本周一下午5點15分左右，美國加州Valley Center儲能系統(tǒng)的一個電池存儲裝置起火，該項目由Terra-Gen公司開發(fā)，為鋰離子電池儲能系統(tǒng)。根據公開信息，該項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，當地的公共安全措施已經解除。 據統(tǒng)計，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。從整體數據來看，韓國最多，達到30多起，而美國緊隨其后，共發(fā)生了20起失火事件。
統(tǒng)計發(fā)現，事故發(fā)生的原因大致可以分為兩部分： 1）內部電芯失效，引發(fā)電池與模組的熱失控，最后引起整個儲能系統(tǒng)的著火或爆炸 電芯熱失控引發(fā)的故障呈現的現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；這種現象產生的原因是單個電芯失效，引發(fā)內部化學反應，釋放熱量(放熱反應)，溫度持續(xù)上升，且傳播到附近的電池和模組，引發(fā)火災甚至爆炸。電芯的失效模式一般由過充或控制系統(tǒng)故障、熱暴露、外部短路和內部短路(可由各種情況引起，如壓痕或凹痕、材料雜質、外部物體滲透等)引起。 電芯熱失控之后會產生可燃氣體，發(fā)生爆炸的原因都是可燃氣體不能及時排出而引發(fā)的。此時電池與模組，集裝箱的通風系統(tǒng)則顯得格外重要。一般電池是通過排氣閥排出氣體，排氣閥的壓力調節(jié)可以減少可燃氣體的堆積。模組階段一般會使用外部風扇或外殼自身散熱設計來避免可燃氣體聚集。最后在集裝箱層面，也需要有通風設施及監(jiān)測系統(tǒng)來疏散可燃氣體。 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，當系統(tǒng)及時監(jiān)測與響應后，不會對電池系統(tǒng)的電芯產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，由于當時在調試階段，故障監(jiān)控和電氣故障安全裝置被關閉，無法及時響應，才產生了冒煙與火災。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部，所以不會發(fā)生劇烈的放熱反應與可燃氣體聚集的情況，通常不會發(fā)生爆炸。且如果此時噴淋系統(tǒng)能及時開啟，也不會造成大面積的設施損壞。 而2021年在澳大利亞吉朗發(fā)生的“Victorian電站”火災是由于冷卻劑泄漏引起的電池短路，造成起火。此時電池系統(tǒng)的物理隔離也是值得我們注意的地方。外部設施最好與電池系統(tǒng)保持一定的獨立空間，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)設計只是一小部分，監(jiān)測預警能力、系統(tǒng)集成能力及后期運維才更加關鍵。 未來電化學儲能電站的安全管理應覆蓋全生命周期，包含以下幾個方面： 1.質量管理:目前各家電芯封裝工藝不同，若單個電芯發(fā)生熱失控將很快蔓延到整個集裝箱。優(yōu)質的材料和制造工藝是產品安全的前提，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、檢測使用等關鍵環(huán)節(jié)建立專業(yè)的質量管理標準，將優(yōu)質的材料和先進的工藝應用到產品中，同時，做好全生命周期的儲能安全管理，不僅需要關注生產制造環(huán)節(jié)，同時也要做好存儲、運輸、安裝等多個環(huán)節(jié)的風險預防。
2.提前預警:儲能系統(tǒng)應接入更有效的數字化監(jiān)測與運維平臺，實時捕捉電芯內部熱失控、電芯之間不一致性等潛在風險隱患。通過精準運維策略，確保電池儲能系統(tǒng)始終處于健康良好的運行狀態(tài)。該平臺至少要提前一周發(fā)現潛在問題，使得預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，電池安全參數都將發(fā)生變化，給電池管理系統(tǒng)的精準預測帶來了挑戰(zhàn)；三是，提前預測時間有限，鋰電池從出現熱失控征兆到燃爆之間時間較短，長時預警正逐漸成為行業(yè)發(fā)展需要。
新思路就要用新做法，據了解，美克生能源自主研發(fā)的國內首個商業(yè)化鋰電池安全故障預警平臺——儲能預診斷安全管理系統(tǒng)（PSS），開創(chuàng)鋰電池電化學算法，開發(fā)硬件求解器智能分析電池運行狀態(tài)，可以針對電池安全進行深度“血液級”檢測，提前診斷預警，將“預防做在消防前”，保障穩(wěn)定運行；免拆解云診斷，在線對電池進行定點定位安全檢測，“零時間成本”對鋰電池進行“體檢”，提供電池健康狀態(tài)評估、電池狀態(tài)校正、電池剩余壽命預測等服務，為運維人員提出科學建議，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)預測精度更高，更早發(fā)出安全預警時間，真正做到守護儲能電站安全、長壽。
3.消防保護:做好產品質量及提前預警的基礎之上，儲能系統(tǒng)的消防設計對儲能安全同樣重要。如何通過合理的消防設計，做到對煙感、溫感、可燃氣體等隱患的探測監(jiān)控，通過排風泄壓、防爆等設計減少熱失控擴散帶來的損失等都需要科學合理的設計。
儲能系統(tǒng)消防設計相關廠家
4.系統(tǒng)設計:儲能系統(tǒng)中，存在電池、PCS、BMS、EMS等多個軟硬件，各個部分之間的精細化管理、聯動保護控制十分重要。
