Taust

Energiakriis on viimastel aastatel muutnud liitium-ioonaku energiasalvestite (ESS) laialdasema kasutuse, kuid on toimunud ka mitmeid ohtlikke õnnetusi, mis on põhjustanud kahju rajatistele ja keskkonnale, majanduslikku kahju ja isegi elu. Uuringud on leidnud, et kuigi ESS on vastanud akusüsteemidega seotud standarditele, nagu UL 9540 ja UL 9540A, on esinenud termilist kuritarvitamist ja tulekahjusid. Seetõttu on varasematest juhtumitest õppetundide õppimine ning riskide ja nende vastumeetmete analüüsimine ESS-tehnoloogia arengule kasuks.

Juhtumite läbivaatamine

Järgnev on kokkuvõte ulatuslike ESS-i õnnetusjuhtumitest kogu maailmas alates 2019. aastast kuni tänaseni, millest on avalikult teatatud.

Ülaltoodud õnnetuste põhjused võib kokku võtta järgmiselt:

1) Sisemise elemendi rike käivitab aku ja mooduli termilise kuritarvitamise ning lõpuks kogu ESS süttib või plahvatab.

Ekraani termilise kuritarvitamise põhjustatud rike on põhimõtteliselt täheldatud, et tulekahjule järgneb plahvatus. Näiteks 2019. aastal USAs Arizonas McMickeni elektrijaamas ja Hiinas Pekingis 2021. aastal Fengtai elektrijaamas toimunud õnnetused plahvatasid mõlemad pärast tulekahju. Sellise nähtuse põhjustab üksiku raku rike, mis käivitab sisemise keemilise reaktsiooni, vabastades soojust (eksotermiline reaktsioon), ning temperatuur jätkab tõusmist ja levimist lähedalasuvatesse rakkudesse ja moodulitesse, põhjustades tulekahju või isegi plahvatuse. Elementide tõrkerežiim on tavaliselt põhjustatud ülelaadimisest või juhtimissüsteemi tõrgetest, termilisest kokkupuutest, välisest lühisest ja sisemisest lühisest (mis võivad olla põhjustatud erinevatest tingimustest, nagu süvendid või mõlgid, materjali lisandid, väliste objektide läbitungimine jne. ).

Pärast raku termilist kuritarvitamist tekib tuleohtlik gaas. Ülevalt võib märgata, et esimesel kolmel plahvatusjuhtumil on sama põhjus, st tuleohtlik gaas ei saa õigeaegselt välja lasta. Siinkohal on eriti olulised aku, moodul ja konteineri ventilatsioonisüsteem. Üldiselt tühjendatakse gaasid akust väljalaskeklapi kaudu ja väljalaskeklapi rõhureguleerimine võib vähendada põlevate gaaside kogunemist. Mooduli etapis kasutatakse põlevate gaaside kogunemise vältimiseks tavaliselt välist ventilaatorit või korpuse jahutuskonstruktsiooni. Lõpuks, konteinerite etapis on põlevate gaaside eemaldamiseks vaja ka ventilatsiooniseadmeid ja seiresüsteeme.

2) ESS-i rike, mille põhjustas välise abisüsteemi rike

ESS-i üldine tõrge, mis on põhjustatud abisüsteemi tõrkest, tekib tavaliselt väljaspool akusüsteemi ja võib põhjustada põletust või suitsu välistest komponentidest. Ja kui süsteem seda jälgis ja sellele õigeaegselt reageeris, ei põhjusta see raku riket ega termilist kuritarvitamist. Vistra Mossi maandumiselektrijaama 1. faasi 2021 ja 2. faasi 2022 õnnetustes tekkis suitsu ja tuld, kuna rikkeseire ja elektrilised tõrkekindlad seadmed olid sel ajal kasutuselevõtu etapis välja lülitatud ega saanud õigel ajal reageerida. . Selline leegi põlemine algab tavaliselt akusüsteemi väljastpoolt, enne kui see lõpuks elemendi sisemusse levib, seega ei toimu ägedat eksotermilist reaktsiooni ega põlevgaasi kogunemist ega plahvatust. Veelgi enam, kui sprinklersüsteemi saab õigeaegselt sisse lülitada, ei põhjusta see rajatisele ulatuslikke kahjustusi.

2021. aastal Austraalias Geelongis toimunud “Victorian Power Station” tuleõnnetuse põhjustas jahutusvedeliku lekkest põhjustatud lühis akus, mis tuletab meelde, et tuleb tähelepanu pöörata akusüsteemi füüsilisele isolatsioonile. Vastastikuste häirete vältimiseks on soovitatav hoida välisseadmete ja akusüsteemi vahel teatud ruumi. Välise lühise vältimiseks peaks akusüsteem olema varustatud ka isolatsioonifunktsiooniga.

Vastumeetmed

Ülaltoodud analüüsi põhjal on selge, et ESS-i õnnetuste põhjused on raku termiline kuritarvitamine ja abisüsteemi rike. Kui riket ei ole võimalik ära hoida, võib kaotust vähendada ka edasise halvenemise vähendamine pärast blokeerimisrike. Vastumeetmeid saab kaaluda järgmistest aspektidest:

Termilise leviku blokeerimine pärast raku termilist kuritarvitamist

Lahtri termilise kuritarvitamise leviku tõkestamiseks saab lisada isolatsioonitõkke, mille saab paigaldada elementide vahele, moodulite vahele või riiulite vahele. NFPA 855 (statsionaarsete energiasalvestussüsteemide paigaldamise standard) lisast leiate ka sellega seotud nõuded. Spetsiifilised meetmed barjääri isoleerimiseks hõlmavad külma vee plaatide, aerogeeli ja sümpaatiate sisestamist rakkude vahele.

