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日前,咨询机构Enertis Applus+公司的工程经理Angus Moodie指出,消防安全应始终是电池储能行业的首要关注点,并需采取有效措施来确保这一目标得以实现。
尽管电池储能系统火灾事件的发生率相对较低,但这一新兴储能技术的任何故障都可能引发公众的广泛担忧和政府部门密切关注。因为一旦发生故障,不仅可能污染环境,还可能对周边居民、应急人员及当地生态造成持久负面影响。
尽管故障事件的数量正在下降(如图1所示),但每次事件都为深入调查电池储能系统故障提供了契机,并为电池储能行业和政府部门提供了更多关于如何提升系统安全性的宝贵知识。
图1:EPRI公司和Wood Mackenzie公司发布的全球电网规模电池储能系统部署及故障统计数据
然而,只是依赖事故后的教训进行总结是一种滞后方法,并且安全标准往往滞后于电池储能系统的快速部署。虽然安全标准和法规应为电池储能系统的设计、建造、运营和拆解提供基准,但人们的努力不应止步于此。
考虑到所有相关变量,实施全面的风险管理层次结构是确保电池储能系统安全不可或缺的最佳实践。以今年1月在加利福尼亚州莫斯兰汀发生的电池储能系统火灾事件为例,通过对此事件的分析以及对当前标准和方法的比较,人们可以更清晰地认识到这一点。
消除电池储能系统火灾隐患的策略
消除策略旨在从电池储能系统的设计和运营中彻底消除潜在的火灾隐患。电池储能系统开发商和业主应自问一个关键问题:是否必须引入可能带来火灾隐患的储能技术?
在某些情况下,电池储能系统安全运营依赖于锂离子电池系统的特性,但必须认识到这一选择会带来火灾风险。如果选择其他储能技术,则需根据所选技术调整以下措施,甚至可能完全避免或显著降低火灾风险。
(1)替换策略
在设计电池时,应采用更安全的材料和技术来最大限度地降低火灾风险。相较于镍锰钴(NMC)三元锂电池,磷酸铁锂(LFP)电池热失控风险更低。即使电池已经按照既定标准进行测试并符合要求,也不能完全排除发生火灾的可能性。
(2)工程控制
工程控制包括实施控制火灾危险的系统,如物理屏障和消防系统。在确定上述两个关键区域后,应该尽最大努力降低任何火灾事件的可能性和严重程度。
电池制造商负责采用电池管理系统(BMS)来管理电池状态、保持电池健康、保护电池并检测异常情况。冷却系统则确保电池在安全状态下运行。
一旦发生热失控,电池的设计以及火灾探测和消防系统将减轻火灾影响,而气体探测和通风系统则可防止电池储能系统发生爆炸。
如今,电池柜和集装箱至少可将火灾蔓延时间限制在一小时内,并限制易燃气体或烟雾颗粒的积聚,以确保火灾探测和消防系统能够正常工作。
这些功能在国际标准中均有明确规定,而火灾和气体探测、灭火或通风的水平以及在这些条件下场地运行的控制决策,都是消防安全设计中需考虑的关键因素。
工程控制的下一个层次是保护电池储能系统免受外部影响,避免其因外部故障而引发热失控。特别是,电池储能系统的电气保护对于避免电气系统故障至关重要。在选择合适的保护方案和设备时,采取适当的防护措施对于降低电池储能项目的风险至关重要。
(3)场地布局
场地布局在管理火灾后果的严重性方面发挥着关键作用。尽管安全标准为场地布局提供了规范性指南,但所处理的风险并不总是在文档中明确说明。
与此类项目相关的主要风险领域包括:限制进入电池储能系统和被火灾或其他物体封锁的场地区域;通往电池储能系统的路径充满烟雾;火灾蔓延到其他电池或电池组以及更广泛的环境。
针对这些风险,标准和指南中建议的解决方案包括:
·为电池储能系统现场提供多个入口;
·确保所有道路适合消防车辆行驶及转弯;
·通道应足够宽并设有转弯处,以便多辆消防车同时在现场周围行驶;
·确保消防车辆通道始终保持畅通无阻;
·将入口设置在背风侧;
·在电池组之间设置断点以允许车辆或人员通过并限制火势蔓延;
·与其他电池储能系统、建筑物、植被或其他易燃材料或火源保持最小距离,并在无法达到这些距离时使用防火屏障。
电池储能系统制造商现在正在按照如CSA TS-800等消防标准进行大规模防火测试(LSFT)。这些测试有助于评估电池储能系统火灾事件的可能性和严重程度,并可在讨论消防安全措施和场地布局决策时提交给政府部门作为参考。这些测试证据对于火灾风险评估和管理策略至关重要,并可为工程控制和管理控制提供信息。
(4)管理控制
管理控制是为有效管理火灾风险而制定的政策和程序。这一级别的风险管理旨在在所有上述措施实施后管理剩余风险。这些控制应基于电池储能系统的设计以及对未来用户可能遗留的剩余风险进行考量。
最好在项目的早期阶段就与管理控制相关的内容进行规划,并与当地消防部门以及运营和维护服务提供商进行协商。他们将对这些控制和设计提供反馈,这将进一步降低相关人员的风险,并使响应行动更加安全稳健。
如果严格按照上述步骤操作,以应对标准和法规中规定的基线之外的火灾安全风险,电池储能系统火灾事件将会显著减少。
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