Sfondi

Kriza energjetike ka bërë që sistemet e ruajtjes së energjisë së baterive litium-jon (ESS) të përdoren më gjerësisht në vitet e fundit, por ka pasur gjithashtu një numër aksidentesh të rrezikshme që kanë rezultuar në dëmtim të objekteve dhe mjedisit, humbje ekonomike dhe madje edhe humbje të jeta. Hetimet kanë zbuluar se edhe pse ESS ka përmbushur standardet në lidhje me sistemet e baterive, si UL 9540 dhe UL 9540A, kanë ndodhur abuzime termike dhe zjarre. Prandaj, nxjerrja e mësimeve nga rastet e kaluara dhe analizimi i rreziqeve dhe kundërmasave të tyre do të përfitojnë nga zhvillimi i teknologjisë ESS.

Shqyrtimi i rasteve

Më poshtë përmbledhin rastet e aksidenteve të ESS në shkallë të gjerë në të gjithë botën nga viti 2019 deri më sot, të cilat janë raportuar publikisht.

Shkaqet e aksidenteve të mësipërme mund të përmblidhen si më poshtë:

1) Një dështim i qelizës së brendshme shkakton abuzim termik të baterisë dhe modulit dhe më në fund bën që i gjithë ESS të marrë flakë ose të shpërthejë.

Dështimi i shkaktuar nga abuzimi termik i qelizës në thelb vërehet se një zjarr i ndjekur nga një shpërthim. Për shembull, aksidentet e termocentralit McMicken në Arizona, SHBA në 2019 dhe termocentralit Fengtai në Pekin, Kinë në 2021 shpërthyen të dyja pas një zjarri. Një fenomen i tillë shkaktohet nga dështimi i një qelize të vetme, e cila shkakton një reaksion të brendshëm kimik, duke lëshuar nxehtësi (reaksion ekzotermik), dhe temperatura vazhdon të rritet dhe të përhapet në qelizat dhe modulet e afërta, duke shkaktuar një zjarr apo edhe një shpërthim. Mënyra e dështimit të një qelize zakonisht shkaktohet nga mbingarkesa ose dështimi i sistemit të kontrollit, ekspozimi termik, qarku i shkurtër i jashtëm dhe qarku i shkurtër i brendshëm (i cili mund të shkaktohet nga kushte të ndryshme si dhëmbëzimi ose gërvishtja, papastërtitë materiale, depërtimi nga objektet e jashtme, etj. ).

Pas abuzimit termik të qelizës, do të prodhohet gaz i ndezshëm. Nga lart mund të vërehet se tre rastet e para të shpërthimit kanë të njëjtin shkak, domethënë gazi i ndezshëm nuk mund të shkarkohet në kohë. Në këtë pikë, bateria, moduli dhe sistemi i ventilimit të kontejnerit janë veçanërisht të rëndësishëm. Në përgjithësi, gazrat shkarkohen nga bateria përmes valvulës së shkarkimit, dhe rregullimi i presionit të valvulës së shkarkimit mund të zvogëlojë akumulimin e gazrave të djegshëm. Në fazën e modulit, në përgjithësi do të përdoret një ventilator i jashtëm ose një dizajn ftohës i guaskës për të shmangur akumulimin e gazrave të djegshëm. Së fundi, në fazën e kontejnerit, pajisjet e ventilimit dhe sistemet e monitorimit kërkohen gjithashtu për të evakuuar gazrat e djegshëm.

2) Dështimi ESS i shkaktuar nga dështimi i sistemit të jashtëm ndihmës

Një dështim i përgjithshëm ESS i shkaktuar nga një dështim i sistemit ndihmës zakonisht ndodh jashtë sistemit të baterisë dhe mund të rezultojë në djegie ose tym nga komponentët e jashtëm. Dhe kur sistemi monitorohet dhe i përgjigjet në kohën e duhur, nuk do të çojë në dështim të qelizës ose abuzim termik. Në aksidentet e termocentralit Vistra Moss Landing Faza 1 2021 dhe Faza 2 2022, u krijua tym dhe zjarr sepse monitorimi i defekteve dhe pajisjet elektrike të sigurta nga dështimi ishin fikur në atë kohë gjatë fazës së vënies në punë dhe nuk mund të përgjigjeshin në kohën e duhur. . Kjo lloj djegieje me flakë zakonisht fillon nga pjesa e jashtme e sistemit të baterisë përpara se të përhapet përfundimisht në brendësi të qelizës, kështu që nuk ka reagim të dhunshëm ekzotermik dhe akumulim të gazit të djegshëm, dhe kështu zakonisht nuk ka shpërthim. Për më tepër, nëse sistemi i spërkatës mund të ndizet në kohë, nuk do të shkaktojë dëme të mëdha në objekt.

