Fundal

Criza energetică a făcut ca sistemele de stocare a energiei bateriilor cu litiu-ion (ESS) să fie utilizate mai pe scară largă în ultimii ani, dar au existat și o serie de accidente periculoase care au dus la deteriorarea instalațiilor și a mediului, pierderi economice și chiar pierderi de energie. viaţă. Investigațiile au descoperit că, deși ESS au îndeplinit standardele legate de sistemele de baterii, cum ar fi UL 9540 și UL 9540A, au avut loc abuzuri termice și incendii. Prin urmare, învățarea lecțiilor din cazurile trecute și analiza riscurilor și contramăsurilor acestora vor aduce beneficii dezvoltării tehnologiei ESS.

Analiza cazurilor

Următoarele rezumă cazurile de accidente de ESS la scară largă în întreaga lume din 2019 până în prezent, care au fost raportate public.

Cauzele accidentelor de mai sus pot fi rezumate în următoarele două:

1) O defecțiune a celulei interne declanșează abuzul termic al bateriei și al modulului și, în cele din urmă, face ca întregul ESS să ia foc sau să explodeze.

Defecțiunea cauzată de abuzul termic al celulei se observă, practic, ca un incendiu urmat de o explozie. De exemplu, accidentele centralei electrice McMicken din Arizona, SUA, în 2019, și centralei electrice Fengtai din Beijing, China, în 2021, ambele au explodat după un incendiu. Un astfel de fenomen este cauzat de defectarea unei singure celule, care declanșează o reacție chimică internă, eliberând căldură (reacție exotermă), iar temperatura continuă să crească și să se răspândească la celulele și modulele din apropiere, provocând un incendiu sau chiar o explozie. Modul de defecțiune al unei celule este, în general, cauzat de supraîncărcare sau defecțiune a sistemului de control, expunere termică, scurtcircuit extern și scurtcircuit intern (care poate fi cauzat de diverse condiții, cum ar fi indentarea sau adâncitura, impuritățile materiale, pătrunderea obiectelor externe etc. ).

După abuzul termic al celulei se va produce gaz inflamabil. De sus puteți observa că primele trei cazuri de explozie au aceeași cauză, adică gazul inflamabil nu se poate descărca în timp util. În acest moment, bateria, modulul și sistemul de ventilație al containerului sunt deosebit de importante. În general, gazele sunt descărcate din baterie prin supapa de evacuare, iar reglarea presiunii supapei de evacuare poate reduce acumularea de gaze combustibile. În stadiul de modul, în general, un ventilator extern sau un design de răcire a carcasei va fi utilizat pentru a evita acumularea de gaze combustibile. În sfârșit, în stadiul de containere, sunt necesare și instalații de ventilație și sisteme de monitorizare pentru evacuarea gazelor combustibile.

2) Defecțiune ESS cauzată de defecțiunea sistemului auxiliar extern

O defecțiune generală a ESS cauzată de o defecțiune a sistemului auxiliar are loc în mod obișnuit în afara sistemului de baterii și poate duce la arderea sau fumul componentelor externe. Și atunci când sistemul a monitorizat și a răspuns la acesta în timp util, nu va duce la defecțiunea celulei sau la abuzul termic. În accidentele de la Centrala Vistra Moss Landing Faza 1 2021 și Faza 2 2022, au fost generate fum și incendii deoarece dispozitivele de monitorizare a defecțiunilor și dispozitivele electrice de siguranță au fost oprite la acel moment în timpul fazei de punere în funcțiune și nu au putut răspunde în timp util. . Acest tip de ardere a flăcării începe de obicei din exteriorul sistemului de baterii înainte de a se răspândi în cele din urmă în interiorul celulei, astfel încât nu există nicio reacție exotermă violentă și acumulare de gaz combustibil și deci, de obicei, nicio explozie. În plus, dacă sistemul de sprinklere poate fi pornit la timp, acesta nu va provoca daune mari instalației.

Accidentul de incendiu „Victorian Power Station” din Geelong, Australia, în 2021, a fost cauzat de un scurtcircuit în baterie cauzat de o scurgere de lichid de răcire, ceea ce ne amintește să fim atenți la izolarea fizică a sistemului de baterii. Se recomandă păstrarea unui anumit spațiu între instalațiile externe și sistemul de baterii pentru a evita interferențele reciproce. Sistemul de baterii ar trebui să fie echipat și cu funcție de izolație pentru a evita scurtcircuitul extern.

Contramăsuri

Din analiza de mai sus, reiese clar că cauzele accidentelor ESS sunt abuzul termic al celulei și defecțiunea sistemului auxiliar. Dacă defecțiunea nu poate fi prevenită, atunci reducerea deteriorării ulterioare după eșecul de blocare poate reduce și pierderea. Contramăsurile pot fi luate în considerare din următoarele aspecte:

Blocarea răspândirii termice după abuzul termic al celulei

Bariera de izolație poate fi adăugată pentru a bloca răspândirea abuzului termic al celulei, care poate fi instalată între celule, între module sau între rafturi. În anexa NFPA 855 (Standard pentru instalarea sistemelor staționare de stocare a energiei), puteți găsi, de asemenea, cerințele aferente. Măsurile specifice pentru izolarea barierei includ inserarea de plăci cu apă rece, aerogel și like-uri între celule.

