Progettazione di container BESS: requisiti, specifica e collaudo in fabbrica

Gran parte dei requisiti di un container BESS si decide prima del primo disegno: il pacco batteria determina rack e carichi sul pavimento, la destinazione determina norme e categoria di corrosività, il percorso di trasporto determina larghezza e massa lorda. Le norme di progettazione fissano minimi e metodi. Questa guida, scritta per produttori di batterie e integratori, segue quest’ordine: da che cosa dipende ogni scelta, che cosa scrivere nella specifica tecnica e come verificarlo in fabbrica.

Che cos’è un container BESS e che cosa deve garantire

Il container BESS di cui si parla qui è l’involucro: struttura in acciaio e rack batterie, più raffreddamento a liquido, antincendio, distribuzione BT e monitoraggio del container compresi nella fornitura. Pacchi batteria, BMS, PCS ed EMS sono forniti dal produttore di batterie o dall’integratore; sul mercato «container BESS» indica spesso il sistema completo con le batterie, ed è questa la differenza. L’involucro deve reggere i carichi di sollevamento e trasporto, tenere fuori acqua, polvere e salsedine, mantenere la temperatura senza condensa, dare ai sistemi antincendio e di rilevazione gas spazi e sequenze definiti e presentare interfacce DC e BT chiare.

ETENZ fornisce i propri container BESS come solo container, con rack opzionali, oppure predisposti per le batterie, con tutto installato e collaudato tranne i pacchi. La pagina Produttore di container BESS confronta i due livelli voce per voce.

Norme di riferimento: tre livelli e chi ne risponde

• Sistema di accumulo: IEC ⁠62933-⁠5-⁠2, NFPA ⁠855 e UL ⁠9540, più in Cina GB/T ⁠44026-⁠2024 (sistemi di accumulo agli ioni di litio in container prefabbricato), GB/T ⁠51048-⁠2025 (progettazione delle centrali) e T/CEC 373-⁠2020 (antincendio). La regia è del responsabile della sicurezza del sistema; il costruttore del container fornisce disegni e dati d’interfaccia.
• Batterie: IEC ⁠62619, UL ⁠1973 e rapporti UL ⁠9540A, legati a un modello di batteria e in capo al suo fornitore.
• Container BESS: ISO ⁠668, ISO ⁠1496 e CSC per formato e trasporto, IEC ⁠60529 per il grado di protezione, ISO ⁠12944 per la verniciatura, GB ⁠50017 o EN ⁠1993 per la struttura, IEC ⁠61439 per i quadri BT e, in Europa, EN ⁠54, EN ⁠15004 ed EN ⁠14994.

Nei progetti europei ETENZ rilascia la dichiarazione UE di conformità per le apparecchiature elettriche che fornisce nel container, di norma in base alle direttive LVD, EMC e RoHS. Per il Nord America fornisce disegni e documentazione tecnica del container a supporto del listing UL ⁠9540 e dell’iter autorizzativo NFPA ⁠855 seguiti dal fornitore del sistema.

Si parte dal pacco: disegno d’ingombro e carichi sul pavimento

Passo dei ripiani, carico per ripiano e punti di fissaggio dipendono dal pacco. Tre pacchi 1P104S di provenienza diversa differiscono da 10 a 50 mm su ciascun asse, e lo stesso modello può cambiare di qualche millimetro tra scheda tecnica e disegno del cliente. ETENZ invia il disegno d’ingombro già in fase d’offerta, con lunghezza, larghezza e altezza utili di ogni posizione, carico per ripiano, punti di raccordo del raffreddamento e posizioni di fissaggio: così in montaggio i rack non si modificano.

