Распаўсюджанне кантэйнерных батарэйных сістэм захоўвання энергіі (БЭС) у сеткавых-маштабных праграмах прынцыпова змяніла падыход інжынераў супрацьпажарнай абароны да зніжэння цеплавой небяспекі. У адрозненне ад звычайных электраўстановак, дзе паводзіны агню адпавядаюць адносна прадказальнай дынаміцы гарэння, узгаранне літый-іённых акумулятараў уяўляе сабой каскадны рэжым адмовы, які караніцца ў электрахімічным цеплавым уцяканні-самападтрымліваючым-экзатэрмічным ланцужку рэакцый, на які звычайныя метадалогіі падаўлення ніколі не былі распрацаваны. Выбух McMicken у Арызоне ў 2019 годзе, інцыдэнт у Пекіне Дахунмэнь у 2021 годзе і шматлікія незарэгістраваныя аварыі прымусілі паўсюдна перагледзець тое, як мы распрацоўваем, падзяляем і абараняем гэтыя энергетычныя актывы, якія становяцца ўсё больш паўсюднымі.
Праблема цеплавога ўцёкаў (і чаму гэта не проста "пажар")
Вось што не да канца разумее большасць кіраўнікоў праектаў, дамагаючыся аптымізацыі выдаткаў на тушэнне пажараў: узгаранне літый-іённай батарэі не з'яўляецца пажарам у традыцыйным разуменні. Гэта хімічны рэактар у крытычным стане.
Калі ячэйка ўваходзіць у цеплавы ўцёкі, паслядоўнасць звычайна пачынаецца з раскладання пласта SEI каля 90-120 градусаў. Гэта вызваляе кісларод ўнутры. Адмоўны электрод пачынае рэагаваць з электралітам. Матэрыялы станоўчага электрода перажываюць фазавыя пераходы і раскладаюцца. Электраліт выпараецца і згарае. Усё гэта адбываецца ў герметычным металічным балончыку пад ціскам за кошт назапашвання газаў - вадароду, угарнага газу, метану, этылену, фтарыду вадароду.
Храналогія? Ад першапачатковай анамаліі да бурнага выкіду: часам хвіліны, часам секунды.
Што робіць кантэйнерныя сістэмы асабліва падступнымі, так гэта геаметрыя абмежаванай прасторы. У вас ёсць сотні, а часам і тысячы клетак, упакаваных у 20-футавы або 40-футавы кантэйнер ISO. Адна ячэйка выходзіць з ладу, награвае сваіх суседзяў праз электраправоднасць і выпраменьванне, і раптам вы не маеце справу з падзеяй у адной ячэйцы - вы назіраеце за каскадным распаўсюджваннем праз усю стойку, а затым праз суседнія стойкі.
Я прагледзеў справаздачы аб інцыдэнтах, калі час ад першага цеплавога трывогі да поўнага ўключэння кантэйнера быў менш за чатыры хвіліны.
Рэгулятарны ландшафт: пэчворк, які павольна збліжаецца
Сітуацыя са стандартамі застаецца, шчыра кажучы, беспарадкам-, хоць і паляпшаецца.
NFPA 855 стаў фактычным эталонам на рынках Паўночнай Амерыкі. Выданне 2023 года значна ўзмацніла патрабаванні пасля серыі інцыдэнтаў у 2019-2021 гадах. Асноўныя палажэнні ўключаюць максімальную энергетычную магутнасць 600 кВт.гадз на адзінку без дадатковай пацверджання выпрабаванняў на пажар, абмежаванні ў 50 кВт.гадз на батарэю і мінімальную адлегласць у 3 футы паміж блокамі або да сцен.
Тэхнічны ліст 5-33 FM Global прытрымліваецца больш кансерватыўнага падыходу ў многіх аспектах, асабліва адносна патрабаванняў да дэфлаграцыйнай вентыляцыі.