Aksidenti nga zjarri i “Victorian Power Station” në Geelong, Australi në vitin 2021 u shkaktua nga një qark i shkurtër në bateri i shkaktuar nga një rrjedhje e ftohësit, gjë që na kujton t'i kushtojmë vëmendje izolimit fizik të sistemit të baterisë. Rekomandohet të mbani një hapësirë ​​të caktuar midis pajisjeve të jashtme dhe sistemit të baterisë për të shmangur ndërhyrjet e ndërsjella. Sistemi i baterisë duhet gjithashtu të jetë i pajisur me funksion izolimi për të shmangur qarkun e shkurtër të jashtëm.

Kundërmasat

Nga analiza e mësipërme del qartë se shkaktarët e aksidenteve ESS janë abuzimi termik i qelizës dhe dështimi i sistemit ndihmës. Nëse dështimi nuk mund të parandalohet, atëherë zvogëlimi i përkeqësimit të mëtejshëm pas dështimit të bllokimit mund të zvogëlojë gjithashtu humbjen. Kundërmasat mund të konsiderohen nga aspektet e mëposhtme:

Bllokimi i përhapjes termike pas abuzimit termik të qelizës

Barriera izoluese mund të shtohet për të bllokuar përhapjen e abuzimit termik të qelizës, e cila mund të instalohet midis qelizave, midis moduleve ose midis rafteve. Në shtojcën e NFPA 855 (Standardi për instalimin e sistemeve stacionare të ruajtjes së energjisë), mund të gjeni gjithashtu kërkesat përkatëse. Masat specifike për të izoluar pengesën përfshijnë futjen e pllakave me ujë të ftohtë, aerogelit dhe pëlqimeve midis qelizave.

Një pajisje për shuarjen e zjarrit në sistemin e baterisë mund të shtohet në mënyrë që të mund të reagojë shpejt për të aktivizuar pajisjen e shuarjes së zjarrit kur ndodh abuzimi termik në një qelizë të vetme. Kimia pas rreziqeve të zjarrit të litium-jonit çon në një dizajn të ndryshëm të shuarjes së zjarrit për sistemet e ruajtjes së energjisë sesa zgjidhjet konvencionale të shuarjes së zjarrit, i cili nuk është vetëm për të shuar zjarrin, por edhe për të ulur temperaturën e baterisë. Përndryshe, reaksionet kimike ekzotermike të qelizave do të vazhdojnë të ndodhin dhe do të shkaktojnë një rindezje.

Kujdes shtesë duhet gjithashtu kur zgjidhni materialet e fikjes së zjarrit. Nëse uji spërkatet drejtpërdrejt në kutinë e baterisë që digjet, mund të prodhojë një përzierje gazi të ndezshëm. Dhe nëse kutia ose korniza e baterisë është prej çeliku, uji nuk do të parandalojë abuzimin termik. Disa raste tregojnë se uji ose llojet e tjera të lëngjeve në kontakt me terminalet e baterisë mund të përkeqësojnë gjithashtu zjarrin. Për shembull, në aksidentin e zjarrit të stacionit të energjisë Vistra Moss Landing në shtator 2021, raportet treguan se zorrët e ftohjes dhe nyjet e tubave të stacionit dështuan, duke shkaktuar që uji të spërkatet në raftet e baterive dhe përfundimisht duke shkaktuar qark të shkurtër dhe hark të baterive.

