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編者按：如今，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的部署，鋰離子電池是當(dāng)今儲(chǔ)能系統(tǒng)中的主要組件，但如果設(shè)計(jì)、安裝或維護(hù)不當(dāng)，可能對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)帶來重大風(fēng)險(xiǎn)和損失。電池大規(guī)模破壞性測(cè)試或燃燒測(cè)試可以評(píng)估系統(tǒng)安裝安全性，并幫助急救人員確定發(fā)生故障時(shí)的最佳處理方式。

如今，由于解決了太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的間歇性和可靠發(fā)電的問題，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)得到了廣泛的部署。采用儲(chǔ)能系統(tǒng)，太陽能發(fā)電設(shè)施可以在日落之后繼續(xù)提供電力。經(jīng)過多年的推廣和應(yīng)用，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在主要能源市場(chǎng)獲得了更多關(guān)注，特別是在夏威夷這樣不再為新的住宅太陽能客戶提供補(bǔ)貼的美國(guó)一些州和地區(qū)。然而，就美國(guó)大部分地區(qū)和全球太陽能市場(chǎng)而言，儲(chǔ)能系統(tǒng)仍然是一個(gè)小眾應(yīng)用。


安全性是阻礙太陽能+儲(chǔ)能設(shè)施部署的重要因素。鋰離子電池是當(dāng)今儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）中的主要組件，但如果設(shè)計(jì)、安裝或維護(hù)不當(dāng)，可能對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)帶來重大風(fēng)險(xiǎn)和損失。鋰離子電池含有揮發(fā)性碳?xì)浠衔镫娊赓|(zhì)，在某些條件下會(huì)引起無法控制的火災(zāi)或爆炸。目前行業(yè)機(jī)構(gòu)正在開發(fā)和制定旨在使電池儲(chǔ)能系統(tǒng)更安全的防火規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，但存在很大的不確定性，而很多廠商和用戶缺乏對(duì)其安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和措施的認(rèn)識(shí)。

電池起火面臨的后果

自2018年5月以來，韓國(guó)部署的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生了20多起火災(zāi)。今年4月19日，亞利桑那州公共服務(wù)（APS）公司部署的一個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)和爆炸，導(dǎo)致多名消防員住院，其中3名需要轉(zhuǎn)院治療。APS公司在事件發(fā)生后立即采取措施關(guān)閉了其他兩個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，以評(píng)估安全問題。這些事件正在向儲(chǔ)能行業(yè)廠商、公用事業(yè)公司、具有管轄權(quán)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)（AHJ）、消防機(jī)構(gòu)等敲響了安全警鐘。許多開發(fā)商、獨(dú)立電力生產(chǎn)商和公用事業(yè)公司暫時(shí)停止運(yùn)營(yíng)其電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，以便在重新評(píng)估其電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性。

電池燃燒測(cè)試的作用

美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)（NFPA）855等消防規(guī)范有助于提高電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性。雖然NFPA 855和其他規(guī)范即將制定實(shí)施，但它們離廣泛采用還有幾年的時(shí)間。同時(shí)，為了安全地部署電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，相關(guān)行業(yè)需要額外的測(cè)試數(shù)據(jù)來證明和驗(yàn)證儲(chǔ)能系統(tǒng)在非理想條件下的響應(yīng)，并幫助定義產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

美國(guó)獨(dú)立光伏組件測(cè)試實(shí)驗(yàn)室（PVEL）及其合作伙伴開展了電池大規(guī)模破壞性測(cè)試或燃燒測(cè)試，試圖解決安全運(yùn)行問題，尤其是在沒有工作人員監(jiān)管的情況下。該測(cè)試通過模擬電池運(yùn)行期間的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)故障條件，揭示了特定儲(chǔ)能系統(tǒng)在故障期間的行為。燃燒測(cè)試結(jié)果用于評(píng)估系統(tǒng)安裝安全性，并幫助急救人員確定發(fā)生故障時(shí)的最佳處理方式。

