储能行业如何应对电池储能系统的起火爆炸事件？
时间:2020-09-10 09:34来源:UPS应用 作者:综合报道
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行业媒体Greentech Media的分析师Julian Spector日前对APS公司的电池储能系统去年发生火灾事件的影响和教训的相关调查报告进行了分析和研究。他指出，在APS公司在亚利桑那州运营的一个电池储能系统去年4月发生起火和爆炸事件之后，很多人担心这个事件可能会减缓美国储能市场的发展，但好在这种情况并没有发生。
储能行业并没有等待APS公司对这次事件发布调查结果之后才开始改善电网电池的安全性。而此次调查从开始到发布结果已经持续一年多的时间。
在今年7月公布火灾调查结果时，储能行业已经开始了一些变革：
McMicken电池储能系统的火灾和爆炸事件引发了研究机构和相关组织的一系列调查。与事件相关的电池供应商、开发商和客户致力收集证据并进行研究和分析，以识别电池储能系统带来的风险。并重新审视潜在故障以促进产品的重新设计，同时对现有的电池储能系统进行硬件和软件更新。因此，此次事件对于促进储能行业的发展具有重大意义。
储能集成商Powin Energy公司高级副总裁Danny Lu说，“我们对APS公司电池储能系统起火原因高度关注，并自己进行了分析和研究，大约一年前，我们立即开始着手解决这些问题。”
在APS公司电池储能系统事件的调查报告出炉时，行业领先的储能提供商（包括提供McMicken电池储能系统的Fluence公司）都已经采取关键的安全改进措施。他们设计了可以检测和清除危险气体的解决方案，以防止引发爆炸的易燃气体积聚。他们还探讨和分析了电池的安装布局，以便在电池热失控之后不会扩散以及阻止火热蔓延。
得到业界高度关注的此次事件可能会使投资和部署电网规模电池储能系统的开发商感到担忧和犹豫，许多初创公司为此推出了声称比锂离子电池更安全的替代储能技术。
但美国储能市场并没有因为安全问题而停止增长。与其相反，储能行业经历了飞速的增长，今年夏季几乎每周都会发布创纪录的采购计划。数量空前的公用事业公司和电力生产商正在投资电池储能系统，将其作为清洁电网的支柱。
研究表明，采用优质安全的电池产品可以降低类似APS公司电池储能系统起火事件的可能性，而该储能系统于2017年开通运营。APS公司现在对其购买的电池采用了更严格的标准，其他公用事业公司也可能效仿。
瑞士资产管理公司Capital Dynamics清洁能源基础设施总经理Benoit Allehaut表示：“毫无疑问，储能系统采取全面消防安全措施是首要任务，我们对电池储能系统安全标准化取得的进展感到满意。”
教训1：消除故障根源
研究表明，McMicken电池储能系统的多个薄弱环节使电池起火成为可能。
APS公司调查得出的结论是“电池内部存在缺陷”，由于某种原因导致电池储能系统中的一块锂离子电池热失控。但是电池生产商LGChem公司对这一结论提出了质疑，认为物理证据表明是外部热源（例如电池外部的电弧）导致其热失控。
利益相关方对于起火之后发生的事情达成了共识：清洁剂灭火剂并没有阻止电池发生火灾，火势蔓延到这块电池的电池架上其他相邻电池。高温导致电池释放出危险气体，这些气体积聚在集装箱式电池储能系统内部，由于缺乏通风或检测这些气体的手段。当消防人员打开大门时，集装箱内进入大量空气，而积聚的易燃气体遇火之后引发了爆炸。
为了确保不会再发生像McMicken电池储能系统这样的爆炸事件，安装电池的工作人员需要防止这一系列事件再次发生。锂离子电池的能量密度和化学特性带来了不可避免的热失控风险。
教训2：阻止发生爆炸
这次爆炸事件与其他电池起火事故不同。韩国近年来也有几十个电池储能系统着火，但只是烧毁，但没有爆炸伤人。
