Usuli

Mgogoro wa nishati umefanya mifumo ya kuhifadhi nishati ya betri ya lithiamu-ioni (ESS) kutumika zaidi katika miaka michache iliyopita, lakini pia kumekuwa na idadi ya ajali hatari na kusababisha uharibifu wa vifaa na mazingira, hasara ya kiuchumi, na hata hasara ya maisha. Uchunguzi umegundua kuwa ingawa ESS imekidhi viwango vinavyohusiana na mifumo ya betri, kama vile UL 9540 na UL 9540A, matumizi mabaya ya mafuta na moto vimetokea. Kwa hiyo, kujifunza masomo kutoka kwa matukio ya zamani na kuchambua hatari na hatua zao za kukabiliana zitafaidika maendeleo ya teknolojia ya ESS.

Uchunguzi wa kesi

Ifuatayo ni muhtasari wa kesi za ajali za ESS kubwa kote ulimwenguni kutoka 2019 hadi sasa, ambazo zimeripotiwa hadharani.

Sababu za ajali zilizo hapo juu zinaweza kufupishwa kama mbili zifuatazo:

1) Kushindwa kwa seli ya ndani husababisha matumizi mabaya ya joto ya betri na moduli, na hatimaye husababisha ESS nzima kupata moto au kulipuka.

Kushindwa kunakosababishwa na unyanyasaji wa joto wa seli kunazingatiwa kimsingi kuwa moto unaofuatiwa na mlipuko. Kwa mfano, ajali za kituo cha umeme cha McMicken huko Arizona, Marekani mwaka wa 2019 na kituo cha umeme cha Fengtai huko Beijing, Uchina mnamo 2021 zote zililipuka baada ya moto. Jambo hilo linasababishwa na kushindwa kwa seli moja, ambayo husababisha mmenyuko wa kemikali wa ndani, ikitoa joto (majibu ya exothermic), na joto linaendelea kuongezeka na kuenea kwa seli za karibu na modules, na kusababisha moto au hata mlipuko. Hali ya kushindwa kwa seli kwa ujumla husababishwa na kushindwa kwa chaji au mfumo wa kudhibiti, kukabiliwa na hali ya joto, mzunguko mfupi wa nje na mzunguko mfupi wa ndani (ambayo inaweza kusababishwa na hali mbalimbali kama vile kujipenyeza au kuziba, uchafu wa nyenzo, kupenya kwa vitu vya nje, nk. )

Baada ya unyanyasaji wa joto wa seli, gesi inayowaka itatolewa. Kutoka hapo juu unaweza kuona kwamba matukio matatu ya kwanza ya mlipuko yana sababu sawa, hiyo ni gesi inayowaka haiwezi kutekeleza kwa wakati. Katika hatua hii, betri, moduli na mfumo wa uingizaji hewa wa chombo ni muhimu sana. Kwa ujumla gesi hutolewa kutoka kwa betri kupitia vali ya kutolea nje, na udhibiti wa shinikizo la valve ya kutolea nje unaweza kupunguza mkusanyiko wa gesi zinazowaka. Katika hatua ya moduli, kwa ujumla feni ya nje au muundo wa kupoeza wa ganda itatumika ili kuzuia mkusanyiko wa gesi zinazoweza kuwaka. Hatimaye, katika hatua ya chombo, vifaa vya uingizaji hewa na mifumo ya ufuatiliaji pia inahitajika ili kuondokana na gesi zinazowaka.

2) kushindwa kwa ESS kunasababishwa na kushindwa kwa mfumo wa msaidizi wa nje

Hitilafu ya jumla ya ESS inayosababishwa na hitilafu ya mfumo msaidizi kwa kawaida hutokea nje ya mfumo wa betri na inaweza kusababisha kuungua au moshi kutoka kwa vipengele vya nje. Na wakati mfumo ulifuatiliwa na kuitikia kwa wakati unaofaa, hautasababisha kushindwa kwa seli au unyanyasaji wa joto. Katika ajali za kituo cha Kutua cha Vistra Moss Awamu ya 1 2021 na Awamu ya 2 2022, moshi na moto vilitolewa kwa sababu ufuatiliaji wa hitilafu na vifaa vya kushindwa kwa umeme vilizimwa wakati huo wa awamu ya kazi na haikuweza kujibu kwa wakati. . Aina hii ya miali ya kuungua kwa kawaida huanza kutoka nje ya mfumo wa betri kabla ya kusambaa hadi ndani ya seli, kwa hivyo hakuna athari ya joto kali na mkusanyiko wa gesi inayoweza kuwaka, na kwa hivyo hakuna mlipuko. Zaidi ya hayo, ikiwa mfumo wa kunyunyizia unaweza kugeuka kwa wakati, hauwezi kusababisha uharibifu mkubwa kwa kituo.

