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Rápido avance

Por Jesse Roman

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Una actualización del mundo en desarrollo de los sistemas de almacenamiento de energía, incluyendo la creación de NFPA 855, Norma sobre Instalación de Sistemas de Almacenamiento de Energía Estacionaria.

 

En septiembre del 2017, sobre una extensa planicie de asfalto a 30 millas al norte de San Diego, la empresa AES Energy Storage encendió lo que en ese momento fue el conjunto de baterías de ión de litio más extenso del mundo.  

Albergado en hileras de blancas estructuras industriales sin ventanas, el sistema de almacenamiento de energía o SAE, como se denominan tales instalaciones en la industria, no parece gran cosa a los ojos de la población general. Para las empresas de servicios públicos locales, no obstante, ha sido una salvación. A fines del 2015, se descubrió una enorme fuga de metano en unas instalaciones de almacenamiento de gas natural en las cercanías del Cañón de Aliso, cortando una crítica línea de suministro y afectando duramente las capacidades de producción de energía de la región. El cierre hizo que las empresas de servicios públicos deban advertir sobre posibles cortes—lo que ocurre cuando la demanda de energía supera la capacidad del servicio para suministrarla. Ninguno de los arreglos habituales tenía sentido. Construir una central eléctrica a gas o carbón para reemplazar la pérdida de generación de energía hubiera llevado años; la energía solar y eólica dependen del clima y no pueden ponerse en marcha en el preciso momento en que aparece una demanda de energía.

En cambio, las empresas de servicios públicos optaron por una estrategia más nueva: aumentarían la capacidad para manejar la carga de electricidad manteniendo una reserva de energía excedente en extensas baterías recargables, listas para ser utilizadas al momento de recibir el anuncio del corte. Incluyendo la batería de AES, las empresas de servicios públicos en el Sur de California han instalado al menos 100 megavatios de capacidad de SAE en años recientes, lo suficiente como para suministrar energía a decenas de miles de hogares durante horas cuando surge la necesidad.

“Pasar de algo que pensamos que era un tipo de tecnología del futuro, a que de repente esté lista para el rescate tan rápidamente—sí creo que es una gran historia de éxito”, le dijo John Zahurancik, presidente de AES Energy Storage al periódico poco tiempo después de completarse el proyecto, una tarea que llevó tan solo seis meses.

A pesar de los éxitos, la proliferación de miles de extensas estructuras energizadas en todo el país—incluyendo muchos edificios en los que la gente vive y trabaja—no llega sin presentar un riesgo. Identificar tales riesgos y el modo de manejarlos ha sido un importante foco para NFPA y otras organizaciones de seguridad e investigación durante los últimos varios años.

Un punto fuerte de estos esfuerzos ha sido el empuje para la creación de NFPA 855, Norma para la Instalación de Sistemas de Almacenamiento de Energía Estacionaria. La norma en desarrollo incluye pautas para una amplia gama de baterías y tipos químicos sobre polémicas cuestiones como la instalación, ventilación, mantenimiento, operación, desmantelamiento, y prevención de incendios. El borrador incluye también un anexo sobre mejores prácticas para bomberos así como una breve descripción de los riesgos del sistema. La primera edición de NFPA 855 podría ya publicarse para principios de 2019.

Esta guía es muy necesaria para aquellos que trabajan con la reglamentación y respuesta a emergencias con SAE, dice Howard Hopper, ingeniero en protección contra incendios y gerente de programas en UL quien ha participado junto con NFPA, el Consejo Internacional de Códigos, y la Asociación Internacional de Jefes de Bomberos en la elaboración de normas sobre SAE.

“A medida que vemos más de estas instalaciones a gran escala de SAE, crece la preocupación por parte de las autoridades competentes sobre la falta de protección por parte de los tradicionales requisitos del código de incendios”, le dijo a NFPA Journal. “Nos están consultando sobre el modo de proteger de manera correcta estos sistemas si los códigos que están utilizando no presentan ninguna sección en realidad que aborde los riesgos. Cuando oyen en las noticias sobre incendios con baterías de ión de litio, piensan, ‘bueno, ¿qué puedo hacer con esta gran instalación en mi jurisdicción?’”

Los temas y educación sobre SAE ocuparon un importante lugar en la Conferencia y Exposición de NFPA 2018 en junio en Las Vegas, incluyendo el lanzamiento de un actualizado curso de NFPA sobre SAE diseñado para bomberos.

