Fonas

Dėl energijos krizės per pastaruosius kelerius metus ličio jonų baterijų energijos kaupimo sistemos (ESS) tapo plačiau naudojamos, tačiau taip pat įvyko nemažai pavojingų nelaimingų atsitikimų, dėl kurių buvo padaryta žala įrenginiams ir aplinkai, ekonominiai nuostoliai ir netgi gyvenimą. Atlikus tyrimus nustatyta, kad nors ESS atitiko standartus, susijusius su akumuliatorių sistemomis, pvz., UL 9540 ir UL 9540A, pasitaikė piktnaudžiavimo terminiu režimu ir gaisrų. Todėl ESS technologijos plėtrai bus naudinga pasimokyti iš praeities atvejų ir analizuoti riziką bei jos atsakomąsias priemones.

Bylų peržiūra

Toliau pateikiami didelio masto ESS avarijų atvejai visame pasaulyje nuo 2019 m. iki šiol, apie kuriuos buvo pranešta viešai.

Pirmiau minėtų nelaimingų atsitikimų priežastis galima apibendrinti kaip dvi:

1) Vidinio elemento gedimas sukelia baterijos ir modulio terminį piktnaudžiavimą, ir galiausiai visa ESS užsidega arba sprogsta.

Gedimas, kurį sukelia terminis piktnaudžiavimas elementu, iš esmės stebimas kaip gaisras, po kurio kilo sprogimas. Pavyzdžiui, McMicken elektrinės Arizonoje (JAV) avarijos 2019 m. ir Fengtai elektrinės Pekine (Kinija) 2021 m. sprogo po gaisro. Tokį reiškinį sukelia vienos ląstelės gedimas, dėl kurio prasideda vidinė cheminė reakcija, išsiskirianti šiluma (egzoterminė reakcija), o temperatūra toliau kyla ir plinta į šalia esančius elementus bei modulius, sukeldama gaisrą ar net sprogimą. Elemento gedimo režimą paprastai sukelia perkrovimas arba valdymo sistemos gedimas, šiluminis poveikis, išorinis trumpasis jungimas ir vidinis trumpasis jungimas (kuris gali atsirasti dėl įvairių sąlygų, tokių kaip įdubimas ar įlenkimas, medžiagų nešvarumai, išorinių objektų įsiskverbimas ir kt.). ).

Po terminio kameros piktnaudžiavimo susidarys degios dujos. Iš viršaus galite pastebėti, kad pirmieji trys sprogimo atvejai turi tą pačią priežastį, ty degios dujos negali laiku išsiskirti. Šiuo metu akumuliatorius, modulis ir konteinerio vėdinimo sistema yra ypač svarbūs. Paprastai dujos iš akumuliatoriaus išleidžiamos per išmetimo vožtuvą, o išmetimo vožtuvo slėgio reguliavimas gali sumažinti degiųjų dujų kaupimąsi. Modulio etape paprastai naudojamas išorinis ventiliatorius arba korpuso aušinimo konstrukcija, kad būtų išvengta degiųjų dujų kaupimosi. Galiausiai, konteinerio etape taip pat reikalingos vėdinimo įrenginiai ir stebėjimo sistemos, skirtos degioms dujoms pašalinti.

2) ESS gedimas, sukeltas išorinės pagalbinės sistemos gedimo

Bendras ESS gedimas, kurį sukelia pagalbinės sistemos gedimas, paprastai įvyksta už akumuliatoriaus sistemos ribų ir gali sukelti nudegimus arba dūmus iš išorinių komponentų. Ir kai sistema jį stebės ir į tai sureagavo laiku, tai nesukels elemento gedimo ar piktnaudžiavimo terminiu režimu. Vistra Moss Landing elektrinės 1 fazės 2021 ir 2 fazės 2022 avarijose kilo dūmai ir ugnis, nes gedimų stebėjimo ir elektros saugaus gedimo įtaisai tuo metu buvo išjungti paleidimo metu ir negalėjo laiku reaguoti. . Toks liepsnos degimas paprastai prasideda akumuliatoriaus sistemos išorėje, kol galiausiai išplinta į elemento vidų, todėl nėra smarkios egzoterminės reakcijos ir degiųjų dujų kaupimosi, taigi ir sprogimo. Be to, jei sprinklerinę sistemą pavyks įjungti laiku, tai nepadarys didelės žalos įrenginiui.

