Hãy nhấn vào đây để xem lại Phần 1

Việc nhận biết nguyên nhân và phát hiện sớm nguy cơ mất kiểm soát nhiệt mới chỉ là bước đầu trong quá trình bảo vệ hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin. Để hạn chế sự cố phát triển thành cháy hoặc nổ, BESS cần được trang bị nhiều lớp bảo vệ, từ giám sát điều kiện môi trường và các thiết bị phụ trợ đến lựa chọn công nghệ chữa cháy phù hợp.

Trong phần 2 của loạt bài về an toàn cháy nổ trong BESS, ban biên tập technologyMAG tiếp tục chia sẻ nội dung từ video chuyên đề, tập trung vào các giải pháp phát hiện, phòng ngừa và kiểm soát sự cố – nội dung của kênh Gaurav J – TheElectricalGuy

Những thông số cần được giám sát trong BESS
Chiến lược an toàn của BESS phải bắt đầu từ việc giám sát các điều kiện môi trường bên trong container. Nhiệt độ môi trường và độ ẩm cần được theo dõi liên tục vì sự biến động lớn của hai thông số này có thể đẩy nhanh quá trình suy giảm của tế bào pin.

Hiện tượng ngưng tụ cũng là một yếu tố đặc biệt quan trọng. Container BESS có thể được lắp đặt tại khu vực có độ ẩm cao, khí hậu khô hoặc nhiệt độ rất thấp. Khi nhiệt độ và độ ẩm thay đổi, nước có thể ngưng tụ trên bề mặt thiết bị, làm tăng nguy cơ ăn mòn, suy giảm cách điện hoặc ngắn mạch.

Ngoài môi trường xung quanh pin, hệ thống còn phải theo dõi các thiết bị phụ trợ. Thiết bị đóng cắt điện, hệ thống điều hòa không khí, hệ thống thông gió và hệ thống chuyển đổi công suất đều có thể trở thành nguồn phát sinh cháy. Các khu vực này cần được bảo vệ bằng hệ thống phát hiện khói có độ nhạy phù hợp.

Hệ thống cũng phải giám sát các dấu hiệu thoát khí từ tế bào pin. Khi phát hiện loại khí đặc trưng, hệ thống cần phát cảnh báo và kích hoạt quy trình ứng phó trước khi sự cố tiến triển thành cháy.

Khi hỏa hoạn thực sự xảy ra, giải pháp chữa cháy phải bảo vệ toàn bộ container chứ không chỉ riêng khoang pin. Thiết kế cần có khả năng xử lý đám cháy xuất hiện tại bất kỳ vị trí nào trong khoang, bao gồm cả pin, thiết bị điện, thiết bị điện tử và hệ thống phụ trợ.

Trang thiết bị an toàn có được tích hợp sẵn hay không?
Một số nhà sản xuất cung cấp container BESS hoàn chỉnh cùng hệ thống chữa cháy tích hợp. Tuy nhiên, ở nhiều trường hợp khác, hệ thống an toàn phụ thuộc vào yêu cầu của khách hàng. Nhà sản xuất có thể bổ sung các thành phần phát hiện và chữa cháy ngay trong quá trình sản xuất, nhưng khách hàng cần đưa những yêu cầu này vào thông số kỹ thuật của dự án.

Đối với nhiều container BESS được nhập khẩu vào Ấn Độ, hệ thống bảo vệ phổ biến nhất hiện nay vẫn chỉ gồm đầu báo khói, tương tự loại sử dụng trong tòa nhà và hệ thống chữa cháy. Nhiệt độ pin chủ yếu được theo dõi thông qua BMS. Đây mới chỉ là những thành phần bảo vệ cháy cơ bản.

Các công nghệ phát hiện sớm hơn đã có trên thị trường, nhưng không phải lúc nào cũng được trang bị theo tiêu chuẩn. Chủ đầu tư và đơn vị tư vấn vì vậy phải chủ động yêu cầu hệ thống giám sát môi trường, phát hiện khí thoát ra và phát hiện khói có độ nhạy cao ngay từ giai đoạn thiết kế.

