Фон

Энергетычны крызіс прывёў да таго, што за апошнія некалькі гадоў больш шырока выкарыстоўваюцца сістэмы назапашвання энергіі з літый-іённых батарэй (ESS), але таксама адбыўся шэраг небяспечных аварый, якія прывялі да пашкоджання аб'ектаў і навакольнага асяроддзя, эканамічных страт і нават страты жыцця. Даследаванні паказалі, што, нягледзячы на ​​тое, што ESS адпавядаюць стандартам, звязаным з акумулятарнымі сістэмамі, такім як UL 9540 і UL 9540A, адбываліся перагрэвы і пажары. Такім чынам, вывучэнне ўрокаў з мінулых выпадкаў і аналіз рызык і іх процідзеяння пойдуць на карысць развіццю тэхналогіі ESS.

Разгляд спраў

Ніжэй прыводзяцца кароткія вынікі аварый у выніку буйнамаштабных ESS ва ўсім свеце з 2019 года па сённяшні дзень, пра якія паведамлялася публічна.

Прычыны вышэйзгаданых аварый можна абагульніць наступным чынам:

1) Няспраўнасць унутранай ячэйкі выклікае цеплавое ўздзеянне батарэі і модуля і, у рэшце рэшт, прыводзіць да ўзгарання або выбуху ўсёй ESS.

Няспраўнасць, выкліканая цеплавым уздзеяннем клеткі, у асноўным назіраецца як пажар з наступным выбухам. Напрыклад, аварыі на электрастанцыі McMicken у Арызоне, ЗША ў 2019 годзе, і на электрастанцыі Fengtai у Пекіне, Кітай у 2021 годзе, абодва выбухнулі пасля пажару. Такая з'ява ўзнікае з-за адмовы адной ячэйкі, якая запускае ўнутраную хімічную рэакцыю з выдзяленнем цяпла (экзатэрмічная рэакцыя), і тэмпература працягвае расці і распаўсюджвацца на бліжэйшыя ячэйкі і модулі, выклікаючы пажар ці нават выбух. Рэжым няспраўнасці элемента, як правіла, выкліканы перазарадкай або збоем сістэмы кіравання, цеплавым уздзеяннем, вонкавым кароткім замыканнем і ўнутраным кароткім замыканнем (якое можа быць выклікана рознымі ўмовамі, такімі як паглыбленне або ўвагнутасць, матэрыяльныя прымешкі, пранікненне знешніх прадметаў і г.д. ).

Пасля тэрмічнага ўздзеяння камеры будзе выпрацоўвацца гаручы газ. Зверху можна заўважыць, што першыя тры выпадкі выбуху маюць адну і тую ж прычыну, што гаручы газ не можа своечасова выйсці. У гэты момант батарэя, модуль і сістэма вентыляцыі ёмістасці асабліва важныя. Як правіла, газы выводзяцца з батарэі праз выпускны клапан, і рэгуляванне ціску выпускнога клапана можа паменшыць назапашванне гаручых газаў. На стадыі модуля, як правіла, будзе выкарыстоўвацца знешні вентылятар або сістэма астуджэння абалонкі, каб пазбегнуць назапашвання гаручых газаў. Нарэшце, на этапе кантэйнера для адводу гаручых газаў таксама неабходныя вентыляцыйныя прыборы і сістэмы кантролю.

2) Збой ESS, выкліканы збоем дапаможнай сістэмы

Агульная няспраўнасць ESS, выкліканая няспраўнасцю дапаможнай сістэмы, звычайна адбываецца па-за акумулятарнай сістэмай і можа прывесці да гарэння або дыму ад знешніх кампанентаў. І калі сістэма кантралюе і своечасова рэагуе на гэта, гэта не прывядзе да збою соты або цеплавога злоўжывання. Пры аварыях на электрастанцыі Vistra Moss Landing Power, Фаза 1 2021 і Фаза 2 2022, утварыўся дым і агонь, таму што прылады маніторынгу няспраўнасцяў і электрычныя прылады бяспекі былі адключаны на этапе ўводу ў эксплуатацыю і не маглі своечасова адрэагаваць . Такое гарэнне полымя звычайна пачынаецца з вонкавага боку акумулятарнай сістэмы, перш чым яно канчаткова распаўсюдзіцца ва ўнутраную частку элемента, таму не адбываецца бурнай экзатэрмічнай рэакцыі і назапашвання гаручага газу, і таму звычайна не адбываецца выбуху. Больш за тое, калі своечасова ўключыць спринклерную сістэму, яна не нанясе значнай шкоды аб'екту.

