English
Sicurezza e BESS Battery energy storage system
Sicurezza dei sistemi BESS: metodologie applicabili e punti di attenzione per la corretta valutazione del rischio
Sommario
La presentazione si colloca nel contesto di produzione e distribuzione dell'idrogeno rientra nell'ambito della riconversione Power To Gas.
La vera sfida per i Gas rinnovabili risiede nei costi e nelle tecnologie disponibili contesto in cui BESS, Battery Energy Storage System, si inserisce come possibile soluzione.
Accoppiando gli impianti di produzione di potenza ai BESS, possibile produrre in modo continuo Idrogeno verde per mezzo dell'idrolisi, ottimizzando il fattore di utilizzo degli impianti.
BESS - Battery Energy Storage System
Un sistema di accumulo a batteria (BESS) una soluzione complessa che fa uso di batterie ricaricabili per immagazzinare l'energia e rilasciarla in un momento successivo.
I tipi di BESS sono correlati all'elettrochimica o alla batteria che impiegano: i sistemi in analisi sono basati su batterie agli ioni di litio, selezionate per la loro elevata densit di energia. Questi sistemi arrivano a fornire energie dell'ordine di 1 MWh.
Un BESS realizzato interconnettendo i seguenti componenti:
- Sistema di batterie;
- Battery Management System (BMS);
- Power Control System (PCS);
- Energy Management System (EMS);
- Trasformatori;
- Sistema di ventilazione e antincendio.
Gli incidenti
La tecnologia nuova, gli incidenti registrati non sono molti, tutti con danni all'asset, solo alcuni con danni alle persone. I pi importanti:
- Incidente McMicken (Arizona) avvenuto il 19 Aprile
- Incidente in Sud Korea avvenuto nel Novembre 2019;
- Incidente dell'impianto Victorian Big Battery Australia ) avvenuto il 30 Luglio
Incidente McMicken 19/4/2019
BESS a servizio di un impianto fotovoltaico per bilanciare la potenza prodotta dall'impianto solare: caricava durante il giorno assorbendo l'energia solare prodotta dai panelli dell'impianto e scaricava durante la sera nella fase di carico Massimo.
Fenomenologia dell'incidente
- Fuoco: il fuoco/calore che si genera su una cella si propaga su quelle adiacenti , innescando un processo di abuso termico sulle stesse e ne promuove il thermal runaway.
- Fuoco: la fuoriuscita di fumo testimonia la rottura del separatore, e quindi il collasso degli elettrodi l'uno sull'altro. Questo fenomeno il segnale definitivo che il thermal runaway in corso e non pi arrestabile.
- Off-gas: la produzione di off gas il fenomeno di iniziazione del thermal runaway, questo implica il rilascio di gas di reazione e un aumento della pressione interna della cella. Si manifesta il venting o swelling della cella.
- Battery Abuse: Elettrico (I, V, carica); Termico (aumento o diminuzione T); Meccanico (urto)
Thermal Runaway
Il Thermal Runaway una reazione autocatalitica esotermica. Dato che il calore prodotto maggiore di quello dissipato, c' un
aumento incontrollato di pressione e temperatura che porta al rilascio improvviso dell'energia immagazzinata e alla conseguente rottura catastrofica della cella con il conseguente rilascio di vapori tossici e infiammabili.
Questo fenomeno costituisce il vero caposaldo del failure della cella in quanto una volta innescato difficile da interrompere ed necessario evitare che il calore si propaghi alle celle adiacenti innescando in esse altre reazioni simili.
Gli Off-Gas
La composizione dei gas prodotti in fase di thermal runaway dipende:
- dallo stato di carica SOC della cella
- dalla chimica della cella
Per esempio le celle di tipo NMC producono una quantit di metano pari al 6.8% molare, e invece le celle LFP ne produco una quantit pari al 4.1% molare.
Valutazione del Rischio: questioni aperte
- E' consolidata l'applicazione di valutazioni "qualitative" durante la progettazione di sistemi BESS basata essenzialmente su Analisi Storiche di incidenti, studi FMECA delle catene di protezione, analisi WhatIf dell'intero sistema
- Pi rare le valutazioni quantitative che richiedono ulteriori approfondimenti di ricerca e sperimentali:
- La precisa caratterizzazione dell'evoluzione dell'incidente, caratterizzata da tempi estremamente brevi (fenomeno fortemente dinamico)
- La valutazione accurata del ruolo ed efficacia delle protezioni nel modificare l'evoluzione dell'incidente anche tenendo conto dell'energia stoccata all'interno della cella e del fatto che l'evoluzione della combustione procede anche a spese dell'O2 prodotto dalle reazioni chimiche interne
- Quantitativo di energia che partecipa all'incidente ed estensione del danno per incendio/esplosione
- Quantitativo dei gas tossici prodotti (dalla cella e dalla combustione) ed estensione delle relative aree di danno
L'energia coinvolta nell'incidente
Un ulteriore interrogativo riguarda l'energia rilasciata durante l'incidente e la velocit con cui viene rilasciata che dipende dal numero di celle coinvolte, dalla tipologia (chimica del Litio), dal loro stato di carica e dal loro stato di salute.
Da alcune prove sperimentali si evince che la maggior quantit di energia viene rilasciata con un SOC del 50%, sebbene con SOC superiori il rilascio sia anticipato e pi rapido (HRR maggiore).
necessario individuare delle correlazioni che permettano di legare questi parametri e consentire una adeguata (o almeno cautelativa) stima delle conseguenze e dei danni in caso di incidente.
