Por Peter Judge, analista de investigación senior en el Uptime Institute

Las baterías de iones de litio (Li-ion) han ganado popularidad como almacenamiento de energía de respaldo en los centros de datos debido a las mejoras significativas en su rendimiento, vida útil y densidad energética. También ocupan menos espacio en un centro de datos y necesitan reemplazarse con menos frecuencia que las unidades de plomo-ácido tradicionales.

Sin embargo, las baterías de ion de litio son vulnerables a las fugas térmicas que, si no se controlan, pueden provocar incendios graves. La rápida adopción de esta tecnología ha añadido un nuevo tipo de riesgo que el sector de los centros de datos puede no tener plenamente en cuenta: los datos y la experiencia aún son limitados.

Incluso si los operadores de centros de datos evalúan los riesgos como manejables, el uso de baterías de iones de litio aún puede generar mayores costos debido a una prevención de incendios más sólida y primas de permisos y seguros más onerosas.

El riesgo de incendio

Las baterías de iones de litio son propensas a incendios destructivos y difíciles de controlar. Se han registrado varios incidentes en centros de datos, algunos de los cuales han provocado interrupciones graves del suministro eléctrico, pero no están bien documentados ni se han estudiado de forma sistemática.

El apagón provocado por un incendio de baterías de iones de litio más denunciado se produjo en 2022 en la filial C&C de SK Group en Pangyo (Corea del Sur). El incendio se inició en la sala de baterías antes de propagarse rápidamente al resto del edificio. El incidente provocó la caída de la plataforma de mensajería KakaoTalk, que incluía un sistema de pago móvil integrado utilizado por millones de personas.

En 2023, Uptime Institute recibió información de que un incendio de iones de litio destruyó un centro de datos de 6 MW, pero los detalles no se han hecho públicos.

En otros incidentes, como el incendio de la Torre Khawaja en Dhaka, Bangladesh, que mató a tres personas, no se han revelado las causas, pero lo más probable es que las baterías sean un factor.

De estos datos se desprende claramente que los cortes de suministro o los daños provocados por incendios en baterías de iones de litio son poco frecuentes, pero ocurren. Comprender y gestionar este riesgo es esencial para los operadores de centros de datos, ya que la falta de comprensión puede aumentar el riesgo.

Un problema común para los operadores es la falta de correspondencia entre el agente extintor y el tipo de incendio. Algunos métodos comunes de extinción de incendios, en particular los sistemas de gas inerte e hipóxico instalados en muchos centros de datos, no son totalmente eficaces para extinguir incendios en baterías de iones de litio.

Uptime Intelligence tiene conocimiento de múltiples instalaciones donde la sala de baterías no tiene un sistema de extinción de incendios o donde no es adecuada para combatir un incendio de iones de litio.

Esto ha provocado incendios de baterías de iones de litio que podrían haberse evitado.

Los fabricantes de baterías de iones de litio son conscientes del problema: ya envían unidades con sistemas de gestión de baterías y control térmico. En algunos casos, estos sistemas pueden resultar insuficientes por sí solos, pero pueden desencadenar otras medidas eficaces antes de que se produzca un incendio imparable. Los operadores de centros de datos también deben ser conscientes de que los estándares de los fabricantes para baterías de iones de litio pueden variar ampliamente y que los fallos de fabricación son una de las causas de los incendios en baterías de iones de litio.

Los proveedores de UPS han dicho a Uptime Institute que eligen la tecnología de baterías en función de sus funciones de gestión integradas, con el objetivo de proporcionar un sistema con una buena seguridad inherente. Más allá de esto, los proveedores dicen que el siguiente paso esencial (un sistema de extinción de incendios adaptado al sistema de iones de litio instalado en particular) queda en manos del cliente.

Existe la preocupación de que no se comprendan suficientemente las demandas de extinción de incendios de los sistemas de baterías de iones de litio y que los operadores de centros de datos puedan estar tomando atajos o recurriendo a una extinción de incendios insuficiente o inadecuada debido a la falta de conocimientos. Uptime Intelligence publicará en breve un informe sobre los métodos y sistemas de extinción de incendios de baterías de iones de litio.

A medida que el uso de iones de litio se generaliza, los precios caen y la competencia aumenta, existe el riesgo de que los recortes de costos por parte de los fabricantes de baterías y los proveedores de UPS conduzcan a mayores riesgos.

Respuesta de las autoridades contra incendios

Las normas formales de seguridad contra incendios se están poniendo al día con el aumento del uso de baterías de iones de litio, ya que los incendios en dispositivos de consumo llaman la atención sobre el problema. En 2023, el Instituto de Investigación de Seguridad contra Incendios y el Departamento de Bomberos de la Ciudad de Nueva York calificaron de “alarmantes” una serie de incendios domésticos de alto perfil en la ciudad provocados por patinetes eléctricos.

Los servicios de bomberos son conscientes de que los centros de datos ahora contienen baterías de iones de litio. En 2023, la Sociedad de Ingenieros de Protección contra Incendios de EE.UU. (SFPE) advirtió a sus miembros que el uso de baterías de iones de litio en los centros de datos provocará más llamadas a los servicios de emergencia y que los incendios se volverán más graves y peligrosos. La SFPE también señaló que las restricciones normales de acceso a las instalaciones dificultarán el trabajo de los servicios de emergencia.

