Распространение литий-ионных пожаров представляет реальную угрозу
Аккумулятор FIAMM FG 20722
Испытания с реальным огнём проводятся с целью демонстрации технологии физической изоляции.
Если полностью предотвратить возгорание литий-ионных аккумуляторов практически невозможно, то сдерживание распространения огня имеет решающее значение. Поставщик систем хранения энергии на основе аккумуляторов (BESS) Viridi недавно провел демонстрацию в условиях реального пожара, чтобы показать, как правильно спроектированные аккумуляторные модули могут предотвратить распространение огня.
«Настоящая проблема заключается не в тепловом пробое, — сказал генеральный директор Viridi Джон Уильямс в интервью журналу PV в США. — Проблема в распространении огня от одной ячейки к другой. Вот где происходит катастрофа».
Во время демонстрации безопасности аккумуляторов Viridi, которая состоялась 15 мая в технологическом центре компании площадью 43 акра в Буффало, штат Нью-Йорк, в сотрудничестве с Soteria Battery Innovation Group, специалисты инициировали перегрев в стандартном аккумуляторном блоке, что привело к распространению огня от элемента к элементу. Испытание второго блока, оснащенного системой термоизоляции и барьерами Viridi для предотвращения распространения огня, ограничило возгорание одним элементом, не затронув остальные.
«Когда вы запускаете аккумуляторную батарею мощностью 50 кВт⋅ч и видите, сколько энергии, дыма и газа выходит из неё, вы испытываете огромное уважение к этой технологии, — сказал Уильямс. — Хорошая новость в том, что она действительно энергоёмкая. С другой стороны, она действительно энергоёмкая».
Хотя существует множество стратегий по снижению риска перегрева, от выбора химического состава аккумулятора до управления рабочей средой, факт остаётся фактом: когда у вас большая установленная база в полевых условиях, что-то обязательно произойдёт.
Уильямс сказал, что Дж. Р. Линна, руководитель отдела исследований и разработок Viridi, сказал ему, что вероятность сбоя составляет один на столько-то миллионов ячеек, независимо от того, кто их производит. Потому что в какой-то момент может произойти короткое замыкание, которое создаст достаточно тепла и приведёт к катастрофическому сбою, сколько бы датчиков вы на него ни установили.
В конце концов, сказал Уильямс, событие пройдёт мимо всех защитных механизмов. Он спросил, как это можно остановить, но Линна ответила, что это действительно невозможно остановить.
По этой причине, по словам Уильямса, подход его компании заключается в том, чтобы начать с эффективного химического состава, а затем разработать для него самый прочный защитный корпус. Компания Viridi была основана в 2018 году для производства аккумуляторных батарей для строительной отрасли, где, по словам Уильямса, с оборудованием обычно обращаются грубо. Компания производит аккумуляторные контейнеры из стали марки 50 толщиной в четверть дюйма в качестве первой линии защиты от термических воздействий. Целью было исключить физические повреждения.
«На рынке компактного строительного оборудования оно довольно сильно изнашивается, — сказал он. — Его поднимают на здания, грузят на грузовики, сбрасывают с грузовиков, оно падает в канавы, попадает в пруды. Компактное строительное оборудование — это на самом деле просто модные молотки; они забивают их до смерти».
Помимо снижения риска физического повреждения блока BESS, которое может привести к возгоранию, система сдерживания предназначена для предотвращения распространения огня из одной ячейки на соседние. Как было рассчитано выше, в какой-то момент аккумуляторная батарея может замкнуть или выйти из строя таким образом, что это приведёт к тепловому событию. Поскольку не всегда возможно предсказать, где произойдёт сбой, каждый блок ячеек должен быть максимально прочным.
Уильямс объяснил, что модули BESS компании Viridi предназначены для сдерживания трёх аспектов теплового взрыва: огромного количества тепла (более 700 градусов по Цельсию); выброса частиц; ударной волны. По словам Уильямса, жидкостные теплоотводы создают направленный поток пара, который не позволяет температуре в соседних ячейках подниматься выше 170 градусов по Цельсию. Прокладки между ячейками рассеивают ударную силу, направленную вверх, чтобы она не сжимала стенки соседних ячеек.