Нарматыўнае асяроддзе Кітая хутка развівалася. Пекінскі мясцовы стандарт DB11/T 1893 стаў наватарскім, калі быў выпушчаны ў 2021 г.-першы рэгіянальны стандарт, які прадугледжвае патрабаванні супрацьпажарнай абароны-на ўзроўні кантэйнераў. T/CEC 373-2020 для зборных сістэм кабіны LFP устанавіў патрабаванні да падаўлення на ўзроўні модуляў, якім многія міжнародныя стандарты да гэтага часу не адпавядаюць.
Што мяне засмучае ў цяперашнім стане: усё яшчэ няма сапраўднай міжнароднай гарманізацыі. Сістэма, распрацаваная ў адпаведнасці з кітайскімі стандартамі, можа не адпавядаць патрабаванням UL 9540A да -вялікамаштабных выпрабаванняў на пажар. Сістэма, якая праходзіць ухваленне FM, можа не адпавядаць еўрапейскім стандартам EN. Для шматнацыянальных распрацоўшчыкаў гэта стварае сапраўдныя галаўныя болі пры закупках.
Макет кантэйнера: Геаметрыя выжывання
Патрабаванні да адлегласці падзелу ў розных юрысдыкцыях адрозніваюцца больш, чым яны павінны, але асноўны фізічны прынцып паслядоўны: вы спрабуеце прадухіліць радыяцыйную перадачу цяпла ад узгарання суседніх блокаў, захоўваючы пры гэтым аварыйны доступ.
Кітайскія стандарты вызначаюць мінімальную адлегласць паміж кантэйнернымі адзінкамі ў 4 метры, якую можна паменшыць толькі з 4-гадзіннымі супрацьпажарнымі бар'ерамі, якія выходзяць на 1 метр за межы кантэйнера з усіх бакоў. NFPA прадугледжвае базавую лінію ў 20 футаў (прыкладна 6 метраў), якую можна паменшыць практычна да нуля з 3-гадзіннымі бар'ерамі.
Большасць праектаў, якія я бачыў, спрабуюць мінімізаваць след{0}}у рэшце рэшт, зямля каштуе грошай. Бар'ерны падыход становіцца прывабным. Але вось практычная праблема: гэтыя бар'еры павінны вытрымаць не толькі прамяністае цяпло, але і патэнцыйны залішні ціск дэфлаграцыі. Стандартная сцяна CMU гэтага не адрэжа. Вам патрэбен жалезабетон або эквівалент, належным чынам замацаваны, без праходак, якія маглі б паставіць пад пагрозу рэйтынг.
Аднапавярховае-разгортванне цяпер амаль паўсюдна нездарма. Некаторыя інтэгратары, якія гналіся за шчыльнасцю энергіі, ненадоўга паспрабавалі скласці кантэйнеры. Праблемы падаўлення і ўскладненні выхаду хутка знішчылі гэты падыход.
Меркаванні размяшчэння, якія часта забываюць:
Для рэагавання на надзвычайныя сітуацыі велізарнае значэнне мае адлегласць да межаў маёмасці і дарог агульнага карыстання. 30-метровае адставанне ад чыгуначных ліній па кітайскіх стандартах існуе таму, што сыход з рэек + пажар BESS=катастрафічны сцэнар, які ніхто не хоча разглядаць. Блізкасць да прыродных крыніц вады - гэта не толькі наяўнасць сродкаў для падаўлення-, гэта і працяглая магутнасць астуджэння для кіравання тэмпературай пасля інцыдэнту, якая можа працягвацца некалькі дзён.
Што насамрэч у скрынцы
Сучасны BESS у кантэйнерах - гэта не проста батарэі, забітыя ў транспартны кантэйнер. Унутраная архітэктура істотна развілася.
Як правіла, батарэйныя стэлажы займаюць адну зону з абсталяваннем для пераўтварэння энергіі (інвертары, пераўтваральнікі пастаяннага -пастаяннага току) у асобным адсеку, падзеленым унутраным супрацьпажарным бар'ерам. Абгрунтаванне: пажары электрычнага абсталявання паводзяць сябе інакш, чым цеплавыя ўцёкі батарэі, і патрабуюць іншых падыходаў да тушэння.
