الزامات ایمنی حیاتی برای کابینت‌های صنعتی ذخیره‌سازی انرژی

مقاومت در برابر آتش و سیستم‌های خاموش‌کننده داخلی حریق

برای کابینت‌های ذخیره‌سازی انرژی صنعتی، استفاده از مواد مقاوم در برابر آتش همراه با طراحی ماژول‌ها در ح compartments جداگانه و سیستم‌های خاموش‌کننده خودکار، برای مهار رویدادهای حرارتی ناخواسته ضروری است. زمانی که دمای داخل این واحدها بیش از حد افزایش می‌یابد، عوامل خاموش‌کننده غیرهدایت‌کننده و تمیز مانند FM-200 یا Novec 1230 در دمای حدود ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد فعال می‌شوند و شعله‌ها را بدون آسیب‌رساندن به اجزای الکترونیکی ظریف خاموش می‌کنند. این سیستم‌های خاموش‌کننده فعال، همراه با موانع غیرفعال مقاوم در برابر آتش عمل می‌کنند که قادرند شعله‌ها را به مدت حدود دو ساعت متوقف کنند. در همین حال، سنسورهای حرارت و دود که در سراسر کابینت پراکنده شده‌اند، مشکلات را در مراحل اولیه و قبل از تشدید آن‌ها شناسایی می‌کنند. اما آنچه واقعاً تفاوت ایجاد می‌کند، تقسیم‌بندی سلولی است که ماژول‌های معیوب را از بقیه سیستم جدا نگه می‌دارد. این رویکرد خطر گسترش آتش را نسبت به مدل‌های قدیمی‌تر بدون تقسیم‌بندی حدود ۸۰ درصد کاهش می‌دهد — یافته‌ای که توسط استانداردهای اخیر NFPA منتشرشده در سال گذشته تأیید شده است. و تمام این اقدامات ایمنی در مجموع، تست‌های سخت‌گیرانه UL 9540A را در سناریوهای فرار حرارتی (Thermal Runaway) با موفقیت پشت سر می‌گذارند.

• پوسته‌های باتری مقاوم در برابر شعله
• فعال‌سازی خودکار سیستم خاموش‌کننده در دمای ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد
• پایش مستمر ترکیب گازها

پیشگیری از واکنش حرارتی ناکنترل از طریق تهویه و پایش

متوقف کردن فراریت حرارتی نیازمند مدیریت حرارتی مناسب است که هنگام افزایش دما به سرعت واکنش نشان دهد. سیستم‌های مدرن اغلب از ترکیب خنک‌کننده هوای اجباری با مبدل‌های حرارتی مایع استفاده می‌کنند که حدود ۴۰ درصد سریع‌تر از روش‌های غیرفعال، گرما را دفع می‌کنند. این امر تجهیزات را در محدوده دمای بهینه حدود ۱۵ تا ۳۵ درجه سانتی‌گراد نگه می‌دارد. سنسورهای پراکنده شده در این سیستم‌ها حتی تغییرات بسیار کوچک دما را که کسری از یک درجه است نیز تشخیص می‌دهند. هنگامی که چیزی غیرعادی تشخیص داده شود، سیستم بلافاصله با افزایش توان خنک‌کنندگی، کاهش بار کاری یا قطع سلول‌های جداگانه در صورت لزوم واکنش نشان می‌دهد. نحوه حرکت هوا درون سیستم نیز مهم است. طراحی مناسب جریان هوا اطمینان حاکم می‌شود که هواي سرد به طور یکنواخت به تمام قسمت‌ها برسد و هوای داغ خروجی از مناطقی که ممکن است مشکل ایجاد کند دور شود. اگر اختلاف دمای بیش از ۵ درجه بین ماژول‌های مجاور وجود داشته باشد، سیستم هشدارهایی صادر می‌کند تا تکنسین‌ها بتوانند قبل از تبدیل شدن مشکلات کوچک به مشکلات بزرگ، وضعیت را بررسی کنند.

ایمنی الکتریکی: یکپارچه‌سازی ایمن شارژ و پروتکل‌های جداسازی

وقتی صحبت از حفظ ایمنی از نظر الکتریکی می‌شود، عملاً سه لایه اصلی حفاظت وجود دارد که همواره به‌صورت هماهنگ با یکدیگر عمل می‌کنند. اولین لایه، جداسازی گالوانیک است که مدارهای DC باتری را از سیستم برق AC جدا نگه می‌دارد. این جداسازی از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا از وقوع نقص‌های خطرناک در اتصال به زمین و قوس‌های الکتریکی جلوگیری می‌کند. بر اساس برخی تحقیقات صنعتی انجام‌شده توسط DNV GL در سال ۲۰۲۳، حدود یک‌چهارم از حوادث مربوط به سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در واقع ناشی از نقص‌های الکتریکی است. سپس قابلیت‌های هوشمند نیز وجود دارند. سیستم‌های شارژ مدرن از الگوریتم‌های پیشرفته‌ای استفاده می‌کنند که به‌طور مداوم وضعیت داخلی باتری‌ها را زیر نظر دارند. این الگوریتم‌ها جریان عبوری از باتری را بر اساس شرایط واقعی باتری در هر لحظه تنظیم می‌کنند تا از وقوع شرایط نامطلوب اضافه‌بار ولتاژ که می‌تواند به تجهیزات آسیب برساند، جلوگیری شود. علاوه بر این اقدامات، چندین ویژگی ایمنی حیاتی دیگر نیز بخشی از استراتژی کلی حفاظت محسوب می‌شوند از جمله...

