Análisis del accidente de la explosión de una batería de litio en Pekín en la que murieron dos bomberos

El 16 de abril se produjo una explosión cuando los bomberos de Pekín acudían a un incendio en una batería de fosfato de hierro y litio de 25 MWh conectada a una instalación de paneles solares en el tejado. Dos bomberos murieron y uno resultó herido. CTIF ya puede publicar una traducción del informe chino del incidente.

El parque de bomberos de Pekín ha estado investigando la causa del incendio de una batería de LFP que causó la muerte de los dos bomberos que trabajaban en la extinción de un incendio en el tejado de un centro comercial de la capital china el viernes 16 de abril.

El parque de bomberos de la ciudad dijo que recibió informes de un incendio en la tienda Jimei Home Dahongmen a las 12:17 p.m. y supuestamente envió a 235 bomberos con 47 camiones de bomberos de 15 parques de bomberos.

Se produjo una explosión en la sección norte que mató a dos bomberos e hirió a un tercero. También un miembro del personal del Beijing Gotion Full-Service se encuentra desaparecido desde el incidente.

El informe no está seguro de la razón exacta de la repentina explosión, pero se inclina por la posibilidad de que el desgaste ambiental haya destruido el aislamiento de la batería por la acumulación de polvo y arena:

"La repentina explosión de la central en la zona norte podría explicarse por el mecanismo de inducción de accidentes de seguridad de las baterías de litio, que es el fallo térmico de las baterías en las condiciones extremas en que se vieron afectadas significativamente por fuentes internas y externas. La seguridad del sistema de almacenamiento de energía basado en baterías es complicada porque implica baterías, sistemas de gestión de baterías, cables, topología eléctrica del sistema, sistemas de alerta temprana, monitorización y extinción de incendios, etc. Debido a la limitación de la información sobre accidentes, es difícil determinar si el accidente de incendio se inició por la mala calidad de las baterías o por la entrada de sobrecarga a las baterías que supera la limitación de las mismas. A continuación se proponen varias causas posibles".

A continuación, el informe enumera varias causas probables de este fallo fatal, así como recomendaciones sobre cómo construir y responder de forma más segura cuando se trata de este tipo de baterías.

Aquí está el informe descargable del incidente, traducido en la red del proyecto HyResponder, del que el CTIF es miembro activo.

Descargue a continuación el informe en PDF con ilustraciones:

Análisis de accidentes del proyecto de estación integrada de carga y almacenamiento de energía solar de 25 MWh de CC de Beijing Jimei Dahongmen

Instituto de almacenamiento de energía y tecnología eléctrica novedosa, China Electric Power Technology Co.

Abril de 2021

1. Información general del proyecto

El proyecto de estación integrada fotovoltaica-almacenamiento-carga de 25 MWh CC de Jimei Dahongmen se comunicó a la Comisión de Desarrollo y Reforma (DRC) del distrito de Fengtai de la ciudad de Pekín en abril de 2018. Este proyecto fue desarrollado y operado por Beijing Fuweisi Oil & Gas Co, Ltd. La 1ª fase del proyecto incluye un sistema de energía solar fotovoltaica basado en el tejado de 1,4 MWh, 94 aparcamientos equipados con pilas de carga rápida de CC individuales de alta potencia de 150 KW. Entre los 25 MWh de capacidad, 12,5 MWh se utilizan para cargar coches EV externos (incluidos 4,0 MWh para vehículos privados en la zona sur + 8,5 MWh para autobuses públicos en la zona norte) y 12,5 MWh para el suministro de electricidad en interiores.

Este proyecto se comercializó en marzo de 2019, lo que supuso la mayor estación comercial de almacenamiento de energía para clientes en el centro de la ciudad de Pekín, la estación de carga pública a mayor escala, la primera estación de carga-almacenamiento de energía solar fotovoltaica a nivel de MWh, la primera red de distribución incremental de CC de nueva energía del lado del usuario, el mayor proyecto de demostración de carga-almacenamiento de energía solar fotovoltaica. El diseño del proyecto se muestra en la Fig. 1.

Fig. 1 Esquema del proyecto de almacenamiento-carga de energía solar de 25 MWh

Las baterías han sido suministradas por Guoxuan High-Tech Co., Ltd (3,2 V 10,5 Ah de litio hierro fosfato de concha cuadrada). Las celdas individuales se conectaron primero en paralelo y luego en serie mediante el modo 225S18P (225 celdas individuales conectadas en serie para formar una cadena y luego 18 cadenas conectadas en paralelo) para construir un módulo de batería con 720 V de tensión y 189 Ah de corriente. Por último, el grupo de baterías se formó conectando varios módulos de baterías en paralelo. Los detalles se pueden ver en la Fig. 2.

