Mapa ryzyka w projektowaniu magazynu energii

Zarządzanie ryzykiem leży u podstaw bezpiecznej konstrukcji magazynów energii. W ramach tego procesu należy zaakceptować fakt, iż nie jest możliwe całkowite wykluczenie zdarzenia krytycznego. Dlatego celem projektanta jest ograniczenie ryzyka zdarzenia krytycznego do znanego i akceptowalnego poziomu maksymalnego. Poziom ten można zdefiniować przykładowo jako: maksymalnie 1 zdarzenie krytyczne (np. utrata kontenera) dla zestawu 1.000 kontenerów ESS działającej przez ponad 10 lat.

Metodologia analizy ryzyka polega na stworzeniu wyczerpującej listy potencjalnie krytycznych zdarzeń poprzez zastosowanie technik PHA (Preliminary Hazard Analysis, wstępna analiza zagrożeń) oraz DFEMA (Design Failure Mode & Effect Analysis).

Kategorie zdarzeń związanych z bezpieczeństwem to:

• Elektryczne
• Termiczne
• Elektrochemiczne
• Mechaniczne

Możliwe zdarzenia związane z bezpieczeństwem i ich kombinacje są analizowane w celu stworzenia listy zagrożeń, takich jak np. thermal runaway (ucieczka termiczna). Ocena dla każdego zidentyfikowanego ryzyka obejmuje w dalszych krokach:

• Dotkliwość, występowanie i łatwość wykrycia zdarzenia
• Wpływ narażenia na baterię, ludzi i mienie
• Kontrolowalność zdarzenia

Rysunek: Mapa ryzyka w procesie projektowania magazynu enegrii

Źródło: © SAFT Safety for energy storage

Faza projektowania

W tej fazie nacisk kładziony jest na określenie najbardziej odpowiednich rozwiązań technicznych w celu zminimalizowania lub złagodzenia w inny sposób ryzyka zidentyfikowanego jako krytyczne, które mogłoby spowodować zdarzenie krytyczne. Rozwiązania te mogą mieć charakter organizacyjny (tj. dotyczący procesów i kontroli) i/lub techniczny, obejmujący pasywne lub aktywne systemy i oprogramowanie na poziomie komórki, modułu lub systemu. Typowa lista takich działań w dotyczących samego projektowania (D), procesów (P) czy operacji (O) może obejmuje:

• Eliminacja lub zastąpienie wybranych komponentów. Na przykład, w miarę możliwości, należy unikać stosowania materiałów łatwopalnych, przewodzących tworzyw sztucznych i materiałów, które mogą ulec uszkodzeniu lub degradacji (D)
• Minimalizowanie ryzyka w łańcuchu dostaw poprzez procedury zapewnienia jakości (QA), takie jak zapobieganie stosowaniu materiałów lub komponentów niezgodnych ze specyfikacją (P)
• Zmniejszenie ryzyka powstającego podczas produkcji poprzez wykrywanie i eliminowanie odchyleń. Przykładem jest brak odrzucenia ogniw w przypadku zetknięcia się elektrod, co prowadzi do zwarć (P)
• Pomiar i obliczenie kluczowych parametrów, takich jak napięcie, stan naładowania i rezystancja izolacji (O)
• Monitorowanie i ocena parametrów zewnętrznych, które mają wpływ na akumulator, takich jak wilgotność i działanie kontaktronów drzwiowych (D)
• Stosowanie obwodów kontrolujących działanie czujników (D, O)
• Stosowanie systemów ochrony przed przepięciem, przegrzaniem oraz systemy odpowiedzialne za równoważenie pracy ogniw (D)
• Zastosowanie takich elementów układu jak bezpieczniki i styczniki (D)
• System zarządzania baterią (BMS) powinien  wykrywać sytuację krytyczną i wzbudzić alarm a następnie, jeśli jest to możliwe, BMS powinien doprowadzić akumulator do stanu bezpiecznego (D, O)
• System zarządzania temperaturą utrzymujący akumulator w wyznaczonym zakresie temperatur i minimalizujący różnice temperatur (D, O)
• Zastosowanie mechanicznych urządzeń zabezpieczających, takich jak folie chroniące przed wysoką temperaturą i odpowietrzniki ciśnieniowe (D)
• Aktywne systemy przeciwpożarowe (FSS) (D)
• Lokalne i zdalne systemy informacyjne i alarmowe (D, O)

Zagrożenia elektryczne

Zagrożenia elektryczne wynikają z takich zdarzeń, jak przeładowanie lub nadmierne rozładowanie akumulatora, zewnętrzne zwarcia, wysokie napięcie lub wysoka moc. Rozwiązania bezpieczeństwa proponowane przez firmę Saft obejmują:

• Projekt BMS obejmujący funkcje bezpieczeństwa, takie jak algorytmy dynamicznego ograniczania prądu
• Wbudowana redundancja w architekturze elektrycznej, np. redundantna linia I/O do wyłączania baterii w przypadku awarii komunikacji
• Ochrona ludzi przed zagrożeniami elektrycznymi, np. poprzez oddzielenie sterowni od pomieszczenia energetycznego

Zagrożenia elektrochemiczne

Zagrożenia elektrochemiczne mogą spowodować krytyczne awarie, w tym wewnętrzne zwarcia ogniw i wycieki elektrolitu. Proponowane rozwiązania obejmują:

• Odpowiedni projekt komórki (dobór surowców na katodę i anodę, konstrukcja elektrody, konstrukcja mechaniczna komórki).
• Kontrola jakości podczas produkcji (kontrola procesu, kontrolowane środowisko).

Ryzyko termiczne

Zagrożenia termiczne obejmują przegrzanie pojedynczego lub wielu ogniw, awarię izolacji, awarię regulacji systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC), powodującą kondensację i korozję, gromadzenie się gazów wybuchowych i deflagrację. Środki bezpieczeństwa proponowane przez Saft obejmują zastosowanie:

• Systemu kontroli temperatury w celu zapewnienia jednorodności parametrów ogniw i modułów

• Konstrukcji HVAC kontrolującej wilgotność i zapobiegającej korozji

• Zaworu nadciśnieniowego i paneli nadmuchowych do zarządzania gazami

• Izolacji termicznej, ograniczającej przenikanie ciepła ze źródeł zewnętrznych

• Procedur unikania kondensacji podczas czynności konserwacyjnych

Źródło: Artykuł stanowi fragment opracowania firmy © SAFT Safety for energy storage

Zapraszamy na jednodniowe targi elektroniki we Wrocławiu! Zapisz się