Анализ несчастного случая при взрыве литиевой батареи в Пекине, в результате которого погибли двое пожарных

16 апреля произошел взрыв, когда пекинские пожарные реагировали на пожар в литий-железо-фосфатной батарее емкостью 25 МВт/ч, подключенной к солнечной батарее на крыше. Два пожарных погибли и один был ранен. CTIF может опубликовать перевод китайского отчета о происшествии.

Пожарная станция Пекина расследует причины возгорания LFP-батареи, в результате которого погибли двое пожарных, работавших над тушением пожара на крыше торгового центра в китайской столице в пятницу 16 апреля.

Городская пожарная станция заявила, что получила сообщение о пожаре в магазине Jimei Home Dahongmen в 12:17 дня и, предположительно, направила 235 пожарных с 47 пожарными машинами из 15 пожарных частей.

В северной части произошел взрыв, в результате которого погибли два пожарных и был ранен третий. Кроме того, после инцидента пропал один из сотрудников пекинского магазина полного обслуживания "Готион".

Авторы доклада не уверены в точной причине внезапного взрыва, но склоняются к тому, что износ окружающей среды разрушил изоляцию батареи из-за скопившейся пыли и песка:

"Внезапный взрыв электростанции в северном районе можно объяснить индукционным механизмом аварийной безопасности литиевых батарей, который заключается в тепловом разрушении батарей в экстремальных условиях, когда на них оказывают значительное воздействие внутренние и внешние источники. Безопасность системы хранения энергии на основе аккумуляторов сложна, поскольку она включает в себя аккумуляторы, системы управления аккумуляторами, кабели, электрическую топологию системы, системы раннего предупреждения, мониторинга и пожаротушения и т.д. Из-за ограниченности информации об авариях трудно определить, что пожар был инициирован низким качеством аккумуляторов или перегрузкой, подаваемой на аккумуляторы, которая превышает ограничения аккумуляторов. Несколько возможных причин предлагаются следующим образом".

Далее в отчете перечисляются несколько вероятных причин этого фатального сбоя, а также даются рекомендации по созданию и повышению безопасности при использовании этих типов батарей.

Ниже представлен отчет об этом инциденте, переведенный в сети проекта HyResponder, активными членами которого является CTIF.

Скачать отчет в формате PDF с иллюстрациями можно ниже:

Анализ аварийности проекта интегрированной солнечной накопительно-зарядной станции постоянного тока мощностью 25 МВтч в Пекине Jimei Dahongmen

Институт аккумулирования энергии и новых электрических технологий, China Electric Power Technology Co., Ltd.

Апрель 2021 г.

1. Общая информация о проекте

Проект интегрированной фотоэлектрической накопительно-зарядной станции постоянного тока Jimei Dahongmen 25 МВтч был представлен Комиссии по развитию и реформам (КРР) района Фэнтай города Пекина в апреле 2018 года. Данный проект был разработан и эксплуатируется компанией Beijing Fuweisi Oil & Gas Co, Ltd. 1-я фаза проекта включает в себя солнечную фотоэлектрическую энергосистему на крыше мощностью 1,4 МВт-ч, 94 парковочных места, оборудованных одиночными высокомощными сваями быстрой зарядки постоянного тока мощностью 150 кВт. Из 25 МВт-ч мощности 12,5 МВт-ч используется для зарядки внешних EV-автомобилей (включая 4,0 МВт-ч для частных автомобилей в южной зоне + 8,5 МВт-ч для общественных автобусов в северной зоне) и 12,5 МВт-ч для электроснабжения помещений.

Этот проект был запущен в коммерческую эксплуатацию в марте 2019 года и стал самой большой коммерческой станцией хранения энергии для клиентов в центральной части Пекина, самой масштабной общественной зарядной станцией, первой солнечной фотоэлектрической станцией хранения энергии уровня МВт-ч, первой инкрементальной распределительной сетью постоянного тока на стороне пользователя новой энергии, крупнейшим демонстрационным проектом солнечной фотоэлектрической станции хранения энергии. Схема проекта показана на рис. 1.

