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 fröccsent 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.