Fons

Enerģētikas krīzes dēļ litija jonu akumulatoru enerģijas uzglabāšanas sistēmas (ESS) pēdējos gados ir plašāk izmantotas, taču ir notikuši arī vairāki bīstami negadījumi, kuru rezultātā ir nodarīti bojājumi iekārtām un videi, ekonomiski zaudējumi un pat zaudējumi. dzīvi. Izmeklēšanā konstatēts, ka, lai gan ESS ir izpildījis standartus, kas saistīti ar akumulatoru sistēmām, piemēram, UL 9540 un UL 9540A, ir notikuši termiski ļaunprātīgi izmantotie apstākļi un ugunsgrēki. Tāpēc mācīšanās no pagātnes gadījumiem un risku un to pretpasākumu analīze dos labumu ESS tehnoloģijas attīstībai.

Lietu izskatīšana

Tālāk sniegts kopsavilkums par liela mēroga ESS negadījumu gadījumiem visā pasaulē no 2019. gada līdz šim brīdim, par kuriem ir ziņots publiski.

Iepriekš minēto negadījumu cēloņus var apkopot šādi:

1) Iekšējās šūnas kļūme izraisa akumulatora un moduļa termisku izmantošanu un, visbeidzot, izraisa visa ESS aizdegšanos vai eksploziju.

Neveiksme, ko izraisa šūnu termiskā izmantošana, pamatā tiek novērota ugunsgrēkam, kam seko sprādziens. Piemēram, 2019. gadā arizonā, ASV, Makmikenas spēkstacijā un Pekinā (Ķīnā) 2021. gadā notikušās Fengtai spēkstacijas avārijas pēc ugunsgrēka eksplodēja. Šādu parādību izraisa vienas šūnas atteice, kas izraisa iekšēju ķīmisku reakciju, izdalot siltumu (eksotermiska reakcija), un temperatūra turpina paaugstināties un izplatīties uz blakus esošajām šūnām un moduļiem, izraisot ugunsgrēku vai pat sprādzienu. Elementa atteices režīmu parasti izraisa pārlādēšana vai vadības sistēmas kļūme, termiskā iedarbība, ārējs īssavienojums un iekšējais īssavienojums (ko var izraisīt dažādi apstākļi, piemēram, ievilkums vai iespiedums, materiāla piemaisījumi, ārējo objektu iespiešanās utt.). ).

Pēc kameras termiskās izmantošanas tiks ražota uzliesmojoša gāze. No augšas var pamanīt, ka pirmajiem trim sprādziena gadījumiem ir viens un tas pats cēlonis, proti, uzliesmojoša gāze nevar laikus izvadīt. Šajā brīdī īpaši svarīgi ir akumulators, modulis un konteinera ventilācijas sistēma. Parasti gāzes tiek izvadītas no akumulatora caur izplūdes vārstu, un izplūdes vārsta spiediena regulēšana var samazināt degošu gāzu uzkrāšanos. Moduļa stadijā parasti tiks izmantots ārējs ventilators vai korpusa dzesēšanas konstrukcija, lai izvairītos no degošu gāzu uzkrāšanās. Visbeidzot, konteineru stadijā ir nepieciešamas arī ventilācijas iekārtas un uzraudzības sistēmas, lai izvadītu degošās gāzes.

2) ESS kļūme, ko izraisījusi ārējās palīgsistēmas kļūme

Vispārēja ESS kļūme, ko izraisa palīgsistēmas kļūme, parasti notiek ārpus akumulatora sistēmas un var izraisīt apdegumus vai dūmus no ārējiem komponentiem. Un, kad sistēma to uzraudzīs un reaģēja uz to laikus, tas neizraisīs šūnas atteici vai termisku ļaunprātīgu izmantošanu. Vistra Moss Landing elektrostacijas 1. fāzes 2021 un 2. fāzes 2022 avārijās radās dūmi un ugunsgrēks, jo nodošanas ekspluatācijā laikā kļūmju uzraudzības un elektriskās atteices ierīces bija izslēgtas un nevarēja laicīgi reaģēt. . Šāda liesmas degšana parasti sākas no akumulatora sistēmas ārpuses, pirms tā beidzot izplatās uz šūnas iekšpusi, tāpēc nav vardarbīgas eksotermiskas reakcijas un degošu gāzu uzkrāšanās un līdz ar to parasti nenotiek sprādziens. Vēl vairāk, ja sprinkleru sistēmu varēs ieslēgt laikus, tas neradīs lielus bojājumus objektam.

