Requisitos de diseño de envolventes BESS: qué especificar y cómo verificarlo
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ETENZ•Editorial Team
Los requisitos de diseño de envolventes BESS dependen sobre todo de tres datos: el pack de baterías, el destino y la ruta de transporte. Esta guía para fabricantes de baterías e integradores repasa estructura e izado, plano de envolvente del pack y carga sobre el suelo, grado IP y anticorrosión, refrigeración líquida y condensación, incendios y venteo de explosión, cableado y puesta a tierra, el ancho de 2438 o 2550 mm y el CSC, y qué especificar y verificar en fábrica.
La mayoría de los requisitos de diseño de una envolvente BESS quedan fijados antes del primer plano: el pack de baterías determina los racks y la carga sobre el suelo; el destino, las normas y la categoría de corrosividad; y la ruta de transporte, el ancho y el peso bruto. Las normas fijan mínimos y métodos. Esta guía, escrita para fabricantes de baterías e integradores, sigue ese orden: de qué depende cada decisión, qué escribir en la especificación y cómo verificarlo en fábrica.
Qué es una envolvente BESS y qué debe resolver
Una envolvente BESS es la estructura de acero con los racks de baterías, más la refrigeración líquida, la protección contra incendios, la distribución de baja tensión y la supervisión de la envolvente incluidas en el suministro; los packs, el BMS, el PCS y el EMS los aporta el fabricante de baterías o el integrador. En eso se diferencia de un contenedor BESS, que en el mercado suele venderse como sistema completo con baterías. La envolvente tiene que soportar las cargas de izado y transporte, impedir la entrada de lluvia, polvo y niebla salina, mantener la temperatura sin condensación interior, dar a los sistemas de incendios y de gases un lugar y una secuencia de actuación definidos, y ofrecer interfaces de CC y de BT claras.
Tres niveles de normativa y quién responde de cada uno
En el sistema se aplican IEC 62933-5-2, NFPA 855 y UL 9540 y, en China, GB/T 44026-2024 (BESS de ion-litio prefabricados), GB/T 51048-2025 (diseño de plantas de almacenamiento) y T/CEC 373-2020 (protección contra incendios); su cumplimiento lo dirige el responsable de la seguridad del sistema, y el fabricante de la envolvente aporta planos y datos de interfaz.
En la batería se aplican IEC 62619, UL 1973 y los informes UL 9540A, ligados a un modelo concreto de batería y a cargo de su proveedor.
En la envolvente BESS se aplican ISO 668, ISO 1496 y CSC al formato y al transporte, IEC 60529 al grado IP, ISO 12944 a la pintura, GB 50017 o EN 1993 a la estructura e IEC 61439 a los cuadros de BT, y en Europa también EN 54, EN 15004 y EN 14994.
En los proyectos para Europa, ETENZ emite la declaración UE de conformidad de la parte eléctrica que suministra en la envolvente, normalmente según LVD, EMC y RoHS. Para Norteamérica aporta los planos y la documentación técnica de la envolvente que el proveedor del sistema necesita para la certificación UL 9540 y la tramitación de permisos según NFPA 855.
Empezar por el pack: plano de envolvente y carga sobre el suelo
La separación entre niveles, la carga por nivel y los puntos de fijación del rack dependen del pack. Tres packs 1P104S de distinto origen difieren entre 10 y 50 mm en cada eje, y un mismo modelo puede variar unos milímetros entre la ficha técnica y el plano del cliente. ETENZ entrega en la fase de oferta un plano de envolvente del pack con el largo, el ancho y el alto útiles de cada posición, la carga por nivel, la posición de las conexiones de refrigeración y los puntos de fijación, para que en el montaje no haya que modificar los racks.
Un pack apoyado en los brazos del rack, con la detección y las tuberías de extinción a la altura del techo
La longitud del pack decide la disposición. Un contenedor estándar (dry) de 20 pies mide unos 2350 mm de ancho interior, y un pack de unos 2200 mm colocado a lo ancho no deja sitio para un pasillo: por eso las envolventes BESS de 6,25 MWh para 28 packs y para 32 packs no son transitables, y los packs se empujan sobre los brazos del rack desde puertas en el lado largo. La envolvente de 5 MWh para 48 packs, de 5650 mm de largo y 3288 mm de alto, gana en altura lo que cede en fondo. Las 143 envolventes de 5 MWh de Zhongwei (Ningxia) sí son transitables, con un pasillo central.
Las fichas técnicas publicadas de contenedores de 5 MWh con refrigeración líquida indican unas 42 a 43 t a plena carga, con clústeres de 2,9 a 3,3 t y de 2,4 a 2,7 m de alto. El suelo, los anclajes y la cimentación se comprueban para ese orden de magnitud, y la altura libre para bandejas de cables y tuberías de extinción se reparte junto con la del rack. La masa se toma de los datos del proveedor de baterías: una diferencia de 0,4 a 0,5 kg por celda entre fuentes se convierte en toneladas con varios miles de celdas.