Рис. 1 Схема проекта солнечной накопительно-зарядной станции мощностью 25 МВтч

Аккумуляторы предоставлены компанией Guoxuan High-Tech Co., Ltd (3,2 В 10,5 Ач литий-железо-фосфатный квадратный корпус). Одиночные элементы были соединены сначала параллельно, а затем последовательно в режиме 225S18P (225 одиночных элементов соединены последовательно, чтобы сформировать строку, затем 18 строк были соединены параллельно) для создания батарейного модуля с напряжением 720 В и током 189 Ач. Батарейный кластер был изготовлен путем параллельного соединения нескольких батарейных модулей. Подробности можно найти на рис. 2.

Рис. 2 Батарейный кластер

Монокристаллические кремниевые фотоэлектрические панели были установлены на свободном пространстве на крыше Jimei Furnishing plaza для создания фотоэлектрической системы производства электроэнергии, как показано на рис. 3. Для электромобилей были установлены зарядные сваи, см. рис. 4. Солнечная система хранения и зарядки была создана путем интеграции подсистем фотоэлектрического производства электроэнергии, свай для зарядки ИИ и хранения энергии. Для системы хранения энергии ручное

Для системы хранения энергии рядом с аккумуляторными блоками было установлено ручное противопожарное оборудование для оказания экстренной помощи при ранних авариях.

Рис. 3 Фотоэлектрическая система выработки электроэнергии

Рис. 4 Сваи для зарядки электромобилей

В интегрированном проекте хранения и зарядки солнечной энергии подсистема аккумуляторной станции хранения энергии в значительной степени отличается от традиционной централизованной системы хранения энергии в отношении электрических структур. В традиционных зарядных станциях EV выходной ток - переменный, который должен быть преобразован в постоянный, а затем заряжать электромобили. Таким образом, требуются преобразователи переменного тока в постоянный. В данном проекте рассматривается особенность каскада батарей, которые непосредственно генерируют постоянный ток в качестве выходного. Поэтому преобразователи AC-DC исключены. Батареи были соединены последовательно для достижения напряжения 750 В, после многоступенчатого параллельного соединения, чтобы обеспечить мощность 150 кВт, ток 250 А и напряжение 750 В для каждой зарядной стопки. Выходные КПЭ соответствуют наивысшим значениям национальных стандартов зарядных свай. Благодаря отсутствию AC-DC преобразователей, размер подсистемы накопления энергии уменьшается. Однако требования к гомогенизации тока аккумуляторных кластеров и способности включения-выключения переключателя постоянного тока стали выше.

2. Отчет об аварии

В 12:17 дня 16 апреля 2021 года в пожарный командный центр Пекина поступило сообщение о пожаре, произошедшем на электростанции Beijng Jimei Dahongmen (расположенной в южном районе). На место пожара были направлены 47 пожарных машин и 235 огнеборцев из 15 местных пожарных бригад.

Около 14:15 вечера, когда пожарные боролись с огнем на электростанции в южном районе, на электростанции в северном районе без предупреждения произошел внезапный взрыв, что привело к гибели 2 пожарных, ранению 1 пожарного и пропаже без вести 1 сотрудника электростанции.

Рис. 5-7 не переведены. Пожалуйста, прочитайте оригинал отчета.

https://wemp.app/posts/547dac6a-171c-4389-b735-8951c0e8bcd8

Рис. 8 Аэрофотосъемка места аварии

В ходе предварительного расследования стало известно, что перед аварией на месте аварии проводились отладочные работы. В 23:40 вечера 16 апреля 2021 года открытый огонь был потушен. Однако охлаждение все еще продолжалось. Причины и материальный ущерб расследуются.

Рис. 9 Электростанция после тушения пожара

3. Анализ технических причин 3.1 Качество батарей

Внезапный взрыв электростанции в северном районе можно объяснить индукционным механизмом аварийной безопасности литиевых батарей, который заключается в тепловом разрушении батарей в экстремальных условиях, когда на них оказывают значительное воздействие внутренние и внешние источники. Безопасность системы хранения энергии на основе аккумуляторов сложна, поскольку она включает в себя аккумуляторы, системы управления аккумуляторами, кабели, электрическую топологию системы, системы раннего предупреждения, мониторинга и пожаротушения и т.д. Из-за ограниченности информации об авариях трудно определить, что пожар был инициирован низким качеством аккумуляторов или перегрузкой, подаваемой на аккумуляторы, превышающей их предел. Предлагается несколько возможных причин.