“Viktorijas spēkstacijas” ugunsnelaimi Dīlongā, Austrālijā 2021. gadā izraisīja īssavienojums akumulatorā, ko izraisīja dzesēšanas šķidruma noplūde, kas atgādina pievērst uzmanību akumulatoru sistēmas fiziskai izolācijai. Ieteicams saglabāt noteiktu atstarpi starp ārējām iekārtām un akumulatoru sistēmu, lai izvairītos no savstarpējas iejaukšanās. Akumulatora sistēmai jābūt aprīkotai arī ar izolācijas funkciju, lai izvairītos no ārēja īssavienojuma.

Pretpasākumi

No iepriekš minētās analīzes ir skaidrs, ka ESS negadījumu cēloņi ir šūnas termiskā ļaunprātīga izmantošana un palīgsistēmas atteice. Ja kļūmi nevar novērst, tad arī turpmākās nolietošanās samazināšana pēc bloķēšanas atteices var samazināt zaudējumus. Pretpasākumus var apsvērt no šādiem aspektiem:

Termiskās izplatības bloķēšana pēc šūnas termiskās ļaunprātīgas izmantošanas

Izolācijas barjeru var pievienot, lai bloķētu šūnas termiskās izmantošanas izplatīšanos, ko var uzstādīt starp šūnām, starp moduļiem vai starp statīviem. NFPA 855 (stacionāro enerģijas uzglabāšanas sistēmu uzstādīšanas standarts) pielikumā varat atrast arī saistītās prasības. Īpaši barjeras izolācijas pasākumi ietver aukstā ūdens plākšņu, aerogela un līdzīgu ievietošanu starp šūnām.

Akumulatora sistēmai var pievienot ugunsdzēšanas ierīci, lai tā varētu ātri reaģēt un aktivizēt ugunsgrēka dzēšanas ierīci, ja vienā šūnā notiek pārmērīga termiskā iedarbība. Litija jonu ugunsbīstamības pamatā esošā ķīmija rada atšķirīgu ugunsdzēšanas sistēmu enerģijas uzkrāšanas sistēmām nekā parastie ugunsdzēsības risinājumi, kas ir ne tikai ugunsgrēka dzēšana, bet arī akumulatora temperatūras samazināšana. Pretējā gadījumā turpināsies šūnu eksotermiskās ķīmiskās reakcijas, kas izraisīs atkārtotu aizdegšanos.

Īpaša piesardzība ir nepieciešama arī, izvēloties ugunsdzēšanas materiālus. Ja ūdens tiek izsmidzināts tieši uz degošā akumulatora korpusa, var izveidoties uzliesmojošs gāzu maisījums. Un, ja akumulatora korpuss vai rāmis ir izgatavots no tērauda, ​​ūdens nepasargās no termiskās iedarbības. Daži gadījumi liecina, ka ūdens vai cita veida šķidrumi, kas nonāk saskarē ar akumulatora spailēm, arī var saasināt ugunsgrēku. Piemēram, Vistra Moss Landing spēkstacijas ugunsnelaimē 2021. gada septembrī ziņojumi norādīja, ka neizdevās stacijas dzesēšanas šļūtenes un cauruļu savienojumi, izraisot ūdens izsmidzināšanu uz akumulatoru statīviem un galu galā izraisot akumulatoru īssavienojumu un loku.

