Háttér

Az energiaválság miatt az elmúlt néhány évben elterjedtebbé váltak a lítium-ion akkumulátoros energiatároló rendszerek (ESS), de számos olyan veszélyes baleset is történt, amelyek a létesítmények és a környezet károsodását, gazdasági veszteségeket, sőt akár energiaveszteséget is okoztak. élet. A vizsgálatok azt találták, hogy annak ellenére, hogy az ESS megfelel az akkumulátorrendszerekkel kapcsolatos szabványoknak, mint például az UL 9540 és UL 9540A, előfordultak hővisszaélések és tüzek. Ezért a múltbeli esetekből levont tanulságok, valamint a kockázatok és ellenintézkedéseik elemzése az ESS technológia fejlődésének javára válik.

Esetek áttekintése

Az alábbiakban összefoglaljuk a nagyszabású ESS baleseti eseteit világszerte 2019-től napjainkig, amelyekről nyilvánosan beszámoltak.

A fenti balesetek okai a következő kettőben foglalhatók össze:

1) A belső cella meghibásodása az akkumulátor és a modul hőkezelését váltja ki, és végül az egész ESS kigyullad vagy felrobban.

A cella termikus visszaélése által okozott meghibásodás alapvetően azt jelenti, hogy a tüzet robbanás követ. Például az arizonai McMicken erőmű 2019-ben és a kínai pekingi Fengtai erőmű balesete 2021-ben tűz után robbant fel. Ezt a jelenséget egyetlen cella meghibásodása okozza, amely belső kémiai reakciót vált ki, hő szabadul fel (exoterm reakció), és a hőmérséklet tovább emelkedik, és átterjed a közeli cellákra, modulokra, tüzet vagy akár robbanást okozva. A cella meghibásodási módját általában a túltöltés vagy a vezérlőrendszer meghibásodása, hőhatás, külső rövidzárlat és belső rövidzárlat okozza (amelyet különböző körülmények okozhatnak, mint például bemélyedés vagy horpadás, anyagszennyeződések, külső tárgyak behatolása stb.). ).

A cella termikus visszaélése után gyúlékony gáz keletkezik. Felülről észrevehető, hogy a robbanás első három esetének ugyanaz az oka, vagyis a gyúlékony gáz nem tud időben kisülni. Ezen a ponton különösen fontos az akkumulátor, a modul és a konténerszellőztető rendszer. Általában a gázok a kipufogószelepen keresztül távoznak az akkumulátorból, és a kipufogószelep nyomásszabályozása csökkentheti az éghető gázok felhalmozódását. A modul szakaszban általában egy külső ventilátort vagy egy héjhűtő kialakítást használnak az éghető gázok felhalmozódásának elkerülésére. Végül a konténeres szakaszban szellőztető berendezésekre és felügyeleti rendszerekre is szükség van az éghető gázok elvezetésére.

2) Az ESS meghibásodása külső segédrendszer hibája miatt

A segédrendszer meghibásodása által okozott általános ESS meghibásodás általában az akkumulátorrendszeren kívül történik, és égést vagy a külső alkatrészek füstjét eredményezheti. És ha a rendszer figyeli és időben reagált rá, az nem vezet a cella meghibásodásához vagy a hőkezeléshez. A Vistra Moss Landing Power Station 2021. évi 1. és 2. fázis 2022. évi baleseteiben füst és tűz keletkezett, mert a hibafigyelő és az elektromos hibabiztos készülékek az üzembe helyezési szakaszban ekkor kikapcsoltak, és nem tudtak időben reagálni. . Ez a fajta lángégetés általában az akkumulátorrendszeren kívülről kezdődik, mielőtt végül átterjedne a cella belsejébe, így nincs heves exoterm reakció és éghető gázok felhalmozódása, és így általában nincs robbanás sem. Sőt, ha a locsolórendszert időben be lehet kapcsolni, az nem okoz jelentős károkat a létesítményben.

Az ausztráliai Geelongban 2021-ben bekövetkezett „viktoriánus erőmű” tűzbalesetet egy hűtőfolyadék-szivárgás okozta rövidzárlat okozta az akkumulátorban, ami arra emlékeztet bennünket, hogy ügyeljünk az akkumulátorrendszer fizikai elszigetelésére. A kölcsönös interferencia elkerülése érdekében ajánlatos bizonyos távolságot tartani a külső berendezések és az akkumulátorrendszer között. Az akkumulátorrendszert szigetelő funkcióval is fel kell szerelni a külső rövidzárlat elkerülése érdekében.

Ellenintézkedések

A fenti elemzésből egyértelműen kitűnik, hogy az ESS balesetek oka a cella termikus visszaélése és a segédrendszer meghibásodása. Ha a meghibásodás nem előzhető meg, akkor a blokkolás meghibásodása utáni további állapotromlás csökkentése is csökkentheti a veszteséget. Az ellenintézkedéseket a következő szempontok szerint lehet mérlegelni:

A termikus terjedés blokkolása a sejt termikus visszaélése után

Szigetelő gát hozzáadható a cella termikus visszaélése terjedésének megakadályozására, amely a cellák közé, a modulok közé vagy az állványok közé szerelhető. Az NFPA 855 (Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems) mellékletében a kapcsolódó követelményeket is megtalálja. A gát izolálására szolgáló speciális intézkedések közé tartozik a hidegvizes lemezek, az aerogél és a hasonlók behelyezése a sejtek közé.