Ajali ya moto ya "Kituo cha Nguvu cha Victoria" huko Geelong, Australia mnamo 2021 ilisababishwa na mzunguko mfupi wa betri uliosababishwa na uvujaji wa baridi, ambayo inatukumbusha kuzingatia kutengwa kwa mfumo wa betri. Inashauriwa kuweka nafasi fulani kati ya vifaa vya nje na mfumo wa betri ili kuepuka kuingiliwa kwa pande zote. Mfumo wa betri unapaswa pia kuwa na kazi ya insulation ili kuepuka mzunguko mfupi wa nje.

Hatua za kupinga

Kutoka kwa uchambuzi hapo juu, ni wazi kwamba sababu za ajali za ESS ni unyanyasaji wa joto wa kiini na kushindwa kwa mfumo wa msaidizi. Ikiwa kushindwa hakuwezi kuzuiwa, basi kupunguza kuzorota zaidi baada ya kushindwa kwa kuzuia kunaweza pia kupunguza hasara. Hatua za kuzuia zinaweza kuzingatiwa kutoka kwa vipengele vifuatavyo:

Kuzuia kuenea kwa joto baada ya unyanyasaji wa joto wa seli

Kizuizi cha insulation kinaweza kuongezwa ili kuzuia kuenea kwa unyanyasaji wa joto wa seli, ambayo inaweza kuwekwa kati ya seli, kati ya moduli au kati ya racks. Katika kiambatisho cha NFPA 855 (Kanuni ya Ufungaji wa Mifumo ya Kuhifadhi Nishati Isiyohamishika), unaweza pia kupata mahitaji yanayohusiana. Hatua maalum za kutenganisha kizuizi ni pamoja na kuingiza sahani za maji baridi, airgel na kupenda kati ya seli.

Kifaa cha kuzima moto kwenye mfumo wa betri kinaweza kuongezwa ili kiweze kuitikia haraka ili kuwezesha kifaa cha kuzima moto wakati matumizi mabaya ya joto yanapotokea katika seli moja. Kemia nyuma ya hatari za moto za lithiamu-ioni husababisha kubuni tofauti ya kukandamiza moto kwa mifumo ya hifadhi ya nishati kuliko ufumbuzi wa kawaida wa kuzima moto, ambayo sio tu kuzima moto, lakini pia kupunguza joto la betri. Vinginevyo, athari za kemikali za exothermic za seli zitaendelea kutokea na kusababisha kuwasha tena.

Uangalifu wa ziada pia unahitajika wakati wa kuchagua vifaa vya kuzima moto. Ikiwa maji yatanyunyizwa moja kwa moja kwenye casing ya betri inayowaka inaweza kutoa mchanganyiko wa gesi inayoweza kuwaka. Na ikiwa casing ya betri au fremu imetengenezwa kwa chuma, maji hayatazuia matumizi mabaya ya mafuta. Baadhi ya matukio huonyesha kuwa maji au aina nyingine za vimiminika vinavyogusana na vituo vya betri vinaweza pia kuzidisha moto. Kwa mfano, katika ajali ya moto ya kituo cha umeme cha Vistra Moss Landing Septemba 2021, ripoti zilieleza kuwa mabomba ya kupozea na kuunganisha mabomba ya kituo hicho yalishindikana na kusababisha maji kumwagika kwenye rafu za betri na hatimaye kusababisha betri kukatika kwa mzunguko mfupi na mtaro.

