Dentro de nuestro trabajo en Gerencia de Riesgos, no solo identificamos los riesgos y proponemos medidas para transferirlos, sino que también incorporamos recomendaciones técnicas aportadas por expertos en cada materia. En este caso, hemos contado con la colaboración de Javier, ingeniero con amplia experiencia en atmósferas explosivas, control medioambiental y redes eléctricas, quien nos ha ayudado a definir pautas seguras para la manipulación y el almacenamiento de baterías de litio, un elemento cuya gestión requiere especial atención debido a la complejidad que implica la extinción de incendios en caso de incidente.
El gran impulso generado durante las últimas décadas en los sectores de las energías renovables, las tecnologías de la comunicación y entretenimiento (smartphones, tablets, etc.), movilidad eléctrica, herramientas y bienes de equipo, etc., ha hecho que las baterías de ion litio se conviertan en la columna vertebral para la alimentación de dispositivos eléctricos y electrónicos, al ser consideradas de bajo mantenimiento, ya que no necesitan ciclos programados para mantener su vida útil. También tienen densidades de energía y voltajes extremadamente altos, y almacenan energía renovable como la solar y la eólica.
Las baterías de iones de litio tienen varias ventajas, como su alta densidad energética y su rapidez de carga, pero también pueden ser peligrosas.
- Ventajas
- Alta densidad energética: Almacenan mucha energía en poco espacio.
- Rapidez de carga: Se cargan y descargan más rápido que otras baterías.
- Sin efecto memoria: No es necesario descargarlas por completo.
- Versatilidad: Se pueden usar en una amplia gama de aplicaciones.
- Desventajas
- Inflamabilidad: Son muy inflamables a altas temperaturas o golpes.
- Riesgo de incendio: Los incendios con baterías de iones de litio son difíciles de controlar y pueden liberar gases tóxicos.
- Costos: Son más caras que otras tecnologías similares.
- Retos de reciclaje: Presentan retos relacionados con el reciclaje.
Recomendaciones de uso y medidas preventivas
Dentro de las medidas preventivas para minimizar los riesgos de incendios en almacenes de carga de baterías de iones litio, se pueden tener en cuenta tres grandes factores importantes: riesgos relacionados con el local y almacenamiento, riesgos de tipo eléctrico y sistemas de detección y prevención contra incendio.
- Locales y almacenamiento.
Una de las medidas a tener en cuenta respecto a los locales de almacenamiento de baterías de iones de litio, es mantenerlas en un lugar fresco (15°C) y evitar el calor. Las baterías de litio son muy sensibles a los impactos, por lo que deben ser cuidadosamente manipuladas y almacenadas. Las principales medidas preventivas para los locales de carga y almacenamiento de baterías de iones de litio son las siguientes:
- Los locales deben dispones de sistemas de almacenamiento de las baterías (tipo Rack) que garanticen su correcta colocación sin riesgo de caídas accidentales y la ventilación de estas, lo que ofrecerá una correcta refrigeración.
- El mantenimiento de una temperatura adecuada del local (en torno a los 15°C) es muy importante, ya que esto evitará el sobrecalentamiento de las baterías, prolongará su vida útil y minimizará el riesgo de incendio. Para ello el local debe estar bien climatizado y con buena ventilación. Una buena solución pueden ser los sistemas de bomba de calor aerotérmica, de bajo coste económico y sobre todo muy bajo consumo eléctrico dada su alta eficiencia.
- Instalación eléctrica.
Otro factor importante es la instalación eléctrica del local de carga y almacenamiento de las baterías. La carga de baterías debe realizarse a través de sistemas de carga que puedan mantener correctamente la vida útil de las baterías, así como su correcta gestión de carga y descarga. Se debe evitar mantenerlas con carga completa durante largos períodos. Por lo que es totalmente recomendable cargarlas con un cargador específico para esta tecnología. En el caso de locales de almacenamiento con un número elevado de baterías (como campos de golf, circuitos de karts y mini-motos eléctricas, etc.) es muy recomendable utilizar un Battery Management System (BMS) que, además de controlar la tensión y la temperatura de las celdas, el BMS dará información al usuario de datos que ayudarán a una mejor gestión de las baterías, como número de cargas de cada una de las baterías, intervalos de carga y descarga entre usos, porcentaje de carga y pérdida de capacidad de almacenamiento, monitorización de la temperatura de la batería, etc. Estos datos ayudaran a la persona encargada del almacén de baterías a realizar una mejor gestión de este, equilibrando el número de usos de cada batería, detectando las baterías defectuosas o con poca capacidad de almacenamiento para su desechado, etc. Las medidas a tener en cuenta serían las siguientes:
- Instalación eléctrica ejecutada con cables eléctricos libres de halógenos y no propagadores de llama.
