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編者按：如今，電池儲能系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的部署，鋰離子電池是當今儲能系統(tǒng)中的主要組件，但如果設(shè)計、安裝或維護不當，可能對生命和財產(chǎn)帶來重大風(fēng)險和損失。電池大規(guī)模破壞性測試或燃燒測試可以評估系統(tǒng)安裝安全性，并幫助急救人員確定發(fā)生故障時的最佳處理方式。

如今，由于解決了太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的間歇性和可靠發(fā)電的問題，電池儲能系統(tǒng)得到了廣泛的部署。采用儲能系統(tǒng)，太陽能發(fā)電設(shè)施可以在日落之后繼續(xù)提供電力。經(jīng)過多年的推廣和應(yīng)用，電池儲能系統(tǒng)在主要能源市場獲得了更多關(guān)注，特別是在夏威夷這樣不再為新的住宅太陽能客戶提供補貼的美國一些州和地區(qū)。然而，就美國大部分地區(qū)和全球太陽能市場而言，儲能系統(tǒng)仍然是一個小眾應(yīng)用。


安全性是阻礙太陽能+儲能設(shè)施部署的重要因素。鋰離子電池是當今儲能系統(tǒng)（ESS）中的主要組件，但如果設(shè)計、安裝或維護不當，可能對生命和財產(chǎn)帶來重大風(fēng)險和損失。鋰離子電池含有揮發(fā)性碳氫化合物電解質(zhì)，在某些條件下會引起無法控制的火災(zāi)或爆炸。目前行業(yè)機構(gòu)正在開發(fā)和制定旨在使電池儲能系統(tǒng)更安全的防火規(guī)范和標準，但存在很大的不確定性，而很多廠商和用戶缺乏對其安全運行標準和措施的認識。

電池起火面臨的后果

自2018年5月以來，韓國部署的電池儲能系統(tǒng)發(fā)生了20多起火災(zāi)。今年4月19日，亞利桑那州公共服務(wù)（APS）公司部署的一個電池儲能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)和爆炸，導(dǎo)致多名消防員住院，其中3名需要轉(zhuǎn)院治療。APS公司在事件發(fā)生后立即采取措施關(guān)閉了其他兩個電池儲能系統(tǒng)，以評估安全問題。這些事件正在向儲能行業(yè)廠商、公用事業(yè)公司、具有管轄權(quán)的監(jiān)管機構(gòu)（AHJ）、消防機構(gòu)等敲響了安全警鐘。許多開發(fā)商、獨立電力生產(chǎn)商和公用事業(yè)公司暫時停止運營其電池儲能系統(tǒng)，以便在重新評估其電池儲能系統(tǒng)的安全性。

電池燃燒測試的作用

美國國家消防協(xié)會（NFPA）855等消防規(guī)范有助于提高電池儲能系統(tǒng)安全性。雖然NFPA 855和其他規(guī)范即將制定實施，但它們離廣泛采用還有幾年的時間。同時，為了安全地部署電池儲能系統(tǒng)，相關(guān)行業(yè)需要額外的測試數(shù)據(jù)來證明和驗證儲能系統(tǒng)在非理想條件下的響應(yīng)，并幫助定義產(chǎn)品標準。

美國獨立光伏組件測試實驗室（PVEL）及其合作伙伴開展了電池大規(guī)模破壞性測試或燃燒測試，試圖解決安全運行問題，尤其是在沒有工作人員監(jiān)管的情況下。該測試通過模擬電池運行期間的實際現(xiàn)場故障條件，揭示了特定儲能系統(tǒng)在故障期間的行為。燃燒測試結(jié)果用于評估系統(tǒng)安裝安全性，并幫助急救人員確定發(fā)生故障時的最佳處理方式。

通過更好地了解電池故障，利益相關(guān)者可以識別出事故發(fā)生時，對于緊急響應(yīng)者、建筑物和其他基礎(chǔ)設(shè)施最有可能出現(xiàn)的風(fēng)險。為此，開發(fā)人員和系統(tǒng)所有者可以設(shè)計和實施更好的管理和控制火災(zāi)和爆炸的方法。例如，測試結(jié)果可用于確定部署電池儲能系統(tǒng)的建筑物或容器所需的通風(fēng)條件或火災(zāi)抑制劑的水平，其測試結(jié)果還可以確定水或其他非傳統(tǒng)滅火劑是否足以滅火。

如何實施測試

大規(guī)模電池破壞性測試從了解儲能系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和組成開始。電池由電池單體組成，在某些情況下甚至由數(shù)千個單體組成。將一定數(shù)量的電池單體放置在電池包或電池模塊的結(jié)構(gòu)中，然后將這些電池模塊串聯(lián)和并聯(lián)，以形成完整的電池系統(tǒng)。在電池模塊或系統(tǒng)級別中的任何一個組件都有可能導(dǎo)致易燃氣體逸出，在熱失控后可能會爆炸?；馂?zāi)通常來自單塊電池，但如果電池組設(shè)計不當，失效可以快速地從一塊電池蔓延到另一塊電池（這種失效稱為熱失控）。

美國獨立光伏組件測試實驗室（PVEL）遵循UL 9540A標準評估電池儲能系統(tǒng)中熱失控火焰蔓延的方法。該標準要求對電池單體、模塊、系統(tǒng)級別的電池進行破壞性測試。在每種情況下，電池被加熱或以其他方式強制進入熱失控狀態(tài)，釋放廢氣直至產(chǎn)生反應(yīng)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸或其他故障。在每個級別都收集了許多與廢氣成分、釋放速率、溫度、熱通量、放熱率、爆炸風(fēng)險等相關(guān)的變量。

電池的燃燒測試可以深入了解火災(zāi)可能蔓延的位置、蔓延速度以及可能存在的爆炸風(fēng)險。這些信息有助于救援人員制定適當?shù)木o急行動計劃和標準操作程序，無論是采用將水或其他滅火劑快速撲滅火災(zāi)，還是讓其燃燒但控制其蔓延范圍和區(qū)域，都可以安全快速地應(yīng)對和處理事故。其研究結(jié)果還指導(dǎo)了抑制和探測電池儲能系統(tǒng)的設(shè)計、爆炸建模、防護以及選址要求。

未來的展望

如果沒有進行燃燒測試，電池儲能系統(tǒng)部署和運行的安全將不能得到保障。由于韓國和亞利桑那州的儲能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)，保險公司也關(guān)注到電池儲能系統(tǒng)帶來的風(fēng)險。因此，遵守標準很快就會成為保險公司對電池儲能系統(tǒng)提供財務(wù)支持和保險的必要條件。

相關(guān)行業(yè)對電池儲能系統(tǒng)安全所需的標準和規(guī)范正在制定中。雖然目前美國只有少數(shù)司法管轄區(qū)需要進行燃燒測試，但美國獨立光伏組件測試實驗室（PVEL）預(yù)計，到2021年這樣的標準將在絕大多數(shù)美國司法管轄區(qū)內(nèi)獲得強制執(zhí)行。行業(yè)人士希望采用的標準規(guī)范需要進行大規(guī)模的火災(zāi)測試才能克服一些極端的問題，并提出電池儲能系統(tǒng)的安裝最小間距和尺寸要求。

有了這些正確的信息，儲能行業(yè)就可以更加廣泛地應(yīng)用這項有前途的儲能技術(shù)，而不會對生命或財產(chǎn)造成不應(yīng)有的損失，甚至在標準和規(guī)范得到完善、實施和要求之前也是如此。

原標題：電池破壞性測試將為電池儲能系統(tǒng)的安全部署和運行提供幫助