ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่สำคัญสำหรับตู้เก็บพลังงานอุตสาหกรรม

ความสามารถในการทนไฟและระบบดับเพลิงภายใน

สำหรับตู้เก็บพลังงานอุตสาหกรรม การใช้วัสดุที่ทนไฟร่วมกับการออกแบบโมดูลแบบแยกส่วน (compartmentalized) และระบบดับเพลิงอัตโนมัติถือเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งในการควบคุมเหตุการณ์ความร้อนล้น (thermal events) ที่น่ารำคาญเหล่านั้น เมื่ออุณหภูมิภายในตู้เริ่มสูงเกินไป สารดับเพลิงที่ไม่นำไฟฟ้าและปลอดภัยต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ละเอียดอ่อน เช่น FM-200 หรือ Novec 1230 จะถูกปล่อยออกมาโดยอัตโนมัติที่ระดับอุณหภูมิประมาณ 150 องศาเซลเซียส เพื่อดับเปลวเพลิงโดยไม่ทำลายชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่บอบบาง ทั้งนี้ ระบบดับเพลิงเชิงรุก (active suppression systems) ทำงานร่วมกับอุปสรรคเชิงพาสซีฟในการกันเพลิง (passive fire barriers) ซึ่งสามารถกันเปลวเพลิงได้นานต่อเนื่องประมาณสองชั่วโมง ในขณะเดียวกัน เซ็นเซอร์ตรวจจับความร้อนและควันที่ติดตั้งกระจายอยู่ทั่วทั้งตู้จะช่วยตรวจจับปัญหาตั้งแต่ระยะแรกก่อนที่จะลุกลามอย่างรวดเร็ว แต่สิ่งที่สร้างความแตกต่างอย่างแท้จริงคือ การแบ่งส่วนระดับเซลล์ (cell level segmentation) ซึ่งทำหน้าที่แยกโมดูลที่ผิดปกติออกจากส่วนอื่นๆ ของระบบอย่างมีประสิทธิภาพ แนวทางนี้ช่วยลดความเสี่ยงในการลุกลามของไฟได้ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับรุ่นเก่าที่ไม่มีการแบ่งส่วน — ข้อสรุปนี้ได้รับการยืนยันจากมาตรฐาน NFPA ฉบับล่าสุดที่ประกาศใช้เมื่อปีที่ผ่านมา นอกจากนี้ มาตรการด้านความปลอดภัยทั้งหมดนี้ยังผ่านการทดสอบที่เข้มงวดตามมาตรฐาน UL 9540A ว่าด้วยสถานการณ์การล้มเหลวเชิงความร้อน (thermal runaway) ได้อย่างสมบูรณ์

• เปลือกหุ้มแบตเตอรี่ที่ทนไฟ
• การกระตุ้นระบบดับเพลิงอัตโนมัติที่อุณหภูมิ 150°C
• การตรวจสอบองค์ประกอบของก๊าซอย่างต่อเนื่อง

การป้องกันการแพร่กระจายความร้อนอย่างรวดเร็ว (Thermal Runaway) ผ่านระบบระบายอากาศและการตรวจสอบ

การหยุดยั้งปรากฏการณ์การลุกลามของความร้อน (thermal runaway) จำเป็นต้องอาศัยระบบจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเริ่มสูงขึ้น ระบบสมัยใหม่มักใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับร่วมกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบของเหลว ซึ่งสามารถกำจัดความร้อนได้เร็วกว่าการพึ่งพาเพียงวิธีแบบพาสซีฟประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ วิธีนี้ช่วยให้อุปกรณ์ทำงานอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม (sweet spot temperature range) ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 15 ถึง 35 องศาเซลเซียส เซนเซอร์ที่กระจายติดตั้งอยู่ทั่วทั้งระบบสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้แม่นยำมาก แม้แต่การเปลี่ยนแปลงเพียงเศษส่วนขององศาเซลเซียส เมื่อเซนเซอร์ตรวจพบความผิดปกติ ระบบจะตอบสนองทันทีโดยการเพิ่มกำลังการระบายความร้อน ลดภาระงานลง หรือตัดการเชื่อมต่อของเซลล์แต่ละตัวออกตามความจำเป็น นอกจากนี้ การไหลเวียนของอากาศภายในระบบที่เหมาะสมก็มีความสำคัญเช่นกัน การออกแบบระบบการไหลของอากาศที่ดีจะทำให้อากาศเย็นไปถึงทุกส่วนอย่างสม่ำเสมอ และผลักดันอากาศร้อนที่ถูกปล่อยออกมาให้ห่างจากบริเวณที่อาจก่อให้เกิดปัญหา หากเกิดความแตกต่างของอุณหภูมิมากกว่า 5 องศาเซลเซียสระหว่างโมดูลที่อยู่ติดกัน ระบบจะส่งสัญญาณแจ้งเตือน เพื่อให้ช่างเทคนิคสามารถตรวจสอบและแก้ไขปัญหาก่อนที่ข้อบกพร่องเล็กน้อยจะลุกลามกลายเป็นปัญหาใหญ่

