La explosión de la batería de Arizona está cambiando la sabiduría convencional sobre la seguridad

Han pasado casi seis meses desde que una explosión atravesó una batería de red cerca de Phoenix y cambió radicalmente la comprensión de la industria sobre la seguridad de la tecnología.

La conflagración de McMicken hirió a los socorristas y estropeó el historial de seguridad de la industria de almacenamiento de energía de EE. UU. La capacidad de almacenar electricidad eólica y solar es crucial para el crecimiento continuo de la energía limpia, pero el incendio mostró los riesgos del almacenamiento en baterías, incluso cuando es manejado por profesionales altamente experimentados.

Utility Arizona Public Service ha invertido mucho en comprender y operar baterías, muy por delante de la mayoría de sus pares. Fluence, que puso en línea el sistema McMicken en 2017, ayudó a poner en marcha la industria y ha operado desde 2008 con un historial de seguridad limpio (anteriormente como AES Energy Storage).

La inexperiencia, entonces, no jugó un papel en este incendio. Tampoco hubo ningún mal funcionamiento técnico evidente.

"Las cosas funcionaron, en general, de la forma en que se pretendía que funcionaran; todavía teníamos un evento", dijo a GTM el director de operaciones de Fluence, John Zahurancik. "Así que ahora estamos analizando... la combinación de cosas que llevaron a esto".

Están surgiendo nuevos detalles, después de que las partes tuvieran que inventar una técnica minuciosa para eliminar de manera segura las celdas de batería quemadas de las baterías que, de otro modo, funcionarían y las rodearían. Los restos finalmente llegaron a un laboratorio forense en Michigan para un análisis detallado.

Pero la investigación ya está cambiando la forma en que APS piensa sobre la tecnología de iones de litio. APS sigue comprometida con una expansión masiva de las instalaciones de baterías de iones de litio para almacenar la abundante y barata energía solar de Arizona. Los hallazgos guiarán los nuevos marcos de seguridad allí, pero también informarán el crecimiento de la industria en todo el país y el mundo.

El incendio ya retrasó los proyectos de baterías en Arizona y ha puesto la seguridad en el primer lugar de la agenda en las conversaciones de ventas con otras empresas de servicios públicos. Las implementaciones de almacenamiento a escala de servicios públicos de EE. UU. están en camino de tener un rendimiento inferior a las expectativas de este año, aunque otros factores del mercado hacen que sea difícil aislar el efecto del incendio.

Es seguro decir que la duplicación esperada de las instalaciones de almacenamiento de EE. UU. en cada uno de los próximos dos años dependerá de si la industria se mueve o no de manera decisiva para solidificar la confianza en la seguridad de las baterías luego de la falla de Arizona.

"No creo que sea realista para ninguno de nosotros pensar que nunca vamos a tener otra falla en la batería de iones de litio", dijo Scott Bordenkircher, director de innovación e integración tecnológica de APS. Pero, agregó, la industria debe asegurarse de que tales eventos nunca vuelvan a dañar a los humanos. “Esa es la parte que necesitamos poder eliminar, ese evento secundario de tener una explosión que, en nuestro caso, hirió a los bomberos”.

Para cumplir con ese estándar, la ingeniería de seguridad de las baterías convencionales tendrá que cambiar.

Las partes no han revelado la causa del incendio, pero identificaron rápidamente dónde ocurrió: un bastidor en particular que contenía 14 módulos de batería. Los sistemas de monitoreo detectaron una caída de voltaje en esos módulos, seguida de un aumento en la temperatura.

La buena noticia fue que, debido al diseño del sistema o algún otro factor, el fuego no se propagó de un estante al siguiente, lo que habría expandido drásticamente el combustible para el fuego.

El problema, en lo que respecta a la investigación, era que el estante quemado estaba a la mitad del contenedor, y los estantes que lo rodeaban mantenían un estado de carga de alrededor del 90 por ciento, dijo Bordenkircher. Dicho de otra manera, 1,5 megavatios-hora de electricidad almacenada se interpusieron entre los investigadores y su evidencia clave. Pero debido a que la instalación había estado expuesta a altas temperaturas y fuerza explosiva de alta presión, la empresa de servicios públicos determinó que una descarga convencional sería demasiado riesgosa.

"No había forma de que pudiéramos correr el riesgo de usar el cableado normal y los circuitos normales", dijo Bordenkircher. "Tuvimos que abordar la situación con mucho cuidado y descargar todos los módulos de batería que estaban allí, para que las cuadrillas hicieran la recuperación forense".

El equipo tuvo que inventar el procedimiento a medida que avanzaba, porque ninguna instalación de baterías de red había enfrentado esta situación particular antes.

"No había absolutamente ningún libro de jugadas", señaló Bordenkircher.

Las cuadrillas se acercaron a cada rack y quitaron el cableado, luego sacaron los módulos del contenedor, los conectaron a un banco térmico y los descargaron. La temporada del monzón llegó durante este esfuerzo, por lo que APS erigió una carpa gigante para proteger el sitio de los elementos.

Después de unas nueve semanas de trabajo y de la extracción de 364 módulos, el equipo extrajo el bastidor problemático, que "prácticamente se había derretido por completo" en una columna de aluminio, dijo Bordenkircher. El estante fue desarmado y enviado al laboratorio forense en Michigan, donde comenzó a someterse a una serie de pruebas esta semana.

El desastre de McMicken se desarrolló en dos eventos distintos pero relacionados. Primero, un solo bastidor de batería se incendió y se quemó, un hecho al que los ingenieros de baterías se refieren como fuga térmica. En segundo lugar, una explosión sacudió el recinto cuando los socorristas abrieron la puerta.