La lunghezza del pacco decide il layout. Un container dry da 20 piedi ha circa 2350 mm di larghezza interna: con un pacco lungo circa 2200 mm disposto trasversalmente non resta spazio per un corridoio. Per questo gli involucri da 6,25 MWh per 28 pacchi e per 32 pacchi non hanno corridoio interno: i pacchi si spingono sui bracci a sbalzo dei rack dalle porte sul lato lungo. L’involucro BESS da 5 MWh per 48 pacchi, lungo 5650 mm e alto 3288 mm, sfrutta l’altezza per ridurre la profondità. I 143 involucri BESS da 5 MWh di Zhongwei, nel Ningxia, hanno invece un corridoio centrale percorribile.

Le schede tecniche pubblicate dei container da 5 MWh raffreddati a liquido indicano circa 42–⁠43 t a pieno carico, con cluster da 2,9 a 3,3 t alti da 2,4 a 2,7 m. Pavimento, ancoraggi e fondazioni si verificano su questo ordine di grandezza, e l’altezza libera per passerelle portacavi e tubazioni antincendio si coordina con quella dei rack. La massa va presa dal fornitore delle batterie: tra una fonte e l’altra la singola cella varia di 0,4–⁠0,5 kg, che su alcune migliaia di celle fanno tonnellate.

Struttura, saldature e sollevamento

La configurazione di base ETENZ prevede tetto in lamiera zincata da 2,0 mm, pareti corrugate da 1,6 a 2,0 mm, lana di roccia da 50 mm, telaio in profilati a U e tubolari quadri e basamento verniciato, con una vita di progetto della struttura di 25 anni, subordinata alla manutenzione.

Negli involucri della classe da 12 m del progetto Three Gorges di Haixi il telaio di base è stato rinforzato localmente lungo i cluster, per evitare che il pavimento si deformi a pieno carico. Un pavimento saldato in continuo può contare come parte di una sezione composta; con saldature a tratti e sigillante in genere no, perché il sigillante non trasmette carichi. ETENZ salda in continuo gli involucri destinati all’export.

Il sollevamento va definito prima di emettere i disegni. Un involucro in formato ISO da 20 piedi si solleva dai blocchi d’angolo con attrezzature per container; gli involucri fuori standard si sollevano di norma dal telaio di base, in 4 o 8 punti, con gli attacchi sulle travi principali trasversali, e oltre 12,2 m di lunghezza in 8 punti. Per ogni progetto chiedete schema di sollevamento, verifica delle forze nelle funi, calcolo del baricentro e disegno del bilancino.

Tenuta e grado di protezione IP

Per un container BESS il grado di protezione abituale è IP54 o IP55: la seconda cifra passa dalla protezione contro gli spruzzi d’acqua a quella contro i getti d’acqua, e la GB/T ⁠44026-⁠2024 fissa IP54 come minimo. Il grado va indicato per zona, perché il risultato reale dipende dall’apertura più debole: una porta, una griglia, un ventilatore con filtro o una piastra passacavi. Gli involucri di Haixi, IP55 nel complesso, hanno porte con doppie guarnizioni e parapioggia e tetto con pendenza di scolo. La specifica deve poi indicare il livello di verifica:

• Documenti IP dei componenti più controllo in fabbrica.
• Prova a getto d’acqua sull’intero container: per IPX5 la IEC ⁠60529 prevede ugello da 6,3 mm, 12,5 L/⁠min e 1 minuto per metro quadrato; su un involucro da 20 piedi, con circa 64 m² di pareti e tetto, si spruzza di continuo per un’ora.
• Prova in presenza del cliente o rapporto di un laboratorio terzo, da concordare per progetto.

Categoria di corrosività e ciclo di verniciatura

Scegliete C3, C4 o C5 secondo ISO ⁠12944 in base al sito e indicate la durabilità: C5-⁠H significa da 15 a 25 anni fino al primo intervento di manutenzione importante. L’interno può stare una o due categorie sotto l’esterno, per esempio C5 fuori e C3 dentro. Una categoria da sola non si può ispezionare: va tradotta in preparazione superficiale (spesso Sa 2½ secondo ISO ⁠8501-⁠1), strati del ciclo e spessore totale del film secco, mani di rinforzo su saldature e bordi tagliati, metodi di misura dello spessore e di prova dell’adesione.