ความปลอดภัยด้านไฟฟ้า: การรวมระบบการชาร์จอย่างปลอดภัยและการปฏิบัติตามโปรโตคอลการแยกวงจร

เมื่อพูดถึงการรักษาความปลอดภัยทางไฟฟ้า มีอยู่สามชั้นหลักๆ ที่ทำงานร่วมกันอยู่ตลอดเวลา ขั้นแรกคือ การแยกสัญญาณแบบเกลวานิก (galvanic isolation) ซึ่งทำหน้าที่แยกวงจรแบตเตอรี่กระแสตรง (DC) ออกจากระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) การแยกนี้มีความสำคัญมาก เพราะช่วยป้องกันไม่ให้เกิดข้อผิดพลาดของกราวด์ (ground faults) และการเกิดอาร์กแฟลช (arc flashes) ที่อาจเป็นอันตรายได้ ตามการวิจัยจากอุตสาหกรรมของ DNV GL เมื่อปี 2023 พบว่าประมาณหนึ่งในสี่ของเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับระบบกักเก็บพลังงาน เกิดขึ้นจริงจากการเสียหายของระบบไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีเทคโนโลยีอัจฉริยะอีกด้วย ระบบชาร์จสมัยใหม่ใช้อัลกอริธึมอัจฉริยะที่คอยตรวจสอบสภาพภายในแบตเตอรี่อยู่ตลอดเวลา อัลกอริธึมเหล่านี้จะปรับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตามสภาพแบตเตอรี่ที่แท้จริงในแต่ละขณะ เพื่อหลีกเลี่ยงสถานการณ์แรงดันเกิน (overvoltage) ที่อาจทำให้อุปกรณ์เสียหาย ควบคู่ไปกับมาตรการเหล่านี้ ยังมีคุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่สำคัญอีกหลายประการที่รวมอยู่ในกลยุทธ์การป้องกันโดยรวม ได้แก่...

• การตัดการทำงานเมื่อเกิดข้อผิดพลาดภายใน 25 มิลลิวินาที
• การทดสอบความต้านทานฉนวนที่แรงดันไฟฟ้าในการใช้งานตามค่ากำหนดเป็นสองเท่า
• ตู้ใส่ขั้วต่อที่มีค่าการป้องกัน IP54
  มาตรการเหล่านี้ร่วมกันช่วยให้มั่นใจได้ถึงความปลอดภัยในการเชื่อมต่อกับระบบสายส่งไฟฟ้า และสอดคล้องตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่แบบคงที่ตามมาตรฐาน IEC 62619 อย่างสมบูรณ์

ส่วนประกอบหลักของตู้จัดเก็บพลังงานและกระบวนการบูรณาการ

ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) สำหรับการตรวจสอบและควบคุมแบบเรียลไทม์

ระบบจัดการแบตเตอรี่ หรือที่เรียกกันสั้นๆ ว่า BMS ทำหน้าที่คล้ายกับสมองภายในชุดเก็บพลังงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่เหล่านี้ ระบบดังกล่าวจะคอยตรวจสอบหลายปัจจัยในระดับเซลล์ เช่น ระดับแรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และเปอร์เซ็นต์การประจุไฟฟ้าของแต่ละเซลล์ โดยใช้เซ็นเซอร์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงร่วมกับซอฟต์แวร์อัจฉริยะที่สามารถปรับตัวตามสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนไป เมื่อพูดถึงการรักษาน้ำแบตเตอรี่ให้มีสุขภาพดี BMS จะกำหนดข้อจำกัดอย่างเข้มงวด เช่น การชาร์จเกินกว่าประมาณ 4.2 โวลต์ต่อเซลล์ หรือปล่อยให้ประจุลดลงต่ำเกินไปจนต่ำกว่าประมาณ 2.5 โวลต์ การจัดการอย่างระมัดระวังนี้ช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ได้นานขึ้นระหว่าง 30 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับกรณีที่ไม่มีการจัดการระหว่างรอบการชาร์จ การปรับสมดุลแบบแอคทีฟ (active balancing) จะทำให้แน่ใจว่าไม่มีเซลล์ใดเซลล์หนึ่งทำงานหนักเกินไปเมื่อเทียบกับเซลล์อื่น ส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมคงที่และลดการสึกหรอ ในขณะเดียวกัน เซ็นเซอร์ตรวจจับอุณหภูมิก็สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของอุณหภูมิได้แม้เพียงความแตกต่าง 1 องศาเซลเซียส ซึ่งจะกระตุ้นมาตรการความปลอดภัยก่อนที่สถานการณ์จะกลายเป็นอันตราย และยังไม่ควรลืมฟีเจอร์การวิเคราะห์เชิงคาดการณ์ (predictive analysis) ที่สามารถตรวจพบสัญญาณเริ่มต้นของปัญหาสุขภาพแบตเตอรี่ ทำให้ช่างเทคนิคสามารถวางแผนการบำรุงรักษาล่วงหน้าแทนที่จะต้องรับมือกับความเสียหายที่ไม่คาดคิด ซึ่งในหลายกรณีสามารถลดเวลาการหยุดทำงานที่ไม่ได้วางแผนไว้ได้เกือบครึ่ง

