Позадина

Енергетска криза учинила је да се системи за складиштење енергије литијум-јонских батерија (ЕСС) више користе у последњих неколико година, али је такође дошло до бројних опасних несрећа које су резултирале оштећењем објеката и животне средине, економским губицима, па чак и губитком живот. Истраживања су открила да иако је ЕСС испунио стандарде у вези са системима батерија, као што су УЛ 9540 и УЛ 9540А, дошло је до термичке злоупотребе и пожара. Стога ће учење лекција из прошлих случајева и анализа ризика и њихових контрамера помоћи развоју ЕСС технологије.

Преглед случајева

У наставку су сажети случајеви несрећа великих ЕСС широм света од 2019. до данас, који су јавно пријављени.

Узроци горе наведених несрећа могу се сумирати у следећа два:

1) Квар унутрашње ћелије покреће термичку злоупотребу батерије и модула и на крају узрокује да се цео ЕСС запали или експлодира.

Квар изазван термичком злоупотребом ћелије у основи се посматра као пожар праћен експлозијом. На пример, несреће у електрани МцМицкен у Аризони, САД 2019. и електрани Фенгтаи у Пекингу, Кина 2021. године, експлодирале су након пожара. Такав феномен је узрокован отказом једне ћелије, што покреће унутрашњу хемијску реакцију, ослобађајући топлоту (егзотермна реакција), а температура наставља да расте и шири се на оближње ћелије и модуле, изазивајући пожар или чак експлозију. Режим квара ћелије је генерално узрокован прекомерним пуњењем или кваром контролног система, топлотном изложеношћу, спољним кратким спојем и унутрашњим кратким спојем (који могу бити узроковани различитим условима као што су удубљење или удубљење, нечистоће материјала, продирање спољашњих објеката итд. ).

Након термичке злоупотребе ћелије, производиће се запаљиви гас. Одозго се може приметити да прва три случаја експлозије имају исти узрок, односно запаљиви гас не може да се испусти на време. У овом тренутку, батерија, модул и систем вентилације контејнера су посебно важни. Генерално, гасови се испуштају из батерије кроз издувни вентил, а регулација притиска издувног вентила може смањити акумулацију запаљивих гасова. У фази модула, генерално ће се користити спољни вентилатор или дизајн хлађења кућишта да би се избегло накупљање запаљивих гасова. Коначно, у фази контејнера, вентилациони уређаји и системи за надзор су такође потребни за евакуацију запаљивих гасова.

2) ЕСС квар узрокован кваром екстерног помоћног система

Укупни ЕСС квар узрокован кваром помоћног система обично се јавља изван система батерија и може довести до горења или дима из спољних компоненти. А када га систем прати и благовремено реагује на њега, то неће довести до квара ћелије или термичке злоупотребе. У несрећама електране Вистра Мосс Ландинг Повер Статион, фаза 1 2021 и фаза 2 2022, дошло је до дима и пожара јер су надзор кварова и електрични сигурносни уређаји искључени у то време током фазе пуштања у рад и нису могли да реагују на време. . Ова врста сагоревања пламена обично почиње са спољашње стране система батерија пре него што се коначно прошири на унутрашњост ћелије, тако да нема бурне егзотермне реакције и акумулације запаљивог гаса, па тако обично нема експлозије. Штавише, ако се систем прскалица може укључити на време, то неће проузроковати велику штету на објекту.

Несрећа са пожаром у „Викторијанској електрани“ у Џилонгу, Аустралија, 2021. године изазвана је кратким спојем у батерији изазваном цурењем расхладне течности, што нас подсећа да обратимо пажњу на физичку изолацију система батерија. Препоручује се да задржите одређени простор између спољашњих уређаја и система батерија како бисте избегли међусобне сметње. Систем батерија такође треба да буде опремљен функцијом изолације како би се избегао спољни кратки спој.

Противмере

Из горње анализе јасно је да су узроци ЕСС удеса топлотна злоупотреба ћелије и квар помоћног система. Ако се квар не може спречити, онда смањење даљег погоршања након квара блокирања такође може смањити губитак. Противмере се могу посматрати са следећих аспеката:

Блокирање топлотног ширења након термичке злоупотребе ћелије

Може се додати изолациона баријера да блокира ширење топлотне злоупотребе ћелије, која се може инсталирати између ћелија, између модула или између регала. У додатку НФПА 855 (Стандард за уградњу стационарних система за складиштење енергије), такође можете пронаћи одговарајуће захтеве. Специфичне мере за изолацију баријере укључују уметање плоча са хладном водом, аерогела и сличних ствари између ћелија.

