Sfondate

A crisa energetica hà fattu chì i sistemi di almacenamentu di l'energia di a batteria di lithium-ion (ESS) sò più utilizati in l'ultimi anni, ma ci sò ancu stati una quantità di accidenti periculosi chì anu risultatu in danni à e instalazioni è à l'ambiente, a perdita ecunomica, è ancu a perdita di energia. vita. L'investigazioni anu truvatu chì ancu s'è ESS hà scontru i normi ligati à i sistemi di batterie, cum'è UL 9540 è UL 9540A, l'abusu termale è u focu sò accaduti. Dunque, amparà lezioni da i casi passati è analizà i risichi è e so contramisure beneficaranu u sviluppu di a tecnulugia ESS.

Rivista di casi

U seguitu riassume i casi di accidenti di ESS à grande scala in u mondu da u 2019 à a data, chì sò stati signalati publicamente.

E cause di l'accidenti sopra ponu esse riassunte cum'è i seguenti dui:

1) Un fallimentu di a cellula interna provoca l'abusu termale di a bateria è u modulu, è infine provoca l'intera ESS per piglià u focu o splode.

U fallimentu causatu da abusu termale di cellula hè basicamente osservatu chì un focu seguitatu da una splusione. Per esempiu, l'accidenti di a centrale elettrica McMicken in Arizona, USA in 2019 è a centrale elettrica Fengtai in Pechino, Cina in 2021, i dui splodivanu dopu à un focu. Stu fenominu hè causatu da u fallimentu di una sola cellula, chì provoca una reazzione chimica interna, liberazione di u calore (reazzione esotermica), è a temperatura cuntinueghja à cresce è si sparghje à e cellule è moduli vicini, pruvucannu un focu o ancu una splusione. U modu di fallimentu di una cellula hè generalmente causatu da fallimentu di u sistema di cuntrollu o di sovraccarico, esposizione termica, cortu circuitu esternu è cortu circuitu internu (chì pò esse causatu da diverse cundizioni cum'è indentazione o dent, impurità materiali, penetrazione di oggetti esterni, etc.). ).

Dopu l'abusu termale di a cellula, u gasu inflamable serà pruduttu. Da sopra, pudete nutà chì i primi trè casi di splusioni anu a listessa causa, chì hè u gasu inflammable ùn pò micca scaricatu puntuale. À questu puntu, a bateria, u modulu è u sistema di ventilazione di u containeru sò particularmente impurtanti. In generale, i gasi sò scaricati da a batteria attraversu a valvula di scarico, è a regulazione di a pressione di a valvula di scarico pò riduce l'accumulazione di gasi combustibili. In u stadiu di u modulu, in generale un ventilatore esternu o un disignu di rinfrescante di cunchiglia serà utilizatu per evità l'accumulazione di gasi combustibili. Infine, in u stadiu di u containeru, l'installazione di ventilazione è i sistemi di surviglianza sò ancu richiesti per evacuare i gasi combustibili.

2) fallimentu ESS causatu da fallimentu sistema ausiliari esterni

Un fallimentu generale di l'ESS causatu da un fallimentu di u sistema ausiliariu si trova tipicamente fora di u sistema di bateria è pò esse risultatu in ardenti o fume da cumpunenti esterni. È quandu u sistema hà monitoratu è rispostu in una manera puntuale, ùn hà micca purtatu à fallimentu di a cellula o abusu termale. In l'accidenti di Vistra Moss Landing Power Station Fase 1 2021 è Fase 2 2022, u fumu è u focu sò stati generati perchè u monitoraghju di difetti è i dispositi elettrici di sicurezza sò stati spenti à quellu tempu durante a fase di messa in cumissioni è ùn pudianu risponde in tempu puntuale. . Stu tipu di fiamme brusgiate di solitu principia da l'esternu di u sistema di batterie prima di sparghje infine à l'internu di a cellula, per quessa ùn ci hè micca una reazione esotermica viulente è l'accumulazione di gas combustible, è cusì di solitu ùn ci hè micca splusione. Inoltre, se u sistema di sprinkler pò esse attivatu in u tempu, ùn pruvucarà micca danni estensivi à a facilità.

L'accidentu di u focu "Victorian Power Station" in Geelong, Australia in u 2021, hè statu causatu da un cortu circuitu in a bateria causatu da una fuga di refrigerante, chì ci ricorda di attentu à l'isolamentu fisicu di u sistema di batteria. Hè ricumandemu di mantene un certu spaziu trà e facilità esterne è u sistema di batterie per evità l'interferenza mutuale. U sistema di batterie deve esse ancu equipatu cù una funzione d'insulazione per evità un cortu circuitu esternu.

Contramisure

Da l'analisi sopra, hè chjaru chì i causi di accidenti ESS sò l'abusu termale di a cellula è u fallimentu di u sistema ausiliariu. Se u fallimentu ùn pò micca esse impeditu, allora riducendu u più deterioramentu dopu à u fallimentu di bloccu pò ancu riduce a perdita. E contramisure ponu esse cunsiderate da i seguenti aspetti:

Bloquendu a diffusione termale dopu l'abusu termale di a cellula

A barriera d'insulazione pò esse aghjuntu per bluccà a diffusione di l'abusu termale di a cellula, chì pò esse installata trà e cellule, trà i moduli o trà e racks. In l'appendice di NFPA 855 (Standard per l'Installazione di Sistemi di Stoccaggio d'Energia Stazionariu), pudete ancu truvà i requisiti cunnessi. E misure specifiche per isolà a barriera includenu l'inserimentu di piatti d'acqua fredda, aerogel è piace trà e cellule.