Пожарная безопасность литий-ионных аккумуляторов вызывает растущую обеспокоенность у всё более широкого круга заинтересованных сторон, помимо производителей и пользователей, в число которых всё чаще входят люди, живущие рядом с автомобильными аккумуляторами и установками BESS. В результате службы экстренного реагирования, регулирующие органы, а также организации, разрабатывающие нормы и стандарты, с трудом успевают за соответствующими правилами и технологиями.
Ранее в этом месяце компания Sungrow, предоставляющая услуги BESS, объявила, что её система PowerTitan 2.0 с жидкостным охлаждением получила одобрение пожарной службы Нью-Йорка, что открывает путь для развёртывания литий-ионной системы в городе. В прошлом году Sungrow провела собственное испытание на огнестойкость, чтобы продемонстрировать возможности системы PowerTitan по управлению температурой.
В ходе этого испытания, которое проводилось на испытательном полигоне в Китае и транслировалось в прямом эфире для заинтересованных сторон, панели защиты от взрыва, установленные на верхней части блока, в котором был зажжён огонь, автоматически направляли пламя вверх, предотвращая его распространение на соседние аккумуляторные блоки. Испытание проходило без вмешательства персонала или систем пожаротушения до тех пор, пока огонь не погас сам по себе.
По словам Мэнди Чжан, менеджера по аккумуляторным батареям Sungrow в зарубежных регионах, широкое распространение литий-ионных аккумуляторов во многих сферах приводит к тому, что любой случай возгорания получает широкую огласку. Это приводит к восприятию повышенного риска возгорания.
«Мы считаем, что внимание отрасли к риску возгорания в основном связано с недостаточным пониманием того, как происходит возгорание в системах хранения энергии, — сказал Чжан в интервью журналу PV Magazine в США. — Статистические данные показывают, что реальный риск возгорания относительно низок. Это подтверждают отчёты таких организаций, как Национальная ассоциация противопожарной защиты и Комиссия по безопасности потребительских товаров США».
Чжан считает, что существующие сертификаты и стандарты пожарной безопасности в некоторых регионах не поспевают за быстро растущей базой литий-ионных аккумуляторов. Она заявила, что производители аккумуляторов должны сотрудничать с соответствующими органами по стандартизации, чтобы поддерживать актуальность систем хранения и управления аккумуляторами.
Джон Захуранчик, президент компании Fluence Energy, производящей аккумуляторы, согласен с тем, что обмен опытом должен быть беспрепятственным между поставщиками, подрядчиками, операторами и службами экстренного реагирования, чтобы предотвратить появление новостей о перегреве и искажение общественного мнения о безопасности литий-ионных аккумуляторов.
«Когда что-то идёт не так, мы должны говорить об этом в духе: «Эй, не всем же нужно проходить через это в одиночку», — сказал Захуранчик журналу pv в США. «Мы являемся частью Американской ассоциации чистой энергетики, и одна из наших главных задач — собрать часть этой информации и пропагандировать наилучший подход к безопасности».
Промышленность в ответ на это предлагает более интенсивные методы тестирования и оценки BESS. В марте UL Solutions представила свою новую методологию UL 9540A для определения восприимчивости аккумуляторной технологии к тепловому разгону.
Тем не менее Уильямс из Viridi сказал, что индустрия BESS и регулирующие органы всё ещё пытаются понять, как управлять тепловыми явлениями и BESS в целом.
«Все испытания, которые проводятся сейчас, — это испытания на основе наблюдений, — сказал он. — Таким образом, вы можете пройти 9540 испытаний, но позже всё равно произойдёт взрыв из-за чего-то невидимого. Нам нужно обсудить это. Мы даже не начали разбираться в том, какое хранилище нам нужно в этой стране, так что впереди ещё долгий путь».