在亚利桑那州发生的此次事件中，爆炸（而不是大火）释放出了巨大的力量，以至于将一名消防员炸出10多米远。但是处理爆炸也可能是最容易解决的故障模式：提前释放易燃气体。
Danny Lu说：“此次事件是储能行业的一次很具意义的经验和教训，促进推出更安全的标准和做法，储能开发商将采用具有排气能力的解决方案。”
尽管如此，如果爆炸性气体积聚，使用“爆燃板”可以将爆炸力向上引导到电池储能系统之外，而不是水平向外爆炸，从而导致人员伤亡。爆燃板现在已成为储能系统电池机柜的标准配置，例如Fluence公司采用的Cube设计。
Fluence公司首席运营官John Zahurancik表示：“释放压力有助于减少电池储能系统的结构和机械损伤，更重要的是，将运营人员或消防人员的安全风险降至最低。”
在理想情况下，电池不会出现这种情况。为此，Fluence公司推出了一个“初始气体检测系统”，如果发现锂离子电池在热失控时会散发的爆炸性气体，则会关闭电池储能系统。早期检测系统和通风措施相结合意味着新建的储能系统应该能够识别出集聚的易燃气体，并在具有爆炸危险之前将其排出。
电池储能系统的物理形状和尺寸也有所改变。McMicken电池储能系统将其电池架安装在一个集装箱中，并设有供人们进入和走动的空间，而宽敞的空间为易燃气体积聚和消防人员进入创造了条件，
而现在采用的储能系统设计已转向到尺寸更小的模块化柜式设计。Fluence Cube储能系统的体积只有8立方英尺。特斯拉Megapack电池储能系统也是空间紧凑的机柜式产品。并没有给消防人员留下进入的空间。
教训3：阻止火热蔓延
阻止热失控从一块电池扩散到另一块电池是可以消除气体积聚的措施。储能系统的设计师们现在正在这样做。
根据清洁剂灭火剂生产商3M公司表示，McMicken电池储能系统采用的Novec1230清洁剂灭火剂无法阻止锂离子电池系统的热失控。这项声明是在McMicken电池储能系统生产和部署之后发布的。
报告指出，电池模块和机架的物理设计也很重要。在第一块电池热失控之后，由于电池架中电池空间比较紧密，因此也导致其相邻电池热失控，并持续蔓延，电池之间和电池架之间并没有提供防止这种情况发生的保护措施。”
该报告提出了两个主要的对策：采用屏碍物或空间将电池分隔开，并冷却电池以阻止热失控。分隔电池的铝板可以减缓热量的传递，而采用液体冷却系统会更好。该报告指出，多家电池供应商正在将此类措施纳入新一代产品中。
Zahurancik表示，Fluence Cube储能系统采用通过UL9540A标准测试的电池来防止电池产生热失控。他指出，该设计适用于多种电池。
DannyLu表示，Powin公司使用磷酸铁锂电池是因为它具有更小的热失控风险，这种电池通过的测试表明在单元、模块或堆栈级别没有导致蔓延。
特斯拉公司没有回应有关其电池安全性的置评请求，但其一位主要客户对此做出了回应。Capital Dynamics公司将购买Tesla Megapacks电池储能系统，用于全球规模最大的用户侧储能项目，该项目部署在内华达州里诺附近的特斯拉超级工厂附近的Switch公司的数据中心。
Capital Dynamics公司总经理Allehaut表示，特斯拉公司使用液体冷却而不是空气冷却也是一个吸引人的特点。其他公司也正在采用液体冷却技术。
Allehaut说，“我们注意到，APS公司发布的调查报告建议将电池完全分隔以避免热失控蔓延，这种设计已经在采用Megapacks电池储能系统中，这很可能成为一个行业标准。”
值得注意的是，分隔每个电池架的空间和隔热材料可以阻止热量传递到相邻电池架，其最终后果只有单个电池架被烧毁，而不会殃及其他电池架。同样，在大型电池储能系统项目中，电池储能系统进行分隔可减少火灾在它们之间蔓延的风险。这些措施不需要采用新技术就可以实现。
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