Background

Ang krisis sa enerhiya naghimo sa lithium-ion battery energy storage systems (ESS) nga mas kaylap nga gigamit sa milabay nga pipila ka mga tuig, apan adunay usab daghang mga delikado nga aksidente nga miresulta sa kadaot sa mga pasilidad ug sa kinaiyahan, pagkawala sa ekonomiya, ug bisan sa pagkawala sa kinabuhi.Nakit-an sa mga imbestigasyon nga bisan kung nakab-ot sa ESS ang mga sumbanan nga may kalabotan sa mga sistema sa baterya, sama sa UL 9540 ug UL 9540A, ang pag-abuso sa thermal ug mga sunog nahitabo.Busa, ang pagkat-on sa mga leksyon gikan sa nangaging mga kaso ug pag-analisar sa mga risgo ug sa ilang mga pagsumpo makabenepisyo sa pagpalambo sa teknolohiya sa ESS.

Pagrepaso sa mga kaso

Ang mosunud nagsumaryo sa mga kaso sa aksidente sa dinagkong ESS sa tibuuk kalibutan gikan sa 2019 hangtod karon, nga gipahibalo sa publiko.

Ang mga hinungdan sa mga aksidente sa ibabaw mahimong i-summarize sa mosunod nga duha:

1) Ang kapakyasan sa internal cell nagpahinabog thermal abuse sa baterya ug module, ug sa kataposan maoy hinungdan sa tibuok ESS nga masunog o mobuto.

Ang kapakyasan nga gipahinabo sa pag-abuso sa thermal sa selyula sa panguna naobserbahan nga usa ka sunog nga gisundan sa usa ka pagbuto.Pananglitan, ang mga aksidente sa McMicken power station sa Arizona, USA niadtong 2019 ug sa Fengtai power station sa Beijing, China niadtong 2021 parehong mibuto human sa sunog.Ang ingon nga panghitabo tungod sa kapakyasan sa usa ka selula, nga nagpahinabog internal nga kemikal nga reaksyon, nagpagawas sa kainit (exothermic reaction), ug ang temperatura nagpadayon sa pagtaas ug pagkaylap sa duol nga mga selyula ug mga module, hinungdan sa sunog o bisan usa ka pagbuto.Ang failure mode sa usa ka cell kasagaran tungod sa overcharge o control system failure, thermal exposure, external short circuit ug internal short circuit (nga mahimong tungod sa lain-laing mga kondisyon sama sa indentation o dent, material impurities, penetration sa external objects, etc. ).

Human sa thermal nga pag-abuso sa selula, ang masunog nga gas magama.Gikan sa ibabaw imong mamatikdan nga ang unang tulo ka mga kaso sa pagbuto adunay parehas nga hinungdan, nga mao ang masunog nga gas dili makagawas sa tukmang panahon.Niini nga punto, ang baterya, ang module ug ang sistema sa bentilasyon sa sudlanan labi ka hinungdanon.Kasagaran ang mga gas gipagawas gikan sa baterya pinaagi sa balbula sa tambutso, ug ang regulasyon sa presyur sa balbula sa tambutso makapakunhod sa pagtipon sa mga masunog nga gas.Sa yugto sa module, kasagaran usa ka eksternal nga fan o disenyo sa pagpabugnaw sa kabhang ang gamiton aron malikayan ang pagtipon sa mga gas nga masunog.Sa katapusan, sa yugto sa sudlanan, ang mga pasilidad sa bentilasyon ug mga sistema sa pag-monitor gikinahanglan usab sa pagbakwit sa mga masunog nga gas.

2) Ang kapakyasan sa ESS tungod sa pagkapakyas sa eksternal nga auxiliary system

Ang kinatibuk-ang kapakyasan sa ESS tungod sa pagkapakyas sa auxiliary system kasagarang mahitabo sa gawas sa sistema sa baterya ug mahimong moresulta sa pagsunog o aso gikan sa gawas nga mga sangkap.Ug kung ang sistema nag-monitor ug mitubag niini sa tukma sa panahon nga paagi, dili kini mosangpot sa pagkapakyas sa cell o pag-abuso sa thermal.Sa mga aksidente sa Vistra Moss Landing Power station Phase 1 2021 ug Phase 2 2022, ang aso ug sunog namugna tungod kay ang fault monitoring ug electrical fail-safe nga mga himan gipalong niadtong panahona sa panahon sa commissioning phase ug dili makatubag sa tukmang panahon. .Kini nga matang sa pagdilaab sa siga kasagaran magsugod gikan sa gawas sa sistema sa baterya sa wala pa kini sa katapusan mikaylap ngadto sa sulod sa selula, mao nga walay bayolente nga exothermic nga reaksyon ug masunog nga gas accumulation, ug busa kasagaran walay pagbuto.Unsa pa, kung ang sprinkler system mahimong ma-on sa oras, dili kini hinungdan sa daghang kadaot sa pasilidad.