Fig. 2 Grupo de baterías

Se instalaron paneles fotovoltaicos de silicio monocristalino en el espacio ocioso de la azotea de la plaza Jimei Furnishing para construir el sistema de generación de electricidad fotovoltaica, como se muestra en la Fig. 3. Se instalaron pilas de carga para vehículos eléctricos, véase la Fig. 4. El sistema de carga-almacenamiento solar se realizó integrando los subsistemas de generación de electricidad fotovoltaica, pilas de carga de IA y almacenamiento de energía. Para el sistema de almacenamiento de energía, se

cerca de los grupos de baterías para el tratamiento de emergencia de accidentes tempranos.

Fig. 3 Sistema de generación de electricidad fotovoltaica

Fig. 4 Pilas de carga de vehículos eléctricos

En el proyecto integrado de almacenamiento y carga de energía solar, el subsistema de la estación de almacenamiento de energía basado en baterías difiere en gran medida del sistema centralizado de almacenamiento de energía tradicional en lo que respecta a las estructuras eléctricas. En las estaciones de carga de VE tradicionales, la corriente de salida es CA, que debe convertirse en CC para luego cargar los vehículos eléctricos. Por tanto, se necesitan convertidores CA-CC. El proyecto tiene en cuenta la característica de la cascada de baterías, que genera directamente CC como salida. Por lo tanto, se eliminan los convertidores CA-CC. Las baterías se conectaron en serie para alcanzar una tensión de 750 V, después de varias etapas en paralelo, para suministrar una potencia de 150 kW, una corriente de 250 A y una tensión de 750 V para cada pila de carga. Los KPI de salida corresponden a los valores más altos de las normas nacionales de pilas de carga. Debido a la ausencia de convertidores CA-CC, se reduce el tamaño del subsistema de almacenamiento de energía. Sin embargo, el requisito de homogeneización de corriente de las pilas de carga y la capacidad de encendido y apagado del interruptor de CC se hicieron mayores.

2. Informe del accidente

A las 12:17 horas del 16 de abril de 2021, el Centro de Mando de Bomberos de Pekín recibió un informe del accidente de incendio ocurrido en la central eléctrica de Beijng Jimei Dahongmen (situada en la zona sur). 47 camiones de bomberos y 235 bomberos de 15 cuerpos de bomberos locales fueron enviados al lugar del incendio.

Alrededor de las 14:15 pm, cuando los bomberos se ocupaban del incendio de la central eléctrica de la zona sur, se produjo una explosión repentina en la central eléctrica de la zona norte sin previo aviso, que causó la muerte de 2 bomberos, heridas a 1 bombero y la desaparición de 1 empleado de la central eléctrica.

Las figuras 5-7 no están traducidas. Por favor, lea el informe original.

https://wemp.app/posts/547dac6a-171c-4389-b735-8951c0e8bcd8

Fig. 8 Fotografía aérea del lugar del accidente

A través de la investigación preliminar se supo que antes del accidente se habían realizado trabajos de depuración in situ. A las 23:40 horas del 16 de abril de 2021, se extinguió el fuego desnudo. Sin embargo, el enfriamiento seguía en curso. Se estaban investigando los motivos y las pérdidas materiales.

Fig. 9 La central eléctrica tras la extinción del incendio

3. Análisis de las razones técnicas 3.1 La calidad de las baterías

La repentina explosión de la central eléctrica en la zona norte podría explicarse por el mecanismo de inducción de accidentes de seguridad de las baterías de litio, que es el fallo térmico de las baterías en condiciones extremas cuando se ven afectadas significativamente por fuentes internas y externas. La seguridad del sistema de almacenamiento de energía basado en baterías es complicada porque implica baterías, sistemas de gestión de baterías, cables, topología eléctrica del sistema, sistemas de alerta temprana, monitorización y extinción de incendios, etc. Debido a la limitación de la información sobre accidentes, es difícil determinar si el accidente de incendio se inició por la mala calidad de las baterías o por la entrada de sobrecarga a las baterías que excede la limitación de las mismas. Se proponen varias razones posibles.

