Analisi delle Linee Guida del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco: LUNA2000-215-2S10

INTRODUZIONE

Il 23 Dicembre 2024 il Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco ha rilasciato le “LINEE GUIDA DI PREVENZIONE INCENDI PER L’INDIVIDUAZIONE DELLE METODOLOGIE PER L’ANALISI DEL RISCHIO E DELLE MISURE DI SICUREZZA ANTINCENDIO DA ADOTTARE PER LA PROGETTAZIONE, LA REALIZZAZIONE E L’ESERCIZIO DI SISTEMI DI ACCUMULO DI ENERGIA ELETTRICA (BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEMS)”, qui di seguito abbreviate Linee Guida.

All’interno dell’Articolo 1 vengono definite le categorie di BESS in funzione del campo di applicazione, distinguendo 3 tipologie:

a) Sistemi di accumulo per residenziale;

b) Sistemi di accumulo per applicazioni residenziali e commerciali in armadi rack;

c) Sistemi di accumulo in container per applicazioni stand-alone o in abbinata a impianti da fonti rinnovabili per il bilanciamento di rete e servizi ancillari.

Viene espressamente indicato come tali Linee Guida si applichino a sistemi containerizzati di tipologia c), mentre gli altri sistemi possono prendere come riferimento tale documento, ma non avranno requisiti stringenti legati ad esso.

Il sistema di accumulo LUNA2000-215-2S10 ricade nella tipologia b), tuttavia questo documento vuole mostrare il livello di qualità del sistema di sicurezza della soluzione Huawei, dimostrando comunque l’aderenza a molteplici punti delle Linee Guida¹.

La sicurezza e l'affidabilità sono elementi chiave nei sistemi di accumulo, il cui ruolo diventa sempre più centrale nel panorama energetico attuale. Huawei ha sempre posto la sicurezza al centro della propria innovazione, come dimostra il nuovo sistema di accumulo C&I Smart String BESS LUNA2000-215-2S10.

Questa soluzione, da 215 kWh e potenza pari a 108 kW, prima al mondo a integrare un sistema di raffreddamento ibrido intelligente ad aria e liquido, offre un livello di sicurezza senza precedenti: il suo sistema di protezione avanzato C2C combina una doppia protezione elettrica e termica, garantendo prestazioni ottimali e una maggiore affidabilità operativa.

Oltre a migliorare significativamente l’efficienza dell’impianto, questo dispositivo ha un livello di protezione elevato e rispetta le normative di sicurezza più avanzate, essendo certificato:

- UL9540A;
- UN38.3;
- IEC 62477-1;
- IEC 62040-1;
- IEC 61000-6-1/2/3/4;
- IEC61727.

ANALISI DI CONFORMITÀ ALLE LINEE GUIDA

Le Linee Guida cominciano, al Titolo I, con le definizioni e le norme di riferimento nazionali e internazionali prese in esame. Molte di queste norme sono di natura impiantistica o di definizione, ma per quelle facenti riferimento a specifiche caratteristiche dei prodotti e sistemi utilizzati, il sistema LUNA2000-215-2S10 possiede le seguenti certificazioni:

- CEI 0-16 2022-03 (fino all’ultima variante V4 di Febbraio 2025);
- CEI 0-21 2022-03 (fino alla variante V2)
- EN 61000-6-2;-4 relative a compatibilità elettromagnetica (EMC) con ambienti Industriali;
- IEC 62933-5-2 relativamente ai requisiti di sicurezza per sistemi d’accumulo connessi alla rete;
- UL 9540A a livello di cella, di pacco batteria e di sistema, relativamente alle procedure di test per la valutazione della propagazione del thermal runaway.

Il testo prosegue al Titolo II inizialmente con indicazioni inerenti alle caratteristiche del sito di installazione e alla progettazione elettrica (paragrafi 1 e 2). È possibile riferire al sistema LUNA2000-215-2S10 il paragrafo 2.1.2 relativamente al punto 3, poiché il sistema di accumulo è dotato di sistema di sicurezza alimentato da batteria con autonomia di 24 ore. Rimane, inoltre, la possibilità di collegare il sistema di alimentazione di tutti i servizi ausiliari del BESS a un generatore di emergenza o a UPS.

