一起了解一下国家消防安全研究所对锂离子储能
时间：2022-04-14
UL 的消防安全研究所对一个联运集装箱进行了三项实验，该集装箱被配置为代表一个室外模块化步入式储能系统，例如 2019 年 4 月发生爆炸的那个。这些实验旨在展示基本的火灾和爆炸这种结构内部发生级联热失控时会产生危险
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自 1991 年推出以来，锂离子 (li-ion) 电池为电子市场的一场革命做出了贡献。它们重量轻、可充电、能量密度高，并且在过去几年中变得更加经济。这些特征，以及对电网的更高需求和不断增加的可再生能源部署，导致锂离子电池在电网规模储能系统 (ESS) 中的采用。锂离子电池 ESS 具有大型电池阵列，每个机架的总重量可达数千磅。
锂离子电池包括由聚合物隔板隔开的阳极和阴极。电池通常是一种安全技术，尽管导致隔膜损坏或电池过度充电的滥用会导致内部短路，从而导致自热。在足够高的温度下，电池内发生的放热反应会产生额外的热量。温度在不受控制的过程中迅速升高，这被称为热失控，这会导致电池热分解成易燃气体，这些气体可能会或可能不会立即点燃。热量会损坏相邻的电池并导致级联热失控。这种现象在高度宣传的气垫板和电动自行车燃烧或作为更大火灾的点火源的事件中被看到。
在热失控事件中产生的气体是易燃的，并且一氧化碳和二氧化碳含量很高，如果它们积聚在密闭空间中，可能会造成爆炸和窒息危险。因为 ESS 中的单个单元的数量比悬浮滑板或电动自行车中的单元数量多很多倍，所以 ESS 中的潜在事故规模也大得多。
事件
UL 的消防安全研究所审查了2019 年 4 月 19 日发生的爆炸，该爆炸是由于亚利桑那州的 2.16 MWh 锂离子电池 ESS 内的级联热失控而发生的。四名职业生涯的皮奥里亚，亚利桑那州，消防医疗部门危险品团队成员在爆炸中受了重伤。50 x 14.25 x 13 英尺的 ESS 结构包含 27 个机架。每个机架可容纳 14 个电池模块。每个模块有 28 个单独的锂离子电池（总共 10,584 个电池）。
当烟雾探测系统在大约下午 4 点 55 分发出警报条件时，首先表明 ESS 中的异常情况。 工程抑制系统在警报条件出现 30 秒后释放了一种完全淹没的清洁剂抑制剂。第一批消防员（来自 Surprise Fire-Medical Department）于下午 5 点 49 分抵达现场
危险品小组于下午 6 点 28 分左右抵达现场，并注意到低洼的白色蒸汽云从建筑物中散发出来并飘过沙漠。该团队使用多气表、比色管和热像仪在 ESS 周围进行了多次 360 度测量。在整个 ESS 附近测量了氰化氢 (HCN) 和一氧化碳 (CO) 的浓度，这些浓度高于被定义为立即危及生命和健康 (IDLH) 的水平。
危险品领导层根据高级消防员的意见和 ESS 的所有者、设计者和维护者提供的信息制定了事故行动计划。危险品小组在大约晚上 7 点 52 分接近 ESS，发现结构外的 HCN 和 CO 浓度已降至环境条件。按照事件行动计划，小组在晚上 8 点 01 分左右打开大门，评估 ESS 内部的情况门被打开几分钟后。
现场观察显示，热失控仅限于单个电池架。然而，它产生的可燃气体足以在最初的警报后三个多小时内引发爆炸。爆炸使 ESS 结构变形，导致门变成抛射物，并将一名消防员和另一名消防员撞进沙漠30 英尺和 73 英尺。
实验
2020 年 7 月，UL 在一个 20 英尺的联运集装箱中进行了三项研究实验，该集装箱是为代表室外模块化步入式锂离子 ESS 而建造的，以促进对消防服务、消防工程对 ESS 火灾和爆炸危害的了解和储能行业。这三个研究实验的计划和实施受到了对惊喜事件进行的审查中所学到的重大影响。具体来说，这些实验旨在记录和证明在集装箱锂离子 ESS 内部发生级联热失控时产生的基本火灾和爆炸危险。
每个实验都是从加热锂离子电池开始，直到热失控开始从一个电池级联到另一个电池。气体测量仪器，例如那些可能存在于 ESS 装置中并由消防部门携带的仪器，被用于评估它们对初始和持续事件规模扩大使用的测量响应。爆燃通风被用于安全演示任何观察到的爆燃，表明不通风的爆燃可能导致的潜在爆炸危险。在第一个实验中没有采取任何干预措施。在第二个实验中，采用了与 Surprise 中的系统设计相似的全驱清洁剂系统。
在第三个实验中，通过这些实验确定的战术考虑是：
· 热像仪无法评估热失控中 ESS 单元的数量或位置
· 红外热像仪确定抑制系统是否已运行或正在运行的能力有限
· 热像仪不是确定可见蒸气（例如，电池气体、蒸汽等）性质的可行工具。
· 响应的消防员应在穿着完整的结构 PPE（D 级套装）和完整的 SCBA 时使用便携式气体仪表测量 CO 和对特征低洼白色蒸气的目视观察来定义热区
· 消防便携式燃气表在电池气体环境中存在局限性
· ESS 安装的通风可能会导致爆燃或快速过渡到闪络
· 使用便携式燃气表评估内部条件或从 ESS 泄漏的气体/蒸汽将消防员置于爆炸危险区域
· 商用可燃气体和氢气检测器对于指示热失控废气是有效的，但对于正在进行的气体危害评估并不可靠；消防服务便携式燃气表通常使用相同的传感器技术，这些技术受到相同的限制
· 全驱清洁剂抑制系统没有阻止级联热失控或消除爆炸危险
· 基于天花板的喷水抑制系统将级联热失控限制在单个机架上，但在抑制起始机架方面的效果有限
· 在具有远程消防部门连接的 ESS 装置中，最安全的初始操作是向连接处供水
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