Các phương pháp chữa cháy hiện có
Khi sự cố đã tiến tới giai đoạn cháy hoặc nổ, việc lựa chọn phương pháp chữa cháy phù hợp trở nên đặc biệt quan trọng. Kỹ sư cần hiểu không chỉ khả năng của từng công nghệ mà còn cả những giới hạn thực tế của chúng. Kỳ vọng sai về hiệu quả chữa cháy có thể dẫn đến những quyết định nguy hiểm.

Nước là chất chữa cháy được sử dụng phổ biến nhất. Tiêu chuẩn NFPA 855 (1) khuyến nghị sử dụng nước như giải pháp chữa cháy cuối cùng sau khi các biện pháp khác không còn hiệu quả. Ngoài nước, những phương án khác bao gồm phun sương nước, nước kết hợp với chất bao bọc, aerosol hóa học và các hệ thống chữa cháy bằng khí.
Tiêu chuẩn NFPA 855 (1): là tiêu chuẩn do Hiệp hội Phòng cháy Quốc gia Hoa Kỳ (National Fire Protection Association – NFPA) ban hành, quy định các yêu cầu an toàn đối với việc lắp đặt hệ thống lưu trữ năng lượng cố định, bao gồm BESS.

Hệ thống sử dụng nitơ lỏng cũng đang được nghiên cứu. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn trong giai đoạn phát triển và chưa có dấu hiệu cho thấy đã được ứng dụng thương mại rộng rãi.

Mỗi giải pháp đều có ưu điểm và hạn chế riêng. Vì vậy, không có một công nghệ chữa cháy duy nhất phù hợp với mọi dự án BESS.

Chữa cháy bằng nước và nguy cơ đối với môi trường
Nước có khả năng làm mát rất hiệu quả. Trong sự cố pin, lượng nước lớn có thể được sử dụng để giảm nhiệt độ và hạn chế nhiệt lan truyền sang các mô-đun hoặc container lân cận. Tuy nhiên, khi nước tiếp xúc với các sản phẩm sinh ra từ quá trình cháy pin lithium-ion, hỗn hợp có thể tạo thành axit hydrofluoric. Nước chữa cháy sau đó có thể mang theo hóa chất và các chất ô nhiễm ra môi trường xung quanh.

Vì lý do này, nước thường được xem là giải pháp cuối cùng khi những lớp bảo vệ trước đó đã thất bại. Một dự án sử dụng nước cần có phương án thu gom và xử lý nước chữa cháy nhằm hạn chế tác động đến môi trường.

Hệ thống chữa cháy bằng aerosol
Các hệ thống aerosol đã được thử nghiệm và có những phê duyệt cho ứng dụng cụ thể đối với pin lithium-ion. Aerosol về cơ bản là tập hợp các hạt bột rất mịn được phóng vào khu vực cần bảo vệ dưới áp suất và duy trì trong không gian đó trong một khoảng thời gian. Phương pháp này hiện được sử dụng khá phổ biến trong các container BESS có hệ thống chữa cháy tích hợp sẵn. Tuy nhiên, sau khi quá trình chữa cháy kết thúc, các hạt aerosol có thể bám trên pin, thiết bị điện, linh kiện điện tử và bề mặt bên trong container. Việc vệ sinh và phục hồi hệ thống vì vậy có thể trở thành một công việc rất lớn.

Hệ thống chữa cháy bằng khí
Hệ thống chữa cháy bằng khí có hiệu quả cao đối với đám cháy liên quan đến thiết bị điện và điện tử. Ưu điểm quan trọng là tác nhân chữa cháy không để lại cặn và thường không gây hư hỏng trực tiếp cho linh kiện.

Nitơ có thể được sử dụng để làm trơ môi trường bên trong khoang bảo vệ. Một số tác nhân như FM-200 và FK-5-1-12 cũng đang được thử nghiệm. Đây là những chất chữa cháy đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác, đặc biệt là tại các khu vực có thiết bị điện hoặc điện tử.

Mặc dù có hiệu quả đối với đám cháy điện, vẫn cần thêm kết quả thử nghiệm trước khi có thể khẳng định chắc chắn rằng các hệ thống này đã được kiểm chứng và phê duyệt cho pin lithium-ion hoặc từng loại công nghệ pin cụ thể.