Az akkumulátorrendszerhez egy tűzoltó berendezés is hozzáadható, hogy az gyorsan reagálhasson a tűzoltó berendezés aktiválására, ha egyetlen cellában hővisszaélés történik. A lítium-ion tűzveszélyek mögött meghúzódó kémia az energiatároló rendszerekben a hagyományos tűzoltási megoldásoktól eltérő tűzoltási kialakításhoz vezet, ami nemcsak a tűz eloltását, hanem az akkumulátor hőmérsékletének csökkentését is jelenti. Ellenkező esetben a sejtek exoterm kémiai reakciói tovább folytatódnak, és újragyulladást váltanak ki.

A tűzoltó anyagok kiválasztásakor is fokozott körültekintésre van szükség. Ha a vizet közvetlenül az égő akkumulátorházra permetezi, gyúlékony gázkeverék keletkezhet. És ha az akkumulátor háza vagy kerete acélból készült, a víz nem akadályozza meg a hőkezelést. Egyes esetek azt mutatják, hogy az akkumulátor érintkezőivel érintkező víz vagy más típusú folyadék szintén súlyosbíthatja a tüzet. Például a Vistra Moss Landing erőmű 2021. szeptemberi tűzbaleseténél a jelentések szerint az állomás hűtőtömlői és csőcsatlakozásai meghibásodtak, aminek következtében víz spriccelt az akkumulátortartókra, és végül az akkumulátorok rövidzárlatát és ívét okozta.

1. Éghető gázok időben történő kibocsátása

A fenti esetleírások mindegyike az éghető gázok koncentrációját jelzi a robbanások elsődleges okaként. Ezért a helyszín tervezése és elrendezése, a gázfelügyeleti és szellőztető rendszerek fontosak e kockázat csökkentése érdekében. Az NFPA 855 szabvány említi, hogy folyamatos gázérzékelő rendszerre van szükség. Ha egy bizonyos szintű éghető gáz (azaz az LFL 25%-a) érzékelhető, a rendszer elindítja az elszívó szellőztetést. Ezenkívül az UL 9540A vizsgálati szabvány megemlíti a kipufogógáz összegyűjtésének és a gáz alsó határértékének kimutatásának követelményét is.

A légtelenítés mellett robbanásgátló panelek használata is javasolt. Az NFPA 855 említi, hogy az ESS-eket az NFPA 68 (Deflagration Venting általi robbanásvédelmi szabvány) és az NFPA 69 (A robbanásvédelmi rendszerek szabványai) szerint kell telepíteni és karbantartani. Ha azonban a rendszer megfelel a tűz- és robbanási tesztnek (UL 9540A vagy azzal egyenértékű), mentesülhet e követelmény alól. Mivel azonban a vizsgálat körülményei nem tükrözik teljes mértékben a valós helyzetet, a szellőzés és a robbanásvédelem javítása javasolt.

2. Segédrendszerek meghibásodásának megelőzése

A nem megfelelő szoftver/firmware programozás és üzembe helyezés/indítás előtti eljárások szintén hozzájárultak a Victorian Power Station és a Vistra Moss Landing Power Station tűzeseményeihez. A viktoriánus erőműben keletkezett tűzben az egyik modul által kezdeményezett hővisszaélést nem azonosították vagy blokkolták, és a következő tűz sem szakadt meg. A helyzet oka az, hogy akkor nem volt szükség üzembe helyezésre, és a rendszert manuálisan leállították, beleértve a telemetriai rendszert, a hibafigyelést és az elektromos hibabiztos eszközt. Emellett a Felügyeleti Ellenőrzési és Adatgyűjtési (SCADA) rendszer sem működött még, mivel 24 órába telt a berendezések összekapcsolása.

Ezért javasolt, hogy minden üresjárati modul rendelkezzen olyan eszközökkel, mint az aktív telemetria, a hibafigyelő és az elektromos biztonsági eszközök, ahelyett, hogy manuálisan lekapcsolnák őket egy reteszelő kapcsolóval. Minden elektromos biztonsági védőeszközt aktív üzemmódban kell tartani. Ezenkívül további riasztórendszereket kell beépíteni a különféle vészhelyzetek azonosítására és reagálására.

Szoftver programozási hibát találtak a Vistra Moss Landing Power Station 1. és 2. fázisában is, mivel az indítási küszöböt nem lépték túl, az akkumulátor hűtőbordája aktiválódott. Ugyanakkor a vízcsőcsatlakozó meghibásodása az akkumulátor felső rétegének szivárgásával a vizet az akkumulátormodul rendelkezésére bocsátja, majd rövidzárlatot okoz. Ez a két példa bemutatja, mennyire fontos a szoftver/firmware programozás ellenőrzése és hibakeresése az indítási eljárás előtt.

Összegzés

Az energiatároló állomáson bekövetkezett több tűzbaleset elemzése során kiemelten kezelendő a szellőztetés és a robbanásszabályozás, a megfelelő telepítési és üzembe helyezési eljárások, beleértve a szoftverprogramozási ellenőrzéseket is, amelyek megelőzhetik az akkumulátorbaleseteket. Ezen túlmenően átfogó katasztrófaelhárítási tervet kell kidolgozni a mérgező gázok és anyagok képződésének kezelésére.