據(jù)外媒報(bào)道,在日前由Solar Media主辦的美國(guó)2021年儲(chǔ)能峰會(huì)上,由行業(yè)專(zhuān)家組成的一個(gè)討論小組探討了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性以及如何將鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全地部署到城市環(huán)境中。小組成員并指出,儲(chǔ)能行業(yè)應(yīng)該做好應(yīng)對(duì)鋰離子電池系統(tǒng)故障的充分準(zhǔn)備,以使電池單元的熱失控不會(huì)引起火災(zāi)或爆炸。
討論小組成員之一、美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室技術(shù)顧問(wèn)Matthew Paiss說(shuō):“如果熱失控事件可以預(yù)見(jiàn),那么就可以預(yù)防電池火災(zāi)事件。”Paiss曾是一名消防專(zhuān)家,曾任職于各種安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)制定技術(shù)委員會(huì)。
在熱失控測(cè)試之后燒毀的鋰離子電池單元
初創(chuàng)廠商Cadenza Innovation公司首席技術(shù)官Per Onnerud表示,該公司專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一種新型的“Supercell”電池模塊結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可防止鋰電池的熱失控級(jí)聯(lián)到其他電池以引發(fā)火災(zāi)的事件,他說(shuō),從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上來(lái)說(shuō),電池產(chǎn)品的某些故障總是會(huì)發(fā)生。
雖然一些專(zhuān)家表示,每1000萬(wàn)個(gè)電池中可能只會(huì)有一個(gè)發(fā)生故障,但目前的儲(chǔ)能系統(tǒng)的部署規(guī)模越來(lái)越大,采用的電池也越來(lái)越多,發(fā)生故障的可能性也隨之增加。與此同時(shí),采用的電池也越來(lái)越大,因此如果電解液等活性物質(zhì)著火,就會(huì)產(chǎn)生更多的易燃?xì)怏w。
Onnerud表示,由于這種氣體爆炸和火勢(shì)蔓延起的火災(zāi)是難以接受的。電池的設(shè)計(jì)應(yīng)為發(fā)生熱失控故障做好準(zhǔn)備,以便可以從容地處理這些故障。
Cadenza Innovation公司已經(jīng)在紐約電力管理局(NYPA)的總部部署了基于其Supercell架構(gòu)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)試點(diǎn)項(xiàng)目。紐約電力管理局是一家公共電力組織,為紐約州的電力負(fù)荷提供約25%的電力。參加了討論小組的紐約電力管理局研發(fā)工程師Steven Wilkie表示,與在更偏遠(yuǎn)或農(nóng)村地區(qū)安裝電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相比,在城市環(huán)境中部署電池儲(chǔ)能系統(tǒng)需要更加周全地考慮安全性問(wèn)題。
儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)商需要將風(fēng)險(xiǎn)與儲(chǔ)能部署的迫切需求進(jìn)行權(quán)衡。例如,紐約電力管理局(NYPA)正在市區(qū)的高層建筑附近部署一個(gè)電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。因此,公用事業(yè)公司必須考慮可能需要添加哪些附加系統(tǒng)或功能,以確保建筑物內(nèi)的居民安全,以及即使發(fā)生小事故是否需要撤離等事項(xiàng)。
Wilkie指出,更廣泛地說(shuō),如果發(fā)現(xiàn)異常情況(例如熱失控),則需要制定預(yù)期的響應(yīng)程序和計(jì)劃。需要從部署電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的用戶角度來(lái)研究與當(dāng)?shù)叵啦块T(mén)的合作,在任何給定情況下該如何做,并使用正確的監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備。
風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防的許多方面
紐約電力管理局(NYPA)認(rèn)識(shí)到電池在某些情況下可能會(huì)發(fā)生熱失控,并且應(yīng)該能夠有效應(yīng)對(duì)。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部的噴淋系統(tǒng)應(yīng)對(duì)此有效進(jìn)行處理,其中包括用于防止可燃?xì)怏w積聚而爆燃的通風(fēng)系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)。他說(shuō),將良好的電池管理系統(tǒng)與一定程度的人工通風(fēng)措施相結(jié)合,可以減少電池儲(chǔ)能系統(tǒng)爆炸的危險(xiǎn),這是希望避免或顯著降低電池火災(zāi)的措施。
大型公用事業(yè)和能源控股廠商杜克能源公司儲(chǔ)能業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Jay Sadler表示,對(duì)于杜克能源公司來(lái)說(shuō),該公司已經(jīng)開(kāi)始在農(nóng)村地區(qū)部署儲(chǔ)能系統(tǒng),但越來(lái)越多的儲(chǔ)能系統(tǒng)將部署城市環(huán)境中,這需要根據(jù)具體情況評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)。
與此同時(shí),需要盡可能降低風(fēng)險(xiǎn)。杜克能源公司正在實(shí)施Wilkie提到的所有安全技術(shù),無(wú)論是在農(nóng)村還是城市地區(qū)。Sadler說(shuō),“電池儲(chǔ)能系統(tǒng)需要采用更嚴(yán)格的運(yùn)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)。如果能迅速檢測(cè)到電池逸出的氣體,那么就降低起火和爆炸的可能性。”他表示,該公司所使用的安全技術(shù)包括Li-Ion Tamer氣體檢測(cè)系統(tǒng)。
