Un enfoque integral de las FAT y SAT para BESS

El mercado de sistemas de almacenamiento de energía con baterías (BESS) está en auge. Se espera que la producción de litio aumente cinco veces para 2030¹ y, en este momento, la tecnología de la batería está evolucionando a pasos agigantados. Sin embargo, el trabajo cotidiano del desarrollo del proyecto BESS revela que las normas y directrices se están quedando rezagadas en múltiples frentes: protocolos de pruebas de seguridad y rendimiento, calendario de las pruebas y cumplimiento de los requisitos de certificación.

1Home, A (15 de diciembre de 2022). Columna: El litio sigue sobrealimentado a medida que la oferta persigue la demanda. Reuters. El litio sigue sobrealimentado a medida que la oferta persigue la demanda

En Blanboz creemos que, a pesar de sus grandes esfuerzos, las organizaciones de estándares no han tenido la oportunidad de mantenerse al día con el desarrollo y la innovación en esta próspera industria. La brecha resultante beneficia a proveedores y vendedores, dejando a los clientes sin fuerza argumentativa para establecer procedimientos y proponer cambios para garantizar la seguridad y la conformidad del rendimiento. Todos los riesgos inherentes, entonces, se transmiten a los clientes.

Por lo tanto, nos hemos asociado con expertos de la antigua industria del petróleo y el gas para combinar su experiencia sectorial de alta estandarización con nuestra vasta experiencia en el campo de BESS, al tiempo que intentamos aprovechar al máximo las normas existentes para mejorar la seguridad y garantizar el rendimiento previsto. Nuestra asociación ha establecido un enfoque integral para evaluar y presenciar las pruebas de aceptación de fábrica (FAT) y las pruebas de aceptación de sitio (SAT), centradas en la perspectiva de la batería a nivel de celda, módulo, rack y sistema. Basamos nuestra metodología en estándares internacionales, predominantemente estándares de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) relacionados con FAT y SAT para BESS. Se ha demostrado que nuestro enfoque reduce el riesgo de los proyectos de nuestros clientes en las fases de adquisición, construcción y explotación. Esta nota en nuestra serie de blogs resume nuestros hallazgos, desde el punto de vista estándar relacionado con la batería, y esperamos que pueda apoyar sus proyectos o discusiones abiertas.

La aplicación racional de las normas disponibles y la máxima comprensión de su contenido y alcance son importantes. Las normas IEC son desarrolladas a nivel internacional por organizaciones expertas de todo el mundo. Una designación BS EN en una norma significa que ha sido completamente adoptada por Europa y el Reino Unido. Paralelamente, Underwriters Laboratories (UL) es una organización de desarrollo de estándares totalmente acreditada por el American National Standards Institute (ANSI) y el Standards Council of Canada (SCC), y sus estándares también funcionan como una referencia global importante en la industria BESS, particularmente para la seguridad contra incendios y las metodologías de prueba en aplicaciones de baterías estacionarias.

Cuando se trata de pruebas BESS, las normas aplicables se pueden separar en dos grupos:

• Normas de rendimiento: para evaluar las capacidades y la fiabilidad del sistema (o subsistemas) en condiciones particulares.
• Normas de seguridad: evaluar y reducir los riesgos y peligros comunes del almacenamiento de energía electroquímica.

Los FAT y los SAT son un elemento básico de los planes de calidad de los proyectos energéticos. Inicialmente se justifican por el hecho de que el cliente está comprando (o instalando) equipos, por lo que deben verificarse los parámetros originales de seguridad y rendimiento del sistema. A nivel de sistema, estos ensayos se detallan específicamente en la familia de normas IEC 62933, que tiene en cuenta los diferentes tipos de sistemas de almacenamiento de energía (ESS): mecánicos, eléctricos y electroquímicos. Aquí, cubrimos los parámetros y estándares asociados con las baterías electroquímicas.

La norma IEC TS 62933-3-1:2018 es una especificación técnica de planificación y evaluación del rendimiento para ESS. Establece qué tipos de pruebas son necesarias para medir el cumplimiento de las especificaciones del sistema:

• Desde el punto de vista del rendimiento, la norma BS EN IEC 62933-2-1:2018 y el documento publicado (PD) IEC TS 62933-2-2:2022 son las especificaciones generales para los ensayos de parámetros de un SEE, incluido un BESS.
• Desde el punto de vista de la seguridad, los requisitos FAT y SAT específicamente para ESS electroquímico, o BESS, se establecen en la norma BS EN IEC 62933-5-2:2020, que especifica el programa de ensayo que debe llevarse a cabo en las etapas iniciales de vida de las instalaciones. El alcance de esta norma es equivalente a la norma combinada ANSI/CAN/UL 9540 junto con la metodología de ensayo ANSI/CAN/UL 9540A. Los fabricantes de BESS podrían certificar sus productos bajo estas tres normas de seguridad.

Como las baterías son el elemento central de un BESS, sus componentes y el principio de funcionamiento electroquímico son inherentemente la parte más peligrosa del sistema y, por lo tanto, es donde deben enfocarse la mayoría de las medidas de seguridad. La norma BS EN IEC 63056:2020 se dedica específicamente a la evaluación y prueba de baterías de litio para su uso en un sistema de almacenamiento de baterías. Esta norma cae bajo el paraguas de la norma BS EN IEC 62619, que aborda la seguridad de las celdas y baterías de litio recargables para uso industrial. Nuestra opinión es que las pruebas mencionadas en BS EN IEC 63056:2020 y BS EN IEC 62619:2022 deben realizarse para todas las baterías utilizadas en un BESS (o al menos una muestra según lo especificado en estas normas). Además, estos dos estándares hacen un llamado a la norma de rendimiento IEC 62620:2014 con respecto al marcado y las pruebas de capacidad para las baterías. Un OEM de baterías puede certificar sus productos (células, módulos y/o racks) bajo las normas BS EN IEC 63056, 62619 y 62620. Encontramos que esta combinación es la mejor opción, ya que la mayoría de las pruebas establecidas buscan posibles desencadenantes de incendios, explosiones u otras situaciones peligrosas, y estas pruebas deben realizarse en la fábrica. Recomendamos encarecidamente que los informes de resultados de las pruebas se pongan a disposición del comprador y sean revisados por un ingeniero independiente acreditado. Podemos ayudarle con esto último.

