هل تكمن مخاطر أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات في الخلايا… أم في المكونات الخفية؟

من التوسع السريع إلى الحاجة للسلامة: لماذا ندرس جذور أعطال BESS الآن؟

شهدت السنوات الأخيرة تسارعًا غير مسبوق في نشر أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات  (BESS)، مما جعلها ركيزة أساسية في التحول الطاقي العالمي. ورغم أن بعض الحوادث المرتبطة بحرائق هذه الأنظمة حظيت بتغطية إعلامية واسعة، تكشف البيانات عن انخفاض معدل الأعطال بنسبة 97% بين عامي 2018 و2023 بفضل إدماج الدروس المستفادة في التصميم والتشغيل؛ ومع ذلك، يبقى تحليل الأسباب الجذرية للأعطال أمرًا ضروريًا لصياغة معايير أكثر أمانًا واستدامة.

قاعدة بيانات عالمية: كيف يوثق EPRI خريطة أعطال البطاريات؟

أسس معهد EPRI  قاعدة بيانات لحوادث BESS عام 2021 بعد حرائق بارزة في كوريا الجنوبية وحادثة “Surprise, AZ” ، وتضم القاعدة أكثر من 81  حادثة منذ 2011، تركز على الحوادث ذات الأثر على السلامة العامة.
تم اعتماد تصنيف ثنائي يشمل:

• الأسباب الجذرية:  تصميم – تصنيع – تكامل وتجميع – تشغيل.
• العنصر الفاشل:  خلايا/وحدات – أنظمة تحكم – مكونات التوازن  (BOS)

هذا التصنيف يتيح فهمًا متقاطعًا للعلاقة بين المكونات والأسباب.

التكامل والتجميع: الحلقة الأضعف في سلسلة التخزين

تكشف البيانات أن أكثر من 70% من الأعطال وقعت أثناء مرحلة التركيب أو التشغيل الأولي. غالبًا ما ارتبطت هذه الأعطال بمكونات BOS مثل الأسلاك، أنظمة التبريد، وأنظمة الحماية من الحرائق.
المثال الأبرز هو حريق منشأة Victoria Big Battery في أستراليا  (2021)، حيث أدى تسرب في نظام التبريد أثناء التشغيل التجريبي إلى اندلاع حريق في وحدتين كاملتين.

التشغيل وحدود الشحن: متى تتحول أنظمة التحكم إلى مصدر خطر؟

حلّت الأعطال التشغيلية في المرتبة الثانية، وتركزت غالبًا في أنظمة التحكم (BMS, EMS) بين عامي 2018 و2019، سجلت كوريا الجنوبية 27  حادثة من أصل 30 عالميًا، معظمها بسبب تشغيل البطاريات بمستويات شحن (SOC)  تفوق 90%، ما أدى إلى حرائق واسعة، كما يوضح الشكل التالي.

التصميم والتصنيع: أخطاء صغيرة قد تقود إلى كوارث كبيرة

• أخطاء التصميم:  مثل ضعف عزل الأغلفة في أنظمة بنيويورك وإيداهو عام 2023، الذي سمح بتسرب المياه إلى وحدات البطاريات.
• عيوب التصنيع:  نادرة لكنها خطيرة، وغالبًا ما يصعب تتبعها بعد الحرائق. بعض الاستدعاءات لمنتجات كهربائية في 2018-2020 أشارت لاحتمال وجود عيوب في الخلايا والوحدات.

المكونات الداعمة (BOS) اللاعب غير المرئي وراء أغلب الأعطال

تظهر بيانات الشكل التالي أن غالبية الأعطال تعود إلى مكونات BOS أو أنظمة التحكم، بينما لم تتجاوز الأعطال المرتبطة بالخلايا نسبة 11%. هذه النتيجة تدحض الفرضية التقليدية بأن الخلايا هي السبب الرئيسي للأعطال، وتبرز دور المكونات المساندة في تحديد موثوقية النظام.

التوصيات العملية: من التدريب إلى التحليلات التنبؤية

يقدم التقرير في الجدول 1 مجموعة من الحلول العملية:

• في التصميم:  الالتزام بمعايير UL وNFPA، وتطبيق تقييمات مخاطر خاصة بالموقع.
• في التكامل:  رفع كفاءة تدريب العاملين والفحص الدقيق لواجهات المكونات.
• في التصنيع:  اعتماد تدقيق صارم في المصانع واختبارات قبول شاملة.
• في التشغيل:  استخدام التحليلات التنبؤية المتقدمة لتجاوز حدود أنظمة BMS التقليدية.

الشفافية أولًا: لماذا تحتاج الصناعة إلى مشاركة أوسع لبيانات الأعطال؟

يشير الشكل التالي  إلى فجوة واضحة بين معدل نشر أنظمة BESS ومعدل الأعطال المبلغ عنها عالميًا، ما يعكس ضعف الشفافية. دعا التقرير إلى مزيد من الإفصاح عن تقارير الأسباب الجذرية، باعتبارها شرطًا لبناء معرفة جماعية وتحسين معايير السلامة.المستقبل الآمن: كيف نعيد صياغة معايير تخزين الطاقة؟

توضح الدراسة أن تحديات السلامة لا تكمن في الخلايا وحدها، بل تمتد إلى المكونات الداعمة وأنظمة التحكم. ورغم الانخفاض الكبير في الحوادث، فإن ضمان استدامة القطاع يتطلب:

• معايير تصميم وتشغيل أكثر صرامة.
• مشاركة بيانات أوسع من المصنعين والمطورين.
• تعزيز التدريب والجودة في التكامل والتجميع.

إن مستقبل أنظمة BESS لن يُبنى على الكفاءة فقط، بل على الثقة والموثوقية، بما يضمن دورها الحيوي في دعم التحول الطاقوي العالمي.

📚  المصدر:

EPRI, TWAICE, PNNL. (2024). Insights from EPRI’s Battery Energy Storage Systems (BESS) Failure Incident Database: Analysis of Failure Root Cause. White Paper, May 2024