„Viktorijos elektrinės“ gaisro avariją Džilonge, Australijoje 2021 m. sukėlė trumpasis jungimas akumuliatoriuje, kurį sukėlė aušinimo skysčio nuotėkis, o tai primena atkreipti dėmesį į fizinę akumuliatoriaus sistemos izoliaciją. Siekiant išvengti abipusių trukdžių, tarp išorinių įrenginių ir akumuliatoriaus sistemos rekomenduojama palikti tam tikrą tarpą. Akumuliatoriaus sistemoje taip pat turi būti izoliacijos funkcija, kad būtų išvengta išorinio trumpojo jungimo.

Atsakomosios priemonės

Iš aukščiau pateiktos analizės aišku, kad ESS avarijų priežastys yra kameros terminis piktnaudžiavimas ir pagalbinės sistemos gedimas. Jei gedimo išvengti nepavyksta, nuostolius taip pat galima sumažinti sumažinus tolesnį gedimą po blokavimo gedimo. Atsakomąsias priemones galima apsvarstyti šiais aspektais:

Šiluminio plitimo blokavimas po terminio piktnaudžiavimo ląstele

Galima pridėti izoliacinę barjerą, kad būtų užkirstas kelias elemento šiluminiam piktnaudžiavimui, kuris gali būti montuojamas tarp elementų, tarp modulių arba tarp stelažų. NFPA 855 (stacionarių energijos kaupimo sistemų įrengimo standartas) priede taip pat galite rasti susijusius reikalavimus. Konkrečios barjero izoliavimo priemonės apima šalto vandens plokštelių, aerogelio ir panašių elementų įterpimą tarp ląstelių.

Prie akumuliatoriaus sistemos gali būti pridėtas gaisro gesinimo įtaisas, kad jis galėtų greitai reaguoti ir suaktyvinti gaisro gesinimo įtaisą, kai viename elemente įvyksta piktnaudžiavimas šiluminiu įtaisu. Ličio jonų gaisro pavojaus chemija lemia kitokį energijos kaupimo sistemų gaisro gesinimo dizainą nei įprasti gaisro gesinimo sprendimai, o tai yra ne tik gaisro gesinimas, bet ir akumuliatoriaus temperatūros mažinimas. Priešingu atveju egzoterminės cheminės ląstelių reakcijos tęsis ir sukels pakartotinį užsidegimą.

Ypatingo atidumo reikia ir renkantis gaisro gesinimo medžiagas. Jei vanduo purškiamas tiesiai ant degančio akumuliatoriaus korpuso, gali susidaryti degių dujų mišinys. O jei akumuliatoriaus korpusas ar rėmas yra iš plieno, vanduo neapsaugos nuo piktnaudžiavimo šiluminiu būdu. Kai kurie atvejai rodo, kad vanduo ar kiti skysčiai, besiliečiantys su akumuliatoriaus gnybtais, taip pat gali sustiprinti gaisrą. Pavyzdžiui, 2021 m. rugsėjį Vistra Moss Landing elektrinės gaisro avarijos metu pranešimai parodė, kad sugedo stoties aušinimo žarnos ir vamzdžių jungtys, todėl ant akumuliatorių stelažų papurškė vandens ir galiausiai įvyko trumpasis baterijų jungimas ir lankas.

