Riscos de segurança em sistemas de armazenamento de energia? Estas três tecnologias podem reduzir os riscos em 70%.
2025-04-14
Diante da crescente demanda do mercado e de cenários de aplicação complexos, acidentes de segurança em sistemas de armazenamento de energia ocorrem com frequência em todo o mundo, incluindo projetos envolvendo alguns fornecedores renomados de armazenamento de energia. Por exemplo, em 30 de julho de 2021, um incêndio ocorreu no "Victoria Big Battery" na Austrália, o maior projeto de armazenamento de energia em baterias do mundo, utilizando o Tesla Megapack. O incêndio durou quatro dias consecutivos até ser controlado.
Este artigo analisará como melhorar a segurança dos sistemas de armazenamento de energia e aumentar a confiança dos usuários na instalação de sistemas de armazenamento de energia, abordando aspectos como o resfriamento a líquido dos sistemas de armazenamento de energia, o aviso de superaquecimento por inteligência artificial (como o aviso antecipado de 30 minutos da Huawei) e o design à prova de explosões.
Parte 1: Principais causas dos riscos de segurança nos sistemas de armazenamento de energia
Os sistemas de armazenamento de energia são uma estrutura bastante complexa, envolvendo o trabalho coordenado de componentes e sistemas em diferentes áreas técnicas. Desde a própria tecnologia das baterias, até os sistemas de conversão e gestão de energia, passando por sistemas auxiliares, como monitoramento inteligente na nuvem, proteção contra incêndios e dissipaçã o de calor, cada parte tem seus próprios requisitos de design e características operacionais únicas. Esses componentes estão interrelacionados e afetam-se mutuamente. Problemas em qualquer elo da cadeia podem impactar o desempenho e a segurança de todo o sistema de armazenamento de energia.
1. Problemas com as baterias:
Este é um dos principais causadores de acidentes em estações de armazenamento de energia. As baterias podem sofrer fuga térmica em condições de sobrecarga, descarga excessiva, curto-circuito interno, alta temperatura, entre outras, liberando uma grande quantidade de calor e gás inflamável, causando incêndios ou até explosões.
2. Defeitos no gerenciamento de fuga térmica:
O sistema gera calor durante a operação. Se o sistema de fuga térmica do sistema de armazenamento de energia não conseguir monitorar e controlar com precisão o estado da bateria, como tensão, corrente, temperatura, etc., não será capaz de detectar e resolver problemas potenciais a tempo, e não conseguirá controlar rápida e efetivamente o fenômeno de fuga térmica da bateria, aumentando o risco de acidentes.
3.Projeto de segurança inadequado:
Inclui layout inadequado da estação de energia, como o layout em estilo de construção empilhada, que resulta em uma grande concentração de baterias em um espaço confinado, e a falta de separação efetiva contra incêndios, instalações de combate a incêndios e planos de emergência. Uma vez que um incêndio ocorra, será difícil controlar o fogo rapidamente. Os sistemas de armazenamento de energia apresentam certos riscos de incêndio e devem ser equipados com equipamentos adequados de extinção de incêndio, além de garantir que a área de instalação atenda aos requisitos de proteção contra incêndios.
4. Falha de componentes eletrônicos e circuitos:
Alguns componentes eletrônicos e circuitos são comumente usados em sistemas de armazenamento de energia, como chips de gerenciamento de baterias, dispositivos semicondutores de potência, indutores, sensores, barramento DC, linhas de CA e linhas de controle. O uso de componentes eletrônicos e circuitos de baixa qualidade pode prejudicar o monitoramento e controle precisos dos parâmetros chave da bateria, afetando a qualidade da alimentação do sistema, o que pode danificar os equipamentos elétricos conectados a ele, fornecer dados de monitoramento imprecisos, induzir estratégias de controle incorretas e fazer com que o sistema opere fora da faixa de trabalho normal. Isso afetará seriamente a confiabilidade do sistema de armazenamento de energia e trará riscos potenciais de segurança.
5. Instalação e manutenção inadequadas:
Equipe não especializada, operações irregulares, desconhecimento do equipamento ou falha na execução da manutenção de acordo com as regulamentações. Por exemplo, instalação irregular de baterias, fiação incorreta, manutenção não realizada a tempo, etc., podem representar riscos de segurança. Recomenda-se realizar uma depuração e testes completos do sistema após a instalação do sistema de armazenamento de energia para verificar se todas as funções estão operando normalmente.
