行業(yè)媒體Greentech Media的分析師Julian Spector日前對APS公司的電池儲能系統(tǒng)去年發(fā)生火災(zāi)事件的影響和教訓(xùn)的相關(guān)調(diào)查報告進行了分析和研究。他指出，在APS公司在亞利桑那州運營的一個電池儲能系統(tǒng)去年4月發(fā)生起火和爆炸事件之后，很多人擔心這個事件可能會減緩美國儲能市場的發(fā)展，但好在這種情況并沒有發(fā)生。


儲能行業(yè)并沒有等待APS公司對這次事件發(fā)布調(diào)查結(jié)果之后才開始改善電網(wǎng)電池的安全性。而此次調(diào)查從開始到發(fā)布結(jié)果已經(jīng)持續(xù)一年多的時間。


在今年7月公布火災(zāi)調(diào)查結(jié)果時，儲能行業(yè)已經(jīng)開始了一些變革


McMicken電池儲能系統(tǒng)的火災(zāi)和爆炸事件引發(fā)了研究機構(gòu)和相關(guān)組織的一系列調(diào)查。與事件相關(guān)的電池供應(yīng)商、開發(fā)商和客戶致力收集證據(jù)并進行研究和分析，以識別電池儲能系統(tǒng)帶來的風險。并重新審視潛在故障以促進產(chǎn)品的重新設(shè)計，同時對現(xiàn)有的電池儲能系統(tǒng)進行硬件和軟件更新。因此，此次事件對于促進儲能行業(yè)的發(fā)展具有重大意義。


儲能集成商Powin Energy公司高級副總裁Danny Lu說，“我們對APS公司電池儲能系統(tǒng)起火原因高度關(guān)注，并自己進行了分析和研究，大約一年前，我們立即開始著手解決這些問題。”


在APS公司電池儲能系統(tǒng)事件的調(diào)查報告出爐時，行業(yè)領(lǐng)先的儲能提供商(包括提供McMicken電池儲能系統(tǒng)的Fluence公司)都已經(jīng)采取關(guān)鍵的安全改進措施。他們設(shè)計了可以檢測和清除危險氣體的解決方案，以防止引發(fā)爆炸的易燃氣體積聚。他們還探討和分析了電池的安裝布局，以便在電池熱失控之后不會擴散以及阻止火熱蔓延。


得到業(yè)界高度關(guān)注的此次事件可能會使投資和部署電網(wǎng)規(guī)模電池儲能系統(tǒng)的開發(fā)商感到擔憂和猶豫，許多初創(chuàng)公司為此推出了聲稱比鋰離子電池更安全的替代儲能技術(shù)。


但美國儲能市場并沒有因為安全問題而停止增長。與其相反，儲能行業(yè)經(jīng)歷了飛速的增長，今年夏季幾乎每周都會發(fā)布創(chuàng)紀錄的采購計劃。數(shù)量空前的公用事業(yè)公司和電力生產(chǎn)商正在投資電池儲能系統(tǒng)，將其作為清潔電網(wǎng)的支柱。


研究表明，采用優(yōu)質(zhì)安全的電池產(chǎn)品可以降低類似APS公司電池儲能系統(tǒng)起火事件的可能性，而該儲能系統(tǒng)于2017年開通運營。APS公司現(xiàn)在對其購買的電池采用了更嚴格的標準，其他公用事業(yè)公司也可能效仿。


瑞士資產(chǎn)管理公司Capital Dynamics清潔能源基礎(chǔ)設(shè)施總經(jīng)理Benoit Allehaut表示：“毫無疑問，儲能系統(tǒng)采取全面消防安全措施是首要任務(wù)，我們對電池儲能系統(tǒng)安全標準化取得的進展感到滿意。”


教訓(xùn)1：消除故障根源


研究表明，McMicken電池儲能系統(tǒng)的多個薄弱環(huán)節(jié)使電池起火成為可能。


APS公司調(diào)查得出的結(jié)論是“電池內(nèi)部存在缺陷”，由于某種原因?qū)е码姵貎δ芟到y(tǒng)中的一塊鋰離子電池熱失控。但是電池生產(chǎn)商LGChem公司對這一結(jié)論提出了質(zhì)疑，認為物理證據(jù)表明是外部熱源(例如電池外部的電弧)導(dǎo)致其熱失控。


利益相關(guān)方對于起火之后發(fā)生的事情達成了共識：清潔劑滅火劑并沒有阻止電池發(fā)生火災(zāi)，火勢蔓延到這塊電池的電池架上其他相鄰電池。高溫導(dǎo)致電池釋放出危險氣體，這些氣體積聚在集裝箱式電池儲能系統(tǒng)內(nèi)部，由于缺乏通風或檢測這些氣體的手段。當消防人員打開大門時，集裝箱內(nèi)進入大量空氣，而積聚的易燃氣體遇火之后引發(fā)了爆炸。


為了確保不會再發(fā)生像McMicken電池儲能系統(tǒng)這樣的爆炸事件，安裝電池的工作人員需要防止這一系列事件再次發(fā)生。鋰離子電池的能量密度和化學(xué)特性帶來了不可避免的熱失控風險。