Ferma restando la non classificazione ATEX di un sistema di accumulo elettrochimico basato su litio, la LUNA2000-215-2S10 è dotata di un esclusivo sistema di condotti ad “L” collegati a ciascun pacco batteria che, nella remota eventualità di emissione di prodotti gassosi derivanti da instabilità chimica o deriva termica, consentono di scaricare questi cosiddetti “off-gasses” in sicurezza per evitarne l’accumulazione all’interno dell’armadio batteria. Ciò è in conformità al paragrafo 2.3 delle Linee Guida.

Proseguendo al punto 2.4 del Titolo II, il sistema BESS deve essere dotato dei seguenti tipi di dispositivi:

• fusibili;
• interruttore DC;
• rilevatori “off-gasses”

La LUNA2000-215-2S10, grazie alla sua architettura di sicurezza C2C dual-link e alla protezione di sistema a cinque livelli, soddisfa pienamente questi requisiti. È infatti dotata di:

• fusibili sia a livello di pacco batterie che a livello di rack;
• differenziali lato DC, lato AC e per gli ausiliari, con interruttore che garantisce un arresto rapido entro 5 ms, prevenendo il runaway termico dovuto ad abuso elettrico della cella e riducendo il rischio di incendio causato da una scarica incontrollata delle celle.

Inoltre, come illustrato nel manuale nella figura seguente, la LUNA2000-215-2S10 è dotata delle funzioni antincendio richieste dalla normativa, inclusi i rilevatori di off-gasses. Dispone inoltre di un Emergency Stop Switch, che consente di interrompere immediatamente il funzionamento della batteria in caso di emergenza, garantendo un ulteriore livello di sicurezza.

Per quel che concerne i prodotti utilizzati nei sistemi di accumulo, i paragrafi 2.5 (Misure contro la propagazione del thermal runaway) e 2.6 (Misure per la gestione dei gas esplosivi derivanti dal venting delle celle a seguito del thermal runaway) del Titolo II, la normativa richiede l'installazione di barriere fisiche tra le celle per rallentare la propagazione del calore e prevenire l’evoluzione di un incendio.

Il sistema di accumulo LUNA2000-215-2S10 di Huawei è progettato per soddisfare questi requisiti implementando diversi sistemi di prevenzione e contenimento del thermal runaway. Prima fra tutti, la selezione della chimica delle celle utilizzate: ad oggi i sistemi litio-ferrofosfato (LFP) presentano una maggiore stabilità termica rispetto ad altre soluzioni usate nel mondo degli accumuli, avendo una soglia di deriva termica intorno ai 480°C e senza l’emissione di ossigeno molecolare a seguito della decomposizione, risultando tra le chimiche del litio più sicure dal punto di vista termico.

La sicurezza e la prevenzione partono dal controllo qualità sulle forniture. Per tutti i sistemi di accumulo LUNA2000 di Huawei, la qualifica dei fornitori di celle prevede test e verifiche ancora più stringenti rispetto agli standard internazionali attualmente vigenti: tra le prove più particolari effettuate durante il processo di qualifica, ci sono l’abuso meccanico tramite prove di schiacciamento e foratura dell’involucro di alcune celle campione, con il requisito che non si sviluppino fiamme durante il test.

Giungendo quindi al requisito specifico del paragrafo 2.5 delle Linee Guida, tra le celle di un pacco batterie è presente uno strato siliconico resistente al calore per prevenire la propagazione della deriva termica tra celle adiacenti.

L’involucro del pacco batteria è metallico, resistente al calore fino a 1538°C, certificato con grado di protezione IP65 e sigillato in leggera sovrapressione per impedire l’ingresso di ossigeno. Questo elimina uno dei tre elementi fondamentali del triangolo di combustione, riducendo significativamente il rischio di incendio, come riportato anche nel Titolo I delle Linee Guida.

