Позадина

Енергетската криза ги направи системите за складирање енергија од литиум-јонски батерии (ESS) пошироко користени во изминатите неколку години, но имаше и голем број опасни несреќи што резултираа со оштетување на објектите и животната средина, економски загуби, па дури и губење на животот. Истрагите открија дека иако ESS ги исполни стандардите поврзани со батериските системи, како што се UL 9540 и UL 9540A, се појавија термичка злоупотреба и пожари. Затоа, извлекувањето лекции од минатите случаи и анализирањето на ризиците и нивните контрамерки ќе имаат корист од развојот на ESS технологијата.

Преглед на случаи

Следното ги сумира случаите на несреќи на големи ESS ширум светот од 2019 година до денес, кои се јавно пријавени.

Причините за горенаведените несреќи може да се сумираат како следните две:

1) Неуспехот на внатрешната ќелија предизвикува термичка злоупотреба на батеријата и модулот и на крајот предизвикува целиот ESS да се запали или да експлодира.

Неуспехот предизвикан од термичка злоупотреба на ќелијата во основа е забележан дека пожар проследен со експлозија. На пример, несреќите на електраната МекМикен во Аризона, САД во 2019 година и електраната Фенгтаи во Пекинг, Кина во 2021 година експлодираа по пожар. Ваквиот феномен е предизвикан од неуспехот на една клетка, што предизвикува внатрешна хемиска реакција, ослободувајќи топлина (егзотермична реакција), а температурата продолжува да расте и се шири во блиските ќелии и модули, предизвикувајќи пожар или дури и експлозија. Режимот на дефект на ќелијата генерално е предизвикан од преполнување или дефект на системот за контрола, термичка изложеност, надворешен краток спој и внатрешен краток спој (што може да биде предизвикан од различни услови како што се вдлабнатини или вдлабнатини, материјални нечистотии, пенетрација од надворешни предмети итн. ).

По термичката злоупотреба на ќелијата, ќе се произведува запалив гас. Од горе може да се забележи дека првите три случаи на експлозија имаат иста причина, односно запаливиот гас не може навремено да се испушта. Во овој момент, батеријата, модулот и системот за вентилација на контејнерот се особено важни. Генерално, гасовите се испуштаат од батеријата преку издувниот вентил, а регулацијата на притисокот на издувниот вентил може да ја намали акумулацијата на запаливи гасови. Во фазата на модул, генерално ќе се користи надворешен вентилатор или дизајн за ладење на школка за да се избегне акумулација на запаливи гасови. Конечно, во фазата на контејнер, потребни се и вентилациони капацитети и системи за следење за евакуација на запаливи гасови.

2) Неуспех на ESS предизвикан од дефект на надворешен помошен систем

Целокупниот дефект на ESS предизвикан од дефект на помошниот систем обично се јавува надвор од системот на батеријата и може да резултира со горење или чад од надворешни компоненти. И кога системот го надгледувал и реагирал навремено, тоа нема да доведе до дефект на ќелијата или термичка злоупотреба. Во несреќите на електраната „Вистра Мос“ Фаза 1 2021 и Фаза 2 2022 година, се создадоа чад и пожар затоа што мониторингот на дефектот и електричните уреди без дефект беа исклучени во тој момент за време на фазата на пуштање во работа и не можеа да реагираат навремено. . Овој вид на согорување на пламен обично започнува од надворешната страна на системот на батеријата пред конечно да се прошири во внатрешноста на ќелијата, така што нема насилна егзотермна реакција и акумулација на запалив гас, и затоа обично нема експлозија. Уште повеќе, ако системот на прскалки може да се вклучи навреме, тоа нема да предизвика голема штета на објектот.

Пожарната несреќа на „Викторијанската централа“ во Гилонг, Австралија во 2021 година беше предизвикана од краток спој на батеријата предизвикан од истекување на течноста за ладење, што не потсетува да обрнеме внимание на физичката изолација на системот на батерии. Се препорачува да се задржи одреден простор помеѓу надворешните објекти и батерискиот систем за да се избегнат меѓусебните пречки. Системот на батерии исто така треба да биде опремен со функција за изолација за да се избегне надворешен краток спој.

Контрамерки

Од горенаведената анализа, јасно е дека причините за несреќите на ЕСС се термичката злоупотреба на ќелијата и дефектот на помошниот систем. Ако неуспехот не може да се спречи, тогаш намалувањето на понатамошното влошување по дефектот на блокирањето исто така може да ја намали загубата. Контрамерките може да се разгледаат од следниве аспекти:

Блокирање на термичкото ширење по термичка злоупотреба на ќелијата

Може да се додаде изолациона бариера за да се блокира ширењето на термичка злоупотреба на ќелијата, која може да се инсталира помеѓу ќелиите, помеѓу модулите или помеѓу решетките. Во додатокот на NFPA 855 (Стандард за инсталирање на стационарни системи за складирање енергија), можете да ги најдете и сродните барања. Специфичните мерки за изолирање на бариерата вклучуваат вметнување чинии со ладна вода, аергел и лајкови помеѓу клетките.