Lựa chọn giải pháp theo điều kiện của dự án
Giải pháp chữa cháy phải được lựa chọn theo điều kiện vận hành thực tế. Một hệ thống đặt tại sa mạc có thể cần phương án khác với một hệ thống đặt trong đô thị. Nhiệt độ môi trường, độ ẩm, nguồn cung cấp nước, khả năng tiếp cận của lực lượng chữa cháy và khoảng cách tới các công trình xung quanh đều có thể ảnh hưởng đến thiết kế.

An toàn cháy nổ vừa là một bài toán kỹ thuật, vừa là vấn đề tuân thủ quy chuẩn. Mỗi hệ thống chữa cháy phải được thiết kế theo quy định hoặc tiêu chuẩn phù hợp, bao gồm quy định quốc gia và các tiêu chuẩn quốc tế được áp dụng cho dự án.

Tại Ấn Độ, công nghệ BESS và pin lithium-ion quy mô lưới điện vẫn còn tương đối mới. Dự án đầu tiên được cho là đã đi vào hoạt động vào năm 2018. Do thời gian ứng dụng chưa dài, nhiều chiến lược chữa cháy vẫn đang trong quá trình thử nghiệm và đánh giá.

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đang tiếp tục được thực hiện, trong khi số lượng sự cố thực tế đủ để kiểm chứng toàn diện các công nghệ vẫn còn hạn chế. Chỉ qua thời gian và dữ liệu vận hành thực tế mới có thể xác định công nghệ nào mang lại hiệu quả tốt nhất trong từng điều kiện.

Hiện nay, aerosol là một trong những giải pháp xuất hiện phổ biến nhất trên thị trường. Nhiều container có hệ thống chữa cháy tích hợp sẵn sử dụng công nghệ này. Ngoài ra, hệ thống cấp nước bên ngoài cũng có thể được nhà thầu thi công và lắp đặt để bơm nước vào container khi cần thiết.

Hệ thống an toàn cần có đường truyền thông tin độc lập
BESS thường được vận hành thông qua hệ thống quản lý năng lượng (EMS) (2), có nhiệm vụ giám sát trạng thái của toàn hệ thống, điều khiển quá trình sạc và xả, đồng thời phối hợp hoạt động với lưới điện. Tuy nhiên, hệ thống an toàn không nên phụ thuộc hoàn toàn vào EMS hoặc hệ thống quản lý pin (BMS).
(2) EMS (Energy Management System) là hệ thống quản lý năng lượng, có nhiệm vụ giám sát và điều phối hoạt động tổng thể của BESS. Hệ thống kiểm soát quá trình sạc và xả, theo dõi trạng thái vận hành, phối hợp với lưới điện và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng.

Trong một số sự cố, BMS có thể ngừng hoạt động hoặc không thể truyền dữ liệu đến EMS. Khi đó, hệ thống điều hành trung tâm sẽ không nhận được thông tin về tình trạng bất thường đang xảy ra bên trong bộ pin, làm chậm quá trình cảnh báo và xử lý.

Vì vậy, mỗi container BESS cần được trang bị hệ thống an toàn có nguồn điện dự phòng và đường truyền có dây riêng. Hệ thống này phải có khả năng tự phát hiện nguy hiểm, phát cảnh báo và thực hiện các biện pháp bảo vệ cần thiết ngay cả khi BMS hoặc EMS gặp sự cố. Đồng thời, dữ liệu an toàn vẫn cần được truyền đến EMS hoặc trung tâm chỉ huy và điều khiển để phục vụ công tác giám sát toàn hệ thống.

Các tiêu chuẩn được áp dụng cho an toàn BESS
Tại Ấn Độ, Cơ quan Điện lực Trung ương (CEA, Central Electricity Authority) đã công bố dự thảo quy định an toàn dành cho BESS. Thời hạn đóng góp ý kiến cho dự thảo đã kết thúc và các ý kiến phản hồi đã được tiếp nhận. Văn bản chính thức dự kiến sẽ sớm được ban hành và trở thành quy định bắt buộc phải tuân thủ tại Ấn Độ.

