Các yêu cầu an toàn quan trọng đối với tủ lưu trữ năng lượng công nghiệp

Khả năng chống cháy và hệ thống dập lửa nội bộ

Đối với các tủ lưu trữ năng lượng công nghiệp, việc tích hợp vật liệu chống cháy cùng thiết kế mô-đun phân khoang và hệ thống dập lửa tự động là điều thiết yếu nhằm kiểm soát những sự kiện nhiệt bất thường này. Khi nhiệt độ bên trong các tủ này bắt đầu tăng quá cao, các chất dập lửa sạch không dẫn điện như FM-200 hoặc Novec 1230 sẽ được kích hoạt ở ngưỡng khoảng 150 độ Celsius, dập tắt ngọn lửa mà không làm ảnh hưởng đến các linh kiện điện tử nhạy cảm. Các hệ thống dập lửa chủ động phối hợp cùng các rào cản phòng cháy thụ động có khả năng ngăn chặn ngọn lửa trong suốt hai giờ liên tục. Đồng thời, các cảm biến nhiệt và khói được bố trí rải rác khắp tủ giúp phát hiện sớm các vấn đề trước khi chúng leo thang thành sự cố nghiêm trọng. Tuy nhiên, yếu tố thực sự tạo nên khác biệt chính là việc phân đoạn ở cấp độ tế bào pin, nhằm cách ly các mô-đun lỗi ra khỏi phần còn lại của hệ thống. Cách tiếp cận này giúp giảm khoảng 80% nguy cơ lan rộng đám cháy so với các mẫu cũ không áp dụng phân đoạn — một kết luận được xác nhận bởi các tiêu chuẩn mới nhất của Hiệp hội Phòng cháy chữa cháy Quốc gia Hoa Kỳ (NFPA) ban hành năm ngoái. Toàn bộ các biện pháp an toàn nêu trên đều vượt qua thành công các bài kiểm tra nghiêm ngặt do tiêu chuẩn UL 9540A quy định đối với các tình huống mất kiểm soát nhiệt (thermal runaway).

• Vỏ pin chống cháy
• Kích hoạt tự động hệ thống dập lửa tại 150°C
• Giám sát liên tục thành phần khí

Ngăn ngừa mất kiểm soát nhiệt thông qua thông gió và giám sát

Việc ngăn chặn hiện tượng mất kiểm soát nhiệt độ đòi hỏi hệ thống quản lý nhiệt tốt, có khả năng phản ứng nhanh khi thiết bị bắt đầu nóng lên. Các hệ thống hiện đại thường kết hợp làm mát bằng quạt cưỡng bức với bộ trao đổi nhiệt dạng chất lỏng, giúp tản nhiệt nhanh hơn khoảng 40 phần trăm so với chỉ sử dụng các phương pháp thụ động. Điều này giúp thiết bị hoạt động ổn định trong khoảng nhiệt độ lý tưởng vào khoảng từ 15 đến 35 độ Celsius. Các cảm biến được bố trí khắp hệ thống có thể phát hiện cả những thay đổi nhiệt độ rất nhỏ, xuống đến từng phần mười độ. Khi phát hiện bất kỳ dấu hiệu bất thường nào, hệ thống sẽ phản ứng ngay lập tức bằng cách tăng công suất làm mát, giảm tải hoạt động hoặc ngắt kết nối các tế bào riêng lẻ nếu cần thiết. Việc luân chuyển không khí trong hệ thống cũng rất quan trọng. Thiết kế lưu thông không khí hợp lý đảm bảo không khí mát được phân phối đều đến mọi bộ phận, đồng thời đẩy khí thải nóng ra xa những khu vực nhạy cảm. Nếu chênh lệch nhiệt độ giữa các mô-đun liền kề vượt quá 5 độ, hệ thống sẽ phát cảnh báo để kỹ thuật viên kiểm tra kịp thời, tránh để sự cố nhỏ trở thành vấn đề nghiêm trọng.

An toàn điện: Tích hợp sạc an toàn và các giao thức cách ly

Khi nói đến việc đảm bảo an toàn về mặt điện, về cơ bản có ba lớp bảo vệ chính luôn hoạt động đồng thời. Lớp đầu tiên là cách ly galvanic, giúp tách biệt các mạch pin một chiều (DC) gây phiền toái khỏi hệ thống điện xoay chiều (AC). Việc tách biệt này cực kỳ quan trọng vì nó ngăn chặn các sự cố nối đất nguy hiểm và hiện tượng hồ quang điện. Theo một nghiên cứu ngành của DNV GL thực hiện năm 2023, khoảng một trên bốn sự cố liên quan đến hệ thống lưu trữ năng lượng thực tế bắt nguồn từ các sự cố điện. Tiếp theo là các giải pháp thông minh. Các hệ thống sạc hiện đại sử dụng các thuật toán thông minh liên tục giám sát tình trạng bên trong pin. Những thuật toán này điều chỉnh dòng điện đi qua dựa trên trạng thái thực tế của pin tại bất kỳ thời điểm nào, nhờ đó tránh được các tình huống quá áp gây hư hại thiết bị. Bên cạnh những biện pháp này, nhiều tính năng an toàn quan trọng khác cũng góp phần vào chiến lược bảo vệ tổng thể, bao gồm...