通過更好地了解電池故障，利益相關(guān)者可以識(shí)別出事故發(fā)生時(shí)，對(duì)于緊急響應(yīng)者、建筑物和其他基礎(chǔ)設(shè)施最有可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。為此，開發(fā)人員和系統(tǒng)所有者可以設(shè)計(jì)和實(shí)施更好的管理和控制火災(zāi)和爆炸的方法。例如，測(cè)試結(jié)果可用于確定部署電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的建筑物或容器所需的通風(fēng)條件或火災(zāi)抑制劑的水平，其測(cè)試結(jié)果還可以確定水或其他非傳統(tǒng)滅火劑是否足以滅火。

如何實(shí)施測(cè)試

大規(guī)模電池破壞性測(cè)試從了解儲(chǔ)能系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和組成開始。電池由電池單體組成，在某些情況下甚至由數(shù)千個(gè)單體組成。將一定數(shù)量的電池單體放置在電池包或電池模塊的結(jié)構(gòu)中，然后將這些電池模塊串聯(lián)和并聯(lián)，以形成完整的電池系統(tǒng)。在電池模塊或系統(tǒng)級(jí)別中的任何一個(gè)組件都有可能導(dǎo)致易燃?xì)怏w逸出，在熱失控后可能會(huì)爆炸?；馂?zāi)通常來自單塊電池，但如果電池組設(shè)計(jì)不當(dāng)，失效可以快速地從一塊電池蔓延到另一塊電池（這種失效稱為熱失控）。

美國(guó)獨(dú)立光伏組件測(cè)試實(shí)驗(yàn)室（PVEL）遵循UL 9540A標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中熱失控火焰蔓延的方法。該標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)電池單體、模塊、系統(tǒng)級(jí)別的電池進(jìn)行破壞性測(cè)試。在每種情況下，電池被加熱或以其他方式強(qiáng)制進(jìn)入熱失控狀態(tài)，釋放廢氣直至產(chǎn)生反應(yīng)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸或其他故障。在每個(gè)級(jí)別都收集了許多與廢氣成分、釋放速率、溫度、熱通量、放熱率、爆炸風(fēng)險(xiǎn)等相關(guān)的變量。

電池的燃燒測(cè)試可以深入了解火災(zāi)可能蔓延的位置、蔓延速度以及可能存在的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。這些信息有助于救援人員制定適當(dāng)?shù)木o急行動(dòng)計(jì)劃和標(biāo)準(zhǔn)操作程序，無論是采用將水或其他滅火劑快速撲滅火災(zāi)，還是讓其燃燒但控制其蔓延范圍和區(qū)域，都可以安全快速地應(yīng)對(duì)和處理事故。其研究結(jié)果還指導(dǎo)了抑制和探測(cè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、爆炸建模、防護(hù)以及選址要求。

未來的展望

如果沒有進(jìn)行燃燒測(cè)試，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)部署和運(yùn)行的安全將不能得到保障。由于韓國(guó)和亞利桑那州的儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)，保險(xiǎn)公司也關(guān)注到電池儲(chǔ)能系統(tǒng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。因此，遵守標(biāo)準(zhǔn)很快就會(huì)成為保險(xiǎn)公司對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)提供財(cái)務(wù)支持和保險(xiǎn)的必要條件。

相關(guān)行業(yè)對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全所需的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范正在制定中。雖然目前美國(guó)只有少數(shù)司法管轄區(qū)需要進(jìn)行燃燒測(cè)試，但美國(guó)獨(dú)立光伏組件測(cè)試實(shí)驗(yàn)室（PVEL）預(yù)計(jì)，到2021年這樣的標(biāo)準(zhǔn)將在絕大多數(shù)美國(guó)司法管轄區(qū)內(nèi)獲得強(qiáng)制執(zhí)行。行業(yè)人士希望采用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范需要進(jìn)行大規(guī)模的火災(zāi)測(cè)試才能克服一些極端的問題，并提出電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安裝最小間距和尺寸要求。

有了這些正確的信息，儲(chǔ)能行業(yè)就可以更加廣泛地應(yīng)用這項(xiàng)有前途的儲(chǔ)能技術(shù)，而不會(huì)對(duì)生命或財(cái)產(chǎn)造成不應(yīng)有的損失，甚至在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范得到完善、實(shí)施和要求之前也是如此。

原標(biāo)題：電池破壞性測(cè)試將為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全部署和運(yùn)行提供幫助