ในยุคที่พลังงานสะอาดและการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพเป็นเรื่องสำคัญ ระบบเก็บพลังงานแบบแบตเตอรี่ (Battery Energy Storage System – BESS) กลายเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับบ้านเรือนและธุรกิจต่างๆ อย่างไรก็ตาม การใช้งาน BESS มีความเสี่ยงที่ต้องระวังเพื่อให้มั่นใจใน ความปลอดภัยของการใช้งานระบบแบตเตอรี่ และ ผู้ใช้งานแบตเตอรี่
ความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับ BESS
1.ไฟไหม้และการระเบิด: แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ใน BESS มีความเสี่ยงที่จะเกิดไฟไหม้หรือระเบิดหากมีความร้อนสูงเกินไป ถูกทำลาย หรือถูกติดตั้งไม่ถูกต้อง ซึ่งมักเกิดจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “thermal runaway” ซึ่งอุณหภูมิของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างไม่สามารถควบคุมได้.
การเกิด thermal runaway ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและอันตราย นี่คือขั้นตอนหลักๆ ของการเกิด thermal runaway:
- การเพิ่มอุณหภูมิเริ่มต้น: กระบวนการเริ่มต้นเมื่อแบตเตอรี่มีอุณหภูมิสูงขึ้นจากการชาร์จเกิน การลัดวงจร หรือความเสียหายทางกายภาพ ซึ่งทำให้เกิดความร้อนภายในเซลล์แบตเตอรี่.
- การสลายตัวของ separator: เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึงจุดหนึ่ง separator (แผ่นกั้นระหว่าง anode กับ cathode) ภายในแบตเตอรี่จะเริ่มสลายตัว และปล่อยก๊าซที่ติดไฟได้ เช่น ออกซิเจนและไฮโดรเจน ออกมา.
- การเกิดปฏิกิริยาเคมี: ก๊าซที่ปล่อยออกมาจะทำปฏิกิริยากับวัสดุภายในแบตเตอรี่ เช่น อิเล็กโทรด ทำให้เกิดความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว.
- การเพิ่มอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว: ความร้อนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาเคมีจะทำให้อุณหภูมิภายในแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้เกิดการสลายตัวของวัสดุเพิ่มเติมและปล่อยก๊าซเพิ่มขึ้น.
- การเกิดไฟไหม้หรือการระเบิด: เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึงจุดที่ไม่สามารถควบคุมได้ ความร้อนและก๊าซที่ปล่อยออกมาจะทำให้เกิดไฟไหม้หรือการระเบิดของแบตเตอรี่.
ปฏิกิริยา Thermal runaway มีลักษณะเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ คือมีการลูกลามขยายตัวต่อไปเรื่อย ๆ จากเซลล์แบตเตอรี่ที่มีความผิดปกติเริ่มต้นเพียงแค่เซลล์เดียว อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเร่งการสลายตัวของ separator ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีมากขึ้น เกิดความร้อนมากขึ้น เซลล์แบตเตอรี่รอบๆเริ่มเสียหายและลุกลามไปทั้งหมด นอกจากปฏิกิริยา Thermal runaway มีลักษณะเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนแล้ว มันยังสร้างออกซิเจนขึ้นมาจากการสลายตัวของขั้ว cathode ที่เป็นวัสดุ lithium cobalt oxide (LiCoO₂) ทำให้แบตเตอรี่เกิดการลุกไหม้หรือการระเบิดเกิดขึ้นได้แม้ไม่มีอากาศจากภายนอกเข้าไปเสริม
เพื่อเพิ่มความปลอดภัยของการใช้งานระบบแบตเตอรี่โดยมีแนวทางการป้องกัน Thermal Runaway สามารถทำได้โดยการลดการเกิดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของเซลล์แบตเตอรี่ การพัฒนา separator ให้ทนต่อความร้อนมากขึ้น และการลดการสะสมของก๊าซที่ติดไฟได้ เพื่อตัดวงจรการเกิดปฏิกิริยา ดังนี้
– การควบคุมการชาร์จ: ใช้ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (Battery Management System – BMS) เพื่อควบคุมการชาร์จและป้องกันการชาร์จเกิน.
– การตรวจสอบและบำรุงรักษา: ตรวจสอบและบำรุงรักษาแบตเตอรี่อย่างสม่ำเสมอเพื่อป้องกันความเสียหายและข้อบกพร่อง.