Proliferación de la energía
Las instalaciones de SAE son cada vez más comunes en todo el mundo a medida que las empresas de servicios públicos, las empresas e incluso muchos consumidores dan rienda suelta al potencial de la tecnología para ayudar a controlar los costos en energía y aumentar la eficacia. Como resultado, se ha disparado la capacidad utilizada de almacenamiento de energía a nivel mundial en años recientes y no muestra signos de desacelerarse. Según un informe reciente de Bloomberg New Energy Finance, se espera que la capacidad de almacenamiento de energía se duplique seis veces en los próximos doce años, aumentando de menos de 5 gigavatios-hora utilizados en 2016 a unos anticipados 300 gigavatios-hora en 2030. El mercado de SAE en Estados Unidos proyecta un aumento de 12 veces en el uso de SAE para el 2022, según GTM Research.

Mientras que las más grandes baterías atrapan los titulares—se ha opacado cuatro veces el récord de batería de ión de litio más grande del mundo el año pasado—la gran mayoría de SAE utilizados se funden silenciosamente detrás de escena, escondidos dentro de insulsas estructuras en el exterior de parques o subdivisiones de oficinas. Se introducen, cada vez más, en edificios de departamentos, en estacionamientos, en azoteas, en plazas comerciales y en lugares de trabajo. Otros, como las baterías de AES en San Diego, resuenan en la oscuridad de parques industriales, listas para proporcionar energía ante la falla o sobrecarga de otras fuentes.

Todo equivale a “una gran cantidad de nueva tecnología instalada en muchos lugares que no han contado tradicionalmente con baterías”, dijo Hopper, que es miembro del comité técnico de la 855.

Desde el punto de vista del producto, el programa de investigación de baterías de UL ha asegurado que casi todos los SAE comercialmente disponibles cumplen con los mínimos requisitos de seguridad, pero “también es necesario observar los riesgos y exposiciones en el mundo real” en donde están instalados, dijo Hopper. “Si uno cuenta con un extenso SAE de ión de litio en una campo eólico en un área rural, uno cuenta con escenarios de protección y exposiciones muy diferentes a los de la misma batería en un área urbana o en el cuarto piso de un edificio ocupado”.

Comprender las diferentes variables de riesgo involucradas para una instalación específica – tipo, dimensión, cantidad, aplicación, ubicación del SAE, etc. —y luego intentar limitar tales riesgos, es el objetivo principal de NFPA 855. Pero no ha sido una fácil tarea.

La relativa novedad de los SAE, junto con la creciente cantidad de ubicaciones y aplicaciones en las que se utilizan los sistemas, significa que existen limitados datos de pruebas de incendio de consulta para el comité. Como resultado, siguen siendo inciertas las críticas pautas de seguridad como el espaciamiento de las baterías, las máximas dimensiones permitidas y la cantidad de baterías dentro de una sala, e incluso el tipo de sistema de supresión que extinguirá adecuadamente un incendio de SAE.

“Debido a estas incertidumbres hemos creado requisitos bastante conservadores”, dijo Hopper. “Pero asimismo debido a todas estas incertidumbres, el código establece que si se realizan pruebas a gran escala y se demuestra que es seguro aumentar las dimensiones y cantidades, o reducir el espaciamiento, entonces los funcionarios del código pueden flexibilizar tales requisitos”.

Incluso a medida que continúa la investigación sobre SAE, la realidad demuestra que nada parece permanecer igual durante mucho tiempo en el mundo de los SAE. Los laboratorios del mundo están haciendo enormes inversiones en aumentar la eficacia de las baterías a una fracción del costo, y el mercado libre sigue inventando nuevas maneras de utilizarlas. Siguen emergiendo nuevas químicas y aplicaciones de baterías, que traen aparejadas nuevas incertidumbres.

En algunos países, por ejemplo, se está convirtiendo en una práctica común que los propietarios de vehículos eléctricos (VE) utilicen las baterías de sus automóviles para proporcionarle energía a sus hogares cuando no están utilizando los vehículos. En otros casos, las baterías de VE más viejas y degradadas, que ya no sirven para andar, se reciclan para un uso en el hogar, brindando energía de reserva y una forma de nivelar los picos de voltaje —una práctica de ahorro de costos que implica cambiar a una energía de baterías cuando los precios de la electricidad suministrada por las empresas de servicios públicos sufren un marcado aumento, y recargar las baterías durante las horas en las que los precios son más bajos. Algunos creen que, ya que el SAE para consumo residencial crece junto con la generación solar, los barrios pronto podrán formar sus propias redes eléctricas independientes autosustentables además de los tradicionales servicios públicos centralizados. Los expertos se preguntan cómo podría afectar un desarrollo como éste en la reglamentación y protección contra incendios.

Incluso más futurista es la propuesta de Uber de lanzar una flota de aeronaves eléctricas, que se cargarían a través de extensos SAE sobre azoteas de la ciudad. Se espera que la prueba beta del programa comience en Dallas, Los Angeles, y en Dubai en el 2020. Algunas personas incluso prevén un futuro en el que se construyan cargadores eléctricos inalámbricos en la vía pública para cargar los vehículos eléctricos de manera constante mientras transitan.