Согласно ситуации на месте, в литиевых батареях системы хранения энергии произошло возгорание и взрыв, а также сильное задымление. Причиной возгорания и взрыва литиевых батарей является отказ термоконтроля внутри батарей, который вызван двумя основными причинами: 1. внутренняя проблема литиевых батарей, например, внутреннее короткое замыкание из-за

3.2 Электрическая топология накопителей энергии

недостатком электродных материалов и/или образованием дендритов лития при длительной эксплуатации. 2. Внешние причины, например, необратимая экзотермическая реакция, вызванная электрическим и тепловым ударом. При объединении батарей в кластеры, если выбор модели батарей не соответствует требованиям безопасности, может произойти неконтролируемый нагрев из-за низкой устойчивости к турбулентности температуры в процессе зарядки-разрядки. В настоящее время основой для проверки безопасности литиевых батарей для хранения энергии является GB/T36276, национальный стандарт официально вступил в силу в январе 2019 года. Отличие этого национального стандарта, по сравнению с предыдущим стандартом для литиевых батарей в качестве источника питания автомобиля, заключается в новых технических требованиях к управлению теплом и соответствующим показателям безопасности. Соответствуют ли отобранные батареи в аварийных кластерах батарей требованиям GB/T36276, неизвестно. Если они не соответствуют требованиям GB/T36276, то существует риск для безопасности.

Электрическая топология проекта представляет собой структуру распределительной сети постоянного тока. Блок батарей был подключен к мощным зарядным сваям и фотоэлектрической системе через DC/DC-преобразователи на основе общей шины постоянного тока. Риски безопасности данного типа электрической топологии следующие:

(1) Когда производительность различных батарейных кластеров неравномерна, во время работы может образоваться циркуляция тока. Когда циркулирующий ток велик, возникает перегрузка одного блока батарей, что ускоряет старение и деградацию блоков батарей.

(2) Когда происходит короткое замыкание в шине постоянного тока, ток короткого замыкания переходит на блоки батарей через шину постоянного тока. Этот мгновенный высокий ток короткого замыкания может привести к значительному повышению температуры внутри батарей, что в результате приведет к пожару.

(3) В связи с более высокими требованиями к изоляции шины постоянного тока, недостаток изоляционных материалов может привести к искрению дуги. Поскольку постоянный ток не имеет точки пересечения нуля, дуговую искру трудно погасить.

Поэтому высокотемпературной дуговой искре легче воспламенить батареи и кабели.

(4) Выключатели постоянного тока более сложные, и дуговую искру в выключателях постоянного тока труднее погасить, чем в выключателях переменного тока. Время выключения выключателей постоянного тока больше, и выключатели постоянного тока дороже. В некоторых проектах дорогие выключатели постоянного тока иногда заменялись дешевыми выключателями переменного тока. Когда выключатели переменного тока использовались в системах постоянного тока, эти выключатели переменного тока могли не выключаться в случае аварии с перегрузкой, что приводило к риску безопасности.

(5) Отсутствие адекватных мер электрической изоляции для силового электронного оборудования в распределении постоянного тока. Если работы по заземлению в системе распределения электроэнергии постоянного тока не выполняются должным образом, проблемы электромагнитной циркуляции могут легко вызвать ток утечки при работе системы. Накопленное тепло из-за тока утечки в батарейных шкафах, кабелях и т.д. может вызвать локальные высокие температуры, что приведет к потенциальному возгоранию батарей как угрозе безопасности.