1.Savlaicīga degošu gāzu emisija

Visi iepriekš minētie gadījumu ziņojumi norāda uz degošu gāzu koncentrāciju kā galveno sprādzienu cēloni. Tāpēc šī riska mazināšanai ir svarīga vietas projektēšana un plānojums, gāzes monitoringa un ventilācijas sistēmas. NFPA 855 standartā ir minēts, ka ir nepieciešama nepārtraukta gāzes noteikšanas sistēma. Kad tiek konstatēts noteikts degošās gāzes līmenis (ti, 25% no LFL), sistēma iedarbinās izplūdes ventilāciju. Turklāt UL 9540A testa standartā ir minēta arī prasība savākt izplūdes gāzi un noteikt gāzes LFL apakšējo robežu.

Papildus ventilācijai ieteicams izmantot arī sprādzienbīstamus paneļus. NFPA 855 ir minēts, ka ESS ir jāuzstāda un jāuztur saskaņā ar NFPA 68 (standarts par aizsardzību pret sprādzieniem, izmantojot deflagrācijas ventilāciju) un NFPA 69 (sprādzienaizsardzības sistēmu standarti). Tomēr, ja sistēma atbilst Ugunsgrēka un eksplozijas testam (UL 9540A vai līdzvērtīgs), to var atbrīvot no šīs prasības. Tomēr, tā kā testēšanas apstākļi pilnībā neatspoguļo patieso situāciju, ir ieteicams uzlabot ventilāciju un aizsardzību pret sprādzieniem.

2.Palīgsistēmu atteices novēršana

Neatbilstoša programmatūras/aparātprogrammatūras programmēšana un nodošanas/pirmsstartes procedūras arī veicināja Viktorijas laika spēkstacijas un Vistra Moss Landing spēkstacijas ugunsgrēku gadījumus. Viktorijas spēkstacijas ugunsgrēkā viena no moduļiem izraisīta termiskā ļaunprātīga izmantošana netika identificēta vai bloķēta, un arī ugunsgrēks netika pārtraukts. Iemesls, kāpēc šī situācija radās, ir tas, ka tobrīd nebija nepieciešama nodošana ekspluatācijā, un sistēma tika manuāli izslēgta, ieskaitot telemetrijas sistēmu, kļūdu uzraudzību un elektrisko atteices ierīci. Turklāt uzraudzības kontroles un datu iegūšanas (SCADA) sistēma arī vēl nedarbojās, jo iekārtu savienojuma izveide prasīja 24 stundas.

Tāpēc ir ieteicams, lai visiem dīkstāves moduļiem būtu tādas ierīces kā aktīvā telemetrija, kļūdu uzraudzība un elektriskās drošības ierīces, nevis manuāli izslēgti, izmantojot bloķēšanas slēdzi. Visas elektriskās drošības aizsardzības ierīces jātur aktīvā režīmā. Turklāt jāpievieno papildu signalizācijas sistēmas, lai identificētu un reaģētu uz dažādiem ārkārtas gadījumiem.

Programmatūras programmēšanas kļūda tika konstatēta arī Vistra Moss Landing Power Station 1. un 2. fāzē, jo netika pārsniegts palaišanas slieksnis, aktivizējās akumulatora siltuma izlietne. Tajā pašā laikā ūdens caurules savienotāja kļūme ar akumulatora augšējā slāņa noplūdi padara ūdeni pieejamu akumulatora modulim un pēc tam izraisa īssavienojumu. Šie divi piemēri parāda, cik svarīgi ir pirms palaišanas procedūras pārbaudīt un atkļūdot programmatūras/programmaparatūras programmēšanu.

Kopsavilkums

Analizējot vairākas ugunsnelaimes enerģijas uzglabāšanas stacijā, liela prioritāte jāpiešķir ventilācijas un sprādzienbīstamības kontrolei, pareizai uzstādīšanas un nodošanas ekspluatācijā procedūrām, tostarp programmatūras programmēšanas pārbaudēm, kas var novērst akumulatoru avārijas. Turklāt būtu jāizstrādā visaptverošs ārkārtas reaģēšanas plāns, lai risinātu jautājumus, kas saistīti ar toksisku gāzu un vielu veidošanos.