De acuerdo con la situación in situ, se produjo combustión y explosión en las baterías de litio del sistema de almacenamiento de energía, junto con una gran humareda. La razón de la combustión y explosión de las baterías de litio se debe al fallo del control térmico en el interior de las baterías, que se desencadena por dos motivos principales: 1. el problema interno de las baterías de litio, por ejemplo, el cortocircuito interno debido a

3.2 Topología eléctrica del almacenamiento de energía

a la deficiencia de los materiales de los electrodos, y/o la formación de dendritas de litio durante el funcionamiento a largo plazo. 2. Las razones externas, por ejemplo, la reacción exotérmica irreversible causada por choque eléctrico y térmico. Durante la integración de las baterías para formar los grupos de baterías, si la selección del modelo de baterías no cumple los requisitos de seguridad, el calor fuera de control es propenso a ocurrir debido a la baja tolerancia a la turbulencia de la temperatura durante el proceso de carga-descarga. En la actualidad, la base de la prueba de seguridad de las baterías de litio para fines de almacenamiento de energía es la GB/T36276, la norma nacional comenzó oficialmente en enero de 2019. La diferencia de esta norma nacional, en comparación con la norma anterior de baterías de litio como fuente de energía del vehículo, es el nuevo requisito técnico de gestión del calor y el rendimiento de seguridad asociado. Se desconoce si las baterías seleccionadas en los grupos de baterías accidentales cumplen la norma GB/T36276. Si no cumplieran el requisito de GB/T36276, se prevé un riesgo para la seguridad.

La topología eléctrica del proyecto es una estructura de red de distribución de CC. El grupo de baterías se conectó a las pilas de carga de alta potencia y al sistema fotovoltaico a través de los convertidores CC/CC basados en un bus de CC compartido. Los riesgos de seguridad de este tipo de topología eléctrica son:

(1) Cuando el rendimiento de varios grupos de baterías no es uniforme, puede formarse una circulación de corriente durante el funcionamiento. Cuando la corriente circulante es grande, se produce una sobrecarga en un solo grupo de baterías, lo que acelera el envejecimiento y la degradación de los grupos de baterías.

(2) Cuando se produce un cortocircuito en el bus de CC, la corriente de cortocircuito se desplaza a los grupos de baterías a través del bus de CC. Esta alta corriente de cortocircuito instantánea puede provocar un aumento significativo de la temperatura dentro de las baterías, provocando un incendio como consecuencia.

(3) Debido a los mayores requisitos de aislamiento del bus de CC, la deficiencia de los materiales aislantes puede provocar una chispa de arco. Dado que la corriente continua no tiene punto de cruce por cero, la chispa de arco es difícil de extinguir.

Por lo tanto, es más fácil que la chispa de arco de alta temperatura incendie las baterías y los cables.

(4) Los interruptores de CC son más complicados y la chispa de arco dentro de los interruptores de CC es más difícil de extinguir que la de los interruptores de CA. El tiempo de desconexión de los interruptores de CC es más largo y los interruptores de CC son más caros. En algunos proyectos, los interruptores de CC caros se sustituyeron en ocasiones por interruptores de CA baratos. Cuando se utilizaban interruptores de CA en sistemas de CC, estos interruptores de CA podían no desconectarse en caso de accidente por sobrecarga, lo que suponía un riesgo para la seguridad.

(5) La falta de medidas de aislamiento eléctrico adecuadas para los equipos electrónicos de potencia en la distribución de CC. Si los trabajos de puesta a tierra en el sistema de distribución de corriente continua no se realizan correctamente, los problemas de circulación electromagnética pueden provocar fácilmente corrientes de fuga cuando el sistema está en funcionamiento. El calor acumulado debido a la corriente de fuga en los armarios de baterías, cables, etc. puede causar altas temperaturas locales, lo que puede provocar un incendio de las baterías como riesgo para la seguridad.

(6) Visto desde el lugar de los hechos, el incendio se produjo primero en la zona sur. La repentina explosión en la zona norte se produjo sin previo aviso mientras los bomberos se ocupaban del accidente en la zona sur. En esta situación, la razón puede ser el autobús de CC compartido en las zonas norte y sur. Cuando se produce un accidente en la zona sur, el bus de CC de la zona sur sufre un cortocircuito. Sin embargo, como el sistema de protección de CC no detectó la corriente de cortocircuito, el sistema de protección de CC no tomó ninguna medida. Así, las baterías de la zona norte se sobredescargaron instantáneamente y la corriente aumentó, provocando el accidente. 3.3 Sistema de gestión de baterías

Además de las celdas de las baterías, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías también incluyen BMS, PCS, transformadores y equipos de protección de relés relacionados, equipos de comunicación y una serie de equipos primarios y secundarios. Estos equipos pueden causar directa o indirectamente problemas de seguridad en el sistema de almacenamiento de energía.

