Sistemi BESS: quali sfide per la sicurezza antincendio?

BESS e sicurezza antincendio: i rischi e le norme di prevenzione

I BESS (Battery Energy Storage System) sono sistemi elettrochimici di stoccaggio energetico composti da specifiche celle, ovvero batterie agli ioni di litio (Li-ion), che immagazzinano l’energia prodotta in forma chimica principalmente da fonti rinnovabili e discontinue, come il fotovoltaico e l’eolico, per poi rilasciarla in qualità di energia elettrica.

I sistemi BESS rappresentano tecnologie di fondamentale importanza per migliorare la sostenibilità energetica di edifici (residenziali e non) e impianti, ma la loro crescente diffusione solleva questioni e sfide tecniche importanti in fatto di sicurezza antincendio.

La scelta delle batterie agli ioni di litio è dettata dall’elevata densità energetica e dalla lunga durata di vita che sono in grado di garantire, pur presentando elevata suscettibilità a specifici rischi di incendio in caso di fughe termiche (thermal runaway), sovraccarichi o danni fisici.

La principale criticità di questa tipologia di batterie è la capacità di generare combustioni energiche anche in assenza di ossigeno, sfruttando il suo stesso “triangolo di fuoco”:

• l’elettrolita presente all’interno della cella funge da combustibile;
• l’ossigeno rilasciato dal catodo in caso di danneggiamento funge da comburente;
• generato da reazioni fisiche e chimiche incontrollate funge da innesco.

Le principali disposizioni normative attualmente applicabili in materia di sicurezza antincendio per BESS sono le linee guida fissate dalla Circolare VV.F. n.21021 del 23 dicembre 2024 e gli standard internazionali di sicurezza per gli stoccaggi di energia UL9540/9540A. L’attuale mancanza di una regola tecnica univoca e precisa rende la progettazione della prevenzione incendi più complessa in presenza di sistemi BESS, richiedendo un approccio progettuale incentrato sulla valutazione del rischio e relative contromisure.

Com’è strutturato un BESS e come funziona

Per una progettazione antincendio efficace è fondamentale conoscere la struttura dei sistemi BESS e comprenderne il funzionamento. Un BESS è un sistema complesso e modulare che si compone di quattro elementi:

1. la cella, l’unità fondamentale di accumulo di energia (comunemente si usano celle agli ioni di litio, costituite da anodo, catodo, elettrolita e separatore) dove avviene la reazione elettrochimica di carica e scarica, ovvero dove l’energia chimica viene resa in energia elettrica e viceversa;
2. il modulo, un raggruppamento di celle interconnesse per aumentare la tensione e la capacità energetica complessiva, spesso dotati di micro BMS e circuiti di protezione per monitorare e bilanciare le celle alloggiate al suo interno;
3. il rack o cabinet, un “armadio metallico” nel quale sono installati molteplici moduli per gestire al meglio la capacità e la potenza del sistema di stoccaggio energetico, grazie alla presenza di un BMS sofisticato che monitora i parametri di tutti i moduli e rispettive celle (tensione, corrente, temperatura) e di sistemi di raffreddamento;
4. il container, l’infrastruttura finale che ospita i rack di batterie facilitandone trasporto, installazione e gestione ottimale.

Le funzioni gestionali del container per l’intero sistema BESS sono molteplici, includendo:

• PCS (Power Conversion System), gestisce il flusso energetico bidirezionale tra batteria e rete elettrica e converte la corrente continua (DC) in corrente alternata (AC);
• BMS (Battery Management System), monitora le funzioni elettriche e termiche della batteria, garantendo maggiore sicurezza e durata dell’intero sistema;
• ESMS (Energy Storage Management System), controlla le condizioni operative e la gestione dell’energia accumulata nel BESS;
• sistemi di raffreddamento (es. ad aria o liquidi), garantiscono il mantenimento di intervalli di temperatura ottimali prevenendo il thermal runaway;
• sistemi passivi e attivi di prevenzione e sicurezza antincendio.

BESS e prevenzione: le principali cause di incendio e i rischi

Per progettare la sicurezza antincendio in presenza di sistemi BESS è necessario avere un quadro completo delle cause di innesco di incendi associate alle batterie agli ioni di litio e relativi rischi accessori.

La principale causa di incendio per un BESS risiede nell’eventualità di fughe termiche, dovute a malfunzionamenti, sovraccarichi, danni fisici e ambientali che innescano il conseguente aumento interno di temperatura e pressione.

Tale reazione porta allo scoppio di incendi difficili da domare, con pesanti rischi di carattere:

• elettrico, perdita incontrollata dell’energia accumulata nelle celle che può alimentare la propagazione delle fiamme;
• fisico, aumento intenso del calore causato dall’incendio e conseguenti pericoli per la sicurezza di persone e ambiente circostanti;
• meccanico, possibilità di esplosioni di grave entità che possono arrecare danni diretti o indiretti a persone e cose;
• chimico, emissione di gas e sostanze tossiche infiammabili che tendono a persistere nell’ambiente.

Prevenzione incendi e BESS: l’approccio alla progettazione e l’applicazione delle linee guida

In caso di incendio, la presenza di un BESS può comportare rischi notevoli per l’ambiente nel quale è installato, anche quando l’origine dell’incidente non è attribuibile direttamente alle fughe termiche nel sistema di batterie. Gestire ottimamente la prevenzione degli incendi in presenza di sistemi di stoccaggio energetico richiede un approccio progettuale allineato alle direttive della Circolare VV.F. n.21021 del 23 dicembre 2024, volte a garantire la sicurezza e l’incolumità di persone, cose e ambiente.