Il paragrafo 2.6 viene soddisfatto mediante il condotto ad “L” precedentemente descritto e rappresentato nell’immagine di seguito:

A tutto ciò si aggiunge, anche a riprova della certificazione UL 9540A a livello di cella, pacco e sistema, un sofisticato sistema di soppressione della deriva termina che include:

• allarme antincendio;
• valvole di ventilazione per la dispersione controllata dei gas;
• rilevatori di fumo e di calore;
• sensori per gas, tra cui il monossido di carbonio (CO).

A completamento del paragrafo 2.6 (Elementi costitutivi degli impianti, Sistemi di protezione di una singola cella), i dispositivi elencati² sono presenti nella LUNA2000-215 kWh. È, inoltre, presente una funzione di rilascio direzionale della sovrappressione, che previene il rischio di esplosione ed evita potenziali infortuni a persone poste in prossimità dell’armadio.

• CID (Current Interrupt Device), per la protezione contro sovracorrenti;
• Valvola di sfiato, per la gestione dei gas generati;
• PTC (Positive Temperature Coefficient), per la protezione termica delle celle;

Inoltre, la batteria è dotata di un dispositivo che funge da PCB (Protection Circuit Board): un sistema elettronico che protegge attivamente le celle, intervenendo in caso di sovraccarica, sovrascarica, sovracorrente e cortocircuito.

In relazione invece al paragrafo 2.7 del Titolo II, che riguarda l'Impianto HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) e la necessità di mantenere parametri termo-igrometrici costanti per evitare la formazione di condensa all’interno dei sistemi batteria, la LUNA2000 da 215 kWh si distingue per una gestione intelligente del flusso termico. Essa è la prima al mondo a integrare un raffreddamento ibrido sia ad aria che a liquido, rappresentando un’innovazione significativa nell'architettura di gestione termica. Questo approccio passa dalla modalità di raffreddamento singola al raffreddamento intelligente multi-modalità, garantendo prestazioni ottimali e una protezione superiore contro i rischi termici:

• Modalità di raffreddamento attivo a liquido: quando la temperatura esterna è elevata, l'unità raffredda attivamente tramite un fluido refrigerante a bassa temperatura, garantendo un raffreddamento rapido delle celle. Nel frattempo, il modulo raffreddato ad aria lavora in parallelo utilizzando un fluido refrigerante a temperatura media per raffreddare il PCS (Power Conversion System).
• In caso di temperatura esterna intorno ai 10°C, si passa ad una modalità di raffreddamento naturale ad aria: in presenza di temperature più basse, il sistema si affida alla modalità di raffreddamento naturale ad aria, con un fluido refrigerante a temperatura media che raffredda sia le celle che il PCS, riducendo al contempo il consumo energetico.
• Temperatura ambiente bassa (-10°C): quando la temperatura ambiente scende a livelli molto bassi, viene sfruttato il calore di scarto del PCS. Questo calore residuo viene riciclato per riscaldare le celle fredde, consentendo un consumo energetico estremamente ridotto.

Il sistema di raffreddamento a liquido è ingegnerizzato (flusso omocentrico) appositamente per garantire una temperatura uniforme su tutte le celle dei pacchi batteria e contribuendo anche al contenimento del thermal runaway in situazione di emergenza.

Passando al Titolo III, il paragrafo 1 stabilisce che i container batteria devono essere dotati di rivelatori automatici di incendio in accordo alla norma UNI 9795/EN 54-1 che consistono in un apparato sensoristico con lo scopo di rilevare gas, fumo e/o calore. Come mostrato in precedenza, il sistema è dotato di rilevatori di fumo e temperatura, in grado di rilevare un eventuale incendio in poco tempo e segnalare mediante allarme visivo e acustico.

Il paragrafo 2 rappresenta, in realtà, un elemento di disaccordo con la filosofia Huawei. La gestione di incendi legati ai BESS mediante acqua non è, ad oggi, un’opzione sicura e il sistema Huawei implementa, in realtà, un sistema di estinzione incendi basato sulla saturazione dell’armadio con un gas inerte (perfluoroesanone) provvedendo, contemporaneamente, al raffreddamento della zona interessata. Ciò non toglie che, in caso di prescrizione obbligatoria, sia possibile prevedere esternamente agli armadi nelle aree di installazione un sistema a idranti come previsto dalle Linee Guida.