3.4 Disposición de cables y alambres

3.5 Diseño de la protección contra incendios de la central eléctrica

sistema de almacenamiento debido a defectos de calidad, procesos irregulares de instalación y puesta en servicio, ajustes poco razonables y aislamiento inadecuado. El 7 de marzo de 2017, se produjo un accidente por incendio en el sistema de almacenamiento de energía de baterías de litio de una central eléctrica de la provincia china de Shanxi. Según el informe de la investigación, se determina que la causa del accidente de incendio del sistema de almacenamiento de energía es la tensión y corriente excesivas causadas por el efecto de sobretensión durante el proceso de recuperación y puesta en marcha del sistema, y no está protegido eficazmente por el sistema BMS. El sistema de gestión de baterías puede tener un ciclo de recopilación de datos largo y un ajuste de umbral poco razonable. El proceso de carga y descarga agrava el riesgo de descontrol de la batería.

A juzgar por la información pública, los cables de este proyecto se tendieron por puentes de tuberías, que estaban cerca de la distancia de seguridad del armario de baterías. Si se produce un cortocircuito en el circuito mencionado, el cable arderá o explotará, lo que provocará fácilmente una reacción en cadena, causando el incendio o la explosión de la batería.

El mazo de cables del módulo de la batería también es la fuente del accidente. Si todos los mazos de cables no están ignifugados, o el mazo de cables de recogida y el mazo de cables de comunicación no están claramente diferenciados, es fácil que se produzcan interferencias entre los mazos de cables y que la información del sistema de gestión de la batería sea inexacta. Cuando se produce un accidente, si no se maneja a tiempo, el mazo de cables no es ignífugo, y es fácil que se convierta en una fuente inflamable.

Después de que la batería de iones de litio falle térmicamente, por un lado, tendrá un fuerte choque térmico en las baterías circundantes. Por otro lado, el descontrol térmico de la batería generará una gran cantidad de gas combustible alcano. Bajo los efectos del choque eléctrico externo causado por el cortocircuito de la carga externa, el choque térmico después del fallo térmico de la batería, etc., si

3.6 Sistema de control, alarma y extinción de incendios de la central eléctrica y agua contra incendios

El sistema de almacenamiento de energía carece de medidas de protección eficaces, puede provocar la expansión de los accidentes de la batería. Si el dispositivo de almacenamiento de energía se dispone en el interior, cuando el gas inflamable alcance cierta concentración, explotará en caso de incendio desnudo, y la situación más grave es el accidente de explosión en cadena.

Según la descripción de los medios, el proyecto cuenta con dos subestaciones, una principal y otra anexa. El extremo conectado a la red pasaba por el cable después del bus de CC en el lado de baja tensión. Cuando se produjo el cortocircuito, los bomberos ya estaban en el lugar. Como no hay aislamiento del sistema de almacenamiento de energía en baterías, la explosión se produjo justo cuando llegaron los bomberos (a las 13:30 es la hora de descarga). De ello se deduce que el diseño de protección contra incendios de la central es insuficiente. El diseño de protección contra incendios in situ no tiene diseño de cortafuegos, carece de instalaciones de aislamiento y absorción de energía, y no desempeña un papel protector eficaz en caso de explosión de las baterías de almacenamiento de energía.

De acuerdo con la situación del emplazamiento, se produjo una explosión en la zona norte. Según este fenómeno, puede deberse a la alta temperatura generada por el incendio en la zona sur. La válvula de alivio de presión de la batería del sistema de almacenamiento de energía de la zona norte se abrió para liberar el gas inflamable generado por la descomposición del electrolito, lo que provocó una deflagración. Es posible que falten dispositivos de detección de gases inflamables o que fallen los dispositivos de detección, que no se detecten eficazmente los gases inflamables y que no se avise a tiempo, lo que provocó una explosión. La gran propagación del incendio de la central eléctrica de almacenamiento de energía indica que el sistema de extinción de incendios in situ no pudo controlar el incendio en un primer momento, y el dispositivo portátil de extinción de incendios instalado en el lugar no puede funcionar, lo que no satisface las necesidades de extinción de incendios de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía de baterías de iones de litio.

