Фон

Энергия дағдарысы соңғы бірнеше жылда литий-ионды аккумуляторлық энергия сақтау жүйелерін (ESS) кеңінен қолдануға айналдырды, бірақ сонымен қатар нысандар мен қоршаған ортаға зиян келтіретін, экономикалық шығындарға және тіпті жоғалтуға әкелетін бірқатар қауіпті апаттар болды. өмір. Зерттеулер ESS UL 9540 және UL 9540A сияқты батарея жүйелеріне қатысты стандарттарға сай болса да, термиялық теріс пайдалану және өрттер орын алғанын анықтады. Сондықтан өткен жағдайлардан сабақ алу және тәуекелдер мен оларға қарсы шараларды талдау ESS технологиясын дамытуға пайдалы болады.

Істерді қарау

Төменде 2019 жылдан бастап бүгінгі күнге дейін бүкіл әлем бойынша жалпыға бірдей хабарланған ауқымды ESS апаттарының оқиғалары жинақталған.

Жоғарыда аталған жазатайым оқиғалардың себептерін төмендегідей екіге бөлуге болады:

1) Ішкі ұяшықтың істен шығуы батарея мен модульдің термиялық теріс пайдаланылуын тудырады және ақырында бүкіл ESS өртеніп немесе жарылып кетуіне әкеледі.

Жасушаның термиялық теріс пайдалануынан туындаған сәтсіздік, негізінен, жарылыспен жалғасқан өрт болып табылады. Мысалы, 2019 жылы АҚШ-тың Аризона штатындағы МакМиккен электр станциясында және 2021 жылы Бейжіңдегі Фэнтай электр станциясында болған апаттар өрттен кейін жарылды. Мұндай құбылыс ішкі химиялық реакцияны тудыратын, жылу бөлетін (экзотермиялық реакция) бір жасушаның істен шығуынан туындайды, ал температура көтеріле береді және жақын орналасқан ұяшықтар мен модульдерге таралады, өрт немесе тіпті жарылыс тудырады. Ұяшықтың істен шығу режимі әдетте шамадан тыс зарядтау немесе басқару жүйесінің істен шығуынан, термиялық әсерден, сыртқы қысқа тұйықталудан және ішкі қысқа тұйықталудан (бұл ойық немесе ойық, материалды қоспалар, сыртқы заттардың енуі және т.б. сияқты әртүрлі жағдайларға байланысты болуы мүмкін). ).

Ұяшықты термиялық теріс пайдаланғаннан кейін жанғыш газ пайда болады. Жоғарыдан сіз жарылыстың алғашқы үш жағдайының бірдей себебі бар екенін байқайсыз, яғни жанғыш газды уақытында шығара алмайды. Бұл кезде батарея, модуль және контейнерді желдету жүйесі ерекше маңызды. Әдетте газдар батареядан шығатын клапан арқылы шығарылады, ал шығатын клапанның қысымын реттеу жанғыш газдардың жиналуын азайтуы мүмкін. Модуль кезеңінде жанғыш газдардың жиналуын болдырмау үшін әдетте сыртқы желдеткіш немесе қабықтың салқындатқыш конструкциясы пайдаланылады. Ақырында, контейнер сатысында жанғыш газдарды эвакуациялау үшін желдету қондырғылары мен бақылау жүйелері де қажет.

2) Сыртқы қосалқы жүйенің істен шығуынан туындаған ESS ақаулығы

Көмекші жүйенің ақаулығынан туындаған жалпы ESS ақаулығы әдетте батарея жүйесінен тыс орын алады және сыртқы құрамдас бөліктердің күйіп кетуіне немесе түтініне әкелуі мүмкін. Жүйе оны қадағалап, дер кезінде жауап бергенде, бұл жасушаның бұзылуына немесе термиялық бұзылуға әкелмейді. Vistra Moss қондыру электр станциясының 1-кезең 2021 және 2-кезең 2022 апаттарында түтін мен өрт пайда болды, себебі ақауларды бақылау және электр қауіпсіздігі құрылғылары іске қосу кезеңінде сол уақытта өшірілген және дер кезінде жауап бере алмаған. . Жалынның бұл түрі әдетте батарея жүйесінің сыртынан басталады, ол ақыр соңында ұяшықтың ішіне таралмайды, сондықтан күшті экзотермиялық реакция және жанғыш газдың жиналуы болмайды, сондықтан әдетте жарылыс болмайды. Оның үстіне спринклер жүйесін дер кезінде қосуға болатын болса, бұл нысанға үлкен зиян келтірмейді.