教訓(xùn)2：阻止發(fā)生爆炸


這次爆炸事件與其他電池起火事故不同。韓國近年來也有幾十個電池儲能系統(tǒng)著火，但只是燒毀，但沒有爆炸傷人。


在亞利桑那州發(fā)生的此次事件中，爆炸(而不是大火)釋放出了巨大的力量，以至于將一名消防員炸出10多米遠。但是處理爆炸也可能是最容易解決的故障模式：提前釋放易燃氣體。


Danny Lu說：“此次事件是儲能行業(yè)的一次很具意義的經(jīng)驗和教訓(xùn)，促進推出更安全的標準和做法，儲能開發(fā)商將采用具有排氣能力的解決方案。”


盡管如此，如果爆炸性氣體積聚，使用“爆燃板”可以將爆炸力向上引導(dǎo)到電池儲能系統(tǒng)之外，而不是水平向外爆炸，從而導(dǎo)致人員傷亡。爆燃板現(xiàn)在已成為儲能系統(tǒng)電池機柜的標準配置，例如Fluence公司采用的Cube設(shè)計。


Fluence公司首席運營官John Zahurancik表示：“釋放壓力有助于減少電池儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機械損傷，更重要的是，將運營人員或消防人員的安全風險降至最低。”


在理想情況下，電池不會出現(xiàn)這種情況。為此，F(xiàn)luence公司推出了一個“初始氣體檢測系統(tǒng)”，如果發(fā)現(xiàn)鋰離子電池在熱失控時會散發(fā)的爆炸性氣體，則會關(guān)閉電池儲能系統(tǒng)。早期檢測系統(tǒng)和通風措施相結(jié)合意味著新建的儲能系統(tǒng)應(yīng)該能夠識別出集聚的易燃氣體，并在具有爆炸危險之前將其排出。


電池儲能系統(tǒng)的物理形狀和尺寸也有所改變。McMicken電池儲能系統(tǒng)將其電池架安裝在一個集裝箱中，并設(shè)有供人們進入和走動的空間，而寬敞的空間為易燃氣體積聚和消防人員進入創(chuàng)造了條件，


而現(xiàn)在采用的儲能系統(tǒng)設(shè)計已轉(zhuǎn)向到尺寸更小的模塊化柜式設(shè)計。Fluence Cube儲能系統(tǒng)的體積只有8立方英尺。特斯拉Megapack電池儲能系統(tǒng)也是空間緊湊的機柜式產(chǎn)品。并沒有給消防人員留下進入的空間。


教訓(xùn)3：阻止火熱蔓延


阻止熱失控從一塊電池擴散到另一塊電池是可以消除氣體積聚的措施。儲能系統(tǒng)的設(shè)計師們現(xiàn)在正在這樣做。


根據(jù)清潔劑滅火劑生產(chǎn)商3M公司表示，McMicken電池儲能系統(tǒng)采用的Novec1230清潔劑滅火劑無法阻止鋰離子電池系統(tǒng)的熱失控。這項聲明是在McMicken電池儲能系統(tǒng)生產(chǎn)和部署之后發(fā)布的。


報告指出，電池模塊和機架的物理設(shè)計也很重要。在第一塊電池熱失控之后，由于電池架中電池空間比較緊密，因此也導(dǎo)致其相鄰電池熱失控，并持續(xù)蔓延，電池之間和電池架之間并沒有提供防止這種情況發(fā)生的保護措施。”


該報告提出了兩個主要的對策：采用屏礙物或空間將電池分隔開，并冷卻電池以阻止熱失控。分隔電池的鋁板可以減緩熱量的傳遞，而采用液體冷卻系統(tǒng)會更好。該報告指出，多家電池供應(yīng)商正在將此類措施納入新一代產(chǎn)品中。


Zahurancik表示，F(xiàn)luence Cube儲能系統(tǒng)采用通過UL9540A標準測試的電池來防止電池產(chǎn)生熱失控。他指出，該設(shè)計適用于多種電池。


DannyLu表示，Powin公司使用磷酸鐵鋰電池是因為它具有更小的熱失控風險，這種電池通過的測試表明在單元、模塊或堆棧級別沒有導(dǎo)致蔓延。


特斯拉公司沒有回應(yīng)有關(guān)其電池安全性的置評請求，但其一位主要客戶對此做出了回應(yīng)。Capital Dynamics公司將購買Tesla Megapacks電池儲能系統(tǒng)，用于全球規(guī)模最大的用戶側(cè)儲能項目，該項目部署在內(nèi)華達州里諾附近的特斯拉超級工廠附近的Switch公司的數(shù)據(jù)中心。


Capital Dynamics公司總經(jīng)理Allehaut表示，特斯拉公司使用液體冷卻而不是空氣冷卻也是一個吸引人的特點。其他公司也正在采用液體冷卻技術(shù)。


Allehaut說，“我們注意到，APS公司發(fā)布的調(diào)查報告建議將電池完全分隔以避免熱失控蔓延，這種設(shè)計已經(jīng)在采用Megapacks電池儲能系統(tǒng)中，這很可能成為一個行業(yè)標準。”


值得注意的是，分隔每個電池架的空間和隔熱材料可以阻止熱量傳遞到相鄰電池架，其最終后果只有單個電池架被燒毀，而不會殃及其他電池架。同樣，在大型電池儲能系統(tǒng)項目中，電池儲能系統(tǒng)進行分隔可減少火災(zāi)在它們之間蔓延的風險。這些措施不需要采用新技術(shù)就可以實現(xiàn)。 UPS應(yīng)用