儲能行業(yè)如何應(yīng)對電池儲能系統(tǒng)的起火爆炸事件？
發(fā)表日期：2021-04-01 文章來源：北極星電力新聞網(wǎng)
行業(yè)媒體Greentech Media的分析師Julian Spector日前對APS公司的電池儲能系統(tǒng)去年發(fā)生火災(zāi)事件的影響和教訓(xùn)的相關(guān)調(diào)查報告進(jìn)行了分析和研究。他指出，在APS公司在亞利桑那州運(yùn)營的一個電池儲能系統(tǒng)去年4月發(fā)生起火和爆炸事件之后，很多人擔(dān)心這個事件可能會減緩美國儲能市場的發(fā)展，但好在這種情況并沒有發(fā)生。
儲能行業(yè)并沒有等待APS公司對這次事件發(fā)布調(diào)查結(jié)果之后才開始改善電網(wǎng)電池的安全性。而此次調(diào)查從開始到發(fā)布結(jié)果已經(jīng)持續(xù)一年多的時間。
在今年7月公布火災(zāi)調(diào)查結(jié)果時，儲能行業(yè)已經(jīng)開始了一些變革
McMicken電池儲能系統(tǒng)的火災(zāi)和爆炸事件引發(fā)了研究機(jī)構(gòu)和相關(guān)組織的一系列調(diào)查。與事件相關(guān)的電池供應(yīng)商、開發(fā)商和客戶致力收集證據(jù)并進(jìn)行研究和分析，以識別電池儲能系統(tǒng)帶來的風(fēng)險。并重新審視潛在故障以促進(jìn)產(chǎn)品的重新設(shè)計，同時對現(xiàn)有的電池儲能系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件更新。因此，此次事件對于促進(jìn)儲能行業(yè)的發(fā)展具有重大意義。
儲能集成商Powin Energy公司高級副總裁Danny Lu說，“我們對APS公司電池儲能系統(tǒng)起火原因高度關(guān)注，并自己進(jìn)行了分析和研究，大約一年前，我們立即開始著手解決這些問題。”
在APS公司電池儲能系統(tǒng)事件的調(diào)查報告出爐時，行業(yè)領(lǐng)先的儲能提供商（包括提供McMicken電池儲能系統(tǒng)的Fluence公司）都已經(jīng)采取關(guān)鍵的安全改進(jìn)措施。他們設(shè)計了可以檢測和清除危險氣體的解決方案，以防止引發(fā)爆炸的易燃?xì)怏w積聚。他們還探討和分析了電池的安裝布局，以便在電池?zé)崾Э刂蟛粫U(kuò)散以及阻止火熱蔓延。
得到業(yè)界高度關(guān)注的此次事件可能會使投資和部署電網(wǎng)規(guī)模電池儲能系統(tǒng)的開發(fā)商感到擔(dān)憂和猶豫，許多初創(chuàng)公司為此推出了聲稱比鋰離子電池更安全的替代儲能技術(shù)。
但美國儲能市場并沒有因為安全問題而停止增長。與其相反，儲能行業(yè)經(jīng)歷了飛速的增長，今年夏季幾乎每周都會發(fā)布創(chuàng)紀(jì)錄的采購計劃。數(shù)量空前的公用事業(yè)公司和電力生產(chǎn)商正在投資電池儲能系統(tǒng)，將其作為清潔電網(wǎng)的支柱。
研究表明，采用優(yōu)質(zhì)安全的電池產(chǎn)品可以降低類似APS公司電池儲能系統(tǒng)起火事件的可能性，而該儲能系統(tǒng)于2017年開通運(yùn)營。APS公司現(xiàn)在對其購買的電池采用了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，其他公用事業(yè)公司也可能效仿。
瑞士資產(chǎn)管理公司Capital Dynamics清潔能源基礎(chǔ)設(shè)施總經(jīng)理Benoit Allehaut表示：“毫無疑問，儲能系統(tǒng)采取全面消防安全措施是首要任務(wù)，我們對電池儲能系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)化取得的進(jìn)展感到滿意。”
教訓(xùn)1：消除故障根源
研究表明，McMicken電池儲能系統(tǒng)的多個薄弱環(huán)節(jié)使電池起火成為可能。
APS公司調(diào)查得出的結(jié)論是“電池內(nèi)部存在缺陷”，由于某種原因?qū)е码姵貎δ芟到y(tǒng)中的一塊鋰離子電池?zé)崾Э亍５请姵厣a(chǎn)商LGChem公司對這一結(jié)論提出了質(zhì)疑，認(rèn)為物理證據(jù)表明是外部熱源（例如電池外部的電弧）導(dǎo)致其熱失控。
利益相關(guān)方對于起火之后發(fā)生的事情達(dá)成了共識：清潔劑滅火劑并沒有阻止電池發(fā)生火災(zāi)，火勢蔓延到這塊電池的電池架上其他相鄰電池。高溫導(dǎo)致電池釋放出危險氣體，這些氣體積聚在集裝箱式電池儲能系統(tǒng)內(nèi)部，由于缺乏通風(fēng)或檢測這些氣體的手段。當(dāng)消防人員打開大門時，集裝箱內(nèi)進(jìn)入大量空氣，而積聚的易燃?xì)怏w遇火之后引發(fā)了爆炸。
為了確保不會再發(fā)生像McMicken電池儲能系統(tǒng)這樣的爆炸事件，安裝電池的工作人員需要防止這一系列事件再次發(fā)生。鋰離子電池的能量密度和化學(xué)特性帶來了不可避免的熱失控風(fēng)險。
教訓(xùn)2：阻止發(fā)生爆炸