- Protecciones eléctricas adecuadas para los sistemas de carga-descarga a utilizar, como limitadores de sobretensión (proporcionan una tensión de alimentación estable evitando picos de alto voltaje), interruptores diferenciales superinmunizados (Lo que distingue al diferencial superinmunizado es su capacidad para responder de manera más efectiva a las corrientes de fuga de alta frecuencia, siendo capaz de resistir picos de corriente y ruidos eléctricos).
- Sistemas o equipos de carga adecuados para la correcta gestión de baterías de iones de litio.
- En el caso de almacenes con un número elevado de elementos, sistema de gestión BMS.
- Protección contra incendios.
Por último y no por ello menos importante, el local de almacenamiento y carga de baterías debe contar con un sistema de detección y protección contra incendios. Las baterías de iones de litio combinan materiales de alta energía que son altamente inflamables. Cualquier cortocircuito interno puede desencadenar un desbordamiento térmico, acontecimiento que tiene lugar cuando una sola celda o área dentro de una celda alcanza temperaturas elevadas debido a un fallo de la batería. Esta alta temperatura inflamaría el líquido orgánico que la compone, y su descomposición libera oxígeno, lo que aviva el riesgo de incendios y dificulta su control y extinción.
Los sistemas de protección contra incendios actúan cuando todo lo demás ha fallado, por tanto, es importante identificar las reacciones de las baterías en caso de fallo para poder controlar la situación con la máxima premura posible.
Cualquier incendio en las baterías de iones de litio comienza con la propagación de gas y partículas. Después de esto, en las siguientes etapas del desarrollo del fuego, el humo se hace visible con la consecuente formación de llamas.
Es fundamental la detección muy rápida y fiable de celdas o baterías que muestren signos anormales para evitar el desbordamiento térmico. Hay muchas tecnologías disponibles para detectar estos incendios; para seleccionar la más idónea hay que tener en cuenta:
- Es posible una detección muy temprana del incendio basada en el gas o el humo tras el fallo incipiente de una celda.
- El entorno en el que nos encontremos ya que condicionará el sistema de detección automática de incendios a instalar.
En base a estas dos premisas, podemos seleccionar diferentes tecnologías:
- Detectores de humo por aspiración, detectores de ionización de llama, cámaras termográficas, etc.
Es imprescindible, en la medida de lo posible, evitar la propagación del incendio. Evitar aglutinar muchas baterías en un mismo lugar, e incluso separarlas de otros elementos que puedan entrar en combustión y así propagarse el incendio.
- Las cortinas cortafuegos, en este sentido es una solución fácil de integrar en la arquitectura y que permite separar los riesgos de incendios resistiendo hasta 2 horas a 1100ºC.
Es fundamental controlar la temperatura y la cantidad de humo para evacuar a los ocupantes y apoyar las operaciones de extinción. Esto es posible gracias a un sistema de control de temperatura y evacuación de humos (SCTEH) que habrá que diseñar en cada caso teniendo en cuenta las necesidades de protección y las condiciones del establecimiento.
Los sistemas de extinción automática extinguen o contribuyen a prevenir la propagación del incendio. Una cuestión clave en cualquier sistema de extinción de incendios es seleccionar el agente extintor más adecuado, la descarga correcta del agente con un caudal y una presión suficientes, sin olvidar la correcta instalación y su riguroso mantenimiento.
- Los sistemas más idóneos para incendios en baterías de ion litio pueden ser sistemas automáticos por diluvio, sistemas automáticos por agua nebulizada, sistemas automáticos por encapsulamiento.