Estructura, soldaduras e izado
La configuración base de ETENZ combina techo de chapa galvanizada de 2,0 mm, paredes de chapa corrugada de 1,6 a 2,0 mm, 50 mm de lana de roca, bastidor de perfiles en U y tubo cuadrado y base pintada, con una vida útil estructural de diseño de 25 años sujeta a mantenimiento.
En las envolventes de unos 12 m del proyecto de China Three Gorges en Haixi, el bastidor base se reforzó a lo largo de los clústeres para que el suelo no se deformara a plena carga. Una chapa de suelo con soldadura continua puede contar como parte de una sección compuesta; con soldadura discontinua y sellador, en general no, porque el sellador no transmite esfuerzos. ETENZ suelda en continuo las envolventes de exportación.
El método de izado se decide antes de emitir los planos. Una envolvente con formato ISO de 20 pies se iza por las cantoneras con equipos de izado para contenedores. Una envolvente no estándar se iza normalmente desde el bastidor base por 4 u 8 puntos, con las orejetas sobre las vigas principales transversales, y por 8 puntos si supera los 12,2 m de largo. En cada proyecto conviene pedir el plano de izado, el cálculo de esfuerzos en las eslingas, el cálculo del centro de gravedad y el plano del balancín.
Estanqueidad y grado IP
Una envolvente BESS se especifica normalmente con IP54 o IP55: la segunda cifra pasa de protección contra salpicaduras a protección contra chorros de agua, y GB/T 44026-2024 fija IP54 como mínimo. El grado debe indicarse por zonas, porque el resultado real lo marca la abertura más débil: una puerta, una rejilla, un ventilador con filtro o una placa de entrada de cables. Las envolventes de Haixi, IP55 en conjunto, llevan doble junta en las puertas, tejadillos y cubierta con pendiente de evacuación. La especificación debe indicar además el nivel de verificación:
Certificados IP de los componentes e inspección en fábrica.
Ensayo de chorro de agua en la envolvente completa: para IPX5, IEC 60529 prescribe una boquilla de 6,3 mm, 12,5 L/min y 1 minuto por metro cuadrado, y una envolvente de 20 pies tiene unos 64 m² de paredes y techo, así que el ensayo dura alrededor de una hora seguida.
Ensayo presenciado o informe de un laboratorio externo, según se acuerde en el proyecto.
Categoría de corrosividad y sistema de pintura
Elija la categoría C3, C4 o C5 de ISO 12944 según el emplazamiento e indique la durabilidad: C5-H significa de 15 a 25 años hasta el primer mantenimiento importante. El interior puede ir una o dos categorías por debajo, por ejemplo C5 en el exterior y C3 en el interior. La categoría por sí sola no se puede inspeccionar, así que hay que desarrollarla en preparación superficial (lo habitual es indicar Sa 2½ según ISO 8501-1), capas y espesor total de película seca, capas de refuerzo en soldaduras y cantos, y métodos de medida del espesor y de la adherencia.
En emplazamientos costeros, el óxido suele aparecer primero donde falta espesor sobre los cordones de soldadura, en los ejes de las bisagras de las puertas, en los cantos cortados de los tejadillos de las rejillas y en los orificios de las vigas transversales, así que conviene listarlos como puntos de inspección. El planteamiento completo está en cómo hacer verificable la protección anticorrosiva.
Refrigeración líquida, deshumidificación y carga térmica
El almacenamiento en contenedor de gran tamaño es hoy sobre todo de refrigeración líquida; la refrigeración por aire queda para capacidades pequeñas y emplazamientos concretos. Del lado de la envolvente, el alcance es el chiller, los colectores, las mangueras con acoplamientos rápidos hasta cada rack y el equilibrado del caudal; las placas frías están dentro del pack, así que la temperatura de celda es un objetivo compartido. El chiller suele ir en un testero, en la cubierta o sobre un skid, y debe figurar en el plano de disposición general, porque ocupa superficie del emplazamiento del cliente.
La potencia frigorífica se elige según la carga térmica que indica el proveedor de baterías. El calor de las celdas es el término principal, al que se suman la transmisión por las paredes y la radiación solar, así que el aislamiento y el color del acabado son datos de dimensionado. Cuanto menor es el salto térmico entre impulsión y retorno, mayor es el caudal, y tuberías y bomba suben de tamaño. Las celdas de litio no suelen poder cargarse por debajo de 0 °C, y duplicar el tiempo de precalentamiento admisible reduce a la mitad la potencia de calefacción.