“Si bien la tasa de fallas de celdas de iones de litio individuales se suele estimar en tasas de '1 en 1 millón' a '1 en 10 millones', los centros de datos se han vuelto tan grandes que un solo centro de datos puede contener millones de celdas de iones de litio”, dijo SFPE. “Las normas de seguridad contra incendios, los códigos de construcción y la seguridad de las baterías de iones de litio están mejorando, pero es probable que las respuestas del departamento de bomberos a los incidentes con baterías en centros de datos aumenten en frecuencia hasta que se puedan eliminar los peligros”.

En algunos países, especialmente Estados Unidos, la norma UL 9540, diseñada originalmente para los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) utilizados para equilibrar la red, ahora se cita en relación con los sistemas UPS utilizados en los centros de datos.

La versión básica de la norma UL 9540 dice que un ESS debe estar compuesto por unidades que no superen los 50 kilovatios-hora. Estas deben colocarse al menos a 90 cm de distancia y al menos a 90 cm de cualquier pared adyacente de la habitación para evitar la propagación de cualquier incendio. Es probable que este espaciamiento anule los beneficios de ahorro de espacio de las baterías de iones de litio.

La norma UL permite algunas excepciones, como unidades más grandes ubicadas más cerca unas de otras, si se han realizado pruebas a gran escala de acuerdo con el método de prueba UL 9540, conocido como UL 9540A. La prueba incluye una evaluación de los datos de liberación de gases inflamables, que se pueden utilizar para diseñar un sistema de control de explosiones específico. Los resultados especifican los requisitos de instalación, las instrucciones de ventilación y cualquier procedimiento especial que deba seguir el servicio de bomberos.

Los funcionarios de seguridad de los EE.UU. (autoridades competentes o AHJ) tienen mucha autonomía en su área local y se espera que comiencen a implementar cambios regulatorios significativos. Se ha informado que estos funcionarios están anunciando que habrá regulaciones más estrictas en torno al uso de baterías de iones de litio. El problema se ha comparado con el de las estaciones de servicio, y se ha sugerido que se aplique un conjunto similar de restricciones a las instalaciones de baterías de iones de litio.

Algunas instalaciones han optado por utilizar diferentes composiciones químicas de baterías para evitar problemas regulatorios.

Unas normas más estrictas podrían descartar el uso de baterías de iones de litio en nuevos proyectos en algunas ubicaciones o posiblemente exigir su eliminación si ya están instaladas. Si las instalaciones de los centros de datos no están exentas o protegidas, entonces habría que retirar y reemplazar las baterías de los sitios existentes, o reacondicionar las instalaciones con salas que cumplan con la norma UL9540, lo que sería una operación costosa.

¿Riesgos exagerados?

Al preparar este informe, hemos escuchado a muy pocos operadores expresar dudas sobre el uso de baterías de iones de litio correctamente instaladas, aunque todos eran conscientes de algunos de los riesgos. Los proveedores de SAI tampoco tienen reparos en venderlas, argumentando que, de hecho, el riesgo de incendio se entiende perfectamente y está bien cubierto.

Una opinión generalizada es que el riesgo de incendio de las baterías de ion-litio en los centros de datos está sobreestimado, en parte como resultado de la publicidad que hacen los vendedores de productos químicos alternativos, como la sal y el níquel-zinc. Si estos productos se promocionan como una alternativa “segura”, se creará (se especula) la percepción de que las baterías de ion-litio son “inseguras”.

Después de evaluar la evidencia, examinar la ciencia y escuchar a los operadores de centros de datos en reuniones de miembros recientes, Uptime Institute está adoptando una postura cautelosa y practicable en este momento.

Si bien es cierto que las baterías de iones de litio tienen un mayor riesgo de incendio en comparación con otras sustancias químicas, y estos incendios son particularmente problemáticos, los ingenieros de Uptime Institute no creen que las baterías de iones de litio deban rechazarse de plano. Las baterías de iones de litio tienen importantes ventajas en términos de rendimiento y costo cuando se utilizan en entornos cuidadosamente controlados.

Sin embargo, los operadores que adopten el uso de baterías de iones de litio en sus centros de datos deben hacerlo con los ojos bien abiertos, ser conscientes de los riesgos y seguir las mejores prácticas para su uso.

Mejores prácticas

Los constructores y operadores de centros de datos deben considerar cuidadosamente los beneficios de las baterías de iones de litio junto con los riesgos. Además del riesgo obvio de incendios graves, existen riesgos financieros y de reputación a la hora de prepararse, evitar y responder a tales incidentes.

El costo de estas medidas debe tenerse en cuenta en el análisis financiero de las baterías de iones de litio, junto con la posibilidad de que se requieran cambios en el futuro.

También deberían evaluarse alternativas.