Nei siti costieri la ruggine parte di solito dai cordoni di saldatura con spessore insufficiente, dai perni delle cerniere delle porte, dai bordi tagliati dei parapioggia delle griglie e dai fori nelle traverse: elencateli come punti d’ispezione. Come scrivere per intero la specifica anticorrosiva è spiegato in Protezione anticorrosiva degli shelter.

Raffreddamento a liquido, condensa e carico termico

Oggi l’accumulo in container di grande taglia è soprattutto raffreddato a liquido; il raffreddamento ad aria resta per piccole capacità e casi specifici. Lato involucro la fornitura comprende chiller, collettori di distribuzione, tubi flessibili e innesti rapidi fino a ogni rack e bilanciamento delle portate; le piastre fredde sono dentro il pacco, quindi la temperatura delle celle è un obiettivo condiviso. Il chiller si monta di solito sulla parete di testata, sul tetto o su uno skid e va riportato nel layout generale, perché occupa spazio nel sito del cliente.

La potenza frigorifera si sceglie sul carico termico indicato dal fornitore delle batterie. Il calore delle celle è la voce principale, a cui si sommano trasmissione attraverso le pareti e irraggiamento solare: isolamento e colore della finitura sono quindi dati di dimensionamento. Una differenza di temperatura minore tra mandata e ritorno richiede più portata, con tubazioni e pompa più grandi. Le celle al litio in genere non si possono caricare sotto 0 °C, e raddoppiando il tempo di preriscaldamento ammesso si dimezza la potenza di riscaldamento.

La condensa si forma quando la temperatura di mandata del liquido è inferiore al punto di rugiada dell’aria interna: la deumidificazione deve quindi tenere il punto di rugiada sotto la temperatura minima di mandata. Verificate poi il limite inferiore di umidità del deumidificatore, perché la capacità nominale ad alta umidità non vale a bassa umidità. Ogni infiltrazione fa entrare aria umida, quindi tenuta e deumidificazione si valutano insieme. Interruttore e cavo di alimentazione si dimensionano sul funzionamento massimo, che assorbe più della condizione nominale di raffreddamento.

Antincendio, gas infiammabili e sfogo dell’esplosione

Nell’incidente di McMicken, in Arizona, nel 2019, il sistema di estinzione ad agente pulito è intervenuto come previsto, ma la fuga termica a cascata è proseguita, i gas infiammabili si sono accumulati nel container e circa tre ore dopo, quando i vigili del fuoco hanno aperto la porta, c’è stata un’esplosione. L’estinzione agisce sulla fiamma; rilevazione gas, estrazione e sfogo della pressione agiscono sul gas accumulato: per questo si progettano insieme.

A livello di container la configurazione tipica unisce rivelatori di fumo, di calore e di gas infiammabili e una centrale di allarme a uno spegnimento con rete di tubazioni o a bombole, fornito e installato da ETENZ oppure indicato dal cliente; in entrambi i casi le interfacce di rilevazione, allarme e scarica sono comprese nella fornitura. L’involucro per 32 pacchi usa fluorochetone (FK-⁠5-⁠1-⁠12), con distribuzione a livello di container e di cluster. Agente e quantità si stabiliscono in base alle prove al fuoco del fornitore delle batterie e alle norme locali.

Sfogo dell’esplosione ed estrazione di emergenza

Sfogo dell’esplosione ed estrazione interbloccata si configurano per progetto, a partire dai dati del fornitore delle batterie sui gas emessi in fuga termica, per esempio un rapporto UL ⁠9540A. In Europa la superficie di sfogo si calcola secondo EN ⁠14994, i pannelli sono conformi a EN ⁠14797 e si verifica che la pressione ridotta di esplosione Pred resti sotto la resistenza dell’involucro; in Nord America si applica la NFPA ⁠855 adottata localmente, con rilevazione gas ed estrazione secondo NFPA ⁠69 e analisi secondo NFPA ⁠68.