Quanto detto sopra, inoltre, si riferisce anche al paragrafo 3 che stabilisce che all’interno dei container batterie devono essere installati impianti fissi antincendio con l’utilizzo dell’agente estinguente più idoneo in base al tipo di batteria e alle caratteristiche del container, LUNA2000 da 215 kWh è dotata di sistemi di estinzione basati su aerosol con gas inerte che non danneggiano le apparecchiature elettroniche e agiscono rapidamente anche in spazi confinati. Inoltre, come anticipato, è equipaggiata con barriera di ossigeno a livello di pacco batterie, scarico diretto dei gas e sistema di sfiato antideflagrazione posto sulla parte superiore dell’armadio, per garantire la sicurezza contro il rischio di esplosioni.

Si consiglia per la piena conformità anche al paragrafo 4 anche l’aggiunta in prossimità del BESS di uno o più estintori.

Completando la parte di progettazione con il Titolo IV, si rammenta nuovamente come le prescrizioni delle Linee Guida interessino direttamente i sistemi in container, per via anche dell’elevata densità energetica di questa soluzione, con container standard da 20 piedi che generalmente (al momento della stesura di questo documento) ospitano oltre 2 MWh integrando un unico sistema di soppressione/prevenzione del thermal runaway (quando presente). La LUNA2000-215-2S10 ha una capacità di 215 kWh in un armadio 1150mm×1800mm×2100mm e ciascun armadio integra tutta la sensoristica e il sistema descritto in precedenza. Sulla base di queste premesse e sull’avanzato livello di sicurezza BESS Huawei, le distanze al paragrafo 2 esplicitamente riferite a container BESS sono derogabili per questo tipo di prodotti, facendo riferimento alle indicazioni minime del manuale della LUNA2000-215-2S10. Qui di seguito un layout di riferimento per un sistema con uno o più armadi BESS:

A tale scopo, la validità di questa soluzione installativa può essere confermata da quanto evidenziato al paragrafo 3 “Metodologie alternative per la determinazione delle distanze di sicurezza”, all’interno del quale sono elencati alcune delle certificazioni e dei sistemi di sicurezza presenti nella LUNA2000-215-2S10.

Infine, il Titolo V contiene prescrizioni legate all’operazione in sicurezza dei sistemi di accumulo e alla documentazione e segnaletica necessarie in impianto. 

ULTERIORI CARATTERISTICHE: LUNA2000-215-2S10

Come riassunto a quanto precedentemente elencato, LUNA2000-215-2S10 presenta un sofisticato sistema di sicurezza elettrica e termica denominato C2C (dalla Cella al Consumo). Ulteriori caratteristiche di sicurezza, oltre a quanto già descritto sono:

1. Monitoraggio a doppia cella: ogni cella è equipaggiata con sensori per il monitoraggio di tensione, corrente, temperatura e pressione, con l’ausilio di machine learning sul cloud per prevenire oltre 13 tipologie di guasto. È presente anche un isolamento termico tra le celle e una piastra di raffreddamento a liquido nella parte inferiore per una gestione termica ottimale.

2. A livello di modulo, sono utilizzati materiali isolanti rafforzati su ogni lato (isolamento a 6 lati) e uno chassis resistente fino a 1500 V. Il sistema è dotato di scarico gas a livello di modulo batteria, che previene incendi, e scarico gas a livello di pacco, per un’ulteriore protezione.

3. Protezione da sovracorrente full-range a 5 livelli: il sistema è progettato per prevenire sovracorrenti, garantendo che non si verifichino esplosioni durante il funzionamento. A tal proposito si evidenzia come nelle soluzioni tradizionali esiste spesso un “punto cieco” di protezione tra 1200 A e 1600 A: quando la resistenza di cortocircuito esterna è compresa tra 0.4 e 0.6 Ohm, in alcuni casi il sistema risulta non protetto. Nella soluzione Huawei i contattori e i fusibili migliorano la capacità di protezione, coprendo anche il punto cieco di protezione tra 1200 A e 1600 A.