Tipos de baterías alternativas

Dentro de la familia de los iones de litio, existen variaciones en función del metal utilizado para el cátodo: el fosfato de hierro y litio (ferrofosfato de litio o LFP) y el óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC) son las composiciones químicas más populares para aplicaciones de almacenamiento estático, como las salas de baterías de los sistemas UPS. De estas, la NMC es más densa, mientras que la LFP es más barata.

Los operadores de centros de datos deberán realizar su propia evaluación del tipo de batería adecuado y su gestión térmica incorporada.

Como alternativa al ion-litio, algunos fabricantes han explorado nuevas químicas, como el níquel-cinc y el sodio. Estas tecnologías no están tan bien probadas ni se han comercializado, no ofrecen economías de escala y probablemente costarán más. Además, actualmente no cuentan con la cadena de suministro madura de las baterías de ion-litio convencionales, por lo que las actualizaciones y el soporte técnico futuros pueden estar en duda.

Tampoco se debe pasar por alto la opción de seguir utilizando baterías de plomo-ácido. Los avances tecnológicos han continuado en este ámbito y los tipos más nuevos, como las baterías de plomo puro de placa fina, tienen una vida útil más larga y tiempos de recarga más rápidos que otros tipos de baterías de plomo-ácido.

Los tipos más nuevos de baterías de plomo-ácido tienen un precio más alto junto con su rendimiento mejorado, por lo que requieren un análisis del costo total de propiedad similar al de las unidades de iones de litio.

Se podría decir que las baterías de plomo-ácido son “más ecológicas” porque se pueden reciclar fácilmente y no utilizan minerales escasos que se necesitan en otras partes.

Prevención y extinción de incendios

Las unidades de baterías de iones de litio se envían con sistemas de gestión de baterías y control térmico, que están diseñados para activar medidas efectivas antes de que se produzca un incendio incontrolable. Estas disposiciones funcionan en conjunto con las herramientas de extinción de incendios.

Los operadores de centros de datos deberán evaluar las funciones de gestión térmica de sus baterías de iones de litio y realizar su propia evaluación sobre qué equipo de extinción de incendios utilizar, independientemente de cualquier recomendación del proveedor de UPS.

Las salas de baterías deben estar equipadas con métodos de gestión de incendios que funcionen eficazmente con baterías de iones de litio. Entre ellos se incluyen agentes de extinción de incendios especializados, como Novec 1230 y FM-200, o productos químicos secos, como bicarbonato de potasio. También se pueden utilizar sistemas de nebulización de agua: estos producen gotitas muy finas que enfrían las baterías en llamas sin crear choques térmicos ni reacciones.

Otra técnica utilizada específicamente para combatir los incendios de baterías de iones de litio es una suspensión acuosa de vermiculita que se rocía sobre las baterías. Con este método, el agua se evapora, enfriando la batería y creando una capa de aislamiento térmico y eléctrico.

Hay que tener en cuenta que existe un debate considerable en torno a la eficacia relativa de las diferentes técnicas de supresión; estas cuestiones se tratarán en un próximo reportaje.

Instalación y formación

Los operadores de centros de datos deben tener en cuenta que incluso los sistemas de extinción de incendios diseñados para baterías de iones de litio pueden no ser 100 por ciento efectivos. Además, existe una posibilidad limitada de que una instalación pueda experimentar condiciones que hagan inevitable la avería de la batería y el descontrol térmico. Estas condiciones incluyen cortocircuitos y calor extremo (este último es más probable en algunas geografías que en otras).

El centro de datos de 6 MW mencionado anteriormente es un buen ejemplo. Sufrió un incendio devastador en una batería de iones de litio, a pesar de contar con un sistema de extinción de incendios basado en Novec que está diseñado para funcionar con baterías de iones de litio.

Por este motivo, las baterías de iones de litio deben estar aisladas de los equipos del personal y de los espacios en blanco. Si es posible, deben estar alojadas en un edificio separado o, como mínimo, en recintos resistentes al fuego con un sistema de contención para evitar la propagación del fuego.

Si se instalan baterías de iones de litio en edificios existentes, estas medidas estructurales siguen siendo necesarias.

El personal debe recibir capacitación sobre cómo responder ante un incendio de una batería de iones de litio, incluida la evacuación y el uso de equipos especializados. También deben estar preparados para comunicarse bien con los servicios de emergencia para asegurarse de que sepan que se está produciendo un incendio de una batería de iones de litio y actúen de manera adecuada.

Normativa y seguros

Los operadores de centros de datos deben investigar las normas contra incendios de su zona, así como los cambios que se hayan producido a raíz de los incidentes con baterías de iones de litio notificados recientemente. Evaluar la probabilidad de que se produzcan cambios costosos es importante, pero puede resultar difícil.

Por último, y esto es crucial, los operadores deben hablar con sus aseguradoras. Las baterías de iones de litio introducen nuevos riesgos en un centro de datos. Es responsabilidad del operador hablar de estos riesgos con la aseguradora. Si no lo hacen, corren el riesgo de que su seguro quede invalidado.

Al menos un operador informa que se tomó la decisión de rechazar la adopción de Li-ion basándose en parte en el asesoramiento de su aseguradora.