儲能行業如何應對電池儲能系統的起火爆炸事件？
發表日期：2021-04-01 文章來源：北極星電力新聞網
行業媒體Greentech Media的分析師Julian Spector日前對APS公司的電池儲能系統去年發生火災事件的影響和教訓的相關調查報告進行了分析和研究。他指出，在APS公司在亞利桑那州運營的一個電池儲能系統去年4月發生起火和爆炸事件之后，很多人擔心這個事件可能會減緩美國儲能市場的發展，但好在這種情況并沒有發生。
儲能行業并沒有等待APS公司對這次事件發布調查結果之后才開始改善電網電池的安全性。而此次調查從開始到發布結果已經持續一年多的時間。
在今年7月公布火災調查結果時，儲能行業已經開始了一些變革
McMicken電池儲能系統的火災和爆炸事件引發了研究機構和相關組織的一系列調查。與事件相關的電池供應商、開發商和客戶致力收集證據并進行研究和分析，以識別電池儲能系統帶來的風險。并重新審視潛在故障以促進產品的重新設計，同時對現有的電池儲能系統進行硬件和軟件更新。因此，此次事件對于促進儲能行業的發展具有重大意義。
儲能集成商Powin Energy公司高級副總裁Danny Lu說，“我們對APS公司電池儲能系統起火原因高度關注，并自己進行了分析和研究，大約一年前，我們立即開始著手解決這些問題。”
在APS公司電池儲能系統事件的調查報告出爐時，行業領先的儲能提供商（包括提供McMicken電池儲能系統的Fluence公司）都已經采取關鍵的安全改進措施。他們設計了可以檢測和清除危險氣體的解決方案，以防止引發爆炸的易燃氣體積聚。他們還探討和分析了電池的安裝布局，以便在電池熱失控之后不會擴散以及阻止火熱蔓延。
得到業界高度關注的此次事件可能會使投資和部署電網規模電池儲能系統的開發商感到擔憂和猶豫，許多初創公司為此推出了聲稱比鋰離子電池更安全的替代儲能技術。
但美國儲能市場并沒有因為安全問題而停止增長。與其相反，儲能行業經歷了飛速的增長，今年夏季幾乎每周都會發布創紀錄的采購計劃。數量空前的公用事業公司和電力生產商正在投資電池儲能系統，將其作為清潔電網的支柱。
研究表明，采用優質安全的電池產品可以降低類似APS公司電池儲能系統起火事件的可能性，而該儲能系統于2017年開通運營。APS公司現在對其購買的電池采用了更嚴格的標準，其他公用事業公司也可能效仿。
瑞士資產管理公司Capital Dynamics清潔能源基礎設施總經理Benoit Allehaut表示：“毫無疑問，儲能系統采取全面消防安全措施是首要任務，我們對電池儲能系統安全標準化取得的進展感到滿意。”
教訓1：消除故障根源
研究表明，McMicken電池儲能系統的多個薄弱環節使電池起火成為可能。
APS公司調查得出的結論是“電池內部存在缺陷”，由于某種原因導致電池儲能系統中的一塊鋰離子電池熱失控。但是電池生產商LGChem公司對這一結論提出了質疑，認為物理證據表明是外部熱源（例如電池外部的電弧）導致其熱失控。
利益相關方對于起火之后發生的事情達成了共識：清潔劑滅火劑并沒有阻止電池發生火災，火勢蔓延到這塊電池的電池架上其他相鄰電池。高溫導致電池釋放出危險氣體，這些氣體積聚在集裝箱式電池儲能系統內部，由于缺乏通風或檢測這些氣體的手段。當消防人員打開大門時，集裝箱內進入大量空氣，而積聚的易燃氣體遇火之后引發了爆炸。
為了確保不會再發生像McMicken電池儲能系統這樣的爆炸事件，安裝電池的工作人員需要防止這一系列事件再次發生。鋰離子電池的能量密度和化學特性帶來了不可避免的熱失控風險。
教訓2：阻止發生爆炸
這次爆炸事件與其他電池起火事故不同。韓國近年來也有幾十個電池儲能系統著火，但只是燒毀，但沒有爆炸傷人。
在亞利桑那州發生的此次事件中，爆炸（而不是大火）釋放出了巨大的力量，以至于將一名消防員炸出10多米遠。但是處理爆炸也可能是最容易解決的故障模式：提前釋放易燃氣體。