Le linee guida progettuali proposte dalla Circolare mirano a:

• minimizzare il rischio di incidenti aggravanti come il rilascio di gas;
• salvaguardare l’incolumità delle persone, dei beni e dell’ambiente;
• garantire la sicurezza degli interventi delle squadre di soccorso.

L’applicazione delle linee guida si riferisce direttamente ai BESS di categoria C, “Container”, installati presso tutte le attività (sia nuove sia preesistenti) elencante nell’Allegato I del DPR 151/2011, soggette a controlli di prevenzione incendi. Tali disposizioni sono un punto di riferimento utile anche nella progettazione della sicurezza antincendio per BESS di categorie differenti oppure installati presso attività assenti nel suddetto Allegato.

In fase di progettazione, le linee guida della Circolare toccano quattro punti chiave:

1. valutazione dei rischi e delle distanze di sicurezza;
2. pianificazione delle modalità di installazione dei BESS;
3. elaborazione di misure per rilevare, controllare e domare incendi;
4. esercizio e gestione dell’impianto nel suo ciclo di vita.

7 sfide progettuali per migliorare le pratiche di sicurezza antincendio dei BESS

La progettazione della sicurezza antincendio di un BESS presenta sfide tecniche importanti, partendo dall’essenziale fase di valutazione e profilazione del rischio di incendio per arrivare all’implementazione efficace di misure di prevenzione, monitoraggio e controllo.

1. Valutazione del rischio e approccio ingegneristico

• Analisi del rischio dettagliate sui possibili scenari di incendio, con relative probabilità, gravità e conseguenze, includendo report approfonditi come il FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) e l’HAZOP (Hazard and Operability Study).
• Applicazione dell’ingegneria della sicurezza antincendio (Fire Safety Engineering) per rispondere ai requisiti di sicurezza in assenza di norme tecniche, adoperando modelli predittivi per simulare la propagazione del fuoco, l’emissione di gas e fumo e l’efficacia dei sistemi di protezione.

2. Prevenzione della fuga termica e della sua propagazione

• Implementazione di BMS e ESMS per monitorare i parametri di ogni singola cella (temperatura, tensione, corrente, stato di carica) e attivare rapide azioni correttive in caso di anomalie.
• Progettazione di layout sicuri per limitare la propagazione della fuga termica tra celle e moduli adiacenti, tramite spaziature e l’uso di materiali intumescenti.
• Progettazione di sistemi efficienti di gestione termica per garantire il raffreddamento del BESS e il mantenimento di temperature ottimali, dissipando l’eccesso di calore.

3. Rilevazione precoce dell’incendio e dei gas tossici

• Implementazione di sistemi specifici e d’avanguardia per la rilevazione tempestiva di incendi e di gas rilasciati durante la fuga termica (off-gassing).
• Posizionamento strategico di sensori di rilevamento ad alta sensibilità delle variazioni di temperatura e della presenza di gas e sostanze nocive in ambienti confinati.

4. Sistemi di soppressione incendi efficaci

• Definizione di agenti estinguenti specifici per domare incendi originati da batterie agli ioni di litio, come gas inerti (es. azoto, argon) o aerosol condensati.
• Progettazione di sistemi antincendio che intervengono selettivamente su moduli o rack, limitando i danni e l’uso dell’agente estinguente.

5. Compartimentazione e resistenza al fuoco

• Progettazione di container ignifughi con elevata resistenza al fuoco (REI) per contenere gli incendi e prevenirne la propagazione ad altre aree o edifici adiacenti.
• Calcolo di un’adeguata separazione spaziale tra i BESS e altre strutture o aree sensibili (solitamente 20 metri di distanza di sicurezza, con accesso alle vie di fuga e ai mezzi di soppressione delle fiamme).

6. Gestione dei fumi e dei gas tossici o esplosivi

• Progettazione di sistemi di ventilazione per evacuare rapidamente gas tossici e infiammabili rilasciati durante la fuga termica, limitando l’inquinamento dell’aria e il potenziale rischio di esplosioni da gas.
• Implementazione di sistemi di filtraggio dei fumi causati dal fuoco.

7. Sicurezza del personale e interventi di emergenza

• Sviluppo di procedure di sicurezza chiare per il personale operativo e i vigili del fuoco in caso di emergenza, considerando tutti i rischi (shock elettrico, esposizione a fumi tossici, esplosioni).
• Definizione di percorsi di esodo accessibili e sicuri per personale e mezzi di soccorso.
• Formazione specifica delle squadre di sicurezza antincendio sulle procedure di azione specifiche per incidenti che coinvolgono i BESS.

CPI Win Attività, il software per la progettazione della prevenzione e sicurezza antincendio

Per efficientare la progettazione delle strategie antincendio di una struttura dotata di sistemi di stoccaggio energetico BESS è consigliabile l’utilizzo di software innovativi e completi, come CPI Win Attività di Namirial, l’unico tool che risponde a tutti i requisiti tecnici definiti dalla Rete delle Professioni Tecniche conformi al DM 3 agosto 2015, al DM 18 ottobre 2019 e al DM 3 settembre 2021.

Il programma offre ai progettisti della sicurezza antincendio importanti vantaggi:

• modellazione di progetti con la tecnologia BIM;
• verifica aggiornata della conformità normativa;
• gestione completa della documentazione progettuale;
• interscambio dati con CPI Win Note e CPI CAD.

CPI Win Attività permette di completare l’applicativo includendo anche una serie di moduli specifici per soddisfare le esigenze di ogni professionista, come il modulo valutazione rischio, il modulo piano emergenza e il modulo carico d’incendio.