全球主要储能事故汇总分析
当地时间7月30日上午10点15分,位于澳大利亚维多利亚州的特斯拉Megapack储能系统发生爆燃,现场有明火,并且烟雾弥漫,已经连烧4天。8月2日,澳大利亚当地政府正在努力控制火势。
一个集装箱内的13吨锂离子电池完全点燃,15辆水罐车150多名消防员对其进行救援,以阻止火势蔓延到其他电池。大火立刻得到控制,并受到密切监控,直到它自行燃烧为止,这一过程大约需要8-24小时。
维多利亚救护车成员在现场监测消防员的健康状况。吉朗附近发布有毒烟雾警告。居民已被警告关闭窗户、关闭空调、壁炉烟道并将宠物带入室内。
澳大利亚能源市场运营商(AEMO) 表示,电池已与主电网隔离并断开连接,对供应“没有影响”。
2016年,南澳大利亚因风暴导致全州停电,约170万人摸黑度日,为解决可持续用电安全,南澳大利亚决定建立大型储能系统,最终特斯拉竞标成功。
这个项目是由法国电力生产商、可再生能源巨头Neoen SA与特斯拉合作开发,项目名为“维多利亚大电池”,不久前刚刚注册成立,目前还在测试阶段,还未并入主网使用,其目标是在2030年为维多利亚州实现50%的可再生能源。
为了实现这一目标,2020年11月,“维多利亚大电池”项目受澳大利亚政府委托建造,2021年初,Neoen从澳大利亚政府获得1.6亿澳元融资,特斯拉提供Megapack技术。
该设施使用256个特斯拉锂离子电池Megapacks,计划于2021—2022年夏季启动,届时将提供承诺的300MW/450MWh的可再生能源,每个Megapack的储能容量约为3MWh。
该项目与澳大利亚能源市场运营商签订了10年的合同,提供电网服务,使新南威尔士州和维多利亚州之间的主要输电线路的容量在需求高峰时得到提高。此外,储能电池还将提供FCAS服务,并对风电和太阳能发电的输出进行时移,以帮助满足高峰需求。
安全生产必须重视,该事件为国内储能行业发展再敲了一次警钟。
为帮助了解储能电站发生火灾或爆炸事故的情况,接下来对全球储能项目主要火灾或爆炸事故的公开信息进行整理,汇总了近10年间发生事故的储能电站的基本信息,总结了起火爆炸事故的基本特征。依据文献“韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考”,给出了储能电站发生安全事故的基本原因以及经验总结;并根据网络公开信息,搜集了美国发生人身伤亡事故的储能电站爆炸事件的原因及整改措施。
一、储能电站主要安全事故统计
通过对行业公开信息进行搜集整理,汇总了2011-2021年间,全球储能项目主要火灾或爆炸事故。由于较多安全事故原因复杂,相关事件
很多都未公开披露,据不完全统计,近10年间,全球共发生32起储能电站起火爆炸事故。其中,日本1起、美国2起、比利时1起、中国3起、韩国24起。
32起储能电站起火爆炸事故共有以下几个特征:一是25起事故采用三元锂离子电池;二是韩国储能电站起火爆炸事故占24起,这与韩国各大电池企业以三元锂电池为主流产品有关;三是2017年以后的储能项目占30起;四是储能电站起火爆炸大多发生在充电中或充电后休止中,占21起。
目前公开的储能电站事故造成人员伤亡的主要有两起:一起是美国亚利桑那州的公共服务公用事业公司(APS)发生大规模电池储能项目(三元锂电池)爆炸,造成8名消防队员受伤。另外一起就是4月16日北京国轩福威斯光储充技术有限公司储能电站(磷酸铁锂电池)发生事故,事故造成2名消防员牺牲,1名消防员受伤,电站内1名员工失联。
从电池类型来看,三元锂电池事故最多,磷酸铁锂目前已知主要就两起,其中一起是江苏的电网侧项目,具体原因并未披露。另外一起就是4月16日北京国轩福威斯光储充技术有限公司储能电站(磷酸铁锂电池)发生事故。目前具体原因都仍在调查中。
二、公开事故原因分析收集
目前公开披露原因的事故,主要是韩国储能电站起火事故和美国亚利桑那州的公共服务公用事业公司发生大规模电池储能项目(三元锂电
池)爆炸,虽然没有磷酸铁锂电池的事故原因分析,但还是具有一定的借鉴意义,主要是2点:一是储能电站火灾事故多数发生在充电中或充电后休止中,此时电池电压较高,电池活性较大,并联电池簇间形成环流,导致电芯处于过充状态,电压升高形成内短路,易造成火灾事故;二是储能电站起火后,采用七氟丙烷等气体灭火装置,是通过隔绝氧气来实现灭火,但无法使电池降温,一旦有外部氧气进入,就易引起电池复燃,且电池燃烧过程中会产生一氧化碳、甲烷等易燃易爆气体,电池复燃后甚至可能引发气体爆炸。
三、韩国储能电站事故原因分析及启示
3.1事故原因
韩国储能电站主要采用三星和LG的三元锂电池,该电池体系熔点为200℃,储能系统设计单簇为400kW/1600kWh,4簇并联。储能电站火灾事故多数发生在充电中或充电后休止中,此时电池电压较高,电池活性较大。充电结束休止过程中,并联电池簇间形成环流,导致电芯处于过充状态,电压升高形成内短路,造成火灾事故。
文献“韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考”结合韩国储能事故调查,将储能电站事故致因总结为以下四个方面:电池系统缺陷、应对电气故障的保护系统不周、运营环境管理不足、储能系统综合管理体系欠缺。
特斯拉回应失控事故(1)电池本体因素。由电池本体诱发安全事故的来源主要包括电池
制造过程的瑕疵以及电池老化带来的储能系统安全性退化两方面。
(2)外部激源因素。外部激源包括绝缘失效造成的电流冲击及外部短路等问题,也包括除电池外部件高温产热造成的热冲击,以及某电池热失控后触发的热失控蔓延过程。
(3)运行环境因素。锂电池需要工作于各参数的安全窗口范围,需要通过初始电热管理设计、BMS/PCS/EMS以及空调系统等管控来维持合理的运行环境。运行环境管理不善将逐渐影响电池及系统的可靠性,进而演化为事故。
(4)管理系统因素。管理系统因素不仅包括BMS、PCS、EMS以及对应的联动管控逻辑,也包括管理规章制度等人的因素。前者是系统的核心控制和决策单元,主要作用是对电池系统的工作状态进行监测和管理,对保障电池安全、稳定、可靠运行有重要意义。
3.2经验总结
结合韩国储能事故数据,以及四类引致安全事故因素的分析,可以对锂电池储能系统安全性管理做出以下经验总结。
(1)电池本体因素仍然是储能系统安全的核心,受现阶段管理系统的监测管控可靠性限制,对电池本体的充放电SOC区间有必要适当收紧。
(2)电池老化因素及运行环境因素的长期演化将可能造成腐蚀性的绝缘部件损坏,需要强化绝缘检测并进行定期维护检查,同时需要强化