風(fēng)險(xiǎn)管理的另一個(gè)方面是,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠以保守的方式運(yùn)行。杜克能源公司對(duì)其部署的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電池的充電狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和限制。為了降低風(fēng)險(xiǎn),即使電池制造商聲稱(chēng)他們的電池能夠在5%的電量狀態(tài)下運(yùn)行,杜克能源公司的運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)也只將電量降低到15%,這就是Jay Sadler所稱(chēng)的“標(biāo)準(zhǔn)化”措施之一。
與此同時(shí),電池儲(chǔ)能系統(tǒng)需要良好的維護(hù),例如定期清理電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)的過(guò)濾器。但是,從成本角度來(lái)看面臨的一個(gè)問(wèn)題是,較新的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用了最新技術(shù)以確保安全,很多老舊的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并沒(méi)有采用。Sadler表示,將這些新技術(shù)應(yīng)用在這些老舊電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在成本上并不劃算。他說(shuō),目前缺乏簡(jiǎn)單的解決方案來(lái)確保緊急響應(yīng)人員能夠安全地處理這些電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的任何問(wèn)題,這一差距引發(fā)了一些擔(dān)憂。
美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首席技術(shù)官Josh Lamb博士表示,任何儲(chǔ)能技術(shù)始終存在固有的風(fēng)險(xiǎn),尤其是隨著技術(shù)的進(jìn)步和能量密度的提高,越來(lái)越多的能量被容納到體積越來(lái)越小的電池產(chǎn)品設(shè)備中。他說(shuō),“任何電池都有重大風(fēng)險(xiǎn),因此我們應(yīng)該了解如何安全處理火災(zāi)。”
對(duì)于美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō),目前面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是,雖然可以測(cè)試電池或儲(chǔ)能系統(tǒng)出問(wèn)題時(shí)會(huì)發(fā)生什么,但很難評(píng)估在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題的可能性。Lamb說(shuō),這使得很難向最終用戶說(shuō)明將面臨的風(fēng)險(xiǎn)。
Cadenza Innovation的Per Onnerud表示,在安全教育方面,儲(chǔ)能行業(yè)仍然存在一些差距,而且這種差距還涉及安全測(cè)試。例如,穿刺測(cè)試(將釘子釘進(jìn)鋰電池以引起熱失控)被認(rèn)為是對(duì)電池的主要安全性和故障測(cè)試之一。
但是,穿刺測(cè)試的目的是模擬在電池單元級(jí)別發(fā)生內(nèi)部短路(熱失控的主要原因之一)時(shí)出現(xiàn)的情況。如果電池生產(chǎn)廠商知道如何規(guī)避或減輕穿刺測(cè)試的影響,則這種測(cè)試就不能很好地衡量電池對(duì)內(nèi)部短路的反應(yīng)。
研究機(jī)構(gòu)還制定了其他測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),例如美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)使用內(nèi)部短路裝置,該裝置使用熔化的蠟加熱電池從而產(chǎn)生短路,Onnerud說(shuō),“這是我們希望在電池行業(yè)中看到的測(cè)試類(lèi)型。”
Onnerud提到的另一個(gè)安全教育差距是,磷酸鐵鋰(LFP)電池化學(xué)通常被認(rèn)為比鎳錳鈷(NMC)和其他類(lèi)型的電池更安全,并且在某種程度上說(shuō),它具有較高的溫度耐受性和耐濫用性,但是仍然含有可產(chǎn)生爆炸性氣體的活性電解質(zhì)材料。在城市環(huán)境中,確保這些氣體逸出或被充分稀釋而不會(huì)造成太大的風(fēng)險(xiǎn),將是安全使用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的一個(gè)主要考慮因素。
Onnerud表示,電池儲(chǔ)能行業(yè)非常重視安全性,并且其標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范正在迅速發(fā)展。他說(shuō),鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)肯定比核能發(fā)電更加安全。美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室技術(shù)顧問(wèn)Matthew Paiss指出,高速行駛的攜帶燃料的汽車(chē)很可能不符合安全規(guī)定,但并不影響其廣泛應(yīng)用,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)也是如此,只是需要加強(qiáng)安全性。
Per Onnerud說(shuō),“盡管可能還會(huì)有其他選擇,但目前鋰離子電池是我們可以采用的成本最低的儲(chǔ)能技術(shù)。隨著人類(lèi)面臨氣候變化的緊迫性,化石燃料的能源轉(zhuǎn)型必須迅速進(jìn)行。鋰離子電池已經(jīng)并且將繼續(xù)是這一轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵部分。”
他表示,從測(cè)試的透明度、開(kāi)發(fā)更好的安全設(shè)備、與消防部門(mén)和其他機(jī)構(gòu)的合作來(lái)看,所有這些措施對(duì)于加強(qiáng)安全性至關(guān)重要。此外,美國(guó)消防協(xié)會(huì)的NFPA 855等規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)需要在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施,以確保電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的最佳安全實(shí)踐的統(tǒng)一性。
原標(biāo)題:儲(chǔ)能行業(yè)如何為應(yīng)對(duì)鋰離子電池系統(tǒng)熱失控故障做好準(zhǔn)備?