Trong thời gian quy định quốc gia chưa được ban hành đầy đủ, các dự án đang tham khảo những tiêu chuẩn quốc tế. Một trong những tiêu chuẩn quan trọng là NFPA 855, Tiêu chuẩn về lắp đặt hệ thống lưu trữ năng lượng cố định.

Tiêu chuẩn IEC 62619 (3) cũng được sử dụng đối với tế bào và pin lithium thứ cấp dùng trong các ứng dụng công nghiệp. Ngoài ra, FM Global cung cấp các tài liệu hướng dẫn an toàn liên quan đến pin lithium-ion. Với vai trò là một tổ chức bảo hiểm, FM Global xây dựng những hướng dẫn riêng về an toàn cho nhiều loại công trình và khu vực sử dụng khác nhau.
(3) Tiêu chuẩn IEC 62619: là tiêu chuẩn quốc tế do Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (International Electrotechnical Commission – IEC) ban hành. Tiêu chuẩn quy định các yêu cầu và phép thử nhằm bảo đảm hoạt động an toàn của tế bào và bộ pin lithium thứ cấp sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp.

BESS vẫn là một lĩnh vực tương đối mới và các tiêu chuẩn cũng đang tiếp tục phát triển theo tiến bộ công nghệ cùng dữ liệu thu được từ thử nghiệm và sự cố thực tế. Cơ quan tiêu chuẩn thường không quy định bắt buộc một giải pháp chưa được thử nghiệm và kiểm chứng đầy đủ trong thời gian cần thiết. Vì vậy, các tiêu chuẩn hiện hành chủ yếu đưa ra hướng dẫn về thông số cần giám sát và những phương pháp chữa cháy có thể được lựa chọn. Chúng chưa bắt buộc tất cả dự án phải sử dụng một công nghệ chữa cháy duy nhất.

Xây dựng hệ thống bảo vệ nhiều lớp cho BESS
An toàn BESS không thể phụ thuộc vào một thiết bị hoặc một công nghệ duy nhất. Hệ thống bảo vệ phải được xây dựng theo nhiều lớp, bắt đầu từ việc kiểm soát điều kiện môi trường, phát hiện hư hỏng tế bào, xác định đám cháy và triển khai biện pháp chữa cháy phù hợp.

Lớp bảo vệ sớm nhất là giám sát nhiệt độ môi trường, độ ẩm, hiện tượng ngưng tụ, tình trạng sạc và các điểm nóng bất thường. Lớp tiếp theo là phát hiện khí thoát ra khi tế bào hư hỏng. Sau đó là hệ thống phát hiện khói có độ nhạy cao để nhận biết đám cháy trong pin hoặc thiết bị phụ trợ.

BMS tiếp tục giám sát tình trạng điện và nhiệt của các tế bào. Khi sự cố phát triển, hệ thống chữa cháy phải có khả năng hoạt động trong toàn bộ container. Tất cả các thành phần an toàn cần được kết nối với mạng truyền thông độc lập và có nguồn điện dự phòng để duy trì hoạt động khi hệ thống quản lý chính bị gián đoạn.

Thiết kế cũng phải xem xét sự khác biệt giữa BESS lắp đặt trong nhà và ngoài trời. Điều kiện thông gió, khả năng tích tụ khí, khoảng cách an toàn, khả năng tiếp cận và phương án chữa cháy có thể khác nhau đáng kể giữa hai loại hình lắp đặt.

Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo cũng đang được nghiên cứu để hỗ trợ phân tích dữ liệu cảm biến, nhận diện xu hướng bất thường và đưa ra cảnh báo sớm. Tuy nhiên, những công nghệ này cần được xem là công cụ hỗ trợ, không phải sự thay thế cho cảm biến, hệ thống bảo vệ vật lý và các nguyên tắc kỹ thuật an toàn đã được kiểm chứng.

Những vấn đề cần xem xét trước khi lựa chọn hệ thống an toàn
Trước khi hoàn thiện một dự án BESS, kỹ sư cần đánh giá liệu hệ thống có giám sát đầy đủ điều kiện môi trường hay không, có phát hiện được khí thoát ra từ tế bào pin hay không và đầu báo khói có đủ độ nhạy cho môi trường BESS hay không.