Vale la pena mencionar que el estándar de seguridad de la batería ANSI/CAN/UL 1973 es equivalente a los tres estándares de batería IEC mencionados anteriormente. Las celdas y las baterías también podrían certificarse utilizando el estándar UL 1973. Vea la figura 2 para los estándares de prueba disponibles para las baterías BESS.

En términos generales, el curso de acción para las pruebas de aceptación consiste en:

• Ensayo de tipo: se realiza durante la fabricación o al final de la línea de producción de los principales componentes del BESS, para evaluar la conformidad con las normas de las muestras representativas de producción.
• GRASAS: realizado en subsistemas completos y/o parcialmente ensamblados, antes de su transporte al sitio.
• SAT: hecho en el sistema completo, instalado después de la puesta en marcha.

En función de la complejidad del SAEB y de otras limitaciones, como los retrasos en la fabricación o la indisponibilidad de los componentes, podrían realizarse algunas pruebas en FAT y SAT, antes o después de la puesta en servicio, y los resultados se incluirían en el manual de funcionamiento de la instalación como registros completos de los exámenes.

En consecuencia, siempre presionamos por procedimientos FAT y SAT detallados para el sistema mientras evaluamos las baterías, en los requisitos técnicos (es decir, en los requisitos del empleador o la especificación funcional mínima). Hemos establecido protocolos FAT y SAT completos y versátiles teniendo en cuenta las necesidades de los clientes, la disponibilidad y las limitaciones habituales de los proveedores, además de enfatizar siempre la seguridad sin ignorar el rendimiento.
Nuestra metodología central se clasifica pragmáticamente en tres niveles, como se muestra en la Figura 3:

• Límite rosa: El establecimiento de la necesidad de FAT y SAT de seguridad y rendimiento para BESS, y directrices generales según las normas mencionadas.
• Límite púrpura: Pruebas de rendimiento para un BESS completamente ensamblado, generalmente realizadas en el punto de conexión (POC) con la red. Por seguridad, el sistema debe evaluarse como un todo, pero cada subsistema que lo compone debe demostrarse individualmente que es seguro. Deben realizarse ensayos de tipo, FAT de subsistemas específicos y ensayos de funcionamiento para los componentes principales del sistema.
• Límite de naranja: Evaluación del subsistema principal del BESS, que comprende las baterías y el sistema de conversión de potencia (PCS). Si el PCS no está disponible, las baterías deben probarse de acuerdo con las normas aplicables.

Lista de normas

BS EN IEC 62619:2022. Pilas y baterías secundarias que contengan electrolitos alcalinos u otros electrolitos no ácidos. Requisitos de seguridad para las pilas y baterías secundarias de litio destinadas a aplicaciones industriales.

Norma EN 62620:2015. Pilas y baterías secundarias que contienen electrolitos alcalinos u otros electrolitos no ácidos. Pilas y baterías secundarias de litio para su uso en aplicaciones industriales.
(Esta norma es idéntica a la IEC 62620:2014).

BS EN IEC 63056:2020. Pilas y baterías secundarias que contengan electrolitos alcalinos u otros electrolitos no ácidos. Requisitos de seguridad aplicables a las pilas y baterías secundarias de litio para su uso en sistemas de almacenamiento de energía eléctrica.

IEC TS 62933-3-1:2018. Sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (SES). Parte 3-1: Planificación y evaluación del rendimiento de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica - Especificación general.

BS EN IEC 62933-2-1:2018. Sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (SES). Parte 2-1: Parámetros unitarios y métodos de prueba - Especificación general.

PD IEC TS 62933-2-2:2022. Sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (SES). Parte 2-2: Parámetros unitarios y métodos de prueba: pruebas de aplicación y rendimiento.

BS EN IEC 62933-5-2:2020. Sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (SES). Parte 5-2: Requisitos de seguridad para los sistemas del SES integrados en la red: sistemas de base electroquímica.

ANSI/CAN/UL 1973:2022. Baterías para uso en aplicaciones eléctricas auxiliares estacionarias y móviles.

ANSI/CAN/UL 9540 Ed. 1-2016. Sistemas y Equipos de Almacenamiento de Energía.

ANSI/CAN/UL 9540A Ed. 4-2019. Método de prueba para evaluar la propagación térmica de incendios en sistemas de almacenamiento de energía de baterías.

Acerca de los autores

Tomas Gómez – Invitado, ingeniero mecánico con más de 13 años de experiencia en la construcción de proyectos de petróleo y gas. Ansioso por mi nuevo propósito: ayudar con la transición a la energía limpia y la descarbonización a través de la ingeniería de calidad. https://www.linkedin.com/in/gomeztag/

Andrés Blanco – Consultor del proyecto ⁇ Director General de Blanboz, ingeniero con casi quince años de experiencia en el ámbito de las energías renovables, y los últimos siete u ocho de estos años dedicados íntegramente a BESS a lo largo de todo el ciclo de vida del proyecto. Electricidad para todos - Las baterías lideran la carga. Más información en www.blanboz.com, si desea ponerse en contacto conmigo por favor hágalo en a.blanco@blanboz.com, https://www.linkedin.com/in/andresblanco77