Bakgrunnur

Orkukreppan hefur gert það að verkum að lithium-ion rafhlöðuorkugeymslukerfi (ESS) eru notuð í meira mæli á undanförnum árum, en einnig hefur verið fjöldi hættulegra slysa sem hafa leitt til skemmda á aðstöðu og umhverfi, efnahagslegt tap og jafnvel tap á lífið. Rannsóknir hafa leitt í ljós að þrátt fyrir að ESS hafi uppfyllt staðla sem tengjast rafhlöðukerfum, eins og UL 9540 og UL 9540A, hefur hitauppstreymi og eldur átt sér stað. Því að draga lærdóm af fyrri málum og greina áhættuna og mótvægisaðgerðir þeirra mun gagnast þróun ESS tækninnar.

Athugun mála

Eftirfarandi tekur saman slysatilvik umfangsmikillar ESS um allan heim frá 2019 til dagsins í dag, sem hafa verið tilkynnt opinberlega.

Orsakir ofangreindra slysa má draga saman sem eftirfarandi tvær:

1) Bilun í innri frumu veldur hitauppstreymi á rafhlöðunni og einingunni og veldur því að lokum að allt ESS kviknar eða springur.

Bilun sem stafar af hitauppstreymi misnotkun klefi er í grundvallaratriðum fram að eldur fylgt eftir með sprengingu. Til dæmis sprungu slys í McMicken rafstöðinni í Arizona í Bandaríkjunum árið 2019 og Fengtai rafstöðinni í Peking í Kína árið 2021 eftir eldsvoða. Slíkt fyrirbæri stafar af bilun í einni frumu, sem kallar fram innri efnahvörf, losar hita (útverma viðbrögð), og hitastigið heldur áfram að hækka og dreifast til nærliggjandi frumna og einingar, sem veldur eldi eða jafnvel sprengingu. Bilunarhamur frumu er almennt af völdum ofhleðslu eða bilunar í stjórnkerfi, hitauppstreymi, ytri skammhlaupi og innri skammhlaupi (sem getur stafað af ýmsum aðstæðum eins og inndrætti eða dæld, óhreinindum í efni, skarpskyggni af ytri hlutum osfrv. ).

Eftir hitauppstreymi misnotkunar frumunnar mun eldfimt gas myndast. Að ofan geturðu tekið eftir því að fyrstu þrjú sprengingartilvikin hafa sömu orsök, það er að eldfimt gas getur ekki losað tímanlega. Á þessum tímapunkti eru rafhlaðan, einingin og loftræstikerfið í gámum sérstaklega mikilvægt. Almennt eru lofttegundir losaðar úr rafhlöðunni í gegnum útblástursventilinn og þrýstingsstjórnun útblásturslokans getur dregið úr uppsöfnun eldfimra lofttegunda. Á einingastigi verður yfirleitt ytri vifta eða kælihönnun skeljar notuð til að forðast uppsöfnun eldfimra lofttegunda. Að lokum, á gámastigi, þarf einnig loftræstiaðstöðu og vöktunarkerfi til að tæma brennanlegar lofttegundir.

2) ESS bilun af völdum bilunar í utanaðkomandi aukakerfi

Heildarbilun í ESS sem orsakast af bilun í aukakerfi kemur venjulega fram utan rafhlöðukerfisins og getur leitt til bruna eða reyks frá ytri íhlutum. Og þegar kerfið fylgdist með því og svaraði því tímanlega mun það ekki leiða til bilunar eða hitauppstreymis. Í slysum Vistra Moss löndunarstöðvarinnar 1. áfanga 2021 og 2. áfanga 2022 myndaðist reykur og eldur vegna þess að slökkt var á bilanavöktun og rafmagnsbilunaröryggistækjum á þeim tíma meðan á gangsetningu stóð og gátu ekki brugðist við á réttum tíma. . Slík logabrennsla byrjar venjulega utan frá rafhlöðukerfinu áður en hann dreifist að lokum inn í klefann, þannig að það er engin ofbeldisfull útverma viðbrögð og uppsöfnun eldfimt gas, og því venjulega engin sprenging. Það sem meira er, ef hægt er að kveikja á úðakerfinu í tæka tíð mun það ekki valda miklum skemmdum á aðstöðunni.

Brunaslysið í „Victorian Power Station“ í Geelong í Ástralíu árið 2021 varð vegna skammhlaups í rafhlöðunni af völdum kælivökvaleka, sem minnir okkur á að huga að líkamlegri einangrun rafhlöðukerfisins. Mælt er með því að hafa ákveðið bil á milli ytri aðstöðu og rafhlöðukerfisins til að forðast gagnkvæma truflun. Rafhlöðukerfið ætti einnig að vera búið einangrunaraðgerð til að forðast ytri skammhlaup.

Mótvægisráðstafanir

Af ofangreindri greiningu er ljóst að orsakir ESS-slysa eru hitauppstreymi á frumunni og bilun í hjálparkerfi. Ef ekki er hægt að koma í veg fyrir bilunina, þá getur það einnig dregið úr tapinu að draga úr frekari versnun eftir lokunarbilunina. Hægt er að skoða mótvægisaðgerðirnar út frá eftirfarandi þáttum:

Að hindra varmadreifingu eftir hitauppstreymi á frumunni

Hægt er að bæta við einangrunarhindrun til að hindra útbreiðslu hitauppstreymisnotkunar klefans, sem hægt er að setja á milli frumanna, milli eininga eða milli rekkana. Í viðauka NFPA 855 (Staðall fyrir uppsetningu á kyrrstæðum orkugeymslukerfum) er einnig að finna tengdar kröfur. Sérstakar ráðstafanir til að einangra hindrunina eru meðal annars að setja kalt vatnsplötur, loftgel og þess háttar á milli frumanna.