1.Savalaikis degiųjų dujų išmetimas

Visose aukščiau pateiktose ataskaitose nurodoma, kad degiųjų dujų koncentracija yra pagrindinė sprogimų priežastis. Todėl, siekiant sumažinti šią riziką, svarbus yra aikštelės projektavimas ir išdėstymas, dujų stebėjimo ir vėdinimo sistemos. NFPA 855 standarte minima, kad reikalinga nuolatinė dujų aptikimo sistema. Kai aptinkamas tam tikras degiųjų dujų lygis (ty 25 % LFL), sistema paleidžia ištraukiamąją ventiliaciją. Be to, UL 9540A bandymo standarte taip pat minimas reikalavimas surinkti išmetamąsias dujas ir nustatyti apatinę dujų LFL ribą.

Be ventiliacijos, taip pat rekomenduojama naudoti apsaugines nuo sprogimo plokštes. NFPA 855 paminėta, kad ESS turi būti diegiami ir prižiūrimi pagal NFPA 68 (apsaugos nuo sprogimo naudojant deflagracijos ventiliaciją standartas) ir NFPA 69 (apsaugos nuo sprogimo sistemų standartai). Tačiau kai sistema atitinka gaisro ir sprogimo bandymą (UL 9540A arba lygiavertis), jai šis reikalavimas gali būti netaikomas. Tačiau, kadangi bandymo sąlygos nevisiškai atspindi tikrąją situaciją, rekomenduojama sustiprinti ventiliaciją ir apsaugą nuo sprogimo.

2.Pagalbinių sistemų gedimų prevencija

Nepakankamas programinės įrangos / programinės įrangos programavimas ir paleidimo / išankstinio paleidimo procedūros taip pat prisidėjo prie gaisro incidentų Viktorijos laikų jėgainėje ir Vistra Moss Landing jėgainėje. Viktorijos laikų elektrinės gaisro metu vieno iš modulių inicijuotas terminis pažeidimas nebuvo nustatytas arba užblokuotas, o tolesnis gaisras taip pat nenutrūko. Priežastis, kodėl susiklostė tokia situacija, yra ta, kad tuo metu nereikėjo pradėti eksploatuoti, o sistema buvo išjungta rankiniu būdu, įskaitant telemetrinę sistemą, gedimų stebėjimą ir elektros gedimų saugų įrenginį. Be to, dar neveikė Priežiūros kontrolės ir duomenų gavimo (SCADA) sistema, nes įrangos sujungimas užtruko 24 valandas.

Todėl rekomenduojama, kad visi tuščiosios eigos moduliai turėtų tokius įrenginius kaip aktyvi telemetrija, gedimų stebėjimas ir elektriniai saugos įtaisai, o ne rankiniu būdu išjungiami blokavimo jungikliu. Visi elektros saugos įtaisai turi būti aktyvūs. Be to, turėtų būti įdiegtos papildomos signalizacijos sistemos, leidžiančios nustatyti ir reaguoti į įvairius avarinius įvykius.

Vistra Moss Landing Power Station 1 ir 2 fazėse taip pat buvo rasta programinės įrangos programavimo klaida, nes nebuvo viršytas paleidimo slenkstis, įsijungė akumuliatoriaus aušintuvas. Tuo pačiu metu vandens vamzdžio jungties gedimas ir viršutinio akumuliatoriaus sluoksnio nutekėjimas suteikia vandens prieinamumą akumuliatoriaus moduliui ir sukelia trumpąjį jungimą. Šie du pavyzdžiai parodo, kaip svarbu, kad programinės įrangos / programinės įrangos programavimas būtų patikrintas ir derinamas prieš paleidžiant.

Santrauka

Analizuojant keletą gaisro nelaimingų atsitikimų energijos kaupimo stotyje, didelis prioritetas turėtų būti teikiamas ventiliacijai ir sprogimo kontrolei, tinkamam montavimo ir paleidimo procedūroms, įskaitant programinės įrangos programavimo patikrinimus, kurie gali užkirsti kelią akumuliatorių avarijoms. Be to, turėtų būti parengtas išsamus reagavimo į ekstremalias situacijas planas, skirtas kovoti su toksiškų dujų ir medžiagų susidarymu.