• Ngắt mạch sự cố trong vòng 25 ms
• Kiểm tra độ bền điện môi ở điện áp hoạt động định mức gấp đôi
• Vỏ đầu nối đạt chuẩn IP54
  Cùng nhau, các biện pháp này đảm bảo tương tác an toàn với lưới điện và tuân thủ đầy đủ các yêu cầu về an toàn điện đối với pin cố định theo tiêu chuẩn IEC 62619.

Các thành phần chính của tủ lưu trữ năng lượng và cách tích hợp chúng

Hệ thống quản lý pin (BMS) để giám sát và điều khiển thời gian thực

Hệ thống quản lý pin, hay viết tắt là BMS, hoạt động giống như bộ não bên trong các đơn vị lưu trữ năng lượng công nghiệp cỡ lớn. Các hệ thống này giám sát nhiều yếu tố ở cấp độ tế bào, bao gồm mức điện áp, nhiệt độ tăng lên và phần trăm sạc của từng tế bào. Việc giám sát này được thực hiện thông qua các cảm biến cực kỳ nhạy kết hợp với phần mềm thông minh có khả năng tự điều chỉnh khi điều kiện thay đổi. Trong việc duy trì sức khỏe của pin, BMS thiết lập các ngưỡng giới hạn nghiêm ngặt đối với các tình huống như sạc quá mức (vượt khoảng 4,2 vôn mỗi tế bào) hoặc xả quá sâu (xuống dưới khoảng 2,5 vôn mỗi tế bào). Việc quản lý cẩn trọng này giúp đa số pin kéo dài tuổi thọ thêm từ 30 đến 40 phần trăm so với bình thường. Trong các chu kỳ sạc, chức năng cân bằng chủ động đảm bảo không có tế bào nào phải làm việc quá tải so với những tế bào khác, nhờ đó duy trì hiệu suất tổng thể ổn định đồng thời giảm hao mòn. Các cảm biến nhiệt có thể phát hiện cả những thay đổi nhiệt độ nhỏ nhất — chỉ chênh lệch 1 độ C — và kích hoạt các biện pháp an toàn từ rất sớm, trước khi bất kỳ sự cố nguy hiểm nào có thể xảy ra. Và cũng đừng quên các tính năng phân tích dự báo, giúp phát hiện sớm các dấu hiệu suy giảm sức khỏe pin, cho phép kỹ thuật viên lên lịch bảo trì chủ động thay vì xử lý các sự cố bất ngờ — điều này có thể cắt giảm gần một nửa thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch trong nhiều trường hợp.

Sự kết hợp giữa Hệ thống Chuyển đổi Năng lượng (PCS) và Hệ thống Quản lý Năng lượng (EMS)

Khi các hệ thống PCS và EMS hoạt động cùng nhau, chúng tạo ra một điều khá ấn tượng. PCS duy trì lưới điện hoạt động ổn định trong phạm vi khoảng nửa hertz và xử lý các vấn đề phức tạp về công suất phản kháng. Trong khi đó, EMS liên tục xử lý dữ liệu bằng các thuật toán học máy để phân tích các mô hình tiêu thụ năng lượng trong quá khứ, kiểm tra dự báo thời tiết cho ngày mai và theo dõi điều kiện lưới điện thực tế khi chúng xảy ra. Điều gì xảy ra khi hai công nghệ này giao tiếp với nhau? Chúng ta sẽ có giao dịch năng lượng tự động, trong đó các tải tự chuyển sang các thời điểm thấp điểm giá rẻ hơn mà không cần ai phải bấm nút. Ngoài ra, nguồn điện dự phòng sẵn sàng bật lên gần như ngay lập tức trong trường hợp mất điện nhờ thời gian chuyển đổi dưới 20 mili giây. Hầu hết các cơ sở triển khai loại hình phối hợp này bắt đầu thấy lợi ích đầu tư hoàn vốn trong khoảng từ ba đến năm năm, tùy thuộc vào mức giá điện địa phương và quy mô hệ thống.