La matrice causa-effetto va concordata presto: che cosa fanno chiller, ventilatori di estrazione e serrande in preallarme, allarme e scarica, e se dopo la scarica la pompa continua a far circolare il liquido. Rapporti UL ⁠9540A, listing UL ⁠9540 e approvazione dell’autorità antincendio appartengono al livello batterie e sistema e spettano al fornitore del sistema e al committente.

Cavi, sbarre, quadri BT e messa a terra

Il confine di fornitura più netto è sul lato DC: raccolta DC, sbarre interne, terminali di uscita e piastre passacavi a tenuta, con la fornitura ETENZ che arriva fino ai terminali di uscita. Le sbarre si dimensionano sui dati di stringa del cliente, e i documenti d’interfaccia indicano posizione dei terminali, sezioni dei cavi collegabili e spazio di curvatura. Se la high voltage box sta sopra il cluster o alla sua estremità cambiano la direzione dell’uscita DC e la posizione del quadro di parallelo: chiedetelo prima del layout.

I quadri BT si progettano secondo IEC ⁠61439-⁠1 e IEC ⁠61439-⁠2, con cavi di potenza e di controllo in canalizzazioni separate. Le porte sono collegate al telaio con trecce di rame e le barre di terra alla rete di terra del sito. Nell’involucro BESS a connessione diretta MT i cluster poggiano su supporti isolanti, e distanze superficiali e in aria seguono la classe di tensione.

Limiti di trasporto: larghezza, CSC e massa lorda

Larghezza: 2438 o 2550 mm

Sul mercato si usano entrambe le larghezze. A 2550 mm un container BESS supera di 112 mm la larghezza ISO ⁠668, non entra nelle guide di cella delle navi portacontainer e per il trasporto marittimo si quota come carico fuori sagoma, come la cabina BESS all-in-one da 10 piedi. Su strada Cina e UE fissano il limite proprio a 2,55 m, senza margine per maniglie e attacchi di sollevamento; gli Stati Uniti ammettono 102 pollici, mentre in Australia il limite di 2,5 m ne fa un trasporto eccezionale.

Quando conviene la certificazione CSC

La CSC vale il suo costo quando il container si può prenotare come container standard: lunghezza, larghezza e altezza entro le misure ISO, blocchi d’angolo ISO nelle posizioni standard e nessuna sporgenza in trasporto, quindi i condizionatori montati sulle porte vanno smontati. L’approvazione si rilascia per progetto, e ogni modifica della sagoma torna all’ente che l’ha rilasciata. Le unità fuori sagoma, come la cabina di controllo BESS a connessione diretta MT da 8000 × 3200 × 3450 mm, viaggiano come carico non standard, con progetto di sollevamento e piano di rizzaggio.

Massa lorda e trasporto con le batterie

Per un container da 20 piedi la ISO ⁠668 fissa una massa lorda massima di 36.000 kg. Il modello ETENZ da 20 piedi High Cube ha l’approvazione di tipo CSC del RINA con massa lorda massima di 50.000 kg: vuoto si prenota come container standard; con le batterie si dichiara il peso effettivo e, se serve, viaggia come container sovrappeso. Su strada valgono altri limiti, per esempio 40 t nell’UE (44 t per i container in trasporto intermodale). UN 38.3 e dichiarazione di merci pericolose per il trasporto con batterie spettano al mittente; installando i pacchi dopo la consegna si evita gran parte di questi vincoli.