Akusüsteemi saab lisada tulekustutusseadme, et see saaks kiiresti reageerida ja aktiveerida tulekustutusseade, kui ühes elemendis toimub termiline kuritarvitamine. Liitium-ioon tuleohtude taga olev keemia põhjustab energiasalvestite jaoks teistsuguse tulekustutuskonstruktsiooni kui tavapäraste tulekustutuslahenduste puhul, mille eesmärk on mitte ainult tulekahju kustutada, vaid ka aku temperatuuri alandada. Vastasel juhul jätkuvad rakkude eksotermilised keemilised reaktsioonid ja vallandavad uuesti süttimise.

Erilist tähelepanu on vaja ka tulekustutusmaterjalide valikul. Kui vett pihustatakse otse põlevale aku korpusele, võib tekkida tuleohtlik gaasisegu. Ja kui aku korpus või raam on valmistatud terasest, ei takista vesi termilist kuritarvitamist. Mõned juhtumid näitavad, et vesi või muud tüüpi vedelikud, mis puutuvad kokku akuklemmidega, võivad samuti tulekahju süvendada. Näiteks Vistra Moss Landingi elektrijaama tuleõnnetuses 2021. aasta septembris näitasid aruanded, et jaama jahutusvoolikud ja torude ühendused rikkis, põhjustades vee pritsimise akuriiulitele ja põhjustades lõpuks akude lühise ja kaare.

1. Põlevgaaside õigeaegne eraldumine

Kõik ülaltoodud juhtumite aruanded osutavad plahvatuste peamise põhjusena põlevate gaaside kontsentratsioonile. Seetõttu on selle riski vähendamiseks olulised koha kujundus ja paigutus, gaasiseire ja ventilatsioonisüsteemid. NFPA 855 standardis on mainitud, et vajalik on pidev gaasituvastussüsteem. Kui tuvastatakse teatud põlevgaasi tase (st 25% LFL-st), käivitab süsteem väljatõmbeventilatsiooni. Lisaks mainib UL 9540A katsestandard ka nõuet koguda heitgaasid ja tuvastada gaasi LFL alumine piir.

Lisaks õhutustele on soovitatav kasutada ka plahvatuskaitsepaneele. NFPA 855-s on mainitud, et ESS-id tuleb paigaldada ja hooldada vastavalt standarditele NFPA 68 (Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting) ja NFPA 69 (Standards on Explosion Protection Systems). Kui aga süsteem vastab tule- ja plahvatuskatsele (UL 9540A või samaväärne), võib selle sellest nõudest vabastada. Kuna aga katsetingimused ei kajasta täielikult tegelikku olukorda, on soovitatav tõhustada ventilatsiooni ja plahvatuskaitset.

2.Abisüsteemide rikete vältimine

Ebapiisav tarkvara/püsivara programmeerimine ning kasutuselevõtu/käivituseelsed protseduurid aitasid kaasa ka Victorian Power Stationi ja Vistra Mossi maandumiselektrijaama tulekahjujuhtumitele. Victoria elektrijaama tulekahjus ei tuvastatud ega blokeeritud ühe mooduli poolt algatatud termilist kuritarvitamist ning ka järgnev tulekahju ei katkenud. Põhjus, miks selline olukord juhtus, seisneb selles, et sel ajal kasutuselevõttu ei nõutud ning süsteem lülitati käsitsi välja, sealhulgas telemeetriasüsteem, tõrkejälgimine ja elektriline tõrkekindel seade. Lisaks ei olnud veel töökorras ka järelevalve- ja andmehõivesüsteem (SCADA), kuna seadmete ühenduse loomiseks kulus 24 tundi.

Seetõttu on soovitatav, et kõik tühikäigumoodulid peaksid omama selliseid seadmeid nagu aktiivne telemeetria, tõrkejälgimine ja elektrilised ohutusseadmed, selle asemel, et neid lukustuslüliti kaudu käsitsi välja lülitada. Kõik elektrilised kaitseseadmed peavad olema aktiivses režiimis. Lisaks tuleks lisada täiendavad häiresüsteemid erinevate hädaolukordade tuvastamiseks ja neile reageerimiseks.

Vistra Mossi maandumiselektrijaama 1. ja 2. faasis leiti ka tarkvara programmeerimise viga, kuna käivitusläve ei ületatud, aktiveerus aku jahutusradiaator. Samal ajal muudab veetoru pistiku rike koos aku ülemise kihi lekkega vee akumoodulile kättesaadavaks ja põhjustab seejärel lühise. Need kaks näidet näitavad, kui oluline on tarkvara/püsivara programmeerimist enne käivitamist kontrollida ja siluda.

Kokkuvõte

Analüüsides mitut energiasalvestis toimunud tuleõnnetust, tuleks esmatähtsaks pidada ventilatsiooni ja plahvatusjuhtimist, õiget paigaldus- ja kasutuselevõtuprotseduuri, sealhulgas tarkvara programmeerimise kontrolle, mis võivad akuõnnetusi ära hoida. Lisaks tuleks mürgiste gaaside ja ainete tekkega tegelemiseks välja töötada põhjalik hädaolukordadele reageerimise plaan.