Las celdas de las baterías, en muchos casos, están contenidas en paquetes de baterías sellados con clasificación IP. Esto hace que sea difícil o en muchos casos imposible aplicar un agente de extinción de incendios directamente a la celda dañada. La configuración de la envolvente de la batería influye en gran medida en el riesgo y en la estrategia de extinción prevista, y es por ello por lo que también resulta fundamental los sistemas manuales de extinción como bocas de incendios equipadas BIEs, hidrantes exteriores, columnas secas, extintores manuales.
El riesgo de incendios en baterías de iones de litio es nuevo, desconocido y cambiante, pero cabe celebrar que los propios fabricantes de baterías están haciendo grandes avances para minimizar el riesgo de incendios a través de aplicación de soluciones de protección pasiva inherentes en las propias celdas o baterías.
Cada aplicación de protección contra incendios requiere una solución específica, basada en el uso de sistemas homologados, ya que no existe un concepto de protección que se adapte por igual a todas las aplicaciones.
Las baterías de iones de litio varían y siguen evolucionando, en cuanto a su configuración, su química y sus materiales. Es por ello por lo que la innovación en este campo es un factor decisivo para controlar el riesgo de incendios.
- Recomendaciones adicionales.
En los puntos anteriores, se han mencionado las recomendaciones relativas a la seguridad para los locales e instalaciones de carga de baterías de litio. Estas medidas son extrapolables a otros tipos de baterías como las de titanato de litio, polímero de litio, Niquel-Cadmio, etc., ya que todas requieren de prácticamente los mismos cuidados y regímenes de trabajo.
Adicionalmente a la seguridad, se pueden considerar otras recomendaciones que harían más eficiente la instalación de carga y mantenimiento de las baterías y ayudarían a retornar la inversión realizada en estas instalaciones.
- Una medida a tener en cuenta sería la de asociar una producción solar fotovoltaica de auto consumo a la instalación de carga de baterías. Los grandes avances en el campo de la fotovoltaica, unidos a su extensión durante los últimos años, han hecho que esta tecnología de producción de energía eléctrico 100% renovable, sea cada vez más fácil de integrar a las instalaciones eléctricas de los edificios y a precios cada vez más competitivos. Esto hace que el tiempo de retorno de inversión en una instalación solar fotovoltaica de autoconsumo, se reduzca notablemente.
Incorporar una instalación de generación eléctrica renovable, provocaría un ahorro económico en la factura de la luz, la reducción de la huella de carbono, y una mayor independencia energética. En el caso de asociar esta instalación a la de carga de baterías, se reducirían los costes de la energía eléctrica necesaria para cargar las baterías, ya que la producción solar se da en horas de alto coste eléctrico. El sistema de climatización de la sala de carga de baterías, necesario para mantener una temperatura baja en el local, también conlleva un aumento del consumo eléctrico. La instalación de autoconsumo reduciría también los costes de climatización de la sala de baterías.
- En el caso de grandes instalaciones de carga de baterías, en las cuales se haya estimado necesario la incorporación de un sistema BMS de control de planta, se puede integrar mediante una API la lectura de los precios diarios por hora de la energía eléctrica, publicados por Red Eléctrica Española entre otros. Las publicaciones de los precios de la energía se hacen con un día de antelación, por lo que al integrar esta “inteligencia” en nuestro BMS, nuestro sistema de carga de baterías sabrá, con un día de antelación, las horas de bajo coste de la energía eléctrica, por lo que se podrían establecer como prioritarias esas horas para la carga de baterías.
Un sistema BMS capaz de realizar esa gestión, convertiría nuestro sistema de carga de baterías, en un sistema mucho más eficiente en todos los niveles, operatividad, mantenimiento, etc. Además de optimizar al máximo los costes dedicados a la carga de baterías, lo que provocaría una mejora en los tiempos de retorno de inversión de la planta.
Artículo escrito para Insure Brokers por Javier Caballero Álvarez, Ingeniero Técnico Jefe en Departamento de Energías Renovables de HUNOSA
