随着锂离子电池的扩大，下降火灾风险变得加倍重要

作者：克里斯·沃伦

对储能未来增长的猜测使人大开眼界。作为布景，斟酌美国能源信息治理局 （EIA） 报告说，截至 2019 年末，美国有 402 兆瓦的小型电池存储和略高于 1 吉瓦的大型电池存储正在运行。

然而，到2023年，EIA猜测美国将再安装10吉瓦的大型电池。在全球范围内，投资正在涌入储能项目，预计到2028年电池的总市场范围将接近270亿美元。

储能投资和摆设大幅上升的底子原因很明显。随着全球电力结构增加了来自风能和太阳能等可变来源的大量发电量，电池储能对于在没有阳光和风吹时可靠地输送电子至关重要。

随着电池储能的范围和重要性的增长，确保这些系统的设计、安装和运行尽可能平安、对情况负责的需求也在增加。由于现今的电池存储系统绝大大都使用锂离子技术，因此该行业必须采纳办法预防和减轻潜伏的火灾，并为罕有的火灾发生预备有效的响应。

EPRI的电池储能系统数据库已经跟踪了50多起公用事业范围的电池故障，其中大部分发生在过去四年中。一场火灾致使急救职员受到危及生命的伤害。这些事件代表了全球12.5 GWh锂离子电池储能的1%至2%的故障率。

收集应对火灾风险所需的数据

为了更好地领会和增强锂离子电池存储系统的平安性，EPRI和16家成员公用事业公司于2019年启动了电池储能防火缓息争计划。该倡议是EPRI带领的几项尽力之一，旨在确定电池故障的底子原因，并改良和分享有关有效响应策略的知识。这些行动包括制定电池储能消防平安线路图，制定系统设计建议和领先实践，以及培训和与负责灭火的急救职员合作。

这项工作旨在为锂离子电池的所有者和运营商以及急救职员提供研究知情教育。在这项任务中，EPRI及其合作伙伴具有重要上风。“有很多行业处置爆炸性的工具。我们已经很是领会治理爆炸危险的方式，“EPRI的首席技术负责人Dirk Long说，他正在带领大部分研究。“可是当大大都这些系统建成时，没有人关注爆炸危险。人们没有将他们的大脑指向正确的问题，也没有关于如何解决这些问题的杰出数据。这项工作旨在解决这个问题。

该研究还旨在为公用事业公司提供熟悉锂离子技术所需的信息和工具。“当公用事业公司看到这些火灾时，他们会问他们是否应该使用锂电池，”Long说。“我以为这是错误的回应。这是一个吸取所有经验教训的问题，关注正确的问题，并在我们的行业中解决这些问题。

例如，汽车行业已经熟悉到避免单电池热失控传布的系统设计的重要性。本课程已成为行业领先的实践，并被添加到电动汽车电池组的最新UL标准中。“这是一种建立在该行业十年经验教训根本上的系统思维，”Long说。“我们可以将这种学习带入固定式储能市场。

领会热失控

EPRI的工作主要集中在预防故障并在发生故障时有效响应。要做好这两点，领会可能致使锂离子电池爆炸和火灾的原因至关重要。“我们担忧锂离子电池危害的底子原因是热失控，”Long说。

在最根基的层面上，当某种类型的故障致使电池内部过热时，锂离子电池中的热失控就会发生。“这是电化学以自己的方式分化，发生大量热量并发生自我加速反应，”Long说。“它可能会引起火灾，并开释出大量易燃的气体，并可能致使爆炸。过去的EPRI研究确定了热失控的四个底子原因：内部细胞缺陷;有故障的电池治理系统，包括硬件或软件故障;电气隔离不足;以及湿度和灰尘等造成的情况污染。

关于如何下降热失控的风险，已经学到了很多工具。例如，EPRI对美国的锂离子电池存储项目进行了八次实地考查。这些站点包括正在设计、正在扶植和已经运行的系统;这些系统的巨细从0.3 MW / 0.6 MWh到182 MW / 730 MWh不等。 EPRI对这些站点的平安审查包括数据分析（设计文件和设备认证），站点演练以及基于储能集成委员会火灾危害减缓指南的评估。

按照这些评估，EPRI制定了经验教训，并便可以采纳哪些步调来进步平安性提供了指导。“我们发现，虽然公用事业公司对平安问题有很多熟悉，但每个公用事业公司都有很多可以革新以进步平安性的场地设计功能，”Long说。

这项研究的成果包括以下内容。

平安评估受主观性的影响——评估电池系统以领会其性能和故障模式与进行平安评估之间存在底子区别。可以使用可量化的数据客观地分析性能和平安缝隙。相比之下，平安评估本质上是主观的，受评估职员的经验和专业知识、系统所有者对风险的容忍度以及对平安相关数据的诠释等因素的指导。评估平安的人的脚色也会影响他们的概念和优先事项。例如，一些消防专业职员在危险材料火灾方面经验丰富，而另一些人在涉及锂离子或其他电池存储化学品的平安事件方面具有特定经验。为了最大限度地进步平安性，重要的是将完成平安评估的职员的专业知识和经验与各个站点的系统设计和技术相匹配。这样做还可以削减评估所需的时间，由于相关专家已经熟悉潜伏的平安缝隙和遗漏风险的可能性。