Phạm vi bảo vệ của hệ thống chữa cháy phải bao gồm toàn bộ container thay vì chỉ tập trung vào giá pin. Phương pháp chữa cháy cũng cần phù hợp với cả đám cháy pin và đám cháy tại thiết bị điện hoặc điện tử.

Hệ thống an toàn phải có nguồn điện dự phòng và đường truyền thông tin độc lập. Nếu BMS hoặc EMS ngừng hoạt động, hệ thống phát hiện và chữa cháy vẫn phải tiếp tục giám sát, phát cảnh báo và thực hiện các hành động đã được thiết lập.

Dự án cũng cần xác định rõ giới hạn của từng công nghệ. Nước có khả năng làm mát hiệu quả nhưng tạo ra nguy cơ ô nhiễm. Aerosol có thể dập cháy nhưng để lại lượng cặn lớn. Khí chữa cháy phù hợp với thiết bị điện tử nhưng chưa được xác nhận đầy đủ cho mọi loại pin. BMS có thể phát hiện thông số bất thường nhưng không thể nhận biết tất cả đám cháy bên ngoài bộ pin. Việc đánh giá các yếu tố này ngay từ giai đoạn thiết kế giúp chủ đầu tư tránh phụ thuộc vào một lớp bảo vệ duy nhất và xây dựng phương án ứng phó phù hợp với điều kiện thực tế của dự án.

Xây dựng chiến lược an toàn toàn diện
An toàn cháy nổ là điều kiện thiết yếu đối với sự phát triển bền vững của hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin. Rủi ro không chỉ nằm bên trong tế bào mà còn có thể bắt nguồn từ nhiều thiết bị điện, điện tử và cơ khí thuộc hệ thống phụ trợ.

Mất kiểm soát nhiệt phát triển qua nhiều giai đoạn, từ điều kiện môi trường bất thường, hư hỏng và thoát khí của tế bào, lan truyền nhiệt đến cháy hoặc nổ hoàn toàn. Khả năng kiểm soát sự cố cao nhất nằm ở các giai đoạn đầu, trước khi khói xuất hiện và trước khi chuỗi phản ứng tự duy trì hình thành.

Vì vậy, BMS và hệ thống chữa cháy chỉ là hai thành phần trong một giải pháp an toàn rộng hơn. Một BESS được bảo vệ đầy đủ cần có khả năng giám sát môi trường, phát hiện khí thoát ra, phát hiện khói sớm, kiểm soát các thiết bị phụ trợ, chữa cháy trên toàn bộ container và duy trì hoạt động thông qua nguồn điện cùng đường truyền thông tin độc lập.

Trong bối cảnh quy chuẩn và công nghệ vẫn đang tiếp tục phát triển, nhận thức đúng về rủi ro và giới hạn của từng hệ thống có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Các chủ đầu tư, nhà sản xuất và kỹ sư cần đưa yêu cầu an toàn vào dự án ngay từ giai đoạn thiết kế, thay vì chỉ bổ sung biện pháp chữa cháy sau khi hệ thống đã được hoàn thiện.

Tiếp tục khám phá chuyên đề BESS & Pin trên trang technologyMAG
Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) đang trở thành một trong những công nghệ quan trọng trong quá trình chuyển dịch năng lượng, từ điện mặt trời, điện gió cho đến các ứng dụng công nghiệp và lưới điện hiện đại. Tuy nhiên, đây cũng là lĩnh vực bao gồm nhiều khái niệm, công nghệ và tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau cần được tìm hiểu theo từng bước.

Để giúp độc giả thuận tiện tra cứu và theo dõi toàn bộ chuỗi nội dung, Ban biên tập technologyMAG đã xây dựng Trang tổng hợp chuyên đề BESS & Pin, bao gồm các nhóm bài viết về tổng quan công nghệ, cấu tạo hệ thống, pin lưu trữ, tiêu chuẩn kỹ thuật, ứng dụng thực tế và các xu hướng mới trong ngành.

Tìm hiểu thêm chuyên đề BESS & Pin tại: www.technologymag.net/technologymag-gioi-thieu-loat-tin-bai-chu-de-bess-pin/

Để xem các tin bài khác về “BESS”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Gaurav J – TheElectricalGuy