本周一下午5點(diǎn)15分左右，美國加州Valley Center儲能系統(tǒng)的一個(gè)電池存儲裝置起火，該項(xiàng)目由Terra-Gen公司開發(fā)，為鋰離子電池儲能系統(tǒng)。根據(jù)公開信息，該項(xiàng)目位于圣地亞哥附近，于2022年3月宣布上線，儲能容量為140MW/560MWh。截至目前，當(dāng)?shù)氐墓舶踩胧┮呀?jīng)解除。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來，全球各地發(fā)生了多起儲能電站失火事件。2023年以來，美國已發(fā)生6起儲能電站失火事件，法國1起，我國臺灣地區(qū)1起。從整體數(shù)據(jù)來看，韓國最多，達(dá)到30多起，而美國緊隨其后，共發(fā)生了20起失火事件。
統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，事故發(fā)生的原因大致可以分為兩部分： 1）內(nèi)部電芯失效，引發(fā)電池與模組的熱失控，最后引起整個(gè)儲能系統(tǒng)的著火或爆炸 電芯熱失控引發(fā)的故障呈現(xiàn)的現(xiàn)象基本上是先起火再爆炸：如，2019年發(fā)生在美國亞利桑那州的McMicken電站和2021年中國北京豐臺電站事故均是在起火后發(fā)生爆炸；這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是單個(gè)電芯失效，引發(fā)內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，釋放熱量(放熱反應(yīng))，溫度持續(xù)上升，且傳播到附近的電池和模組，引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸。電芯的失效模式一般由過充或控制系統(tǒng)故障、熱暴露、外部短路和內(nèi)部短路(可由各種情況引起，如壓痕或凹痕、材料雜質(zhì)、外部物體滲透等)引起。 電芯熱失控之后會產(chǎn)生可燃?xì)怏w，發(fā)生爆炸的原因都是可燃?xì)怏w不能及時(shí)排出而引發(fā)的。此時(shí)電池與模組，集裝箱的通風(fēng)系統(tǒng)則顯得格外重要。一般電池是通過排氣閥排出氣體，排氣閥的壓力調(diào)節(jié)可以減少可燃?xì)怏w的堆積。模組階段一般會使用外部風(fēng)扇或外殼自身散熱設(shè)計(jì)來避免可燃?xì)怏w聚集。最后在集裝箱層面，也需要有通風(fēng)設(shè)施及監(jiān)測系統(tǒng)來疏散可燃?xì)怏w。 2）外部輔助系統(tǒng)故障引發(fā)的儲能系統(tǒng)故障 由輔助系統(tǒng)故障而引發(fā)的整個(gè)儲能系統(tǒng)故障一般發(fā)生在電池系統(tǒng)的外部，可能會發(fā)生外部元器件的燃燒或冒煙，當(dāng)系統(tǒng)及時(shí)監(jiān)測與響應(yīng)后，不會對電池系統(tǒng)的電芯產(chǎn)生失效或熱失控的影響。在2021年Vistra Moss Landing 1期和2022年的2期事故中，由于當(dāng)時(shí)在調(diào)試階段，故障監(jiān)控和電氣故障安全裝置被關(guān)閉，無法及時(shí)響應(yīng)，才產(chǎn)生了冒煙與火災(zāi)。這種火焰燃燒通常從電池系統(tǒng)外部開始，最后才會蔓延到電芯內(nèi)部，所以不會發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)與可燃?xì)怏w聚集的情況，通常不會發(fā)生爆炸。且如果此時(shí)噴淋系統(tǒng)能及時(shí)開啟，也不會造成大面積的設(shè)施損壞。 而2021年在澳大利亞吉朗發(fā)生的“Victorian電站”火災(zāi)是由于冷卻劑泄漏引起的電池短路，造成起火。此時(shí)電池系統(tǒng)的物理隔離也是值得我們注意的地方。外部設(shè)施最好與電池系統(tǒng)保持一定的獨(dú)立空間，避免相互干擾。電池系統(tǒng)最好自身也保持一定的絕緣功能，避免外部短路。 針對儲能安全，消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)只是一小部分，監(jiān)測預(yù)警能力、系統(tǒng)集成能力及后期運(yùn)維才更加關(guān)鍵。 