6. Abuso e envelhecimento:
Ciclos frequentes de carga e descarga também aceleram o envelhecimento do sistema de armazenamento de energia. Métodos inadequados de carga e descarga, como descarga profunda e carregamento rápido, aumentam a pressão e a perda dentro da bateria. À medida que o tempo de uso aumenta, as substâncias químicas dentro da bateria sofrem mudanças irreversíveis, e a estrutura e o desempenho dos materiais dos eletrodos diminuem gradualmente, resultando em uma diminuição na capacidade da bateria e no aumento da resistência interna, o que aumenta a instabilidade e os riscos de segurança do sistema. Baterias envelhecidas precisam ser monitoradas de perto e substituídas ou mantidas de maneira oportuna para garantir a operação segura do sistema de armazenamento de energia.
7. Fatores ambientais:
Condições ambientais como temperatura extrema e umidade podem afetar o desempenho e a estabilidade das baterias, aumentando o risco de incêndio. Desastres naturais, como raios, inundações e terremotos, podem danificar os equipamentos das estações de armazenamento de energia e causar acidentes. Ao instalar sistemas de armazenamento de energia, deve-se escolher um local de instalação seco, bem ventilado, com temperatura adequada, sem gases inflamáveis, explosivos ou corrosivos.
Parte 2: Três tecnologias que reduzem 70% dos riscos de segurança em sistemas de armazenamento de energia
1. Avanços tecnológicos: saltos duplos em eficiência integrada e segurança
(1). Baterias de alta capacidade reconstroem a arquitetura do sistema
Em 2025, a capacidade das baterias de armazenamento de energia entrará na era do "600Ah+". Baterias ultra-grandes (como as baterias Hi-tech de 1175Ah) lançadas por empresas como CATL e Haichen Energy Storage vão impulsionar a capacidade dos sistemas de armazenamento de energia para mais de 8MWh. A capacidade de uma única cabine será aumentada para mais de 6MWh, a eficiência integrada aumentará em 40% em comparação com as soluções tradicionais, e o custo do sistema será reduzido para menos de 0,6 yuan/Wh.
As baterias de alta capacidade reduzem o número de baterias em 30%, reduzem a perda de conectores em 15% e diminuem a dificuldade de gerenciamento térmico em 20%.
(2). A tecnologia de resfriamento líquido se torna padrão, e o gerenciamento de fuga térmica é inteligente
A taxa de penetração do armazenamento de energia resfriado a líquido supera os 60%, e a diferença de temperatura das baterias é controlada dentro de ±2°C, o que reduz o risco de incêndio dos sistemas resfriados a ar em 70%. A plataforma de aviso precoce com IA, desenvolvida por empresas como Huawei, Sungrow e outras, pode prever a fuga térmica com 30 minutos de antecedência, com uma taxa de precisão de 92%, reduzindo os custos de operação e manutenção em 40%.
Casos típicos:
O Tesla Megapack 2.0 adota um design de resfriamento líquido completo, o que reduz o ciclo de instalação em 50% e se adapta às necessidades de expansão flexível de parques industriais.
A maior estação de armazenamento de energia de baterias de fluxo de vanádio do mundo (500MW/2000MWh) foi colocada em operação em Jiuquan, Gansu, com uma eficiência de sistema superior a 75%.
(3). A tecnologia de formação de rede remodela o modo de interação com a rede
O armazenamento de energia com formação de rede suporta operação com características de fonte de tensão, e espera-se que seu volume de envio atinja 7GW em 2025. Huawei, Sungrow e outras empresas lançaram conversores de formação de rede, que podem suportar ativamente a frequência e a tensão em caso de falha na rede, melhorando a estabilidade da conexão com a rede de energia renovável em 30%.
2. Inteligência: De "resposta passiva" para "tomada de decisão ativa"
(1). Gêmeo digital e programação com IA
A tecnologia de gêmeo digital realiza a modelagem virtual 1:1 do sistema de armazenamento de energia e otimiza as estratégias de carga e descarga em combinação com algoritmos de IA. O "Energy Brain" da Tencent aumentou a receita de arbitragem de pico-valle em 25% e a precisão da previsão atingiu 95% no piloto em Guangdong.