2021 жылы Австралияның Гилонг ​​қаласындағы «Виктория электр станциясында» өрт апаты салқындатқыш сұйықтықтың ағып кетуінен туындаған батареядағы қысқа тұйықталудан туындады, бұл батарея жүйесінің физикалық оқшаулануына назар аударуды еске салады. Бір-біріне кедергі келтірмеу үшін сыртқы қондырғылар мен батарея жүйесі арасында белгілі бір кеңістікті сақтау ұсынылады. Сондай-ақ сыртқы қысқа тұйықталуды болдырмау үшін батарея жүйесі оқшаулау функциясымен жабдықталуы керек.

Қарсы шаралар

Жоғарыда келтірілген талдаудан ЭСҚ апаттарының себептері камераның термиялық теріс пайдалануы және қосалқы жүйенің істен шығуы екені анық. Егер ақаулықтың алдын алу мүмкін болмаса, бұғаттау сәтсіздігінен кейінгі нашарлауды азайту да жоғалтуды азайтады. Қарсы шараларды келесі аспектілер бойынша қарастыруға болады:

Жасушаны термиялық теріс пайдаланғаннан кейін термиялық таралуды блоктау

Оқшаулағыш тосқауыл ұяшықтар арасында, модульдер арасында немесе тіректер арасында орнатылатын ұяшықты термиялық теріс пайдаланудың таралуын болдырмау үшін қосылуы мүмкін. NFPA 855 (Стационарлық энергия сақтау жүйелерін орнату стандарты) қосымшасында да қатысты талаптарды таба аласыз. Тосқауылды оқшаулаудың нақты шаралары ұяшықтар арасына суық суға арналған пластиналарды, аэрогельдерді және лайктарды салуды қамтиды.

Батарея жүйесіне өрт сөндіру құрылғысын қосуға болады, осылайша ол бір ұяшықта термиялық бұзылу орын алған кезде өрт сөндіру құрылғысын белсендіру үшін жылдам әрекет ете алады. Литий-ионды өрт қаупінің артындағы химия кәдімгі өрт сөндіру шешімдеріне қарағанда энергия сақтау жүйелері үшін өрт сөндірудің басқа дизайнына әкеледі, бұл өртті сөндіруге ғана емес, сонымен қатар батареяның температурасын төмендетуге де арналған. Әйтпесе, жасушалардың экзотермиялық химиялық реакциялары жалғасады және қайта тұтануды тудырады.

Өрт сөндіретін материалдарды таңдағанда да аса сақтық қажет. Егер су жанып жатқан батарея корпусына тікелей шашыратылса, тұтанғыш газ қоспасы пайда болуы мүмкін. Ал аккумулятордың корпусы немесе жақтауы болаттан жасалған болса, су термиялық теріс пайдалануды болдырмайды. Кейбір жағдайларда аккумулятор терминалдарымен жанасатын су немесе басқа сұйықтық түрлері де өртті күшейтуі мүмкін екенін көрсетеді. Мысалы, 2021 жылдың қыркүйегінде Vistra Moss Landing электр станциясының өрт апатында станцияның салқындату шлангілері мен құбыр қосылыстары істен шығып, судың батарея тіректеріне шашырауына және ақырында батареялардың қысқа тұйықталу мен доғаның пайда болуына себеп болғаны көрсетілген.