Аварыя на «Віктарыянскай электрастанцыі» ў Джылонгу, Аўстралія, у 2021 годзе адбылася з-за кароткага замыкання батарэі, выкліканага ўцечкай астуджальнай вадкасці, што нагадвае нам звярнуць увагу на фізічную ізаляцыю акумулятарнай сістэмы. Рэкамендуецца захоўваць пэўную прастору паміж знешнімі прыладамі і акумулятарнай сістэмай, каб пазбегнуць узаемных перашкод. Акумулятарная сістэма таксама павінна быць абсталявана функцыяй ізаляцыі, каб пазбегнуць вонкавага кароткага замыкання.

Меры процідзеяння

З прыведзенага вышэй аналізу становіцца ясна, што прычынамі аварый ESS з'яўляюцца цеплавое ўздзеянне ячэйкі і адмова дапаможнай сістэмы. Калі збой немагчыма прадухіліць, то памяншэнне далейшага пагаршэння пасля збою блакіроўкі таксама можа паменшыць страты. Супрацьмеры можна разглядаць з наступных аспектаў:

Блакаванне цеплавога распаўсюджвання пасля тэрмічнага ўздзеяння клеткі

Можна дадаць ізаляцыйны бар'ер, які блакуе распаўсюджванне цеплавога ўздзеяння камеры, які можа быць усталяваны паміж клеткамі, паміж модулямі або паміж стойкамі. У дадатку NFPA 855 (Стандарт для ўстаноўкі стацыянарных сістэм захоўвання энергіі) вы таксама можаце знайсці адпаведныя патрабаванні. Канкрэтныя меры для ізаляцыі бар'ера ўключаюць у сябе ўстаўку пласцін з халоднай вадой, аэрагеля і лайкаў паміж клеткамі.

Да акумулятарнай сістэме можа быць дададзена прылада пажаратушэння, каб яна магла хутка адрэагаваць і актываваць прыладу пажаратушэння, калі ў адной ячэйцы адбываецца перагрэў. Хімія, якая ляжыць у аснове небяспекі пажару літый-іённага тыпу, прыводзіць да іншай канструкцыі пажаратушэння для сістэм захоўвання энергіі, чым звычайныя рашэнні для пажаратушэння, якая заключаецца не толькі ў тушэнні агню, але і ў зніжэнні тэмпературы батарэі. У адваротным выпадку экзатэрмічныя хімічныя рэакцыі клетак будуць працягвацца і выклікаць паўторнае ўзгаранне.

Асаблівая асцярожнасць таксама неабходная пры выбары сродкаў для тушэння пажару. Калі вада распыляецца непасрэдна на падпалены корпус батарэі, можа ўтварыцца лёгкаўзгаральная газавая сумесь. І калі корпус батарэі або рама зроблены са сталі, вада не прадухіліць цеплавое ўздзеянне. Некаторыя выпадкі паказваюць, што вада ці іншыя віды вадкасці, якія кантактуюць з клемамі акумулятара, таксама могуць узмацніць пажар. Напрыклад, падчас пажарнай аварыі на электрастанцыі Vistra Moss Landing у верасні 2021 года, па паведамленнях, астуджальныя шлангі і злучэнні труб на станцыі выйшлі з ладу, што прывяло да распылення вады на акумулятарныя стойкі і, у канчатковым выніку, да кароткага замыкання і дугі.