La sistemul de baterii poate fi adăugat un dispozitiv de stingere a incendiilor, astfel încât acesta să poată reacționa rapid pentru a activa dispozitivul de stingere a incendiilor atunci când are loc abuzul termic într-o singură celulă. Chimia din spatele pericolelor de incendiu cu litiu-ion duce la un design diferit de suprimare a incendiilor pentru sistemele de stocare a energiei decât soluțiile convenționale de stingere a incendiilor, care nu este doar pentru stingerea incendiului, ci și pentru reducerea temperaturii bateriei. În caz contrar, reacțiile chimice exoterme ale celulelor vor continua să aibă loc și vor declanșa o reaprindere.

De asemenea, este necesară o atenție sporită atunci când alegeți materialele de stingere a incendiilor. Dacă apa este pulverizată direct pe carcasa bateriei care arde, se poate produce un amestec de gaz inflamabil. Și dacă carcasa sau cadrul bateriei este din oțel, apa nu va preveni abuzul termic. Unele cazuri arată că apa sau alte tipuri de lichide în contact cu bornele bateriei pot, de asemenea, agrava incendiul. De exemplu, în accidentul de incendiu al centralei electrice Vistra Moss Landing din septembrie 2021, rapoartele au indicat că furtunurile de răcire și îmbinările țevilor ale stației s-au defectat, provocând stropirea apei pe rafturile bateriilor și, în cele din urmă, provocând scurtcircuitarea bateriilor și arcul electric.

1.Emisia la timp de gaze combustibile

Toate rapoartele de mai sus indică concentrațiile de gaze combustibile drept cauza principală a exploziilor. Prin urmare, proiectarea și amenajarea site-ului, monitorizarea gazelor și sistemele de ventilație sunt importante pentru reducerea acestui risc. În standardul NFPA 855 se menționează că este necesar un sistem de detecție continuă a gazelor. Când este detectat un anumit nivel de gaz combustibil (adică 25% din LFL), sistemul va porni ventilația de evacuare. În plus, standardul de testare UL 9540A menționează și cerința de a colecta evacuarea și de a detecta limita inferioară a LFL de gaz.

Pe lângă aerisire, se recomandă și utilizarea panourilor de evacuare a exploziei. În NFPA 855 se menționează că ESS-urile trebuie instalate și întreținute în conformitate cu NFPA 68 (Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting) și NFPA 69 (Standards on Explosion Protection Systems). Cu toate acestea, atunci când sistemul respectă Testul de incendiu și explozie (UL 9540A sau echivalent), acesta poate fi scutit de această cerință. Cu toate acestea, deoarece condițiile de testare nu sunt pe deplin reprezentative pentru situația reală, se recomandă îmbunătățirea ventilației și a protecției împotriva exploziilor.

2.Prevenirea defecțiunilor sistemelor auxiliare

Programarea inadecvată a software-ului/firmware-ului și procedurile de punere în funcțiune/pre-pornire au contribuit, de asemenea, la incidentele de incendiu la Centrala electrică Victorian și la Centrala electrică Vistra Moss Landing. În incendiul din Victorian Power Station, un abuz termic inițiat de unul dintre module nu a fost identificat sau blocat și nici incendiul care a urmat nu a fost întrerupt. Motivul pentru care s-a întâmplat această situație este că punerea în funcțiune nu era necesară la momentul respectiv, iar sistemul a fost oprit manual, inclusiv sistemul de telemetrie, monitorizarea defecțiunilor și dispozitivul electric de siguranță. În plus, sistemul de control de supraveghere și achiziție de date (SCADA) nu era încă operațional, deoarece a fost nevoie de 24 de ore pentru a stabili conectivitatea echipamentelor.

Prin urmare, se recomandă ca orice module inactiv să aibă dispozitive precum telemetria activă, monitorizarea defecțiunilor și dispozitivele de siguranță electrică, în loc să fie oprite manual printr-un comutator de blocare. Toate dispozitivele electrice de protecție de siguranță trebuie menținute în modul activ. În plus, ar trebui adăugate sisteme de alarmă suplimentare pentru a identifica și a răspunde la diferite evenimente de urgență.

O eroare de programare a software-ului a fost găsită și în Centrala Vistra Moss Landing Fazele 1 și 2, deoarece pragul de pornire nu a fost depășit, radiatorul bateriei a fost activat. În același timp, defecțiunea conectorului conductei de apă cu scurgerea stratului superior al bateriei face ca apa să fie disponibilă pentru modulul bateriei și apoi provoacă un scurtcircuit. Aceste două exemple arată cât de important este ca programarea software/firmware să fie verificată și depanată înainte de procedura de pornire.

Rezumat

Prin analiza mai multor accidente de incendiu în stația de stocare a energiei, ar trebui să se acorde o prioritate ridicată controlului ventilației și exploziilor, procedurilor de instalare și punere în funcțiune adecvate, inclusiv verificări de programare a software-ului, care pot preveni accidentele bateriei. În plus, ar trebui elaborat un plan cuprinzător de răspuns în caz de urgență pentru a face față generării de gaze și substanțe toxice.