Cenário de aplicação:
O site integrado de fotovoltaico, armazenamento e carregamento usa IA para combinar geração de energia e demanda de energia em tempo real, e a eficiência do sistema é aumentada para 92,5%;
A planta de energia virtual (VPP) agrega recursos de armazenamento de energia distribuída e participa do comércio de energia no mercado spot, aumentando a receita anual de um único projeto em 20%.
3. Adaptação a múltiplos cenários: de "função única" para "multicoexistência"
(1). Avanço na tecnologia de armazenamento de energia de longo prazo
O custo do sistema de 4 horas das baterias de fluxo de vanádio caiu para 0,15 USD/Wh, o custo do armazenamento de energia por ar comprimido é de 0,35 yuan por quilowatt-hora, e o armazenamento de energia com hidrogênio alcançou a regulação sazonal de pico. Na compra centralizada da China National Nuclear Corporation, China Huadian e outras empresas em 2025, o sistema de 4 horas representa mais de 60%.
Casos típicos:
Projeto de "produção de hidrogênio a partir de vento e solar – armazenamento de hidrogênio em cavernas de sal" em Xinjiang, com fornecimento anual de 50.000 toneladas de hidrogênio verde, e um ciclo de armazenamento de energia estendido para vários meses;
Projeto de ligação entre o armazenamento nuclear e a regulação de pico de Taishan, Guangdong, usando o calor residual de unidades nucleares para armazenar calor, com aumento da capacidade de regulação de pico em 30%.
(2). Soluções personalizadas para cenários especiais
Centro de dados: A Huawei implanta backup de hidrogênio para o GDS, com confiabilidade de fornecimento de energia de 99,999%;
Ilha off-grid: O sistema "fotovoltaico + armazenamento térmico de sal fundido" da Ilha Dachen, em Zhejiang, com taxa de penetração de energia renovável superior a 90%, e custo de fornecimento de energia 40% mais baixo que o diesel.
Parte 3: Desafios e Avanços: O "Triplo Portão" da Tecnologia Integrada
1.Jogo de Custo e Desempenho
Investimento inicial alto: O sistema de 100MW ultrapassa 1 bilhão de yuan, e as pequenas e médias empresas preferem o modelo de leasing;
Diferenciação das rotas técnicas: A competição alternativa entre baterias de sódio e lítio atrasa a tomada de decisões, sendo necessária uma orientação política para adaptar-se aos cenários.
2. Problema de sinergia ecológica
Compatibilidade de equipamentos: A taxa de compatibilidade dos protocolos de comunicação entre marcas é inferior a 60%, o que aumenta o custo de integração em 20%;
Falta de padrões: Falta especificações de teste unificadas para composição de sal fundido e desempenho de materiais de mudança de fase.
3. Riscos geopolíticos
A Lei IRA dos EUA exige uma taxa de localização superior a 50%, e a CATL reduziu seu lucro em 30% por meio de licenciamento de tecnologia;
As tarifas de carbono da UE aumentam os custos de exportação em 8%-12%, e as empresas precisam implantar capacidade no Sudeste Asiático para evitá-las.
Perspectivas futuras: De "Integração de Sistema" para "Ecossistema de Energia"
Em 2025, a integração dos sistemas de armazenamento de energia apresentará três grandes tendências:
Integração Tecnológica: IA + Gêmeos Digitais para alcançar "auto-percepção, auto-tomada de decisão e auto-otimização";
Reconstrução de Cenário: Interação Veículo-para-Grade (V2G) e Economia de Baixa Altitude Geram Novos Modelos de Negócio;
Competição e Cooperação Global: Atualização de "Saída de Produto" para "Tecnologia + Padrão" com saída dupla.
Conclusão
Em 2025, a integração dos sistemas de armazenamento de energia não será mais uma simples sobreposição de equipamentos, mas um acoplamento profundo de "tecnologia + inteligência + cenário". Nessa transformação, apenas as empresas que aproveitarem a melhoria de eficiência, a sinergia ecológica e o planejamento global poderão se tornar líderes do mercado trilionário.
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