estas innovaciones mejorarán la seguridad contra incendios en el almacenamiento de energía electroquímica e impulsarán el crecimiento de las industrias de almacenamiento de energía y protección contra incendios.