Тэрмакіраванне падзяляецца на два лагеры: з паветраным-астуджэннем і вадкасным-астуджэннем.
Сістэмы-з паветраным астуджэннем прасцейшыя, таннейшыя і падыходзяць для ўстаноўкі ва ўмераных кліматычных умовах. Розніца тэмператур у акумулятарным масіве можа дасягаць 8-10 градусаў пад нагрузкай - гэта не ідэальна для даўгавечнасці або запасаў бяспекі, але працаздольна.
Сістэмы з вадкасным-астуджэннем сталі першакласным стандартам для высокапрадукцыйных установак-. Тэхніка ўдасканальваецца: паралельныя шляхі патоку, якія гарантуюць, што кожная клетка бачыць эквівалентную тэмпературу астуджальнай вадкасці, гліколь-водныя сумесі са старанна кантраляванай канцэнтрацыяй, сістэмы выяўлення ўцечак, таму што астуджальная вадкасць, якая кантактуе з высокавольтнымі шынамі-, стварае ўласную катэгорыю небяспекі.
Найлепшыя канструкцыі з вадкасным-астуджэннем забяспечваюць разыходжанне тэмпературы-ад-ячэйкі да 3 градусаў. Такая аднастайнасць напрамую прыводзіць да зніжэння рызыкі цеплавога ўцёкаў і павелічэння тэрміну службы.
Выяўленне: Гонка супраць хіміі
Гэта тое, дзе я захапляюся, таму што выяўленне - гэта тое, дзе большасць сістэм па-ранейшаму дае збой.
Традыцыйнае выяўленне дыму і цяпла-рэчы, якія добра працуюць для офісных будынкаў-, вельмі недастатковыя для ўцёкаў ад батарэі. Да таго часу, калі ў кантэйнеры з'явіцца бачны дым або значнае павышэнне тэмпературы навакольнага асяроддзя, вы ўжо прайгралі. Уцёкі ўстаноўлены, распаўсюджванне верагодна, і ваша сістэма падаўлення змагаецца з ар'ергардным дзеяннем.
Выяўленне газу-не падлягае абмеркаванню пры любой сур'ёзнай устаноўцы.
Характэрны-выходны газ ад пашкоджаных літый-іённых элементаў: вадарод з'яўляецца першым і падымаецца хутчэй за ўсё, за ім ідуць угарны газ і розныя вуглевадароды. Добра-прадуманая сістэма кантралюе ўзровень стойкі, а не толькі атмасферу навакольнага кантэйнера. Канцэнтрацыя вадароду, якая дасягае 1000 праміле, павінна выклікаць неадкладнае расследаванне. 5000 праміле азначае, што вы набліжаецеся да ніжніх межаў выбуханебяспечнасці і патрабуеце аўтаматызаванага рэагавання.
Некаторыя новыя ўстаноўкі эксперыментуюць з выяўленнем пароў электраліта,-спецыяльна арыентуючыся на карбанаты, якія ўваходзяць у склад большасці літый-іённых электралітных складаў. Тэхналогія з'яўляецца перспектыўнай, але яшчэ недастаткова развітай для прыкладанняў, якія-неабходны код.
Выяўленне анамалій напружання і току праз BMS застаецца вашай першай лініяй абароны.
Ячэйка, якая развівае ўнутранае кароткае замыканне, пакажа дэпрэсію напружання да таго, як стануць відавочнымі цеплавыя прыкметы. Задача: адрозніць сапраўдныя сігналы-папярэднікі ад нармальных аперацыйных варыяцый у тысячах клетак з уласцівымі вытворчымі допускамі.
Сапраўды складаныя сістэмы цяпер уключаюць акустычны маніторынг. Клеткі, якія набліжаюцца да цеплавога ўцякання, ствараюць характэрныя ультрагукавыя сігналы па меры росту ўнутранага ціску. Усё яшчэ эксперыментальна, але фізіка добрая.