3.7 Factores meteorológicos ambientales

3.8 Sistema de gestión y operación del personal in situ

A juzgar por las imágenes del accidente, cuando los bomberos utilizaron agua para extinguir el incendio del sistema de almacenamiento de energía en la zona sur, se produjo de repente una explosión en la zona norte. Debido a la corta distancia entre las zonas sur y norte, el agua de extinción pudo tocar el sistema de almacenamiento de energía de la zona norte al rociar la zona sur. Dado que el sistema de almacenamiento de energía es un cuerpo cargado de alta tensión, la pulverización de agua puede provocar un cortocircuito entre el cuerpo cargado y los cables e inducir un incendio o un accidente eléctrico prolongado. Por lo tanto, en la fase inicial del incendio del sistema de almacenamiento de energía, cuando un gran número de baterías de almacenamiento de energía no se han visto afectadas, el uso de agua como medio de extinción de incendios todavía requiere una cuidadosa consideración.

El informe de investigación y análisis de los accidentes de incendio de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía en Corea del Sur muestra que los factores medioambientales son las posibles causas de los incendios en los sistemas de almacenamiento de energía. El 15 de abril, Pekín emitió un aviso amarillo por vendaval, bule por polvo de arena y naranja por incendios forestales. El entorno meteorológico de fuerte viento y polvo de arena puede provocar la acumulación de polvo en el sistema de almacenamiento de energía. Por un lado, no favorece la disipación del calor del sistema de almacenamiento de energía y aumenta la temperatura de funcionamiento del sistema. Por otro lado, la presencia de arena y polvo afectará negativamente al aislamiento del sistema. Los fallos de aislamiento pueden provocar fácilmente averías eléctricas en los equipos eléctricos y altas temperaturas locales, lo que inducirá fallos térmicos en las baterías de almacenamiento de energía.

Según los medios de comunicación, cuando se produjo el accidente de la central de almacenamiento de energía, había trabajadores en el lugar para depurar el sistema de almacenamiento de energía. El sistema de almacenamiento de energía es un sistema de alta tensión y alta energía viva. Hay muchos cables e hilos en el lugar de construcción y en el lugar de puesta en servicio. Si el funcionamiento es incorrecto o el emplazamiento no se maneja adecuadamente, es probable que se produzcan problemas de seguridad. Desde el cuerpo de la batería, la integración, la ingeniería

diseño, construcción, operación y mantenimiento, etc., existen actualmente normas pertinentes. Si no se aplican de acuerdo con las normas, se producirán problemas como operaciones irregulares sobre el terreno, falta de supervisión y comprensión insuficiente de los operadores, lo que puede tener graves consecuencias para la seguridad.

4. Sugerencias para el trabajo futuro

(1) Reforzar la gestión del funcionamiento seguro y mejorar el sistema de supervisión técnica de las centrales de almacenamiento de energía en funcionamiento. Aclarar las responsabilidades de gestión y las entidades responsables. En vista de los peligros ocultos de los distintos tipos de accidentes de almacenamiento de energía, designar planes de emergencia en caso de avería y medidas de protección contra incendios para garantizar la seguridad del personal y los bienes.

(2) Reforzar la aplicación de las normas de la tecnología de almacenamiento de energía, construir un sistema de gestión de calidad para la construcción, operación y mantenimiento del almacenamiento de energía, aplicar los requisitos de las normas pertinentes en todos los aspectos de la supervisión de la tecnología de almacenamiento de energía, y garantizar la seguridad y fiabilidad de los equipos de almacenamiento de energía conectados a la red.

(3) Acelerar la construcción de plataformas de simulación de fallos e incendios de sistemas de almacenamiento de energía de gran capacidad, llevar a cabo investigaciones sobre el mecanismo de evolución de incendios y el control preventivo de los sistemas de almacenamiento de energía, construir un sistema de evaluación del nivel de riesgo de incendio y protección de los sistemas de almacenamiento de energía, verificar y mejorar la adaptación del sistema de seguridad de almacenamiento de energía a diferentes entornos.

(4) Reforzar la investigación de la tecnología de seguridad en el almacenamiento de energía, estudiar la tecnología de seguridad de los sistemas de almacenamiento de energía en su aplicación de ciclo de vida, estudiar la tecnología de percepción y diagnóstico en línea del estado de seguridad de los sistemas de almacenamiento de energía, estudiar la alerta temprana de seguridad de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía, el retardante de llama, el aislamiento térmico, la tecnología de extinción de incendios, etc. Adoptar medidas prácticas y eficaces para acelerar la popularización y aplicación de los nuevos logros tecnológicos.