Danny Lu說：“此次事件是儲能行業的一次很具意義的經驗和教訓，促進推出更安全的標準和做法，儲能開發商將采用具有排氣能力的解決方案。”
盡管如此，如果爆炸性氣體積聚，使用“爆燃板”可以將爆炸力向上引導到電池儲能系統之外，而不是水平向外爆炸，從而導致人員傷亡。爆燃板現在已成為儲能系統電池機柜的標準配置，例如Fluence公司采用的Cube設計。
Fluence公司首席運營官John Zahurancik表示：“釋放壓力有助于減少電池儲能系統的結構和機械損傷，更重要的是，將運營人員或消防人員的安全風險降至最低。”
在理想情況下，電池不會出現這種情況。為此，Fluence公司推出了一個“初始氣體檢測系統”，如果發現鋰離子電池在熱失控時會散發的爆炸性氣體，則會關閉電池儲能系統。早期檢測系統和通風措施相結合意味著新建的儲能系統應該能夠識別出集聚的易燃氣體，并在具有爆炸危險之前將其排出。
電池儲能系統的物理形狀和尺寸也有所改變。McMicken電池儲能系統將其電池架安裝在一個集裝箱中，并設有供人們進入和走動的空間，而寬敞的空間為易燃氣體積聚和消防人員進入創造了條件，
而現在采用的儲能系統設計已轉向到尺寸更小的模塊化柜式設計。Fluence Cube儲能系統的體積只有8立方英尺。特斯拉Megapack電池儲能系統也是空間緊湊的機柜式產品。并沒有給消防人員留下進入的空間。
教訓3：阻止火熱蔓延
阻止熱失控從一塊電池擴散到另一塊電池是可以消除氣體積聚的措施。儲能系統的設計師們現在正在這樣做。
根據清潔劑滅火劑生產商3M公司表示，McMicken電池儲能系統采用的Novec1230清潔劑滅火劑無法阻止鋰離子電池系統的熱失控。這項聲明是在McMicken電池儲能系統生產和部署之后發布的。
報告指出，電池模塊和機架的物理設計也很重要。在第一塊電池熱失控之后，由于電池架中電池空間比較緊密，因此也導致其相鄰電池熱失控，并持續蔓延，電池之間和電池架之間并沒有提供防止這種情況發生的保護措施。”
該報告提出了兩個主要的對策：采用屏礙物或空間將電池分隔開，并冷卻電池以阻止熱失控。分隔電池的鋁板可以減緩熱量的傳遞，而采用液體冷卻系統會更好。該報告指出，多家電池供應商正在將此類措施納入新一代產品中。
Zahurancik表示，Fluence Cube儲能系統采用通過UL9540A標準測試的電池來防止電池產生熱失控。他指出，該設計適用于多種電池。
DannyLu表示，Powin公司使用磷酸鐵鋰電池是因為它具有更小的熱失控風險，這種電池通過的測試表明在單元、模塊或堆棧級別沒有導致蔓延。
特斯拉公司沒有回應有關其電池安全性的置評請求，但其一位主要客戶對此做出了回應。Capital Dynamics公司將購買Tesla Megapacks電池儲能系統，用于全球規模最大的用戶側儲能項目，該項目部署在內華達州里諾附近的特斯拉超級工廠附近的Switch公司的數據中心。
Capital Dynamics公司總經理Allehaut表示，特斯拉公司使用液體冷卻而不是空氣冷卻也是一個吸引人的特點。其他公司也正在采用液體冷卻技術。
Allehaut說，“我們注意到，APS公司發布的調查報告建議將電池完全分隔以避免熱失控蔓延，這種設計已經在采用Megapacks電池儲能系統中，這很可能成為一個行業標準。”
值得注意的是，分隔每個電池架的空間和隔熱材料可以阻止熱量傳遞到相鄰電池架，其最終后果只有單個電池架被燒毀，而不會殃及其他電池架。同樣，在大型電池儲能系統項目中，電池儲能系統進行分隔可減少火災在它們之間蔓延的風險。這些措施不需要采用新技術就可以實現。
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