Hay condensación cuando la temperatura de impulsión del refrigerante queda por debajo del punto de rocío del aire interior, así que la deshumidificación debe mantener ese punto de rocío por debajo de la temperatura de impulsión más baja. Después hay que comprobar el límite inferior de humedad del deshumidificador, porque su capacidad nominal a humedad alta no vale para condiciones de humedad baja. Cada infiltración deja entrar aire húmedo, así que estanqueidad y deshumidificación se revisan juntas. El interruptor y el cable de acometida se dimensionan para el régimen máximo, que consume más corriente que el régimen nominal de refrigeración.
Protección contra incendios, gases inflamables y venteo de explosión
En el incidente de McMicken (Arizona, Estados Unidos) de 2019, el sistema de extinción por agente limpio descargó según lo previsto, pero la fuga térmica en cascada continuó, los gases inflamables se acumularon en el interior y unas tres horas después se produjo una explosión cuando los bomberos abrieron la puerta. La extinción actúa sobre la llama; la detección de gases, la extracción y el alivio de presión actúan sobre el gas acumulado, por eso estos sistemas se diseñan juntos.
En la envolvente, la protección suele combinar detectores de humo y de temperatura y detección de gases inflamables con una central de alarma, más extinción por red de tuberías o por cilindros, que ETENZ puede suministrar e instalar o que puede indicar el cliente; en los dos casos, las interfaces de detección, alarma y disparo entran en el alcance. La envolvente para 32 packs usa perfluorohexanona (FK-5-1-12), con tuberías a nivel de envolvente y de clúster. El agente y la cantidad se fijan con los ensayos de incendio del proveedor de baterías y la normativa local.
Venteo de explosión y extracción de emergencia
El venteo de explosión y la extracción enclavada se configuran por proyecto a partir de los datos de gases de fuga térmica del proveedor de baterías, como un informe UL 9540A. En Europa, la superficie de venteo se calcula según EN 14994, los paneles cumplen EN 14797 y se comprueba que la presión reducida de explosión (Pred) quede por debajo de la que resiste la envolvente. En Norteamérica se aplica la NFPA 855 adoptada localmente, con detección de gases y extracción según NFPA 69 y análisis según NFPA 68.
Conviene acordar pronto la matriz causa-efecto: qué hacen el chiller, los extractores y las compuertas en prealarma, alarma y descarga, y si la bomba sigue circulando después de la descarga. Los informes UL 9540A, la certificación UL 9540 y la aprobación de la autoridad de incendios corresponden al nivel de batería y de sistema, y son responsabilidad del proveedor del sistema y del propietario del proyecto.
Cables, embarrados, cuadros de BT y puesta a tierra
El límite de alcance más claro está donde termina la CC: agrupación de CC, embarrado interior, bornes de salida y placas de entrada estancas; el alcance de ETENZ llega hasta los bornes de salida. El embarrado se dimensiona con los datos de string del cliente, y los documentos de interfaz indican la posición de los bornes, las secciones de cable admisibles y el espacio de curvatura. Que la caja de alta tensión vaya en la parte superior o en un extremo del clúster determina la salida de CC y la posición del armario de agrupación, así que hay que preguntarlo antes de definir la disposición.
Los cuadros de BT se diseñan según IEC 61439-1 e IEC 61439-2, con los cables de potencia y de control en canalizaciones separadas. Las puertas se unen a sus marcos con trenzas de cobre, y las barras de tierra se conectan a la red de tierras del emplazamiento. En una envolvente BESS de conexión directa en media tensión, los clústeres se apoyan en bases aislantes, y las líneas de fuga y las distancias de aislamiento se dejan según el nivel de tensión.
Límites de transporte: ancho, CSC y peso bruto
¿2438 o 2550 mm de ancho?
En el mercado se usan los dos anchos. Con 2550 mm, una envolvente BESS supera en 112 mm el ancho de ISO 668, no entra en las guías celulares del buque y se cotiza como carga fuera de gálibo, como la envolvente BESS todo en uno de 10 pies. Por carretera, China y la UE limitan el ancho a 2,55 m justos, sin margen para manillas ni orejetas; Estados Unidos admite 102 pulgadas, y en Australia, con un límite de 2,5 m, viaja como transporte especial por exceso de ancho.
¿Cuándo compensa el CSC?
El CSC compensa cuando la envolvente puede reservarse como contenedor estándar: largo, ancho y alto dentro de las medidas ISO, cantoneras ISO en su posición normal y nada que sobresalga durante el transporte, de modo que los equipos de aire acondicionado montados en las puertas se desmontan. La aprobación se concede por diseño, y cualquier cambio en las dimensiones exteriores vuelve al organismo que la concedió. Las unidades fuera de gálibo, como la envolvente de control BESS de conexión directa a media tensión de 8000 × 3200 × 3450 mm, viajan como carga no estándar, con diseño de izado y plan de trincaje.