Падаўленне: Вялікія дэбаты
Зайдзіце на любую сесію канферэнцыі па супрацьпажарнай абароне BESS, і вы ўбачыце гарачыя рознагалоссі наконт выбару сродкаў для падаўлення. Я дам вам сваё меркаванне, абапіраючыся як на даследчую літаратуру, так і на пасмертныя-здарэнні.
Вада выйграе для кіравання цеплавой. Кропка.
Тэрмадынаміка адназначная. Цеплавы ўцёк-іёнаў літыя з'яўляецца фундаментальна праблемай цяпла. Унутраныя рэакцыі сама-акісляюцца-вы не можаце задушыць іх, выцясняючы кісларод. Вы можаце паглынуць толькі столькі цяпла, каб тэмпература клетак апусцілася ніжэй парога рэакцыі.
Цеплыня выпарэння вады (2260 кДж/кг) не мае сабе роўных ні з адной практычнай альтэрнатывай. Дробны вадзяной туман забяспечвае паглынанне цяпла з кантраляванымі аб'ёмамі вады і зніжэннем электраправоднасці.
Патрабаванні пекінскага стандарту да магчымасці поўнага апускання клеткі на працягу 10 хвілін адлюстроўваюць гэтую рэальнасць. Калі ўсё астатняе не працуе, вы затапляеце кантэйнер.
Але падаўленне газаў мае сваю ролю-асабліва для ранняга ўмяшання.
Гептафторпрапан (FM-200/HFC-227ea) і больш новы перфторгексанон (Novec 1230/FK-5-1-12) могуць хутка знішчыць адкрытае полымя і забяспечыць некаторае астуджэнне праз выпарэнне. Яны карысныя для ранняй фіксацыі падзей, да поўнага ўстанаўлення цеплавога ўцёку, або для тушэння другасных пажараў у электрычным абсталяванні.
Праблема:яны не спыняюць размнажэнне, як толькі яно пачалося. Клетка ўсё яшчэ выпрацоўвае цяпло ўнутры. Канцэнтрацыя газу рассейваецца. Далей ідзе перазапальванне.
Камбінаваны падыход цяпер лічыцца найлепшай практыкай: падаўленне газу для неадкладнага знішчэння полымя, затым вадзяны туман для ўстойлівага кантролю тэмпературы з магчымасцю поўнага патопу ў якасці апошняй рэзервовай копіі.
Некалькі слоў пра экалагічныя праблемы чыстага агента:ГФУ-227ea плануецца паступова спыніць у адпаведнасці з папраўкай Кігалі. FK-5-1-12 мае нязначны патэнцыял глабальнага пацяплення і не ўплывае на азон. Прамысловасць відавочна рухаецца да перфторгексанону, хоць ланцужкі паставак і цэны не цалкам стабілізаваліся.
Вентыляцыя і выбухаабарона
Вось дзе я бачыў найбольш небяспечнае скарачэнне выдаткаў-.
Кантэйнер, поўны вентыляцыйных батарэйных элементаў, назапашвае гаручую газавую сумесь у абмежаванай прасторы. Ніжняя мяжа выбуханебяспечнасці вадароду складае 4% у паветры. Дасягніце гэтай канцэнтрацыі, увядзіце крыніцу запальвання-, якая можа быць простай, як дуга ад няспраўнага кантактара-, і вы атрымаеце дэфлаграцыю. У герметычным кантэйнеры дэфлаграцыя пераходзіць у дэтанацыю.
Макмікен правёў гэты ўрок з чатырма пацярпелымі пажарнымі.
Актыўная вентыляцыя абавязковая.Кітайскі стандарт прадугледжвае мінімум 30 паветраабменаў у гадзіну для аварыйнай вентыляцыі, якая аўтаматычна спрацоўвае, калі датчыкі газу выяўляюць канцэнтрацыі, якія перавышаюць 5% ад НПВ. NFPA 69 змяшчае рэкамендацыі па распрацоўцы сістэм прадухілення дэфлаграцыі.