Un dispositivu di suppressione di u focu à u sistema di bateria pò esse aghjuntu in modu chì pò reagisce rapidamente per attivà u dispusitivu di suppressione di u focu quandu l'abusu termale si trova in una sola cellula. A chimica daretu à i periculi di u focu di lithium-ion porta à un disignu differente di suppressione di u focu per i sistemi di almacenamentu d'energia da i suluzioni di u focu cunvinziunali, chì ùn hè micca solu per estingue u focu, ma ancu per riduce a temperatura di a bateria. Altrimenti, e reazzioni chimichi esotermichi di e cellule cuntinueghjanu à accade è attivanu una reignizione.

Una cura extra hè ancu necessariu quandu selezziunate i materiali per l'extinzione di u focu. Se l'acqua hè spruzzata direttamente nantu à a carcassa di a batteria in fiamme pò pruduce una mistura di gas inflammable. È se a carcassa di a bateria o u quadru hè fatta di acciaio, l'acqua ùn impedisce micca l'abusu termale. Certi casi mostranu chì l'acqua o altri tipi di liquidi in cuntattu cù i terminali di a bateria pò ancu aggravà u focu. Per esempiu, in l'incidentu di u focu di a centrale elettrica di Vistra Moss Landing in settembre 2021, i rapporti indicanu chì i tubi di rinfrescante è i giunti di i tubi di a stazione anu fiascatu, pruvucannu l'acqua à spruzzate nantu à i rack di batterie è, infine, causanu cortocircuiti è arcu di e batterie.

1.Timely emissione di gas combustible

Tutti i rapporti di i casi sopra indicanu a cuncentrazione di gasi combustibili cum'è a causa primaria di splusioni. Per quessa, u disignu di u situ è ​​u layout, u monitoraghju di u gasu è i sistemi di ventilazione sò impurtanti per riduce stu risicu. In u standard NFPA 855 hè citatu chì un sistema di rilevazione di gas cuntinuu hè necessariu. Quandu un certu livellu di gasu combustible (vale à dì 25% di LFL) hè rilevatu, u sistema principiarà a ventilazione di l'exhaust. Inoltre, u standard di prova UL 9540A menziona ancu l'esigenza di cullà u gasu è detectà u limitu più bassu di gas LFL.

In più di a ventilazione, l'usu di pannelli di sollievu di splusioni hè ancu cunsigliatu. Hè mintuatu in NFPA 855 chì i ESS sò da esse installati è mantenuti in cunfurmità cù NFPA 68 (Standard per a Prutezzione di l'Explosion by Deflagration Venting) è NFPA 69 (Standards on Explosion Protection Systems). Tuttavia, quandu u sistema hè conforme à a prova di u focu è l'esplosione (UL 9540A o equivalente), pò esse esentatu da stu requisitu. Tuttavia, cum'è e cundizioni di prova ùn sò micca cumpletamente rappresentative di a situazione vera, hè cunsigliatu di rinfurzà a ventilazione è a prutezzione di l'esplosione.

2.Failure prevenzione di sistemi ausiliari

A prugrammazione di software / firmware inadegwate è e prucedure di cumissioni / pre-iniziu anu ancu cuntribuitu à l'incendii di a Centrale Victoriana è a Vistra Moss Landing Power Station. In u focu Victorian Power Station, un abusu termale iniziatu da unu di i moduli ùn hè statu identificatu o bluccatu, è u focu dopu ùn hè statu interrottu ancu. U mutivu perchè sta situazione hè accaduta hè chì a cumissioni ùn era micca necessariu à u mumentu, è u sistema hè statu chjusu manualmente, cumpresu u sistema di telemetria, u monitoraghju di difetti è u dispositivu elettricu di sicurezza. Inoltre, u sistema di Control Supervisory and Data Acquisition (SCADA) ùn era ancu operativu, postu chì hà pigliatu 24 ore per stabilisce a cunnessione di l'equipaggiu.

Dunque, hè cunsigliatu chì ogni modulu inattivu deve avè dispositi cum'è a telemetria attiva, u monitoraghju di difetti è i dispositi di sicurezza elettrica, piuttostu chè esse chjusu manualmente per mezu di un interruttore di bloccu. Tutti i dispusitivi di prutezzione di salvezza elettrica deve esse manteni in modu attivu. Inoltre, i sistemi di alarme supplementari devenu esse aghjuntu per identificà è risponde à diversi avvenimenti d'emergenza.

Un errore di prugrammazione di u software hè statu ancu truvatu in a Centrale Vistra Moss Landing Power Phases 1 è 2, cum'è u limitu di start-up ùn hè micca superatu, u dissipatore di calore di a bateria hè stata attivata. À u listessu tempu, u fallimentu di u connettore di a pipa d'acqua cù a fuga di a capa superiore di a bateria rende l'acqua dispunibule à u modulu di a bateria è poi causa un cortu circuitu. Questi dui esempi mostranu quantu hè impurtante chì a prugrammazione di u software / firmware sia verificata è debuggata prima di a prucedura di start-up.

Riassuntu

Attraversu l'analisi di parechji incidenti di u focu in a stazione di almacenamiento d'energia, una priorità alta deve esse data à u cuntrollu di a ventilazione è di l'esplosione, a prucedure d'installazione è di cumissioni curretta, cumprese i cuntrolli di prugrammazione di software, chì ponu prevene accidenti di batterie. Inoltre, un pianu cumpletu di risposta d'emergenza deve esse sviluppatu per trattà a generazione di gasi è sustanzi tossichi.