• قطع نقص در عرض ۲۵ میلی‌ثانیه
• آزمون مقاومت عایقی در دو برابر ولتاژ نامی کاری
• پوشش‌های ترمینال با رتبه‌بندی IP54
  این اقدامات به‌طور مشترک، تعامل ایمن با شبکه و انطباق کامل با الزامات ایمنی الکتریکی باتری‌های ثابت استاندارد IEC 62619 را تضمین می‌کنند.

اجزای اصلی کابینت ذخیره‌سازی انرژی و ادغام آن‌ها

سیستم مدیریت باتری (BMS) برای نظارت و کنترل در زمان واقعی

سیستم مدیریت باتری، یا به‌اختصار BMS، نقشی شبیه مغز درون واحدهای صنعتی ذخیره‌سازی انرژی بزرگ ایفا می‌کند. این سیستم‌ها در سطح سلولی بر روی تمامی پارامترهای مختلفی از جمله سطح ولتاژ، دما و درصد شارژ هر سلول نظارت می‌کنند. این کار با استفاده از حسگرهای بسیار حساس و نرم‌افزار هوشمندی انجام می‌شود که با تغییر شرایط، خود را تطبیق می‌دهد. در زمینه حفظ سلامت باتری‌ها، BMS محدودیت‌های سخت‌گیرانه‌ای علیه پدیده‌هایی مانند شارژ بیش‌ازحد (فراتر از حدود ۴٫۲ ولت در هر سلول) یا تخلیه بیش‌ازحد (پایین‌تر از حدود ۲٫۵ ولت در هر سلول) اعمال می‌کند. این مدیریت دقیق، عمر بیشترین باتری‌ها را تا ۳۰ تا ۴۰ درصد نسبت به حالت عادی افزایش می‌دهد. در طول چرخه‌های شارژ، موازنه فعال (active balancing) اطمینان حاصل می‌کند که هیچ سلولی بیش از سایر سلول‌ها تحت فشار قرار نگیرد؛ این امر عملکرد کلی را ثابت نگه می‌دارد و سایش و فرسایش را کاهش می‌دهد. حسگرهای حرارتی حتی تغییرات جزئی دما را نیز — تا یک درجه سانتی‌گراد — تشخیص می‌دهند و اقدامات ایمنی را بسیار پیش از وقوع هرگونه وضعیت خطرناک فعال می‌سازند. و البته نباید از قابلیت‌های تحلیل پیش‌بینانه (predictive analysis) غفلت کرد که نشانه‌های اولیه مشکلات سلامت باتری را شناسایی می‌کنند و امکان برنامه‌ریزی تعمیر و نگهداری توسط تکنسین‌ها را فراهم می‌سازند، نه اینکه با خرابی‌های غیرمنتظره مواجه شوند؛ در بسیاری از موارد، این رویکرد می‌تواند زمان توقف غیربرنامه‌ریزی‌شده را تقریباً نصف کند.

هماهنگی سیستم تبدیل توان (PCS) و سیستم مدیریت انرژی (EMS)

هنگامی که سیستم‌های PCS و EMS با هم کار می‌کنند، چیز بسیار قابل توجهی ایجاد می‌شود. PCS شبکه را در حدود نیم هرتز پایداری به‌صورت منظم نگه می‌دارد و مسائل پیچیده مربوط به توان راکتیو را مدیریت می‌کند. در همین حال، EMS به‌طور مداوم با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، داده‌ها را پردازش می‌کند تا الگوهای مصرف انرژی در گذشته را بررسی کند، شرایط آب‌وهوایی فردا را پیش‌بینی کند و شرایط زنده شبکه را در لحظه نظارت کند. وقتی این دو فناوری با هم ارتباط برقرار می‌کنند چه اتفاقی می‌افتد؟ ما به معامله خودکار انرژی دست می‌یابیم که در آن بارها به‌صورت خودکار به دوره‌های ارزان‌تر و غیراوج بار منتقل می‌شوند بدون اینکه نیازی به فشار دادن دکمه‌ای باشد. علاوه بر این، در صورت قطعی برق، تأمین برق پشتیبان تقریباً بلافاصله و با زمان انتقال کمتر از ۲۰ میلی‌ثانیه فعال می‌شود. اکثر تأسیساتی که این نوع هماهنگی را پیاده‌سازی می‌کنند، بازگشت سرمایه خود را بسته به نرخ برق محلی و اندازه سیستم، در جایی بین سه تا پنج سال شروع می‌کنند.