1.Жанғыш газдарды уақтылы шығару

Жоғарыда келтірілген барлық жағдай туралы есептер жарылыстардың негізгі себебі ретінде жанғыш газдардың концентрациясын көрсетеді. Сондықтан алаңның дизайны мен орналасуы, газды бақылау және желдету жүйелері бұл тәуекелді азайту үшін маңызды. NFPA 855 стандартында үздіксіз газды анықтау жүйесі қажет екендігі айтылған. Жанғыш газдың белгілі бір деңгейі (яғни, LFL 25%) анықталған кезде, жүйе пайдаланылған желдетуді бастайды. Сонымен қатар, UL 9540A сынақ стандартында пайдаланылған газдарды жинау және LFL газының төменгі шегін анықтау талабы да айтылған.

Желдетуден басқа, жарылысқа қарсы панельдерді пайдалану ұсынылады. NFPA 855-те ESS NFPA 68 (Дефлаграционды желдету арқылы жарылыстан қорғау стандарты) және NFPA 69 (Жарылыстан қорғау жүйелерінің стандарттары) сәйкес орнатылуы және сақталуы керектігі айтылған. Дегенмен, жүйе өрт пен жарылыс сынағына (UL 9540A немесе баламасы) сәйкес келсе, ол бұл талаптан босатылуы мүмкін. Дегенмен, сынақ шарттары нақты жағдайды толық көрсетпейтіндіктен, желдетуді және жарылыстан қорғауды жақсарту ұсынылады.

2.Көмекші жүйелердің істен шығуының алдын алу

Бағдарламалық қамтамасыз ету/микробағдарламалық құралды бағдарламалау және іске қосу/іске қосу алдындағы процедуралар да Виктория электр станциясы мен Vistra Moss қону электр станциясындағы өрт оқиғаларына ықпал етті. Виктория электр станциясындағы өртте модульдердің бірі бастаған термиялық теріс пайдалану анықталмады немесе бұғатталған жоқ және одан кейінгі өрт те үзілген жоқ. Бұл жағдайдың орын алуының себебі, ол кезде іске қосу талап етілмеді және жүйе қолмен өшірілді, соның ішінде телеметрия жүйесі, ақауларды бақылау және электр ақауларынан қорғалған құрылғы. Сонымен қатар, қадағалауды бақылау және деректерді жинау (SCADA) жүйесі де әлі жұмыс істемеді, өйткені жабдықты қосуға 24 сағат қажет болды.

Сондықтан кез келген бос тұрған модульдерде құлыптау қосқышы арқылы қолмен өшірілмей, белсенді телеметрия, ақауларды бақылау және электр қауіпсіздігі құрылғылары сияқты құрылғылар болуы ұсынылады. Барлық электр қауіпсіздігін қорғау құрылғылары белсенді режимде сақталуы керек. Сонымен қатар, әртүрлі төтенше жағдайларды анықтау және әрекет ету үшін қосымша дабыл жүйелерін қосу керек.

Бағдарламалық құралды бағдарламалау қатесі Vistra Moss Landing электр станциясының 1 және 2 фазаларында да табылды, себебі іске қосу шегінен асып кеткен жоқ, батареяның жылу қабылдағышы іске қосылды. Сонымен қатар, аккумулятордың жоғарғы қабатының ағып кетуімен су құбырының қосқышының істен шығуы суды батарея модуліне қолжетімді етеді, содан кейін қысқа тұйықталуды тудырады. Бұл екі мысал бағдарламалық жасақтама/микробағдарламаны бағдарламалауды іске қосу процедурасынан бұрын тексеріп, жөндеудің қаншалықты маңызды екенін көрсетеді.

Түйіндеме

Энергия сақтау станциясындағы бірнеше өрт оқиғаларын талдау арқылы желдету мен жарылысты бақылауға, дұрыс орнату және іске қосу процедураларына, соның ішінде батареялардың апаттарын болдырмайтын бағдарламалық қамтамасыз етуді тексеруге басымдық берілуі керек. Сонымен қатар, улы газдар мен заттардың пайда болуымен күресу үшін төтенше жағдайларды жоюдың кешенді жоспары жасалуы керек.