這次爆炸事件與其他電池起火事故不同。韓國近年來也有幾十個電池儲能系統(tǒng)著火，但只是燒毀，但沒有爆炸傷人。
在亞利桑那州發(fā)生的此次事件中，爆炸（而不是大火）釋放出了巨大的力量，以至于將一名消防員炸出10多米遠(yuǎn)。但是處理爆炸也可能是最容易解決的故障模式：提前釋放易燃?xì)怏w。
Danny Lu說：“此次事件是儲能行業(yè)的一次很具意義的經(jīng)驗和教訓(xùn)，促進(jìn)推出更安全的標(biāo)準(zhǔn)和做法，儲能開發(fā)商將采用具有排氣能力的解決方案。”
盡管如此，如果爆炸性氣體積聚，使用“爆燃板”可以將爆炸力向上引導(dǎo)到電池儲能系統(tǒng)之外，而不是水平向外爆炸，從而導(dǎo)致人員傷亡。爆燃板現(xiàn)在已成為儲能系統(tǒng)電池機(jī)柜的標(biāo)準(zhǔn)配置，例如Fluence公司采用的Cube設(shè)計。
Fluence公司首席運(yùn)營官John Zahurancik表示：“釋放壓力有助于減少電池儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機(jī)械損傷，更重要的是，將運(yùn)營人員或消防人員的安全風(fēng)險降至最低。”
在理想情況下，電池不會出現(xiàn)這種情況。為此，F(xiàn)luence公司推出了一個“初始?xì)怏w檢測系統(tǒng)”，如果發(fā)現(xiàn)鋰離子電池在熱失控時會散發(fā)的爆炸性氣體，則會關(guān)閉電池儲能系統(tǒng)。早期檢測系統(tǒng)和通風(fēng)措施相結(jié)合意味著新建的儲能系統(tǒng)應(yīng)該能夠識別出集聚的易燃?xì)怏w，并在具有爆炸危險之前將其排出。
電池儲能系統(tǒng)的物理形狀和尺寸也有所改變。McMicken電池儲能系統(tǒng)將其電池架安裝在一個集裝箱中，并設(shè)有供人們進(jìn)入和走動的空間，而寬敞的空間為易燃?xì)怏w積聚和消防人員進(jìn)入創(chuàng)造了條件，
而現(xiàn)在采用的儲能系統(tǒng)設(shè)計已轉(zhuǎn)向到尺寸更小的模塊化柜式設(shè)計。Fluence Cube儲能系統(tǒng)的體積只有8立方英尺。特斯拉Megapack電池儲能系統(tǒng)也是空間緊湊的機(jī)柜式產(chǎn)品。并沒有給消防人員留下進(jìn)入的空間。
教訓(xùn)3：阻止火熱蔓延
阻止熱失控從一塊電池擴(kuò)散到另一塊電池是可以消除氣體積聚的措施。儲能系統(tǒng)的設(shè)計師們現(xiàn)在正在這樣做。
根據(jù)清潔劑滅火劑生產(chǎn)商3M公司表示，McMicken電池儲能系統(tǒng)采用的Novec1230清潔劑滅火劑無法阻止鋰離子電池系統(tǒng)的熱失控。這項聲明是在McMicken電池儲能系統(tǒng)生產(chǎn)和部署之后發(fā)布的。
報告指出，電池模塊和機(jī)架的物理設(shè)計也很重要。在第一塊電池?zé)崾Э刂螅捎陔姵丶苤须姵乜臻g比較緊密，因此也導(dǎo)致其相鄰電池?zé)崾Э兀⒊掷m(xù)蔓延，電池之間和電池架之間并沒有提供防止這種情況發(fā)生的保護(hù)措施。”
該報告提出了兩個主要的對策：采用屏礙物或空間將電池分隔開，并冷卻電池以阻止熱失控。分隔電池的鋁板可以減緩熱量的傳遞，而采用液體冷卻系統(tǒng)會更好。該報告指出，多家電池供應(yīng)商正在將此類措施納入新一代產(chǎn)品中。
Zahurancik表示，F(xiàn)luence Cube儲能系統(tǒng)采用通過UL9540A標(biāo)準(zhǔn)測試的電池來防止電池產(chǎn)生熱失控。他指出，該設(shè)計適用于多種電池。
DannyLu表示，Powin公司使用磷酸鐵鋰電池是因為它具有更小的熱失控風(fēng)險，這種電池通過的測試表明在單元、模塊或堆棧級別沒有導(dǎo)致蔓延。
特斯拉公司沒有回應(yīng)有關(guān)其電池安全性的置評請求，但其一位主要客戶對此做出了回應(yīng)。Capital Dynamics公司將購買Tesla Megapacks電池儲能系統(tǒng)，用于全球規(guī)模最大的用戶側(cè)儲能項目，該項目部署在內(nèi)華達(dá)州里諾附近的特斯拉超級工廠附近的Switch公司的數(shù)據(jù)中心。
Capital Dynamics公司總經(jīng)理Allehaut表示，特斯拉公司使用液體冷卻而不是空氣冷卻也是一個吸引人的特點(diǎn)。其他公司也正在采用液體冷卻技術(shù)。
Allehaut說，“我們注意到，APS公司發(fā)布的調(diào)查報告建議將電池完全分隔以避免熱失控蔓延，這種設(shè)計已經(jīng)在采用Megapacks電池儲能系統(tǒng)中，這很可能成為一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。”
值得注意的是，分隔每個電池架的空間和隔熱材料可以阻止熱量傳遞到相鄰電池架，其最終后果只有單個電池架被燒毀，而不會殃及其他電池架。同樣，在大型電池儲能系統(tǒng)項目中，電池儲能系統(tǒng)進(jìn)行分隔可減少火災(zāi)在它們之間蔓延的風(fēng)險。這些措施不需要采用新技術(shù)就可以實現(xiàn)。
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