1.Utoaji wa gesi zinazoweza kuwaka kwa wakati

Ripoti zote za kesi zilizo hapo juu zinaonyesha viwango vya gesi zinazoweza kuwaka kama sababu kuu ya milipuko. Kwa hiyo, kubuni na mpangilio wa tovuti, ufuatiliaji wa gesi na mifumo ya uingizaji hewa ni muhimu kwa kupunguza hatari hii. Katika kiwango cha NFPA 855 kunatajwa kuwa mfumo wa kugundua gesi unaoendelea unahitajika. Wakati kiwango fulani cha gesi inayoweza kuwaka (yaani 25% ya LFL) inapogunduliwa, mfumo utaanza kutolea nje uingizaji hewa. Kwa kuongezea, kiwango cha majaribio cha UL 9540A pia kinataja hitaji la kukusanya moshi na kugundua kikomo cha chini cha gesi LFL.

Mbali na uingizaji hewa, matumizi ya paneli za misaada ya mlipuko pia inapendekezwa. Imetajwa katika NFPA 855 kuwa ESSs zinapaswa kusakinishwa na kudumishwa kwa mujibu wa NFPA 68 (Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting) na NFPA 69 (Viwango vya Mifumo ya Ulinzi wa Mlipuko). Hata hivyo, mfumo unapotii Jaribio la Moto na Mlipuko (UL 9540A au sawia), unaweza kuepushwa na hitaji hili. Hata hivyo, kwa kuwa hali za majaribio haziwakilishi kikamilifu hali halisi, uboreshaji wa uingizaji hewa na ulinzi wa mlipuko unapendekezwa.

2.Kuzuia kushindwa kwa mifumo ya msaidizi

Upungufu wa programu/programu za programu na taratibu za kuwaagiza/kuanzisha mapema pia zilichangia matukio ya moto ya Kituo cha Umeme cha Victorian na Vistra Moss Landing Power Station. Katika moto wa Kituo cha Nguvu cha Victoria, unyanyasaji wa joto ulioanzishwa na moja ya moduli haukutambuliwa au kuzuiwa, na moto uliofuata haukuingiliwa pia. Sababu kwa nini hali hii ilitokea ni kwamba uagizaji haukuhitajika wakati huo, na mfumo ulifungwa kwa mikono, ikiwa ni pamoja na mfumo wa telemetry, ufuatiliaji wa hitilafu na kifaa cha kushindwa kwa umeme. Aidha, mfumo wa Udhibiti wa Usimamizi na Upataji Data (SCADA) nao ulikuwa bado haujafanya kazi, kwani ilichukua saa 24 kuanzisha uunganishaji wa vifaa.

Kwa hivyo, inashauriwa kuwa moduli zozote zisizo na shughuli ziwe na vifaa kama vile telemetry amilifu, ufuatiliaji wa hitilafu na vifaa vya usalama vya umeme, badala ya kuzimwa mwenyewe kupitia swichi ya kufunga. Vifaa vyote vya ulinzi wa usalama wa umeme vinapaswa kuwekwa katika hali inayotumika. Kwa kuongeza, mifumo ya ziada ya kengele inapaswa kuongezwa ili kutambua na kukabiliana na matukio mbalimbali ya dharura.

Hitilafu ya programu ya programu pia ilipatikana katika kituo cha Vistra Moss Landing Power Awamu ya 1 na 2, kwani kizingiti cha kuanza hakikuzidi, bomba la joto la betri limeanzishwa. Wakati huo huo, kushindwa kwa kiunganishi cha bomba la maji na kuvuja kwa safu ya juu ya betri hufanya maji kupatikana kwa moduli ya betri na kisha kusababisha mzunguko mfupi. Mifano hii miwili inaonyesha jinsi ilivyo muhimu kwa programu/programu ya programu kuangaliwa na kutatuliwa kabla ya utaratibu wa kuanzisha.

Muhtasari

Kupitia uchambuzi wa ajali kadhaa za moto katika kituo cha kuhifadhi nishati, kipaumbele cha juu kinapaswa kutolewa kwa udhibiti wa uingizaji hewa na mlipuko, ufungaji sahihi na taratibu za kuwaagiza, ikiwa ni pamoja na ukaguzi wa programu, ambayo inaweza kuzuia ajali za betri. Kwa kuongeza, mpango wa kina wa kukabiliana na dharura unapaswa kutengenezwa ili kukabiliana na uzalishaji wa gesi za sumu na vitu.