台中市消防局指出,现场为户外集装箱储能柜设备,内部储放磷酸铁锂电池,排烟口有明火冒出,因此消防员在通知厂商断电后,持续以大量水让储能柜降温,再由消防员全副武装打开柜门,对集装箱内部以泡沫灭火抢救,火势在晚间7时11分控制,燃烧面积约30平方公尺。
据了解,常见厂商在户外集装箱内设置储能设备、储能站,做为备用电源,一旦发生火灾相当棘手,灌救过程恐触电、贸然打开集装箱门恐瞬间反燃或爆燃,电池燃烧后仍持续化学反应等,消防员必须不断地对电池洒水降温,直到完全反应完毕。
台中市消防局说明,依消防署公布的抢救指引,储能系统燃烧时,电池内部仍会有电化学反应,消防员只能等反应完毕、温度下降、再进行后续处理。因此,救灾原则就是保持一定安全距离、射水降温。
此外,一般火灾现场会切断电源以避免触电,但光伏发电与储能系统类本身就会发电或储存电力,现场有触电风险,必须保持距离。储能集装箱内燃烧时,柜内氧气消耗殆尽,这时如贸然开门,反而让大量新鲜空气进入,产生闪燃或爆然,火势突然冲出,容易导致消防员受伤。
近年来全世界各地已经爆发多起储能电站失火事件,引发人们对电化学储能电站安全性的担忧,调查发现即使储能系统已符合电池系统相关的标准,如UL 9540和UL 9540A,但还是发生了热失控以及火灾。因此,从以往的案例中吸取经验教训,分析风险及其对策,将有利于储能系统技术的后续发展。
以上事故发生的原因可以总结为以下两个:
1)内部电芯失效,引发电池与模组的热失控,最后引起整个储能系统的着火或爆炸
电芯热失控引发的故障呈现的现象基本上是先起火再爆炸:如,2019年发生在美国亚利桑那州的McMicken电站和2021年中国北京丰台电站事故均是在起火后发生爆炸;这种现象产生的原因是单个电芯失效,引发内部化学反应,释放热量(放热反应),温度持续上升,且传播到附近的电池和模组,引发火灾甚至爆炸。电芯的失效模式一般由过充或控制系统故障、热暴露、外部短路和内部短路(可由各种情况引起,如压痕或凹痕、材料杂质、外部物体渗透等)引起。
电芯热失控之后会产生可燃气体,发生爆炸的原因都是可燃气体不能及时排出而引发的。此时电池与模组,集装箱的通风系统则显得格外重要。一般电池是通过排气阀排出气体,排气阀的压力调节可以减少可燃气体的堆积。模组阶段一般会使用外部风扇或外壳自身散热设计来避免可燃气体聚集。最后在集装箱层面,也需要有通风设施及监测系统来疏散可燃气体。
2)外部辅助系统故障引发的储能系统故障
由辅助系统故障而引发的整个储能系统故障一般发生在电池系统的外部,可能会发生外部元器件的燃烧或冒烟,当系统及时监测与响应后,不会对电池系统的电芯产生失效或热失控的影响。在2021年Vistra Moss Landing 1期和2022年的2期事故中,由于当时在调试阶段,故障监控和电气故障安全装置被关闭,无法及时响应,才产生了冒烟与火灾。这种火焰燃烧通常从电池系统外部开始,最后才会蔓延到电芯内部,所以不会发生剧烈的放热反应与可燃气体聚集的情况,通常不会发生爆炸。且如果此时喷淋系统能及时开启,也不会造成大面积的设施损坏。
而2021年在澳大利亚吉朗发生的“Victorian电站”火灾是由于冷却剂泄漏引起的电池短路,造成起火。此时电池系统的物理隔离也是值得我们注意的地方。外部设施最好与电池系统保持一定的独立空间,避免相互干扰。电池系统最好自身也保持一定的绝缘功能,避免外部短路。
针对储能系统的安全,可以建立以下措施:
1、建立全面的风险评估与预防措施
在储能系统的设计和建设阶段,进行全面的风险评估至关重要。在电池设计方面,可以采用高质量的选材和精密加工,从而减少电芯失效的可能性。此外,应确保电池和外部辅助系统之间有合理的隔离和保护措施,以防止外部故障影响电池的正常运行。
2、接入更有效、提前预警时间更长的监测与运维平台
储能系统应接入更有效的数字化监测与运维平台,实时捕捉电芯内部热失控、电芯之间不一致性等潜在风险隐患。通过精准运维策略,确保电池储能系统始终处于健康良好的运行状态。该平台还应具备预警功能,至少一周提前发现潜在问题,使得预防措施可以在事故发生前得以采取。
传统的BMS管理系统在面对大规模储能电站安全监测时可能心有余而力不足,一是,电池规模巨大,增加了管理和检测的难度;二是,随着电池本体因素演化,电池安全参数都将发生变化,给电池管理系统的精准预测带来了挑战;三是,提前预测时间有限,锂电池从出现热失控征兆到燃爆之间时间较短,长时预警正逐渐成为行业发展需要。
新思路就要用新做法,美克生能源自主研发国内首个商业化锂电池安全故障预警平台——电池预诊断系统(PSS)。开创锂电池电化学算法,开发硬件求解器智能分析电池运行状态,针对电池安全进行深度“血液级”检测,提前诊断预警,将“预防做在消防前”,保障稳定运行;免拆解云诊断,在线对电池进行定点定位安全检测,“零时间成本”对锂电池进行“体检”,提供电池健康状态评估、电池状态校正、电池剩余寿命预测等服务,为运维人员提出科学建议,从而更大程度上保障锂电池全生命周期的安全。
PSS系统界面
相比于传统的电池管理系统,PSS系统预测精度更高,更早发出安全预警时间,真正做到守护储能电站安全、长寿。
3、引入第三方检测机构并完善安全标准体系
为确保储能系统的安全性,引入专业的第三方检测机构非常重要。这些机构可以提供权威、专业的电池数据评估技术服务,对电池的安全性进行全面检测和评估。同时,不断完善安全标准体系,制定更加严格的安全规程,对产业链上下游的品控与管理进行加强,从源头上避免潜在风险。
4、制定故障应急预案和消防处置措施
除了预防措施,储能系统还应制定完善的故障应急预案和消防处置措施。在发生火灾或其他事故时,能够迅速做出响应和处置,降低损失,确保人员的安全。
综合以上措施,可以有效减少储能电站的安全风险,推动储能系统技术的持续发展,为绿色能源的推广和应用提供更加可靠的支持。
原标题:又一户外集装箱储能柜发生火灾