ระบบแปลงพลังงาน (PCS) และระบบจัดการพลังงาน (EMS) ที่ทำงานร่วมกัน

เมื่อระบบ PCS และ EMS ทำงานร่วมกัน จะเกิดสิ่งที่น่าทึ่งขึ้นอย่างมาก ระบบ PCS ทำหน้าที่รักษาเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้าให้อยู่ในช่วงความถี่ที่สม่ำเสมอภายในประมาณครึ่งเฮิร์ตซ์ และจัดการปัญหาเรื่องกำลังไฟฟ้าปฏิกิริยา (reactive power) ที่ซับซ้อนต่าง ๆ ขณะเดียวกัน ระบบ EMS ก็ประมวลผลข้อมูลอย่างต่อเนื่องด้วยอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning) เพื่อวิเคราะห์รูปแบบการใช้พลังงานในอดีต ตรวจสอบสภาพอากาศที่อาจเกิดขึ้นในวันพรุ่งนี้ และติดตามสถานะโครงข่ายไฟฟ้าแบบเรียลไทม์ขณะเกิดเหตุการณ์จริง แล้วสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเทคโนโลยีทั้งสองชนิดนี้สื่อสารกันคืออะไร? เราจะได้รับบริการการซื้อขายพลังงานอัตโนมัติ (automatic energy arbitrage) ซึ่งโหลด (load) จะปรับเปลี่ยนเวลาการใช้งานเองไปยังช่วงเวลาที่ค่าไฟฟ้าถูกกว่า (off-peak periods) โดยไม่จำเป็นต้องมีผู้ใดกดปุ่มควบคุมแต่อย่างใด นอกจากนี้ ยังมีแหล่งจ่ายไฟสำรองที่พร้อมจ่ายไฟเข้าระบบเกือบในทันทีทันใดระหว่างเกิดไฟดับ เนื่องจากเวลาในการสลับระบบ (transfer time) น้อยกว่า 20 มิลลิวินาที สำหรับสถานที่ต่าง ๆ ที่นำการประสานงานแบบนี้ไปใช้งานจริง ส่วนใหญ่จะเริ่มเห็นผลตอบแทนจากการลงทุนภายในระยะเวลาประมาณสามถึงห้าปี ขึ้นอยู่กับอัตราค่าไฟฟ้าในพื้นที่และขนาดของระบบที่ติดตั้ง

การรับรอง ความสอดคล้อง และความทนทานต่อสิ่งแวดล้อมของตู้จัดเก็บพลังงาน

การรับรองตามข้อบังคับ: IEC 62619, UN38.3, CE และ UL 9540A

การปฏิบัติตามมาตรฐานสากลไม่ใช่ทางเลือกเมื่อพูดถึงตู้จัดเก็บพลังงานสำหรับอุตสาหกรรม มาตรฐาน IEC 62619 กำหนดกฎขั้นพื้นฐานด้านความปลอดภัยสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบติดตั้งถาวร ซึ่งรวมถึงการทดสอบเพื่อควบคุมสถานการณ์การแพร่กระจายความร้อน (thermal runaway) แล้วก็ยังมีการรับรอง UN38.3 ที่ตรวจสอบว่าเซลล์แบตเตอรี่สามารถทนต่อความท้าทายในการขนส่ง เช่น การจำลองสภาพที่ความสูงจากระดับน้ำทะเล และแรงสั่นสะเทือนจากการเคลื่อนย้ายได้หรือไม่ สิ่งนี้สอดคล้องกับระเบียบข้อบังคับในพื้นที่ขนส่งระหว่างประเทศส่วนใหญ่ แม้จะไม่ครอบคลุมทั้งหมด เครื่องหมาย CE แสดงถึงความสอดคล้องตามกฎระเบียบของสหภาพยุโรปเกี่ยวกับการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและความปลอดภัยด้านแรงดันต่ำ และ UL 9540A ให้หลักฐานยืนยันในโลกแห่งความเป็นจริงเกี่ยวกับประสิทธิภาพของระบบในการควบคุมไฟไหม้ระหว่างเหตุการณ์ความร้อนที่อันตราย การนำมาตรฐานทั้งหมดเหล่านี้มารวมกันช่วยลดความล้มเหลวของระบบอย่างรุนแรงได้อย่างมาก งานศึกษาล่าสุดบางชิ้นในปี 2024 ระบุว่า ปัญหาจะเกิดขึ้นน้อยลงประมาณสองในสามในสถานที่ที่ปฏิบัติตามแนวทางการรับรองเหล่านี้อย่างเหมาะสม