所有权模式决议平安治理和责任——明白的责任线可进步电池储能系统的平安性。然而，在评估多个存储系统站点时，EPRI 观察到分歧的所有权模子云平安治理责任。更使人困惑的是，大型电池系统通常由供给商和所有者夹杂操纵，这可能会模糊采纳办法下降平安风险的责任。清楚地领会和转达平安脚色和责任对于进步平安性至关重要。

通用平安数据支持通用评估进程——评估电池储能系统平安风险的最佳方式取决于其化学成份和容器。它还依靠于测试从单元到整个系统的每个集成级别。此外，将适当的平安测试方式和模子应用于每个电池系统也很重要。例如，一项EPRI评估确定在平安测试中使用了不正确的数据集;使用的数据暗示与要在现场安装的电池模块分歧的电池模块。当使用适当的数据时，发现了新的爆炸风险，这需要重新设计电池外壳。

计划故障需要决议可接管的损坏水平 – 不成能完全消除电池系统起火的风险。削减火灾或爆炸可能性的步调不成避免地涉及选择和权衡。EPRI最近的一项研究着眼于平安设计功能的本钱与系统的总拥有本钱的关系。一些业主可能会接管系统及其组件可能发生故障以及事件发生后需要的清理用度，而不是承当额外的平安办法用度。其他人可能会以为，可能丧失的存储容量和清理用度迫使在减缓和预防方面进行更多的投资。

应对火灾和其他平安相关事件

采纳办法避免热失控可以削减但永远无法完全消除其发生的可能性。“电池进入热失控的风险总是不为零的，即使风险很是低，”EPRI的技术主管Stephanie Shaw说，他的研究重点是评估和削减能源生产和贮存对情况和健康的影响。“你还必须始终关注之后会发生什么，并治理这种失败的所有成果。Shaw的研究探讨了诸如助燃空气羽流的成份，用于扑灭电池火灾的水以及这些开释对急救职员和公众的潜伏风险等主题。

为了帮助最大限度地进步对火灾和其他平安事件的响应效率，EPRI 举行了一个由公用事业代表、研究职员、急救职员和消防平安专家加入的研讨会。目标是收集看法和领先实践，以奉告分歧的好处相关者应如何沟通并为可能的平安事故做好预备。

由此发生的报告《电池储能系统所有者和运营商的主动第一响应者介入》概述了进步平安性的行动，同时加速了项目标摆设并下降了本钱。这些建议都偏重于在安装电池存储系统之前或起头运行之前要采纳的步调。

这些建议范围普遍，包括对要遵循的主要做法的总体方式的指导。它们适用于从采购到安装的各个阶段，以及向急救职员学习和培训电池火灾的一些怪异挑战。

下文概述了其中一些建议。

存储系统设计阶段的开放式沟通 — 急救职员与电池储能所有者和运营商之间的亲近协作和沟通始终很重要。它应该在系统安装起头之前就起头了。通常，它仅在许可进程中起头，此时设计和施工计划可能已经完成。这是一个错失的机遇。当对话提前起头时，急救职员可以提供有关最有效的灭火和遏制系统的信息，以及电池系统之间理想间隔的偏向，以避免火势舒展到其他装置和容器。急救职员还可以向公用事业公司先容他们的典型响应协议。然后，可以将此信息集成到事件响应系统中。其他指南包括开辟电池平安方面的公用事业专业知识，以及在每个存储系统设施中完玉成面的平安评估。另一个重要的领先实践是公用事业公司在每个电池站点确定平安线索。这为第一响应者提供了一个知识渊博的联系人，以便在发生事故时与之沟通。

智能设计和应急响应计划 — 消防员需要可靠的供水渠道。其他需要斟酌的设计特征包括存在多个报警系统，以防一个发生故障;充电和放电水平的限制以及明白定义的温度和电压范围;以及显示告急断开开关位置的清楚标牌。此外，具体说明封闭电池存储系统法式的应急响应计划可避免紊乱和响应中的风险延迟。

与急救职员合作并帮助培训急救职员 – 消防员需要领会电池存储系统的设计以及安装该系统的设施中的结构和消防系统。电池储能系统的所有者和运营商应主动确保急救职员把握这些信息，并应积极征求他们的反馈意见。存储所有者还应为第一响应者提供电池存储专家，并提供延续培训，以帮助确保他们在发生事故时做好预备。

与公用事业公司、急救职员以及存储系统所有者和运营商合作的主要收获是积极主动地延续协作。对于公用事业、存储所有者和运营商来说，倾听也很重要。“帮助培训急救职员很重要，但更重要的是接管他们的培训，由于他们有应对火灾的看法和实践，可以适用于这里以及必须遵守的协议，”Shaw说。

EPRI今朝正在研究一系列资源，以帮助进步电池储能系统的平安性，称为项陌生命周期平安工具包。它将包括从数据集到利剑皮书和指南的所有内容，这些指南提供了下降电池起火风险并在发生时优化响应的实用步调。

“这些都是关于帮助行业迈出平安的第一步，”Long说。“假如你让人们起头，我们知道如何解决大大都问题。我们以为，一旦你有足够多的聪明人将他们的大脑指向正确的问题，他们就能够集体解决这个问题。编译 陈讲运