Che cosa scrivere nella specifica tecnica

La richiesta di offerta per involucri BESS elenca i dati che servono per quotare; la specifica tecnica aggiunge ciò che si può collaudare alla consegna:

• Rack: ingombro del pacco, massa, fissaggio, interfaccia di raffreddamento, carico per ripiano.
• Struttura: norma di progetto, vento, neve, sisma, carichi su pavimento e tetto, condizioni di sollevamento.
• Protezione: grado IP per zona e livello di verifica; categoria di corrosività, durabilità, spessore totale del film secco.
• Clima: condizioni del sito, carico termico, posizione del chiller, temperatura minima di mandata, tempo di preriscaldamento.
• Antincendio: agente e relativo fornitore, rilevazione gas, sfogo dell’esplosione, elenco dei segnali.
• Elettrico: dati di stringa, uscite DC, tensione e frequenza dei servizi ausiliari, messa a terra.
• Trasporto: larghezza, CSC o fuori sagoma, vuoto o con batterie, percorso.
• Documenti: layout generale, schema unifilare, elenco interfacce, lista FAT, manuale d’uso e manutenzione.

Verifica in fabbrica: primo esemplare e FAT del container

Le commesse in serie partono dal primo esemplare. Nel progetto Three Gorges di Haixi il primo esemplare ha superato il riesame prima del rilascio della serie di 72 unità, con prove in fabbrica su sollevamento dal basso, resistenza della struttura, saldature, dimensioni e getti d’acqua da ogni direzione.

Il collaudo in fabbrica (FAT) del container ETENZ segue l’ambito di fornitura; i verbali accompagnano la documentazione di consegna e il cliente può assistere alle prove:

• Dimensioni, aperture, spessore e adesione del rivestimento.
• Guarnizioni delle porte, piastre passacavi e griglie, con prova a pioggia o a getto d’acqua secondo il grado previsto.
• Dimensioni dei rack, posizione degli ancoraggi e coppie di serraggio.
• Circuito a liquido: prova di pressione e tenuta, chiller in funzione, bilanciamento delle portate fra i rami.
• Interblocchi antincendio con attivazione simulata, scollegando prima l’elettrovalvola di scarica; circuiti BT, isolamento, messa a terra e punti di monitoraggio.

Senza pacchi non c’è carico termico, quindi il chiller si verifica facendolo funzionare. Messa in servizio di BMS ed EMS, prove di carica e scarica e prove di connessione alla rete vengono dopo l’installazione dei pacchi e spettano ai fornitori delle batterie e del sistema.

I criteri di accettazione sono fissati dalla specifica di progetto, quindi vanno scritti come numeri: abbassamento delle porte dopo la sosta a pieno carico, planarità dei blocchi d’angolo, durata della prova a getto d’acqua, resistenza dei punti di terra e adesione del rivestimento. La prenotazione come container standard richiede anche le tolleranze ISO ⁠668: 0/−6 su 6058 mm, 0/−5 su 2438 e 2896 mm.

Domande frequenti

Un container BESS deve essere ermetico?

No. IP54 e IP55 riguardano polvere e acqua, e l’involucro mantiene aperture progettate per estrazione, sfogo della pressione e manutenzione.

Quanto pesa un container BESS da 20 piedi a pieno carico?

Dipende dai pacchi. Nelle schede tecniche pubblicate, i container BESS da 5 MWh raffreddati a liquido arrivano a circa 42–⁠43 t, quindi mezzi di sollevamento, veicoli e fondazioni si verificano sulla massa effettiva a pieno carico.

Ogni container BESS deve avere lo sfogo dell’esplosione?

Non sempre: lo sfogo dell’esplosione di un container BESS dipende dai dati sui gas emessi dalla batteria e dalle norme locali. Quando serve, questi dati vanno ottenuti prima di congelare la struttura di porte e tetto.

Quali quote richiedono le tolleranze più strette?

Quelle che si accoppiano con altre apparecchiature: altezza dei ripiani e posizioni dei pacchi, posizione e planarità dei blocchi d’angolo e, se il container si prenota come container standard, le dimensioni esterne.

Per iniziare bastano la scheda tecnica del pacco e la destinazione: ETENZ invia disegno d’ingombro e layout generale già in fase d’offerta. Potete inviare la richiesta d’offerta direttamente.