4. Come già illustrato in merito alla conformità alle direttive antincendio dei vigili del fuoco, il sistema è equipaggiato con tre RCD (Residual Current Device) con arresto rapido entro 5 millisecondi, gestito da un unico interruttore automatico istantaneo, che previene potenziali incendi causati dalla scarica continua delle celle.

Inoltre, in caso di runaway termico, è prevista l’apertura della finestra superiore, garantendo nessun rischio di lesioni personali. Il design esclusivo dello scarico di gas direzionale a livello di pacco batteria elimina le condizioni di combustione ed esplosione, prevenendo la diffusione di fughe termiche e garantendo la massima sicurezza operativa.

Anche a livello di design della soluzione, abbiamo la separazione tra la zona batterie e la zona di elettronica di potenza, garantendo la sicurezza in caso di eventi imprevisti.

A tutto ciò, si aggiunge anche la semplificazione della manutenzione del sistema, senza la necessità di sostituire il refrigerante per 10 anni, semplificando le operazioni di manutenzione O&M.

Infine, batteria è progettata per gestire un'uscita trifase non bilanciata, mantenendo un livello di THDi ≤ 1,5% e supporta una commutazione rapida on-grid e off-grid, garantendo così un'alimentazione continua ai carichi e la funzionalità di black start e la possibilità di effettuare carica/scarica a potenza costante.

Grazie alla tecnologia Pack-Level Optimization 2.0, il sistema assicura una resa ottimale. Gli ottimizzatori, integrati direttamente nei moduli batteria, permettono un bilanciamento attivo in tempo reale, incrementando la resa del sistema del 2% ed è possibile eseguire una calibrazione automatica del SOC (State of Charge) a livello di pacco batteria. Il sistema raggiunge un'efficienza superiore al 91,3% (includendo nel calcolo le perdite dovute agli ausiliari) sul lato CA, risultando così più performante rispetto ad altre soluzioni disponibili sul mercato.

Infine, la durata del ciclo di vita del sistema è notevolmente estesa, con prestazioni ottimali che si mantengono per un periodo fino a 15 anni, corrispondenti a 1.5 milioni di kWh, considerando 2 cicli giornalieri con un C rate di 0.5.

Anche per quanto riguarda il trasporto e l'installazione, il sistema risulta semplice e veloce, grazie alla sua struttura completa e integrata, con componenti preassemblati.

CONCLUSIONE

LUNA2000-215-2S10 si distingue come una delle soluzioni più avanzate e sicure nel panorama dei sistemi di accumulo di energia. Grazie alla sua architettura innovativa, che include un raffreddamento ibrido, un sistema di protezione elettrica e termica e un monitoraggio intelligente, garantisce prestazioni eccellenti in termini di efficienza e sicurezza. Le sue tecnologie, tra cui il sistema di estinzione aerosol, la protezione contro il thermal runaway e la gestione ottimizzata del carico termico, contribuiscono a ridurre i rischi operativi e migliorare l'affidabilità complessiva.

L'integrazione di componenti preassemblati e la possibilità di calibrazione automatica del SOC semplificano la manutenzione, riducendo al contempo i costi e aumentando la durata operativa del sistema.

LUNA2000-215-2S10 non solo aumenta l’efficienza energetica, ma rappresenta una soluzione completa che consente di abbattere i costi operativi e migliorare la produzione di energia, garantendo un significativo risparmio economico a lungo termine.

Questa combinazione di tecnologie avanzate e conformità normativa rende il sistema un punto di riferimento per la sicurezza e l'efficienza nel settore dell'accumulo di energia, consentendo addirittura la conformità alle nuove Linee Guida per la prevenzione degli incendi per i sistemi di accumulo di energia elettrica Utility Scale e alle altre normative di sicurezza internazionali.