Може да се додаде уред за гаснење пожар на системот за батерии за да може брзо да реагира за да го активира уредот за гаснење пожар кога ќе се појави термичка злоупотреба во една единствена ќелија. Хемијата зад опасностите од пожар на литиум-јони води до различен дизајн за сузбивање пожар за системи за складирање енергија од конвенционалните решенија за гаснење пожари, што не е само за гаснење на пожарот, туку и за намалување на температурата на батеријата. Во спротивно, егзотермните хемиски реакции на клетките ќе продолжат да се случуваат и ќе предизвикаат повторно палење.

Потребна е дополнителна грижа и при изборот на материјали за гаснење пожар. Ако водата се испрска директно врз куќиштето на батеријата што гори, може да произведе запалива гасна смеса. И ако куќиштето или рамката на батеријата се направени од челик, водата нема да спречи термичка злоупотреба. Некои случаи покажуваат дека водата или други видови течности во контакт со терминалите на батеријата исто така може да го влошат пожарот. На пример, во пожарната несреќа на електраната „Вистра Мос Лендинг“ во септември 2021 година, извештаите покажаа дека цревата за ладење и спојките на цевките на станицата откажале, што предизвикало прскање на вода на решетките за батерии и на крајот предизвикувајќи краток спој и лак на батериите.

1.Навремена емисија на запаливи гасови

Сите горенаведени извештаи за случаи укажуваат на концентрациите на запаливи гасови како примарна причина за експлозиите. Затоа, дизајнот и распоредот на локацијата, системите за следење на гас и вентилација се важни за намалување на овој ризик. Во стандардот NFPA 855 се споменува дека е потребен континуиран систем за детекција на гас. Кога ќе се открие одредено ниво на запалив гас (т.е. 25% од LFL), системот ќе започне со издувна вентилација. Дополнително, стандардот за тестирање UL 9540A го споменува и барањето за собирање на издувните гасови и откривање на долната граница на гас LFL.

Покрај вентилацијата, се препорачува и употреба на панели за ослободување од експлозија. Во NFPA 855 е споменато дека ESS треба да се инсталираат и одржуваат во согласност со NFPA 68 (Стандард за заштита од експлозија со вентилација од дефлаграција) и NFPA 69 (Стандарди за системи за заштита од експлозија). Меѓутоа, кога системот е во согласност со тестот за пожар и експлозија (UL 9540A или еквивалент), тој може да биде изземен од ова барање. Меѓутоа, бидејќи условите за тестирање не се целосно репрезентативни за вистинската ситуација, се препорачува подобрување на заштитата од вентилација и експлозија.

2. Спречување на дефекти на помошни системи

Несоодветното програмирање на софтвер/фирмвер и процедурите за пуштање во работа/пред стартување, исто така, придонесоа за инциденти со пожарот на електраната на Викторија и на централата Вистра Мос слетување. Во пожарот на електраната во Викторија, термичката злоупотреба иницирана од еден од модулите не беше идентификувана или блокирана, а ниту пожарот што следеше не беше прекинат. Причината зошто се случи оваа ситуација е што во тоа време не беше потребно пуштање во работа, а системот беше рачно исклучен, вклучително и телеметриски систем, следење на дефекти и електричен уред без дефекти. Дополнително, системот за супервизорска контрола и стекнување податоци (SCADA) исто така сè уште не беше оперативен, бидејќи беа потребни 24 часа за да се воспостави поврзаност со опремата.

Затоа, се препорачува секој модул во мирување да има уреди како активна телеметрија, мониторинг на дефекти и електрични безбедносни уреди, наместо рачно да се исклучуваат преку прекинувач за заклучување. Сите уреди за заштита од електрична безбедност треба да се одржуваат во активен режим. Дополнително, треба да се додадат дополнителни алармни системи за да се идентификуваат и реагираат на различни итни настани.

Пронајдена е грешка при програмирање на софтверот и во фазите 1 и 2 на централата Vistra Moss Landing Power, бидејќи прагот на стартување не беше надминат, се активираше ладилникот на батеријата. Во исто време, дефектот на конекторот на цевката за вода со истекување на горниот слој на батеријата ја прави водата достапна за модулот на батеријата и потоа предизвикува краток спој. Овие два примери покажуваат колку е важно програмирањето на софтверот/фирмверот да се провери и дебагира пред постапката за стартување.

Резиме

Преку анализата на неколку пожарни несреќи во станицата за складирање енергија, висок приоритет треба да се даде на вентилацијата и контролата на експлозијата, правилната инсталација и процедурите за пуштање во работа, вклучително и проверки на програмирање на софтверот, што може да спречи несреќи на батериите. Дополнително, треба да се развие сеопфатен план за одговор при итни случаи за да се справи со создавањето отровни гасови и супстанции.