“Esto es algo de lo que hemos conversado mucho durante nuestras reuniones del código: ¿Cómo abordarán los códigos la tecnología y los usos que aún no conocemos?” dijo Hopper. “Es un verdadero problema”.

Tradicionalmente, si se omite una nueva tecnología en un código o norma, ésta no estaría regulada y por ende la autoridad competente contaría con escasa o nula información para seguir adelante. El comité de NFPA 855, no obstante, tomó un enfoque diferente, al proponer límites más rigurosos sobre las nuevas tecnologías en la norma a menos que los resultados de pruebas de incendio a gran escala confirmen que es seguro.

Como podría esperarse con cualquier nueva tecnología, el primer borrador de NFPA 855 recibió una importante atención cuando se lo publicó para recibir las opiniones públicas el año pasado. El comité técnico recibió más de 500 opiniones públicas de partes interesadas, muchas de empresas de servicios públicos que no son por lo general expertas en reglamentaciones. Otros comentaristas estaban preocupados por el hecho de que las restricciones en la dimensión y espaciamiento de SAE interiores generarían instalaciones con costos prohibitivos e impedirían la adopción de los SAE para las actividades comerciales.

El primer borrador de NFPA 855 está programado para ser publicado a principios del mes de mayo, y los comentarios para el segundo borrador serán recibidos por el comité hasta el 12 de julio.

Inquietudes de socorristas
Mientras que las autoridades competentes esperan con ansias más pautas sobre SAE, los bomberos tienen sus propios interrogantes, según Ron Butler, un ex-bombero de Detroit y presidente de Energy Storage Safety Products International, una consultoría en seguridad para la industria de SAE.

“Los bomberos saben mucho sobre muchas cosas, pero no son justamente expertos en SAE”, dijo recientemente Butler durante una capacitación en SAE que lideró en las oficinas de NFPA para un grupo de oficiales del Cuerpo de Bomberos de Boston. “Desde el punto de vista de los bomberos necesitamos asegurarnos que nuestros compañeros están en orden con esto”.

Al oír la clase de Butler, las razones por la inquietud eran fácilmente aparentes: el SAE es complejo, cambia con rapidez, y aún posee muchas incertidumbres relacionadas con la protección contra incendios. Cuando un oficial de bomberos de Boston le preguntó a Butler cómo se suponía que sus bomberos deberían apagar un incendio en un SAE, la respuesta fue “enormes cantidades de agua” —esto, a menos que esté involucrada una batería de sulfuro de sodio mucho menos común, que “reacciona violentamente al agua”.

Otro oficial deseaba saber qué sistemas de supresión de incendios son necesarios en espacios que albergan SAE. “Al momento, no existe realmente una pauta firme”, respondió Butler. “Aún estamos redactando la norma, de modo que varía de un estado al otro y puede depender del inspector del departamento de bomberos”.

La gama completa de gases liberados durante un incendio de una batería y la toxicidad de las llamas tampoco son todavía claras. En algunas baterías, esos gases son también inflamables en ciertas concentraciones, y si se presenta una fuente de ignición es posible que se produzca una explosión. En otros tipos de sistemas, como las baterías de flujo, que utilizan líquidos en circulación llamados electrolitos para almacenar energía, el fuego no plantea tanta preocupación como la toxicidad del electrolito derramado, que requiere de un tipo de respuesta diferente.  

Otra dificultad para los bomberos es la tendencia de las baterías de ión de litio a volver a encenderse como las velas mágicas de los cumpleaños mucho tiempo después de haberse extinguido. Si este fuera el caso, ¿cómo podría un bombero saber cuándo es seguro que el propietario del edificio regrese a la escena del incendio? Esto tampoco está completamente resuelto.

Un tema relacionado (y uno para el que NFPA también cuenta con un curso) involucra a los vehículos eléctricos —una importante área de preocupación para los bomberos. En Mountain View, California, en marzo, el cuerpo de bomberos local respondió a un choque de un Tesla Modelo X, con una batería vehicular que se había abierto y estaba en llamas, y celdas de betería individuales desparramadas por la autopista. La escena implicaba simultáneamente un incendio, un incidente con materiales peligrosos, y un riesgo de electrocución. “Debido a que la batería estaba expuesta, no teníamos la certeza de si era seguro para nosotros mover el vehículo”, le dijo el oficial del Cuerpo de Bomberos de Mountain View, Art Montiel, a un canal de televisión local. El choque provocó el corte de tres carriles de la autopista durante seis horas.   