Mientras que el laboratorio forense busca respuestas sobre qué provocó el incendio, una línea de investigación separada espera establecer qué materiales gaseosos se acumularon en las instalaciones y alimentaron la explosión. Los resultados preliminares de ese ejercicio de modelado podrían estar listos en las próximas dos semanas, dijo Bordenkircher.

"El módulo de la batería en sí no estalló ni explotó", explicó Bordenkircher. "Fue realmente que los gases dentro del contenedor llegaron a un punto en el que luego explotaron".

El debate público sobre la seguridad de las baterías tiende a centrarse en el riesgo de incendio, es decir, que las celdas de iones de litio acumulan mucha energía en un espacio reducido, y si un cortocircuito eléctrico o alguna otra falla interrumpe el flujo normal de energía, sus componentes inflamables pueden arder. y seguir ardiendo hasta que se acabe el combustible.

Como informó GTM después de los incendios de abril, las celdas de batería en llamas tienen una propiedad bien documentada pero menos reconocida: liberan gases explosivos. Los investigadores de DNV GL que probaron la seguridad de las baterías para las partes interesadas de la ciudad de Nueva York encontraron repetidamente explosiones después de que prendieron fuego a las baterías de iones de litio en un entorno cerrado. Estos hallazgos llevaron a la ciudad de Nueva York a requerir sistemas de ventilación para eliminar dichos gases de los recintos de las baterías.

El resto del país no hizo lo mismo, por dos razones principales.

Las autoridades de la ciudad de Nueva York estaban redactando códigos de seguridad para instalar baterías en un entorno urbano extremadamente denso; de hecho, la abundancia de precauciones ha hecho que las instalaciones de baterías allí sean extremadamente raras y consuman mucho tiempo. Las instalaciones de almacenamiento ubicadas en el desierto o en terrenos de servicios públicos, lejos de los centros de población, tienen un perfil de riesgo diferente.

Además, la ventilación contrarresta las técnicas dominantes de extinción de incendios, que inundan un espacio confinado con supresores de aerosol para sofocar las llamas. Abrir un respiradero para liberar gases explosivos podría alimentar un incendio con más oxígeno y permitir que el fuego escape de la zona de contención.

Siguiendo la práctica general de la industria en ese momento, McMicken no incluyó la ventilación. Llegó cargado con extinción de incendios y los sensores relevantes para activarlo, pero carecía de la capacidad de detectar específicamente la acumulación de gases explosivos.

"Claramente, este evento ha sido un catalizador para una mejor comprensión de los posibles modos de falla", dijo Bordenkircher. "Absolutamente, esto provocará cambios de diseño e ingeniería a medida que avanzamos".

Esos cambios probablemente incluirán alguna forma de ventilación, pero el truco es diseñar un sistema que pueda contener y extinguir incendios antes de que se salgan de control, y eliminar de manera segura los gases explosivos si surgen.

"Los ingenieros tendrán que hacer el trabajo pesado en eso y descubrir cómo unir todas las piezas", dijo Bordenkircher.

APS tenía otros dos sistemas de batería operativos suministrados por Fluence, y los puso a tierra después del incendio de McMicken. Festival Ranch, un gemelo de la planta de McMicken, y la instalación de Punkin Center aún permanecen en hibernación, desconectados de la red.

Festival Ranch estaba programado para mudarse de todos modos, por lo que la empresa de servicios públicos no contaba con su desempeño. Punkin Center, por otro lado, fue diseñado para suministrar energía máxima a una comunidad remota del desierto, en lugar de una actualización de infraestructura de cables más costosa. Sus capacidades se perdieron durante la temporada alta de verano, pero APS había anticipado un posible tiempo de inactividad de la batería e incluyó una conexión para un generador diesel en el lugar.

"No tuvimos que cortar [la energía a] ningún cliente, pero sí tuvimos que hacer funcionar el generador diésel", dijo Bordenkircher.

Ese escenario por sí solo dice algo sobre el valor de la planificación redundante, ya que el almacenamiento de baterías asume funciones más destacadas en las operaciones de la red.

Fluence aconsejó de manera similar a los clientes en otros lugares con sistemas de baterías de una antigüedad similar que reduzcan su producción en las primeras horas posteriores al incidente de abril, dijo Zahurancik. Desde entonces, Fluence ha reducido esas limitaciones operativas en función de su examen de los componentes de la batería y la integración del sistema. También envió boletines de seguridad a los clientes con consejos sobre precauciones adicionales.

La compañía ya ha actualizado sus sistemas de control para que un conjunto más amplio de señales de advertencia activen ahora un apagado de emergencia, señaló Zahurancik.

Los principales fabricantes de baterías, las celdas usadas McMicken suministradas por LG Chem, también han ampliado su base de datos de señales de advertencia en función de las investigaciones de los numerosos incendios de baterías en Corea del Sur durante los últimos años.

Fluence trajo expertos externos para revisar todos sus diseños. Hasta ahora, dijo Zahurancik, el análisis ha encontrado que los diseños eran prudentes, pero están examinando adiciones para garantizar una mayor seguridad.

APS todavía planea instalar 850 megavatios de almacenamiento de energía para 2025, uno de los objetivos de construcción más ambiciosos de una empresa de servicios públicos hasta la fecha. Pero APS detuvo el primer conjunto de contratos hasta que pueda estipular las actualizaciones de seguridad necesarias desde el principio. Eso incluye un acuerdo histórico con Invenergy, que estaba a punto de firmarse cuando McMicken se quemó.

"Es más importante avanzar... [de manera segura] que avanzar en una línea de tiempo", dijo Bordenkircher.

Más detalles sobre cómo se ve el camino más seguro a seguir deberían estar disponibles para fin de año.

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