Ang aksidente sa sunog sa "Victorian Power Station" sa Geelong, Australia kaniadtong 2021 gipahinabo sa usa ka mubo nga sirkito sa baterya tungod sa usa ka pagtulo sa coolant, nga nagpahinumdom kanato nga hatagan pagtagad ang pisikal nga pagkahimulag sa sistema sa baterya.Girekomenda nga magtipig usa ka piho nga wanang tali sa mga pasilidad sa gawas ug sa sistema sa baterya aron malikayan ang panagsama sa usag usa.Ang sistema sa baterya kinahanglan usab nga adunay gamit sa insulasyon aron malikayan ang gawas nga short circuit.

Mga lakang batok

Gikan sa pag-analisar sa ibabaw, tin-aw nga ang mga hinungdan sa mga aksidente sa ESS mao ang pag-abuso sa thermal sa cell ug ang pagkapakyas sa auxiliary system.Kung ang kapakyasan dili mapugngan, nan ang pagkunhod sa dugang nga pagkadaot pagkahuman sa pagkapakyas sa pag-block mahimo usab nga makunhuran ang pagkawala.Ang mga countermeasures mahimong ikonsiderar gikan sa mosunod nga mga aspeto:

Pag-ali sa thermal spread human sa thermal abuse sa cell

Ang insulation barrier mahimong idugang aron babagan ang pagkaylap sa thermal abuse sa cell, nga mahimong i-install sa taliwala sa mga cell, taliwala sa mga module o taliwala sa mga rack.Sa apendise sa NFPA 855 (Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems), makit-an usab nimo ang may kalabutan nga mga kinahanglanon.Ang piho nga mga lakang aron mahimulag ang babag naglakip sa pagsal-ot sa bugnaw nga tubig nga mga plato, airgel ug mga gusto taliwala sa mga selyula.

Ang usa ka fire suppression device ngadto sa battery system mahimong idugang aron kini maka-react dayon aron ma-activate ang fire suppression device kon ang thermal abuse mahitabo sa usa ka cell.Ang chemistry sa luyo sa mga peligro sa sunog sa lithium-ion nagdala sa usa ka lahi nga disenyo sa pagsumpo sa sunog alang sa mga sistema sa pagtipig sa enerhiya kaysa sa naandan nga mga solusyon sa pagpamatay sa sunog, nga dili lamang aron mapalong ang kalayo, apan aron makunhuran ang temperatura sa baterya.Kung dili, ang mga exothermic nga kemikal nga reaksyon sa mga selyula magpadayon nga mahitabo ug magpahinabog pagsunog pag-usab.

Gikinahanglan usab ang dugang nga pag-amping sa pagpili sa mga materyales sa pagpalong sa kalayo.Kung ang tubig direkta nga gisabwag sa nagdilaab nga casing sa baterya mahimo’g maghimo usa ka sagol nga masunog nga gas.Ug kung ang casing o frame sa baterya hinimo sa puthaw, ang tubig dili makapugong sa pag-abuso sa thermal.Ang ubang mga kaso nagpakita nga ang tubig o uban pang matang sa mga likido nga makontak sa mga terminal sa baterya mahimo usab nga makapasamot sa kalayo.Pananglitan, sa aksidente sa sunog sa Vistra Moss Landing power station niadtong Setyembre 2021, ang mga taho nagpakita nga ang mga cooling hose ug pipe joints sa istasyon napakyas, hinungdan nga nag-spray ang tubig sa mga rack sa baterya ug sa katapusan nagpahinabo sa mga baterya sa short circuit ug arc.