1.Своечасовы выкід гаручых газаў

Усе вышэйпералічаныя выпадкі паказваюць на канцэнтрацыі гаручых газаў у якасці асноўнай прычыны выбухаў. Такім чынам, дызайн і планіроўка пляцоўкі, сістэмы маніторынгу газу і вентыляцыі важныя для зніжэння гэтай рызыкі. У стандарце NFPA 855 згадваецца, што патрабуецца бесперапынная сістэма выяўлення газу. Пры выяўленні пэўнага ўзроўню гаручага газу (напрыклад, 25% LFL) сістэма запускае выцяжную вентыляцыю. Акрамя таго, стандарт выпрабаванняў UL 9540A таксама згадвае патрабаванне аб зборы выхлапных газаў і выяўленні ніжняй мяжы LFL газу.

У дадатак да вентыляцыі таксама рэкамендуецца выкарыстоўваць панэлі для абароны ад выбуху. У NFPA 855 згадваецца, што ESS павінны ўсталёўвацца і абслугоўвацца ў адпаведнасці з NFPA 68 (Стандарт выбухаабароны шляхам дэфлаграцыйнай вентыляцыі) і NFPA 69 (Стандарт сістэм выбухаабароны). Аднак, калі сістэма адпавядае выпрабаванням на пажар і выбух (UL 9540A або эквівалент), яна можа быць вызвалена ад гэтага патрабавання. Аднак, паколькі ўмовы выпрабаванняў не ў поўнай меры адлюстроўваюць сапраўдную сітуацыю, рэкамендуецца ўзмацненне вентыляцыі і выбухаабароны.

2. Прадухіленне адмоваў дапаможных сістэм

Неадэкватнае праграмнае забеспячэнне/праграмнае забеспячэнне і працэдуры ўводу ў эксплуатацыю/перадпуску таксама спрыялі пажарным інцыдэнтам на электрастанцыі Victorian Power Station і Vistra Moss Landing Power Station. Пры пажары на электрастанцыі Віктарыя цеплавое злоўжыванне, ініцыяванае адным з модуляў, не было выяўлена або заблакіравана, а таксама не быў спынены наступны пажар. Прычына гэтай сітуацыі ў тым, што ў той час не патрабаваўся ўвод у эксплуатацыю, і сістэма была адключана ўручную, уключаючы сістэму тэлеметрыі, маніторынг няспраўнасцяў і электрычную прыладу адмовы. Акрамя таго, сістэма дыспетчарскага кантролю і збору даных (SCADA) таксама яшчэ не працавала, бо на падключэнне абсталявання спатрэбілася 24 гадзіны.

Такім чынам, рэкамендуецца, каб любыя бяздзейныя модулі мелі такія прылады, як актыўная тэлеметрыя, маніторынг няспраўнасцяў і прылады электрычнай бяспекі, а не адключаліся ўручную з дапамогай выключальніка блакіроўкі. Усе сродкі абароны электрабяспекі павінны знаходзіцца ў актыўным рэжыме. Акрамя таго, варта дадаць дадатковыя сістэмы сігналізацыі для выяўлення і рэагавання на розныя надзвычайныя падзеі.

Памылка праграмавання праграмнага забеспячэння таксама была выяўленая на станцыі Vistra Moss Landing Power Phase 1 і 2, паколькі парог запуску не перавышаны, цеплаадвод батарэі быў актываваны. У той жа час няспраўнасць раздыма вадаправоднай трубы з уцечкай верхняга пласта батарэі робіць ваду даступнай для модуля батарэі, а затым выклікае кароткае замыканне. Гэтыя два прыклады паказваюць, наколькі важна правяраць і адладжваць праграмнае забеспячэнне/праграмнае забеспячэнне перад працэдурай запуску.

Рэзюмэ

Дзякуючы аналізу некалькіх пажарных здарэнняў на акумулятарнай станцыі, высокі прыярытэт трэба надаць кантролю вентыляцыі і выбуху, правільнаму ўсталяванню і працэдурам уводу ў эксплуатацыю, уключаючы праверкі праграмнага забеспячэння, якія могуць прадухіліць аварыі батарэі. Акрамя таго, павінен быць распрацаваны ўсёабдымны план рэагавання на надзвычайныя сітуацыі для барацьбы з выпрацоўкай таксічных газаў і рэчываў.