У большасці юрысдыкцый пасіўныя дэфлаграцыйныя вентыляцыйныя-выдзімныя-панэлі, прызначаныя для скіду ціску перад паломкай канструкцыі-. Разлікі памераў у адпаведнасці з NFPA 68 не-нетрывіяльныя і залежаць ад аб'ёму корпуса, ціску актывацыі вентыляцыйнага адтуліны і прагназуемай хуткасці полымя.
Размяшчэнне мае значэнне: вентыляцыйныя адтуліны павінны выходзіць далей ад шляхоў выхаду і месцаў аварыйнага рэагавання. Я разглядаў праекты, у якіх вентыляцыйныя панэлі дзьмуць непасрэдна ў калідор. Гэта рэцэпт ахвяр пажарных.
Пытанне LFP супраць NMC
Выбар хімічнага складу батарэі мае наступствы для пажарнай бяспекі, якія выходзяць за рамкі простага параўнання тэрмічнай стабільнасці.
Элементы з фасфатам літыя і жалеза (LFP) у значнай ступені выцеснілі хімічны склад нікеля-марганца-кобальту (NMC) у стацыянарных назапашвальніках, у асноўным з меркаванняў бяспекі. Лічбы пацвярджаюць гэты зрух: пачатак цеплавога ўцёку LFP звычайна адбываецца пры тэмпературы вышэй за 270 градусаў супраць 150-200 градусаў для складаў NMC з высокім утрыманнем нікеля. Хуткасць цеплавыдзялення пры разгоне складае прыкладна палову. Скарачаецца адукацыя таксічнага фтарыду.
Але LFP па сваёй сутнасці не з'яўляецца "бяспечным"-ён бяспечней. Цеплавы ўцёкі застаецца магчымым пры належных умовах злоўжывання. Размнажэнне ўсё ж адбываецца. Рэжым адмовы проста забяспечвае большы запас для выяўлення і ўмяшання.
Што мяне турбуе адносна бягучага апавядання аб рынку: некаторыя распрацоўшчыкі разглядаюць хімію LFP як замену надзейнай супрацьпажарнай абароны, а не як дадатак да яе. Гэта небяспечнае мысленне, якое ў канчатковым выніку прывядзе да інцыдэнтаў.
Што насамрэч паказвае пратакол здарэння
Я падтрымліваю неафіцыйную базу дадзеных аб пажарных інцыдэнтах BESS-публічных справаздач, страхавых прэтэнзій, да якіх у мяне быў доступ, неафіцыйных паведамленняў ад галіновых кантактаў. Узоры павучальныя.
Карэнныя прычыны групуюцца вакол некалькіх катэгорый:
Вытворчыя дэфекты-ўнутранае забруджванне, неадэкватнае выраўноўванне электродаў, пашкоджанне сепаратара-, верагодна, складаюць найбольшую долю, хоць канчатковае прызначэнне часта немагчыма пасля тэрмічнага разбурэння. Збоі BMS, якія дазваляюць завышаць або незбалансаваную зарадку, уносяць істотны ўклад. Знешнія пашкоджанні падчас транспарціроўкі і ўстаноўкі недаацэньваюцца як ініцыятар.
Электрычныя збоі перад батарэямі-дугавыя замыканні пастаяннага току, паслабленне злучэнняў, што прыводзіць да рэзістыўнага нагрэву, замыканні на зямлю-могуць перавышаць чыстыя збоі батарэі як ініцыятары пажару ў сукупнасці.
Эфектыўнасць рэагавання моцна адрозніваецца.Сайты з модульным-выяўленнем газу і хуткім аўтаматычным падаўленнем утрымлівалі падзеі ў асобных стойках. Сайты, якія разлічваюць выключна на вызначэнне-ўзроўню кантэйнера, часта губляюць увесь блок. Рэакцыя пажарнай службы на інцыдэнты BESS застаецца непаслядоўнай-многім аддзелам не хапае падрыхтоўкі для гэтых канкрэтных небяспек і па змаўчанні выкарыстоўваюць абарончую абарону перыметра, а не актыўнае падаўленне.