In allegato, possibile scaricare il pdf completo dell'atto, che contiene anche le conclusioni.
BESS - Battery Energy Storage System
Un sistema di accumulo a batteria (BESS) una soluzione complessa che fa uso di batterie ricaricabili per immagazzinare l'energia e rilasciarla in un momento successivo.
I tipi di BESS sono correlati all'elettrochimica o alla batteria che impiegano: i sistemi in analisi sono basati su batterie agli ioni di litio, selezionate per la loro elevata densit di energia. Questi sistemi arrivano a fornire energie dell'ordine di 1 MWh.
Un BESS realizzato interconnettendo i seguenti componenti:
- Sistema di batterie;
- Battery Management System (BMS);
- Power Control System (PCS);
- Energy Management System (EMS);
- Trasformatori;
- Sistema di ventilazione e antincendio.
Gli incidenti
La tecnologia nuova, gli incidenti registrati non sono molti, tutti con danni all'asset, solo alcuni con danni alle persone. I pi importanti:
- Incidente McMicken (Arizona) avvenuto il 19 Aprile
- Incidente in Sud Korea avvenuto nel Novembre 2019;
- Incidente dell'impianto Victorian Big Battery Australia ) avvenuto il 30 Luglio
Incidente McMicken 19/4/2019
BESS a servizio di un impianto fotovoltaico per bilanciare la potenza prodotta dall'impianto solare: caricava durante il giorno assorbendo l'energia solare prodotta dai panelli dell'impianto e scaricava durante la sera nella fase di carico Massimo.
Fenomenologia dell'incidente
- Fuoco: il fuoco/calore che si genera su una cella si propaga su quelle adiacenti , innescando un processo di abuso termico sulle stesse e ne promuove il thermal runaway.
- Fuoco: la fuoriuscita di fumo testimonia la rottura del separatore, e quindi il collasso degli elettrodi l'uno sull'altro. Questo fenomeno il segnale definitivo che il thermal runaway in corso e non pi arrestabile.
- Off-gas: la produzione di off gas il fenomeno di iniziazione del thermal runaway, questo implica il rilascio di gas di reazione e un aumento della pressione interna della cella. Si manifesta il venting o swelling della cella.
- Battery Abuse: Elettrico (I, V, carica); Termico (aumento o diminuzione T); Meccanico (urto)
Thermal Runaway
Il Thermal Runaway una reazione autocatalitica esotermica. Dato che il calore prodotto maggiore di quello dissipato, c' un
aumento incontrollato di pressione e temperatura che porta al rilascio improvviso dell'energia immagazzinata e alla conseguente rottura catastrofica della cella con il conseguente rilascio di vapori tossici e infiammabili.
Questo fenomeno costituisce il vero caposaldo del failure della cella in quanto una volta innescato difficile da interrompere ed necessario evitare che il calore si propaghi alle celle adiacenti innescando in esse altre reazioni simili.
Gli Off-Gas
La composizione dei gas prodotti in fase di thermal runaway dipende:
- dallo stato di carica SOC della cella
- dalla chimica della cella
Per esempio le celle di tipo NMC producono una quantit di metano pari al 6.8% molare, e invece le celle LFP ne produco una quantit pari al 4.1% molare.
Valutazione del Rischio: questioni aperte
- E' consolidata l'applicazione di valutazioni "qualitative" durante la progettazione di sistemi BESS basata essenzialmente su Analisi Storiche di incidenti, studi FMECA delle catene di protezione, analisi WhatIf dell'intero sistema
- Pi rare le valutazioni quantitative che richiedono ulteriori approfondimenti di ricerca e sperimentali:
- La precisa caratterizzazione dell'evoluzione dell'incidente, caratterizzata da tempi estremamente brevi (fenomeno fortemente dinamico)
- La valutazione accurata del ruolo ed efficacia delle protezioni nel modificare l'evoluzione dell'incidente anche tenendo conto dell'energia stoccata all'interno della cella e del fatto che l'evoluzione della combustione procede anche a spese dell'O2 prodotto dalle reazioni chimiche interne
- Quantitativo di energia che partecipa all'incidente ed estensione del danno per incendio/esplosione
- Quantitativo dei gas tossici prodotti (dalla cella e dalla combustione) ed estensione delle relative aree di danno
L'energia coinvolta nell'incidente
Un ulteriore interrogativo riguarda l'energia rilasciata durante l'incidente e la velocit con cui viene rilasciata che dipende dal numero di celle coinvolte, dalla tipologia (chimica del Litio), dal loro stato di carica e dal loro stato di salute.
Da alcune prove sperimentali si evince che la maggior quantit di energia viene rilasciata con un SOC del 50%, sebbene con SOC superiori il rilascio sia anticipato e pi rapido (HRR maggiore).
necessario individuare delle correlazioni che permettano di legare questi parametri e consentire una adeguata (o almeno cautelativa) stima delle conseguenze e dei danni in caso di incidente.
In allegato, possibile scaricare il pdf completo dell'atto, che contiene anche le conclusioni.
Video
Leggi tutto
Fonte: mcT Oil & Gas novembre 2022 Dall'Oil&Gas all'idrogeno. PNRR, transizione energetica, raffinerie e produzione di idrogeno
Parole chiave: Idrogeno, Power-to-gas