Debido a las incertidumbres y relativa novedad de la tecnología, muchos departamentos no cuentan aún con procedimientos operativos estándar, planificaciones previas, y programas de capacitación para emergencias con SAE. Estandarizar la instalación de SAE y los elementos de seguridad que deben estar presentes — un objetivo principal de NFPA 855 — llevará una mayor regularidad al proceso y ayudará a los bomberos a desarrollar procedimientos y planificaciones previas.

Incluso mientras continúa la elaboración de NFPA 855, la tarea que enfrentan los bomberos cuando se trata de un SAE sigue siendo enorme. Actualmente, existen nueve tipos diferentes de SAE incluidos en el borrador de NFPA 855, y muchos de estos cuentan con varias subcategorías con diferentes propiedades y riesgos únicos. En algunos años más, podrían existir muchos más. Los bomberos sostienen que algo debe suceder.

“No es razonable esperar que los bomberos conozcan la química de cada tipo de batería para cada batería en cada edificio”, le dijo Butler a la clase de oficiales de bomberos de Boston. “Los bomberos tienen un universo de responsabilidades, y no podemos simplemente cargar nosotros con la responsabilidad de asegurar que un SAE sea seguro — tiene que ser un esfuerzo colectivo”.

Los socios esenciales para el éxito incluyen a los propietarios de edificios, trabajadores de mantenimiento, gerentes de instalaciones, entre otros, dijo Butler, todos ellos deben estar capacitados, al igual que los bomberos, en las químicas, riesgos y datos específicos de las baterías instaladas en sus instalaciones. “Todos tienen que ayudar”, dice. “Es necesario que trabajemos juntos”.

Jesse Roman es editor para el NFPA Journal.


Cerrando brechas
Una serie de proyectos de investigación busca respuestas a los interrogantes de los sistemas de almacenamiento de energía.

La investigación ya está en marcha con el fin de cerrar algunas brechas de conocimiento relacionadas con los sistemas de almacenamiento de energía (SAE). Esta primavera, la rama de investigación de NFPA, la Fundación de Investigación de Protección contra Incendios (FPRF), lanzó un proyecto para estudiar la eficacia de diferentes sistemas de supresión en pruebas de incendio con extensos SAE con ión de litio. Los investigadores esperan que los resultados determinen los mínimos requisitos para el diseño y densidad de un efectivo sistema de rociadores que proteja los SAE con ión de litio, actualmente el tipo predominante de batería utilizado en todo el mundo.  

La importancia del proyecto quedó en claro el pasado mes de noviembre cuando una batería de ión de litio de 1 megavatio se incendió en Bélgica, emanando penachos de humo blanco al aire, a pesar de que el sistema estaba totalmente equipado con supresión de incendios. El video del evento muestra las llamas saltando desde la estructura ante la falla del sistema de supresión para poder controlarlas.

Otro proyecto de la FPRF, también lanzado esta primavera, es un esfuerzo de dos años para ayudar al cuerpo de bomberos a desarrollar pautas operativas estándar para responder a emergencias con baterías de ión de litio. Utilizando los datos recopilados a partir de una revisión de la literatura y de las pruebas de incendio, los investigadores esperan construir un simulador de incendios de SAE que replique los escenarios de incendio comunes de SAE. El simulador será luego probado en campo con departamentos de bomberos para evaluar la eficacia de diferentes tácticas para combatir el fuego con la esperanza de finalmente utilizar lo aprendido para desarrollar pautas operativas estándar. El simulador inicial podría finalmente replicarse también, pudiendo así ser utilizado por cuerpos de bomberos en todo el país en capacitaciones en vivo sobre SAE.

Se han registrado adelantos en otros frentes también. En 2017, UL realizó una extensiva prueba de incendios sobre un indeseado fenómeno de baterías conocido como fuga térmica, en el que el calor de un incendio o celdas de batería dañadas genera una reacción química dentro de la celda, aumentando aún más la temperatura y generando más reacciones químicas con efecto en cascada de celda a celda. La investigación llevó a la creación de UL 9540a, Método de Prueba Estándar para Evaluar la Propagación del Fuego por Fugas Térmicas en Sistemas de Almacenamiento de Energía con Baterías. Los métodos de prueba estándar permitirán que los ingenieros de incendio prueben con mayor precisión los SAE en una serie de configuraciones — como con diferentes cantidades, dimensiones, químicas y espaciamiento de baterías entre otras características — para descubrir qué podría ocurrir en un escenario con el peor de los casos en el que una o más baterías entra en fuga térmica. A medida que se realicen más experimentos de este tipo, los funcionarios del código tendrán una mejor idea de los posibles riesgos de los diferentes escenarios de los SAE y podrán adaptar NFPA 855 consecuentemente.

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