گواهینامه‌ها، انطباق و دوام محیطی کابینت‌های ذخیره‌سازی انرژی

گواهینامه‌های اجباری: IEC 62619، UN38.3، CE و UL 9540A

رعد و برق جهانی در مورد کابینت‌های ذخیره‌سازی انرژی صنعتی امری اختیاری نیست. استاندارد IEC 62619 قوانین ایمنی پایه‌ای را برای باتری‌های لیتیومیون ثابت تعیین می‌کند، از جمله آزمون‌هایی برای مهار شرایط فرار حرارتی (Thermal Runaway). سپس گواهینامه‌ی UN38.3 وجود دارد که اساساً بررسی می‌کند آیا سلول‌های باتری می‌توانند چالش‌های حمل‌ونقل — مانند شبیه‌سازی ارتفاع بالا و ارتعاشات ناشی از حرکت — را تحمل کنند یا خیر. این گواهینامه با مقررات اکثر مناطق بین‌المللی حمل‌ونقل سازگار است، هرچند نه تمامی آن‌ها. علامت CE نشان‌دهنده‌ی انطباق با مقررات اتحادیه اروپا در زمینه‌ی تداخل الکترومغناطیسی و ایمنی ولتاژ پایین است. و استاندارد UL 9540A شواهد عملی و واقعی از کارایی سیستم‌ها در مهار آتش‌سوزی در طول آن رویدادهای حرارتی خطرناک ارائه می‌دهد. ترکیب همه این گواهینامه‌ها به‌طور قابل‌توجهی از وقوع خرابی‌های اصلی سیستم کاسته می‌شود. برخی از مطالعات اخیر در سال ۲۰۲۴ نشان می‌دهند که در مراکزی که این دستورالعمل‌های گواهینامه‌ای را به‌درستی رعایت می‌کنند، حدود دو سوم کمتر مشکل رخ می‌دهد.

استحکام محیطی: مقاومت در برابر خوردگی، رتبه‌بندی زلزله‌ای و محفظه‌های دارای رتبه IP

دنیای صنعت به تجهیزاتی نیاز دارد که بتوانند ضربه‌ها را تحمل کرده و همچنان روزانه و به‌طور قابل اعتمادی عمل کنند. کابینت‌های مدرن یا بدنه‌های فولاد ضدزنگ دارند یا با پوشش پودری روکش‌دهی شده‌اند که برای مقاومت در برابر خوردگی معادل استانداردهای NEMA 4X طراحی شده‌اند؛ این ویژگی آن‌ها را در برابر مواد شیمیایی سخت‌گیرانه‌ای که معمولاً در سطح کارخانه‌ها یافت می‌شوند، بسیار مقاوم می‌سازد. در زمینه الزامات لرزه‌ای، این واحدها استانداردهای IBC را برای استحکام سازه‌ای در مناطقی که شتاب زمین به ۰٫۳g یا بیشتر می‌رسد، برآورده می‌کنند — ویژگی‌ای کاملاً ضروری برای تأسیساتی که در نزدیکی گسل‌ها قرار دارند. درجه حفاظت IP65 به این معناست که گرد و غبار و جت‌های آب نمی‌توانند به داخل پوشش نفوذ کنند؛ بنابراین فرآیندها حتی در شرایطی که سطح رطوبت به بالای ۹۰٪ رطوبت نسبی (RH) برسد یا در طول طوفان‌های بارانی طولانی‌مدت نیز به‌صورت نامختل ادامه می‌یابند. تمام این ویژگی‌های ذاتی مقاومت، عمر مفید قابل توجهی را نسبت به مدل‌های استاندارد فراهم می‌کند که معمولاً حدود ۴۰ تا ۶۰ درصد طولانی‌تر است. این بدان معناست که تعمیرات کمتر، زمان ایست‌کردن کمتر و صرفه‌جویی کلی بیشتر در طول دوره عمر کلی تجهیزات.

سوالات متداول

چه اقدامات ایمنی آتش‌نشانی در کابینت‌های ذخیره‌سازی انرژی صنعتی گنجانده شده است؟

کابینت‌های ذخیره‌سازی انرژی صنعتی از مواد مقاوم در برابر آتش، سیستم‌های خاموش‌کننده خودکار با عوامل تمیز غیرهدایتی مانند FM-200 یا Novec 1230 و موانع غیرفعال آتش برای مهار رویدادهای حرارتی استفاده می‌کنند. این اقدامات مطابق با استانداردهایی مانند UL 9540A هستند.

سیستم مدیریت باتری (BMS) چگونه عمر باتری را افزایش می‌دهد؟

BMS با نظارت بر ولتاژ سلول‌ها، جلوگیری از شارژ بیش از حد و تخلیه عمیق و حفظ مدیریت حرارتی، عمر باتری را افزایش می‌دهد. این سیستم باعث می‌شود باتری‌ها نسبت به سیستم‌های بدون مدیریت ۳۰ تا ۴۰ درصد طولانی‌تر دوام بیاورند.

چه گواهی‌هایی برای کابینت‌های ذخیره‌سازی انرژی صنعتی لازم است؟

گواهی‌ها شامل IEC 62619، UN38.3 برای ایمنی حمل‌ونقل، CE برای انطباق با اتحادیه اروپا و UL 9540A برای مهار آتش می‌شوند. این گواهی‌ها ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی را تضمین می‌کنند.