Peso bruto y transporte con baterías
ISO 668 fija para el contenedor de 20 pies un peso bruto máximo de 36 000 kg. El modelo High Cube de 20 pies de ETENZ tiene la aprobación de tipo CSC de RINA para un peso bruto máximo de 50 000 kg: vacío, se reserva como contenedor estándar; con baterías, se declara con su peso real y, si hace falta, viaja como contenedor con sobrepeso. La carretera tiene sus propios límites, como 40 t en la UE (44 t en el transporte intermodal de contenedores). Con baterías a bordo, UN 38.3 y la declaración de mercancías peligrosas corresponden al expedidor; montar los packs después de la entrega evita la mayoría de estas limitaciones.
Racks: dimensiones exteriores y masa del pack, sistema de fijación, conexión de refrigeración y carga por nivel.
Estructura: norma de diseño; cargas de viento, nieve, sismo, suelo y cubierta; caso de izado.
Protección: grado IP por zona y nivel de verificación; categoría C, durabilidad y espesor total de película seca.
Climatización: condiciones del emplazamiento, carga térmica, posición del chiller, temperatura mínima de impulsión y tiempo de precalentamiento.
Incendios: agente extintor y quién lo suministra, detección de gases, venteo de explosión y lista de señales.
Electricidad: datos de string, número de salidas de CC, tensión y frecuencia auxiliares y puesta a tierra.
Transporte: ancho, CSC o carga fuera de gálibo, envío vacío o con baterías, y ruta.
Documentación: plano de disposición general, esquema unifilar, lista de interfaces, lista de pruebas FAT y manual de operación y mantenimiento.
Verificación en fábrica: primera unidad y FAT de la envolvente
Los proyectos en serie empiezan por la primera unidad. En el proyecto de China Three Gorges en Haixi, una unidad de muestra superó la revisión de primera unidad antes de liberar la serie de 72, y las inspecciones en fábrica cubrieron el izado desde la base, la resistencia estructural, las soldaduras, las dimensiones y el ensayo de agua en todas las direcciones.
Las pruebas de aceptación en fábrica (FAT) de la envolvente que realiza ETENZ siguen el alcance de suministro; los registros se entregan con la documentación y el cliente puede presenciarlas:
Dimensiones, aberturas, espesor y adherencia de la pintura.
Juntas de puertas, placas de entrada de cables y rejillas, con ensayo de lluvia o de chorro de agua según el grado acordado.
Dimensiones de los racks, posición de los anclajes y par de apriete.
Prueba de presión y de estanqueidad del circuito de refrigeración líquida, funcionamiento del chiller y equilibrado del caudal por ramales.
Enclavamientos de incendios con disparo simulado, desconectando antes la electroválvula de descarga; circuitos de BT, aislamiento, puesta a tierra y puntos de supervisión.
Sin packs no hay carga térmica, así que el chiller se verifica en funcionamiento. La puesta en marcha del BMS y del EMS, las pruebas de carga y descarga y las de conexión a red llegan después de montar los packs y corresponden al proveedor de baterías y al del sistema.
Los criterios de aceptación salen de la especificación del proyecto, así que deben escribirse como cifras: descuelgue de las puertas tras el reposo a plena carga, planitud de las cuatro cantoneras, duración del ensayo de agua, resistencia de los puntos de tierra y adherencia de la pintura. Si la envolvente se reserva como contenedor estándar, también debe cumplir las tolerancias de ISO 668: 0/−6 en 6058 mm y 0/−5 en 2438 y 2896 mm.
Preguntas frecuentes
¿Una envolvente BESS tiene que ser hermética?
No. IP54 e IP55 se refieren al polvo y al agua, y la envolvente necesita además aberturas controladas para extracción, alivio de presión y mantenimiento.
¿Cuánto pesa una envolvente BESS de 20 pies a plena carga?
Depende de los packs. Las fichas técnicas publicadas de contenedores de 5 MWh con refrigeración líquida rondan las 42 a 43 t, así que los equipos de izado, los vehículos y la cimentación se comprueban con la masa real a plena carga.
¿Todas las envolventes BESS necesitan venteo de explosión?
No siempre: depende de los datos de emisión de gases de la batería y de la normativa local. Cuando hace falta, conviene tener esos datos antes de congelar el diseño de las puertas y de la cubierta.
¿Qué dimensiones tienen las tolerancias más estrictas?
Las que encajan con otros equipos: la altura entre niveles del rack y las posiciones de los packs, la posición y la planitud de las cantoneras y, si la envolvente se reserva como contenedor estándar, sus dimensiones exteriores.
Para empezar basta con la ficha técnica del pack y el destino: ETENZ entrega el plano de envolvente del pack y el plano de disposición general en la fase de oferta. Puede solicitar cotización directamente.
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