ความยืดหยุ่นต่อสิ่งแวดล้อม: ความต้านทานการกัดกร่อน, การจัดอันดับความต้านทานแผ่นดินไหว และตู้หุ้มที่ได้รับการจัดอันดับตามมาตรฐาน IP

โลกอุตสาหกรรมต้องการอุปกรณ์ที่สามารถทนต่อแรงกระแทกและยังคงทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ทุกวัน ตู้แบบทันสมัยมาพร้อมกับโครงสร้างทำจากสแตนเลสหรือพื้นผิวเคลือบผง ซึ่งออกแบบมาเพื่อต้านทานการกัดกร่อนเทียบเท่ามาตรฐาน NEMA 4X ทำให้สามารถทนต่อสารเคมีรุนแรงที่พบโดยทั่วไปบนพื้นโรงงานได้อย่างดีเยี่ยม เมื่อพูดถึงข้อกำหนดด้านแผ่นดินไหว อุปกรณ์เหล่านี้เป็นไปตามมาตรฐาน IBC สำหรับความแข็งแรงของโครงสร้างในพื้นที่ที่มีค่าเร่งพื้นดินถึง 0.3g หรือสูงกว่า ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับสถานที่ตั้งที่อยู่ใกล้แนวรอยเลื่อน การจัดอันดับ IP65 หมายความว่า ฝุ่นและลำฉีดน้ำไม่สามารถซึมเข้าไปในตู้ได้ จึงทำให้การดำเนินงานยังคงดำเนินต่อไปได้อย่างราบรื่นแม้ระดับความชื้นจะสูงเกิน 90% RH หรือในช่วงฝนตกต่อเนื่อง เป็นเวลานาน ความทนทานที่สร้างขึ้นภายในนี้ ทำให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับรุ่นทั่วไป โดยทั่วไปยาวนานขึ้นประมาณ 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายความว่า ซ่อมแซมน้อยลง เวลาหยุดทำงานลดลง และประหยัดค่าใช้จ่ายโดยรวมตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์

คำถามที่พบบ่อย

มาตรการด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยที่มีอยู่ในตู้เก็บพลังงานสำหรับภาคอุตสาหกรรมมีอะไรบ้าง

ตู้เก็บพลังงานสำหรับภาคอุตสาหกรรมใช้วัสดุทนไฟ ระบบระงับเพลิงอัตโนมัติที่ใช้สารเคมีสะอาดที่ไม่นำไฟฟ้า เช่น FM-200 หรือ Novec 1230 และอุปสรรคเชิงรับในการป้องกันเพลิง (passive fire barriers) เพื่อกักเก็บเหตุการณ์ความร้อนสูงเหล่านี้ มาตรการเหล่านี้เป็นไปตามมาตรฐานต่าง ๆ เช่น UL 9540A

ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้อย่างไร

ระบบ BMS ช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่โดยการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแต่ละเซลล์ ป้องกันไม่ให้ชาร์จเกินและคายประจุลึกเกินไป รวมทั้งควบคุมอุณหภูมิอย่างเหมาะสม ซึ่งช่วยให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น 30–40% เมื่อเทียบกับระบบที่ไม่มีการจัดการ

ใบรับรองใดบ้างที่จำเป็นสำหรับตู้เก็บพลังงานสำหรับภาคอุตสาหกรรม

ใบรับรองที่จำเป็น ได้แก่ IEC 62619, UN38.3 สำหรับความปลอดภัยในการขนส่ง, เครื่องหมาย CE สำหรับความสอดคล้องตามกฎหมายสหภาพยุโรป และ UL 9540A สำหรับการกักเก็บเพลิง ใบรับรองเหล่านี้รับประกันความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบจัดเก็บพลังงาน