未來電化學(xué)儲能電站的安全管理應(yīng)覆蓋全生命周期，包含以下幾個(gè)方面： 1.質(zhì)量管理:目前各家電芯封裝工藝不同，若單個(gè)電芯發(fā)生熱失控將很快蔓延到整個(gè)集裝箱。優(yōu)質(zhì)的材料和制造工藝是產(chǎn)品安全的前提，儲能系統(tǒng)廠家需要做好360°的品控管理工作，尤其是在電芯原料、制造工藝、檢測使用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)建立專業(yè)的質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，將優(yōu)質(zhì)的材料和先進(jìn)的工藝應(yīng)用到產(chǎn)品中，同時(shí)，做好全生命周期的儲能安全管理，不僅需要關(guān)注生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，同時(shí)也要做好存儲、運(yùn)輸、安裝等多個(gè)環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防。
2.提前預(yù)警:儲能系統(tǒng)應(yīng)接入更有效的數(shù)字化監(jiān)測與運(yùn)維平臺，實(shí)時(shí)捕捉電芯內(nèi)部熱失控、電芯之間不一致性等潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患。通過精準(zhǔn)運(yùn)維策略，確保電池儲能系統(tǒng)始終處于健康良好的運(yùn)行狀態(tài)。該平臺至少要提前一周發(fā)現(xiàn)潛在問題，使得預(yù)防措施可以在事故發(fā)生前得以處理。
傳統(tǒng)的BMS管理系統(tǒng)在面對大規(guī)模儲能電站安全監(jiān)測時(shí)可能心有余而力不足，一是，電池規(guī)模巨大，增加了管理和檢測的難度；二是，隨著電池本體因素演化，電池安全參數(shù)都將發(fā)生變化，給電池管理系統(tǒng)的精準(zhǔn)預(yù)測帶來了挑戰(zhàn)；三是，提前預(yù)測時(shí)間有限，鋰電池從出現(xiàn)熱失控征兆到燃爆之間時(shí)間較短，長時(shí)預(yù)警正逐漸成為行業(yè)發(fā)展需要。
新思路就要用新做法，據(jù)了解，美克生能源自主研發(fā)的國內(nèi)首個(gè)商業(yè)化鋰電池安全故障預(yù)警平臺——儲能預(yù)診斷安全管理系統(tǒng)（PSS），開創(chuàng)鋰電池電化學(xué)算法，開發(fā)硬件求解器智能分析電池運(yùn)行狀態(tài)，可以針對電池安全進(jìn)行深度“血液級”檢測，提前診斷預(yù)警，將“預(yù)防做在消防前”，保障穩(wěn)定運(yùn)行；免拆解云診斷，在線對電池進(jìn)行定點(diǎn)定位安全檢測，“零時(shí)間成本”對鋰電池進(jìn)行“體檢”，提供電池健康狀態(tài)評估、電池狀態(tài)校正、電池剩余壽命預(yù)測等服務(wù)，為運(yùn)維人員提出科學(xué)建議，從而更大程度上保障鋰電池全生命周期的安全。
PSS系統(tǒng)界面
相比于傳統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)，PSS系統(tǒng)預(yù)測精度更高，更早發(fā)出安全預(yù)警時(shí)間，真正做到守護(hù)儲能電站安全、長壽。
3.消防保護(hù):做好產(chǎn)品質(zhì)量及提前預(yù)警的基礎(chǔ)之上，儲能系統(tǒng)的消防設(shè)計(jì)對儲能安全同樣重要。如何通過合理的消防設(shè)計(jì)，做到對煙感、溫感、可燃?xì)怏w等隱患的探測監(jiān)控，通過排風(fēng)泄壓、防爆等設(shè)計(jì)減少熱失控?cái)U(kuò)散帶來的損失等都需要科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。
儲能系統(tǒng)消防設(shè)計(jì)相關(guān)廠家
4.系統(tǒng)設(shè)計(jì):儲能系統(tǒng)中，存在電池、PCS、BMS、EMS等多個(gè)軟硬件，各個(gè)部分之間的精細(xì)化管理、聯(lián)動(dòng)保護(hù)控制十分重要。