Chứng nhận, Tuân thủ và Độ bền Môi trường của Tủ Lưu trữ Năng lượng

Chứng nhận Bắt buộc: IEC 62619, UN38.3, CE, và UL 9540A

Việc đáp ứng các tiêu chuẩn toàn cầu là bắt buộc đối với tủ lưu trữ năng lượng công nghiệp. Tiêu chuẩn IEC 62619 thiết lập các quy tắc an toàn cơ bản cho pin lithium-ion cố định, bao gồm các bài kiểm tra nhằm kiểm soát các tình huống mất kiểm soát nhiệt (thermal runaway). Tiếp theo là chứng nhận UN38.3, vốn về cơ bản đánh giá khả năng chịu đựng các thách thức trong vận chuyển của các tế bào pin—chẳng hạn như mô phỏng điều kiện độ cao lớn và rung động do chuyển động. Chứng nhận này đáp ứng các quy định tại hầu hết các khu vực vận chuyển quốc tế, dù không phải tất cả. Dấu CE chứng minh sự tuân thủ các quy định của Liên minh châu Âu liên quan đến nhiễu điện từ và an toàn điện áp thấp. Còn UL 9540A cung cấp bằng chứng thực tế về hiệu quả ngăn chặn cháy nổ của hệ thống trong những sự cố nhiệt nguy hiểm nói trên. Việc áp dụng đồng bộ tất cả các tiêu chuẩn và chứng nhận này giúp giảm đáng kể nguy cơ xảy ra sự cố nghiêm trọng ở cấp độ hệ thống. Một số nghiên cứu gần đây năm 2024 cho thấy các cơ sở tuân thủ đúng các hướng dẫn chứng nhận này ghi nhận số vấn đề phát sinh giảm khoảng hai phần ba.

Độ Bền Môi Trường: Khả Năng Chống Corrosion, Xếp Hạng Chịu Động Đất và Vỏ Bọc Có Định Mức IP

Thế giới công nghiệp cần các thiết bị có khả năng chịu đựng khắc nghiệt và vẫn vận hành ổn định, đáng tin cậy ngày này qua ngày khác. Các tủ điều khiển hiện đại được trang bị thân làm bằng thép không gỉ hoặc lớp phủ tĩnh điện được thiết kế để chống ăn mòn tương đương tiêu chuẩn NEMA 4X, nhờ đó chúng có thể chịu tốt các hóa chất ăn mòn phổ biến trên sàn nhà máy. Về yêu cầu kháng động đất, các thiết bị này đáp ứng tiêu chuẩn IBC về độ bền cấu trúc tại những khu vực có gia tốc mặt đất đạt 0,3g trở lên — một yếu tố hoàn toàn thiết yếu đối với các cơ sở đặt gần đứt gãy địa chất. Cấp bảo vệ IP65 nghĩa là bụi và tia nước phun mạnh sẽ không xâm nhập vào bên trong vỏ bọc, do đó hoạt động vẫn diễn ra trơn tru ngay cả khi độ ẩm tăng vượt mức 90% RH hoặc trong suốt những trận mưa lớn kéo dài. Độ bền tích hợp cao như vậy giúp tuổi thọ của thiết bị tăng đáng kể so với các mẫu tiêu chuẩn — thường dài hơn khoảng 40–60%. Điều này đồng nghĩa với việc ít phải sửa chữa hơn, thời gian ngừng hoạt động giảm đi và tổng thể tiết kiệm chi phí trong suốt vòng đời của thiết bị.

Câu hỏi thường gặp

Các biện pháp an toàn phòng cháy chữa cháy được trang bị trong tủ lưu trữ năng lượng công nghiệp là gì?

Tủ lưu trữ năng lượng công nghiệp sử dụng vật liệu chịu lửa, hệ thống dập lửa tự động với tác nhân sạch không dẫn điện như FM-200 hoặc Novec 1230, và các vách ngăn chống cháy thụ động để kiểm soát sự cố nhiệt. Các biện pháp này tuân thủ các tiêu chuẩn như UL 9540A.

Hệ thống Quản lý Pin (BMS) nâng cao tuổi thọ pin như thế nào?

BMS kéo dài tuổi thọ pin bằng cách giám sát điện áp từng cell, ngăn ngừa sạc quá mức và xả sâu, đồng thời duy trì quản lý nhiệt. Nhờ đó, pin có thể kéo dài tuổi thọ thêm 30-40% so với các hệ thống không được quản lý.

Các chứng nhận cần thiết đối với tủ lưu trữ năng lượng công nghiệp là gì?

Các chứng nhận bao gồm IEC 62619, UN38.3 về an toàn vận chuyển, CE để đáp ứng yêu cầu của EU, và UL 9540A về khả năng ngăn chặn cháy nổ. Những chứng nhận này đảm bảo độ an toàn và độ tin cậy cho các hệ thống lưu trữ năng lượng.