Уређај за гашење пожара се може додати батеријском систему тако да може брзо да реагује да активира уређај за гашење пожара када дође до топлотне злоупотребе у једној ћелији. Хемија која стоји иза литијум-јонских опасности од пожара доводи до другачијег дизајна за гашење пожара за системе за складиштење енергије од конвенционалних решења за гашење пожара, што није само за гашење пожара, већ и за смањење температуре батерије. У супротном, егзотермне хемијске реакције ћелија ће наставити да се дешавају и покренуће поновно паљење.

Такође је потребна посебна пажња при одабиру материјала за гашење пожара. Ако се вода прска директно на запаљено кућиште батерије може да произведе запаљиву мешавину гаса. А ако је кућиште батерије или оквир направљен од челика, вода неће спречити термичку злоупотребу. Неки случајеви показују да вода или друге врсте течности у контакту са терминалима батерије такође могу да погоршају пожар. На пример, у пожару у електрани Вистра Мосс Ландинг у септембру 2021. године, извештаји су указивали да су црева за хлађење и спојеви цеви отказали, што је довело до прскања воде по носачима батерија и на крају до кратког споја и лука у батеријама.

1. Правовремена емисија запаљивих гасова

Сви наведени случајеви указују на концентрације запаљивих гасова као примарних узрока експлозија. Због тога су дизајн и распоред локације, системи за праћење гаса и вентилација важни за смањење овог ризика. У стандарду НФПА 855 помиње се да је потребан континуирани систем детекције гаса. Када се детектује одређени ниво запаљивог гаса (тј. 25% ЛФЛ), систем ће покренути издувну вентилацију. Поред тога, стандард за испитивање УЛ 9540А такође помиње захтев за сакупљање издувних гасова и откривање доње границе ЛФЛ гаса.

Поред вентилације, препоручује се и употреба панела за ублажавање експлозије. У НФПА 855 се помиње да се ЕСС морају инсталирати и одржавати у складу са НФПА 68 (Стандард за заштиту од експлозије дефлаграционом вентилацијом) и НФПА 69 (Стандарди за системе за заштиту од експлозије). Међутим, када је систем у складу са тестом пожара и експлозије (УЛ 9540А или еквивалентан), може бити изузет од овог захтева. Међутим, пошто услови испитивања нису у потпуности репрезентативни за праву ситуацију, препоручује се побољшање вентилације и заштите од експлозије.

2.Превенција кварова помоћних система

Неадекватно програмирање софтвера/фирмвера и процедуре пуштања у рад/пре покретања такође су допринеле пожарима у Викторијанској електрани и Вистра Мос Ландинг електрани. У пожару у Викторијанској електрани, топлотна злоупотреба коју је покренуо један од модула није идентификована или блокирана, а такође није прекинут ни пожар који је уследио. Разлог зашто се ова ситуација догодила је тај што тада није било потребно пуштање у рад, а систем је ручно угашен, укључујући телеметријски систем, надзор кварова и електрични уређај за заштиту од кварова. Поред тога, систем надзорне контроле и прикупљања података (СЦАДА) такође још није био у функцији, јер је било потребно 24 сата да се успостави повезаност опреме.

Због тога се препоручује да сви модули у стању мировања имају уређаје као што су активна телеметрија, надзор кварова и електрични сигурносни уређаји, уместо да се ручно искључују преко прекидача за закључавање. Сви електрични сигурносни уређаји треба да буду у активном режиму. Поред тога, треба додати додатне алармне системе за идентификацију и реаговање на различите ванредне ситуације.

Грешка у програмирању софтвера је такође пронађена у Вистра Мосс Ландинг Повер Статион фазама 1 и 2, пошто праг за покретање није прекорачен, активиран је хладњак батерије. У исто време, квар конектора цеви за воду са цурењем горњег слоја батерије чини воду доступном батеријском модулу и затим изазива кратки спој. Ова два примера показују колико је важно да се програмирање софтвера/фирмвера провери и отклони грешке пре процедуре покретања.

Резиме

Кроз анализу неколико пожара у станици за складиштење енергије, висок приоритет треба дати контроли вентилације и експлозије, правилној инсталацији и пуштању у рад, укључујући провере програмирања софтвера, који могу спречити несреће са батеријама. Поред тога, требало би развити свеобухватан план реаговања у ванредним ситуацијама који ће се бавити стварањем токсичних гасова и супстанци.