– การออกแบบที่ปลอดภัย: ออกแบบแบตเตอรี่และระบบเก็บพลังงานให้มีความปลอดภัยสูงสุด รวมถึงการใช้วัสดุ separator ที่ทนทานต่อความร้อนและการลัดวงจร.
– การระบายอากาศ: ติดตั้งระบบระบายอากาศเพื่อปล่อยก๊าซที่เกิดจากการเกิด thermal runaway และลดความร้อนที่อาจนำไปสู่การเกิด thermal runaway.
2.ไฟฟ้าช็อต: BESS สามารถทำให้เกิดไฟฟ้าช็อตรุนแรงหากไม่ได้รับการจัดการหรือติดตั้งอย่างถูกต้อง ความเสี่ยงนี้สูงเป็นพิเศษเมื่อเซลล์แบตเตอรี่ถูกเชื่อมต่อกันเป็นแบตเตอรี่แบงค์ ซึ่งสามารถถึงระดับแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตรายได้.
3.การสัมผัสสารเคมี: หากตัวแบตเตอรี่ถูกทำลาย อาจมีการรั่วไหลของสารเคมีที่เป็นอันตราย ทำให้เกิดควันพิษ การเผาไหม้ หรือการกัดกร่อน ซึ่งอาจเกิดจากการชาร์จเกิน การเสียหายทางกายภาพ หรือข้อบกพร่องในการผลิต.
4.การเกิดอาร์คแฟลช: การลัดวงจรหรือความผิดพลาดในแบตเตอรี่อาจทำให้เกิดอาร์คแฟลช ซึ่งสามารถมีอุณหภูมิสูงกว่า 12,000°C ทำให้โลหะละลายและเกิดการบาดเจ็บรุนแรง.
5.ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์: ซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการดำเนินงานของ BESS อาจเป็นเป้าหมายของการโจมตีทางไซเบอร์ ซึ่งอาจนำไปสู่ความเสียหายต่อทรัพย์สินหรือความเสี่ยงทางกฎหมาย.
แนวทางการลดความเสี่ยง
- การติดตั้งตามมาตรฐาน: ปฏิบัติตามมาตรฐานของวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย (มาตรฐาน วสท 022013-22) หรือมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง เช่น NFPA 855 สำหรับการติดตั้ง BESS ใหม่ทุกครั้ง เพื่อให้เกิดความปลอดภัยของการใช้งานระบบแบตเตอรี่และลดความเสี่ยงจากไฟไหม้.
สำหรับมาตรฐาน วสท แบตเตอรี่ต้องติดตั้งในสิ่งห่อหุ้ม (enclosure) หรือ ห้อง (room) เท่านั้น
- การระบายอากาศที่เหมาะสม: ติดตั้งระบบระบายอากาศเพื่อปล่อยก๊าซที่เกิดจากไฟไหม้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และลดความร้อนที่อาจนำไปสู่การเกิด thermal runaway.
หากเป็นไปได้ แนะนำให้ใช้การระบายอากาศตามธรรมชาติสำหรับทั้งกรณี ห่อหุ้ม (enclosure) และ ห้อง (room) โดยอัตราการระบายอากาศขั้นต่ำเพื่อป้องกันอันตรายจากแก๊สระเบิดเป็นดังนี้
- การตรวจจับและป้องกัน: ติดตั้งระบบตรวจจับก๊าซและควันไฟ รวมถึงระบบป้องกันไฟไหม้ เช่น ระบบสปริงเกอร์หรือระบบดับเพลิงด้วยสารเคมีที่เหมาะสม
- การตรวจสอบและบำรุงรักษา: ปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ผลิตในการตรวจสอบ การทดสอบ และการบำรุงรักษา BESS อย่างสม่ำเสมอ เพื่อให้เกิดความปลอดภัยของการใช้งานระบบแบตเตอรี่และประสิทธิภาพของระบบ.
สรุป
การใช้งานระบบเก็บพลังงานแบบแบตเตอรี่มีประโยชน์มากมาย แต่ก็มีความเสี่ยงที่ต้องระวัง การปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัย การติดตั้งระบบระบายอากาศและการตรวจจับที่เหมาะสม รวมถึงการตรวจสอบและบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ จะช่วยลดความเสี่ยงและเพิ่ม ความปลอดภัยของการใช้งานระบบแบตเตอรี่ BESS
ที่มา