1.Emetimi në kohë i gazrave të djegshëm

Të gjitha rastet e mësipërme raportojnë përqendrimin e gazeve të djegshme si shkakun kryesor të shpërthimeve. Prandaj, dizajni dhe shtrirja e vendit, monitorimi i gazit dhe sistemet e ventilimit janë të rëndësishme për reduktimin e këtij rreziku. Në standardin NFPA 855 përmendet se kërkohet një sistem i vazhdueshëm i zbulimit të gazit. Kur zbulohet një nivel i caktuar i gazit të djegshëm (dmth 25% e LFL), sistemi do të fillojë ventilimin e shkarkimit. Për më tepër, standardi i testit UL 9540A përmend gjithashtu kërkesën për të mbledhur shkarkimin dhe për të zbuluar kufirin e poshtëm të LFL të gazit.

Përveç ajrosjes, rekomandohet edhe përdorimi i paneleve për lehtësimin e shpërthimit. Përmendet në NFPA 855 që ESS-të duhet të instalohen dhe mirëmbahen në përputhje me NFPA 68 (Standardi për Mbrojtjen nga Shpërthimi nga Ventilimi nga Deflagrimi) dhe NFPA 69 (Standardet për Sistemet e Mbrojtjes nga Shpërthimi). Megjithatë, kur sistemi përputhet me Testin e Zjarrit dhe Shpërthimit (UL 9540A ose ekuivalent), ai mund të përjashtohet nga kjo kërkesë. Megjithatë, duke qenë se kushtet e testimit nuk përfaqësojnë plotësisht situatën e vërtetë, rekomandohet një përmirësim i mbrojtjes nga ventilimi dhe shpërthimi.

2. Parandalimi i dështimit të sistemeve ndihmëse

Programimi i papërshtatshëm i softuerit/firmware-it dhe procedurat e vënies në punë/para nisjes kontribuan gjithashtu në incidentet e zjarrit në Stacionin e Energjisë Victorian dhe Vistra Moss Landing Power Station. Në zjarrin e Stacionit të Energjisë Viktoriane, një abuzim termik i nisur nga një prej moduleve nuk u identifikua ose u bllokua dhe zjarri që pasoi nuk u ndërpre gjithashtu. Arsyeja pse ndodhi kjo situatë është se nuk kërkohej vënia në punë në atë kohë dhe sistemi u mbyll manualisht, duke përfshirë sistemin e telemetrisë, monitorimin e defekteve dhe pajisjen elektrike të sigurt nga dështimi. Përveç kësaj, sistemi i Kontrollit Mbikëqyrës dhe Mbledhja e të Dhënave (SCADA) gjithashtu nuk ishte ende funksional, pasi u deshën 24 orë për të vendosur lidhjen e pajisjeve.

Prandaj, rekomandohet që çdo modul i papunë duhet të ketë pajisje si telemetria aktive, monitorimi i defekteve dhe pajisjet e sigurisë elektrike, në vend që të mbyllet manualisht nëpërmjet një çelësi të bllokimit. Të gjitha pajisjet mbrojtëse të sigurisë elektrike duhet të mbahen në gjendje aktive. Përveç kësaj, duhet të shtohen sisteme alarmi shtesë për të identifikuar dhe për t'iu përgjigjur ngjarjeve të ndryshme emergjente.

Një gabim i programimit të softuerit u gjet gjithashtu në stacionin 1 dhe 2 të termocentralit Vistra Moss Landing, pasi nuk u tejkalua pragu i fillimit, u aktivizua ngrohësi i baterisë. Në të njëjtën kohë, dështimi i lidhësit të tubit të ujit me rrjedhjen e shtresës së sipërme të baterisë e bën ujin në dispozicion të modulit të baterisë dhe më pas shkakton qark të shkurtër. Këta dy shembuj tregojnë se sa e rëndësishme është që programimi i softuerit/firmware të kontrollohet dhe korrigjohet përpara procedurës së fillimit.

Përmbledhje

Nëpërmjet analizës së disa aksidenteve nga zjarri në stacionin e ruajtjes së energjisë, prioritet i lartë duhet t'i jepet kontrollit të ventilimit dhe shpërthimit, procedurave të duhura të instalimit dhe vënies në punë, duke përfshirë kontrollet e programimit të softuerit, të cilat mund të parandalojnë aksidentet e baterive. Përveç kësaj, duhet të zhvillohet një plan gjithëpërfshirës i reagimit ndaj emergjencave për t'u marrë me gjenerimin e gazeve dhe substancave toksike.