据不完全统计,9月下半月,全球发生储能系统起火及爆炸事故8起,包括美国Valley Center储能项目电池储能单元起火、澳大利亚Bouldercombe电池储能项目起火、法国养鸡场光伏储能装置爆炸等。
8起储能事故,户储项目过半
事故汇总后发现,8其储能火灾事故中,户用储能项目发生储能系统起火及爆炸事故占比过半(5/8)。同时,大型储能电站、工商业储能系统亦有涉及。
9月29日,由于技术故障,德国克莱因卡尔一个户用光伏系统配套部署的电池储能系统发生储能系统爆炸,并冒出浓烟。该事故未造成人员受伤,但由于遭到烟熏,该住宅目前无法居住。
9月29日,由于光伏储能设施的锂电池发生爆炸,法国Saint-Esprit的Peter Maillet区一养鸡场发生火灾。该事故无人员伤亡,但附近的房屋窗户被炸毁,经济损失达百万欧元。
9月27日,德国埃伦弗里德斯多夫一户储系统起火,有两人受伤入院,附近的一条高速公路不得不关闭,但并没有有关电池储能系统来源的任何细节。
9月26日晚,澳大利亚昆士兰州罗克汉普顿以南的Bouldercombe电池储能项目起火,现场无人员伤亡。据悉,Bouldercombe电池储能项目由40个Megapack 2.0单元组成,初始容量为50MW/100MWh,预计10月投入运营。投运后将成为昆士兰州首批独立大型电池储能系统 (BESS) 之一。
9月24日,由于大篷车后部的光伏电池储能装置有缺陷,奥地利阿尔塔赫的一个花园定居点发生了一起事件。避难所和一栋附属建筑完全被火焰吞没。
9月24日,奥地利克恩顿州费尔德基兴消防局对一起地窖火灾做出了反应。从应急部门拍摄的照片来看,此次事件涉及的储能系统尚不清楚。据当地媒体报道,午夜前,该房屋的居民被一声巨响惊醒,房屋的地下室起火。
9月19日,德国科切尔发生了一起地下室火灾,相关部门在地下室的技术室中发现了一块冒烟的电池。该事故无人员伤亡。
9月18日下午,美国加利福尼亚州圣地亚哥县北部的Valley Center储能项目发生电池储能单元起火事件。紧邻事故现场四分之一英里范围内的住户和企业已进行了疏散,同时,距离现场半英里内的人们被要求就地避难。
户储火灾事故高发原因及对策
从上文可以看到,9月下半月全球至少发生了8起储能系统起火及爆炸事故,其中5起(超过一半的事故)是由户用储能项目引起的。包括德国克莱因卡尔、法国Saint-Esprit的养鸡场、德国埃伦弗里德斯多夫的户储系统等。
户储火灾事故频繁的原因可能与多方面因素有关。首先,户用储能系统的数量多,意味着更大的概率和频率暴露于火灾风险中。其次,由于规模小,它们可能在制造、安装和维护时缺乏相应的标准和监管,导致安全隐患。此外,与大型储能系统相比,户用系统可能缺少专业的运维团队,进一步增加了安全风险。
这些频繁的事故不仅直接威胁到户储产品用户的生命财产安全,还可能对储能行业的长期发展和公众的接受度产生不良影响。
因此,对于户用储能系统,提高安全标准、加强技术研发和规范管理尤为重要。建议制定更加严格的生产和安装标准,鼓励制造商进行更深入的技术研究,以增强电池的安全性和稳定性。同时,对使用者提供必要的培训和指导,确保他们在日常使用和维护中能够遵循正确的操作程序。
有害气体及毒雾,已成储能火灾二次伤害重灾区
锂电池热失控是一个连续性过程,分为早期热失控、电池鼓包以及起火爆炸三个阶段。在这些阶段中,电池因内部的化学反应与温度上升释放出大量气体,例如二氧化碳、氟化氢和氢气。这些气体除了具有爆炸风险,还具有强烈的毒性和刺激性。
以德国克莱因卡尔的事故为例,电池在爆炸后释放出浓烟,导致住宅被烟熏而不宜居住。再如2019年4月19日美国亚利桑那州APS电力公司储能电站火情中,由于热失控储能电池释放出易爆气体,并在集装箱内部累积,最终因不明因素引燃导致爆炸发生。造成多名人员受伤,其中一名消防主管与一名工程师在爆燃事件中受到重伤。
换言之,除了火灾和爆炸的直接危害,储能电池热失控过程中释放的有毒和刺激性气体会对附近居民和环境造成二次伤害。这些气体在被吸入后可能导致呼吸困难、眼部、皮肤刺激甚至中毒。长时间的暴露还可能引发慢性健康问题。
因此,设计和运营储能电池时,除了预防电池热失控外,还需有策略地预防和处理这些有害气体的泄露。可能的措施包括:加强电池的外部密封、安装有害气体检测器以及设置专门的排气系统等。
储能锂电池热失控三阶段
储能锂离子电池热失控主要原因有两个:一个是外部原因,储能电站空间密闭,内部存储大量能量,充放电时电化学反应会释放热能,本身具有潜在热失控危险;另一个是内部原因,锂离子电池电解液电化学反应引发的副反应容易引发热失控。
锂电池一旦发生热失控,将经历三个阶段:热失控早期(100℃左右)、电池鼓包阶段(300℃左右)和起火爆炸阶段(超过300℃)。
第一阶段,热失控早期,电池内部温度升高至100℃左右,SEI分解,隔膜融化,产生气体。
这一阶段,电池内部温度迅速升高至接近100℃,电池负极表面的固体电解质界面膜钝化层分解,电池SEI膜失去保护。超过100℃,化学反应产生二氧化碳等气体。150℃左右,电池内聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜先后融化,电池电解液与正极发生反应。
同时,电池温度上升过程中,电池正负极接触引发短路。电解液与其他有机溶剂发生分解、放热化学反应,释放二氧化碳、氟化氢、氢气等气体。
第二阶段,电池鼓包阶段,电池内部温度升高至300℃左右,产生大量可燃气体,产生鼓包现象。
这一阶段,锂离子电池内温度上升至300℃左右时,其内部锂与电解液、有机溶剂发生化学反应,产生大量甲烷、丙烷等碳氢可燃气体。电池内部空间密闭,气体无法迅速扩散,在电池内部大量累计,导致电池发生鼓包现象。
第三阶段,起火、爆炸阶段,电池内部温度超过300℃,电池内发生强烈氧化还原反应,出现明火。
这一阶段,电池仍处于充电状态,正极与电解液仍在进行强烈的氧化还原反应,电池迅速升至高温并释放大量有毒气体。
目前,储能电站多采用储能舱形式,舱内电池模组排列紧密成簇,处于热失控高温状态的电池模组极易影响其他电池模组发生热失控,引发连锁反应,最终导致电池出现明火,最终爆炸。