Праблема тэрмічнага кіравання пасля-інцыдэнту рэальная і рэзка павялічвае тэрміны. Батарэі, якія падвергліся цеплавому разгону, могуць зноў запаліцца праз некалькі гадзін або дзён, калі рэшткавая энергія рассейваецца ў выніку тлеючых унутраных рэакцый. Пашыраныя патрабаванні да астуджэння і маніторынгу нагружаюць рэсурсы рэагавання на надзвычайныя сітуацыі.
Практычныя рэкамендацыі па дызайне
Пасля ўсяго нарматыўнага аналізу і тэхнічнага аналізу, што насамрэч важна для новай устаноўкі?
Правільны інтэрвал.Не мінімізуйце лімітавую эканомію зямлі. Кошт аднаго буйнога інцыдэнту перавышае дзесяцігоддзі дадатковых лізінгавых плацяжоў.
Інвестуйце ў выяўленне.Шмат{0}}зандзіраванне параметраў на ўзроўні стойкі-газ, тэмпература, анамалія напружання-з аўтаматычнымі пратаколамі рэагавання. Дадатковы кошт у параўнанні з базавым выяўленнем дыму нікчэмны ў параўнанні са значэннем зніжэння рызыкі.
Дызайн для прадухілення размнажэння.Дапусцім, клетка выйдзе з ладу. Выкажам здагадку, што модуль выйдзе з ладу. Пытанне ў тым, ці ўтрымлівалі вы яго там.
План доступу пажарных.Аварыйным службам неабходна падысці, прымяніць агенты для падаўлення і бяспечна адысці. Лініі зроку маюць значэнне. Радыусы павароту для прылады. Прапускная здольнасць водазабеспячэння мае значэнне.
Камісію належным чынам.Я бачыў сістэмы, у якіх сістэма падаўлення ніколі не правяралася з патокам агентаў. Дзе дэтэктары газу не былі правільна адкалібраваны. Дзе інтэграцыя сігналізацыі BMS з пажарнай панэллю не працавала. Увод у эксплуатацыю каштуе грошай, але выяўляе гэтыя праблемы, перш чым яны стануць прычынай здарэння.
З нецярпеннем
Тэхналогія працягвае развівацца. Цвёрдацельныя-батарэі абяцаюць уласцівыя паляпшэнні тэрмічнай стабільнасці, якія ў канчатковым выніку могуць знізіць патрабаванні супрацьпажарнай абароны. Удасканаленыя алгарытмы BMS, якія ўключаюць машыннае навучанне, абяцаюць ранняе выяўленне анамалій. Модуль-падаўлення ўзроўню, інтэграваны ў канструкцыю акумулятара, можа забяспечыць час водгуку, немагчымы ў цяперашні час для знешніх сістэм.
Але сёння мы шырока разгортваем сучасныя тэхналогіі ў сетках па ўсім свеце. Падыходы супрацьпажарнай абароны павінны адпавядаць профілю небяспекі таго, што фактычна ўсталёўваецца,-а не тэарэтычным будучым паляпшэнням.
Фундаментальная задача застаецца нязменнай: мы захоўваем велізарную колькасць электрахімічнай энергіі ў кампактных прасторах, і гэтая энергія хоча вызваліцца. Наша праца заключаецца ў тым, каб забяспечыць яго выпуск на нашых умовах, а не на ўласных.
Аўтар займаецца супрацьпажарнай тэхнікай для сістэм захоўвання энергіі з 2017 года і кансультаваў праекты ў Паўночнай Амерыцы і ў рэгіёнах Азіі-Ціхаакіянскага рэгіёну. Выказаныя меркаванні з'яўляюцца прафесійнымі і не павінны замяняць-інжынерны аналіз канкрэтнага праекта.