1. Tukma sa panahon nga pagpagawas sa mga masunog nga gas

Ang tanan nga mga taho sa kaso sa ibabaw nagpunting sa mga konsentrasyon sa masunog nga mga gas ingon ang panguna nga hinungdan sa mga pagbuto.Busa, ang laraw sa site ug layout, pag-monitor sa gas ug mga sistema sa bentilasyon hinungdanon alang sa pagkunhod sa kini nga peligro.Sa NFPA 855 nga sumbanan adunay gihisgutan nga usa ka padayon nga sistema sa pag-detect sa gas gikinahanglan.Kung ang usa ka lebel sa masunog nga gas (ie 25% sa LFL) mamatikdan, ang sistema magsugod sa tambutso nga bentilasyon.Dugang pa, ang UL 9540A test standard naghisgot usab sa kinahanglanon sa pagkolekta sa tambutso ug pag-ila sa ubos nga limitasyon sa gas LFL.

Gawas sa pagpahungaw, girekomenda usab ang paggamit sa mga panel sa paghupay sa pagbuto.Gihisgotan sa NFPA 855 nga ang mga ESS kinahanglang i-install ug mamentinar subay sa NFPA 68 (Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting) ug NFPA 69 (Standards on Explosion Protection Systems).Bisan pa, kung ang sistema nagsunod sa Pagsulay sa Kalayo ug Pagsabog (UL 9540A o katumbas), mahimo kini nga wala’y labot sa kini nga kinahanglanon.Bisan pa, tungod kay ang mga kondisyon sa pagsulay dili hingpit nga nagrepresentar sa tinuud nga kahimtang, girekomenda ang pagpaayo sa bentilasyon ug proteksyon sa pagbuto.

2.Paglikay sa kapakyasan sa mga sistema sa auxiliary

Ang dili igo nga software/firmware programming ug commissioning/pre-start procedures nakatampo usab sa mga insidente sa sunog sa Victorian Power Station ug Vistra Moss Landing Power Station.Sa sunog sa Victorian Power Station, ang usa ka thermal abuse nga gisugdan sa usa sa mga modules wala mailhi o gibabagan, ug ang sunog nga nagsunod wala usab mabalda.Ang hinungdan ngano nga nahitabo kini nga kahimtang mao nga wala kinahanglana ang pag-commissioning sa panahon, ug ang sistema mano-mano nga gisirhan, lakip ang sistema sa telemetry, pag-monitor sa sayup ug aparato nga luwas sa kuryente.Dugang pa, ang sistema sa Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) wala pa usab magamit, tungod kay nilungtad og 24 oras aron ma-establisar ang koneksyon sa kagamitan.

Busa, girekomenda nga ang bisan unsang idle nga mga module kinahanglan adunay mga aparato sama sa aktibo nga telemetry, pag-monitor sa sayup ug mga gamit sa kaluwasan sa elektrisidad, imbes nga mano-mano nga isira pinaagi sa usa ka lock-out switch.Ang tanan nga mga gamit sa pagpanalipod sa elektrikal nga kaluwasan kinahanglan ibutang sa aktibo nga mode.Dugang pa, kinahanglan nga idugang ang dugang nga mga sistema sa alarma aron mailhan ug matubag ang lainlaing mga panghitabo sa emerhensya.

Ang usa ka error sa software programming nakit-an usab sa Vistra Moss Landing Power station Phases 1 ug 2, tungod kay ang start-up threshold wala molapas, ang battery heat sink gi-activate.Sa parehas nga oras, ang pagkapakyas sa koneksyon sa tubo sa tubig nga adunay pagtulo sa ibabaw nga layer sa baterya naghimo sa tubig nga magamit sa module sa baterya ug dayon hinungdan sa mubo nga sirkito.Kining duha ka mga pananglitan nagpakita kung unsa ka importante ang software/firmware programming nga masusi ug ma-debug sa dili pa ang pagsugod nga pamaagi.

Summary

Pinaagi sa pag-analisar sa daghang mga aksidente sa sunog sa estasyon sa pagtipig sa enerhiya, ang taas nga prayoridad kinahanglan ihatag sa bentilasyon ug pagkontrol sa pagbuto, husto nga mga pamaagi sa pag-install ug pag-commissioning, lakip ang mga pagsusi sa software programming, nga makapugong sa mga aksidente sa baterya.Dugang pa, ang usa ka komprehensibo nga plano sa pagtubag sa emerhensya kinahanglan nga maugmad aron maatubang ang pagmugna sa mga makahilong gas ug mga sangkap.