Hægt er að bæta slökkvibúnaði við rafhlöðukerfið þannig að það geti brugðist hratt við að virkja slökkvibúnaðinn þegar hitauppstreymi á sér stað í einni klefi. Efnafræðin á bak við litíumjóna eldhættu leiðir til annarrar brunavarnahönnunar fyrir orkugeymslukerfi en hefðbundnar slökkvilausnir, sem er ekki aðeins til að slökkva eldinn, heldur einnig til að lækka hitastig rafhlöðunnar. Annars munu útverma efnahvörf frumanna halda áfram að eiga sér stað og koma af stað endurkveikju.

Auka aðgát er einnig nauðsynleg við val á slökkviefni. Ef vatninu er úðað beint á brennandi rafhlöðuhlíf getur það myndað eldfima gasblöndu. Og ef rafhlöðuhlífin eða ramminn er úr stáli mun vatn ekki koma í veg fyrir hitauppstreymi. Sum tilvik sýna að vatn eða aðrar tegundir vökva í snertingu við rafhlöðuna geta einnig aukið eldinn. Til dæmis, í brunaslysi Vistra Moss Landing rafstöðvarinnar í september 2021, bentu fregnir til þess að kælislöngur og pípusamskeyti stöðvarinnar biluðu, sem olli því að vatn sprautaði á rafgeymagrindina og að lokum varð til þess að rafhlöðurnar skammhlaupuðu og bognuðu.

1.Tímabær losun eldfimra lofttegunda

Allar ofangreindar tilviksskýrslur benda til þess að styrkur brennanlegra lofttegunda sé aðalorsök sprenginga. Þess vegna eru lóðarhönnun og skipulag, gasvöktun og loftræstikerfi mikilvæg til að draga úr þessari áhættu. Í NFPA 855 staðli er minnst á að samfellt gasskynjunarkerfi sé krafist. Þegar ákveðið magn af brennanlegu gasi (þ.e. 25% af LFL) greinist mun kerfið hefja útblástursloftræstingu. Að auki nefnir UL 9540A prófunarstaðall einnig kröfuna um að safna útblæstri og greina neðri mörk gas LFL.

Til viðbótar við loftræstingu er einnig mælt með því að nota sprengivarnarplötur. Þess er getið í NFPA 855 að ESS skuli sett upp og viðhaldið í samræmi við NFPA 68 (Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting) og NFPA 69 (Standards on Explosion Protection Systems). Hins vegar, þegar kerfið uppfyllir bruna- og sprengiprófið (UL 9540A eða sambærilegt), getur það verið undanþegið þessari kröfu. Hins vegar, þar sem prófunarskilyrði eru ekki fullkomlega dæmigerð fyrir raunverulegar aðstæður, er mælt með því að auka loftræstingu og sprengivörn.

2.Vörn gegn bilun á hjálparkerfum

Ófullnægjandi hugbúnaðar-/fastbúnaðarforritun og gangsetning/forræsingaraðferðir áttu einnig þátt í brunaslysum í Viktoríuvirkjun og Vistra Moss Landing Power Station. Í eldsvoðanum í Viktoríurafstöðinni var hitauppstreymi sem var hafin af einni af einingunum ekki auðkennd eða læst og eldurinn sem fylgdi var ekki truflaður heldur. Ástæðan fyrir því að þessi staða kom upp er sú að ekki var þörf á gangsetningu á þeim tíma og kerfið var slökkt handvirkt, þar á meðal fjarmælingakerfi, bilanaeftirlit og rafmagnsbilunaröryggi. Að auki var eftirlits- og gagnaöflunarkerfið (SCADA) heldur ekki starfhæft, þar sem það tók sólarhring að koma á tengingu búnaðar.

Þess vegna er mælt með því að allar aðgerðalausar einingar séu með tæki eins og virka fjarmælingar, bilanavöktun og rafmagnsöryggisbúnað, frekar en að vera slökkt handvirkt með læsingarrofa. Halda skal öllum rafmagnsöryggisbúnaði í virkum ham. Að auki ætti að bæta við viðbótarviðvörunarkerfum til að bera kennsl á og bregðast við ýmsum neyðartilvikum.

Einnig fannst hugbúnaðarforritunarvilla í Vistra Moss löndunarstöðinni 1. og 2. áfanga, þar sem ekki var farið yfir ræsimörk, var rafgeymirinn virkjaður. Á sama tíma, bilun í vatnspíputengi með leka efra lags rafhlöðunnar gerir vatnið aðgengilegt fyrir rafhlöðueininguna og veldur síðan skammhlaupi. Þessi tvö dæmi sýna hversu mikilvægt það er að hugbúnaður/fastbúnaðarforritun sé yfirfarin og kembiforrituð áður en gangsetning fer fram.

Samantekt

Með greiningu á nokkrum brunaslysum í orkugeymslustöð ætti að setja loftræstingu og sprengivörn í forgang, rétta uppsetningu og gangsetningu verklags, þar með talið hugbúnaðarforritunarathuganir, sem geta komið í veg fyrir rafhlöðuslys. Að auki ætti að þróa alhliða neyðarviðbragðsáætlun til að takast á við myndun eitraðra lofttegunda og efna.