(6) Судя по виду с места происшествия, пожар произошел сначала в южной зоне. Внезапный взрыв в северной зоне произошел без предупреждения, пока пожарные боролись с аварией в южной зоне. В этой ситуации причиной может быть общая шина постоянного тока в северной и южной зонах. Когда авария произошла в южной зоне, в шине постоянного тока в южной зоне возникло короткое замыкание. Однако, поскольку система защиты постоянного тока не смогла обнаружить ток короткой циркуляции, система защиты постоянного тока не предприняла никаких действий. Таким образом, батареи в северной зоне были мгновенно перезаряжены, и ток увеличился, что привело к аварии. 3.3 Система управления батареями

Помимо аккумуляторных элементов, системы накопления энергии в батареях также включают в себя BMS, PCS, трансформаторы и соответствующее оборудование релейной защиты, коммуникационное оборудование и ряд первичного и вторичного оборудования. Это оборудование может прямо или косвенно вызывать проблемы безопасности в энергетических

3.4 Расположение кабелей и проводов

3.5 Проектирование противопожарной защиты электростанции

системе хранения из-за дефектов качества, нерегулярных процессов монтажа и ввода в эксплуатацию, необоснованных настроек и недостаточной изоляции. 7 марта 2017 года произошел пожар в системе хранения энергии литиевых батарей на электростанции в провинции Шаньси, Китай. Согласно отчету о расследовании, установлено, что причиной пожара в системе хранения энергии стало чрезмерное напряжение и ток, вызванные импульсным эффектом в процессе восстановления и запуска системы, и она не была эффективно защищена системой BMS. Система управления аккумулятором может иметь длительный цикл сбора данных и необоснованную настройку пороговых значений. Процесс зарядки и разрядки усугубляет риск выхода батареи из-под контроля.

Судя по открытой информации, кабели этого проекта были проложены по трубным мостам, которые находились близко к безопасному расстоянию батарейного шкафа. Если в вышеуказанной цепи произойдет короткое замыкание, кабель сгорит или взорвется, что легко вызовет цепную реакцию, в результате которой батарея загорится или взорвется.

Жгут проводов в батарейном модуле также является источником аварии. Если все жгуты проводов не имеют противопожарной защиты или жгут проводов сбора и жгут проводов связи не имеют четкого разделения, легко вызвать помехи между жгутами проводов и неточную информацию системы управления аккумулятором. При возникновении аварии, если не принять своевременных мер, жгут проводов не является огнестойким, и легко может стать источником воспламенения.

После термического разрушения литий-ионной батареи, с одной стороны, происходит сильный тепловой удар по окружающим батареям. С другой стороны, в результате теплового выхода батареи из-под контроля образуется большое количество горючего газа алкана. Под воздействием внешнего электрического удара, вызванного коротким замыканием внешней нагрузки, теплового удара после теплового отказа батареи и т.д., если

3.6 Система мониторинга, сигнализации и тушения пожара на электростанции и пожарная вода

В системе хранения энергии отсутствуют эффективные защитные меры, это может привести к расширению аварий аккумулятора. Если накопитель энергии расположен в помещении, то когда горючий газ достигнет определенной концентрации, он взорвется в случае открытого огня, а более серьезной ситуацией является цепная авария взрыва.

Согласно описанию СМИ, проект имеет две подстанции, одну главную и одну присоединенную. Присоединенный конец сети проходил через кабель после шины постоянного тока на стороне низкого напряжения. Когда произошло короткое замыкание, пожарные уже были на месте. Поскольку не было изоляции аккумуляторной системы хранения энергии, взрыв произошел как раз в момент прибытия пожарных (в 13:30 вечера - время разрядки). Из этого можно сделать вывод, что проект противопожарной защиты электростанции недостаточен. В проекте противопожарной защиты на объекте нет брандмауэра, отсутствуют средства изоляции и поглощения энергии, и он не играет эффективной защитной роли в случае взрыва аккумуляторов энергии.

Согласно ситуации на объекте, взрыв произошел в северной зоне. Согласно этому явлению, он может быть вызван высокой температурой, возникшей в результате пожара в южной зоне. Клапан сброса давления аккумулятора системы хранения энергии в северной зоне был открыт, чтобы выпустить горючий газ, образовавшийся в результате разложения электролита, что привело к дефлаграции. Возможно, не хватает устройств обнаружения горючих газов или устройства обнаружения вышли из строя, не смогли эффективно обнаружить горючие газы и не сделали своевременного предупреждения, что привело к взрыву. Большое распространение пожара на энергоаккумулирующей электростанции указывает на то, что система пожаротушения на месте не смогла с первого раза справиться с пожаром, а установленное на месте ручное устройство пожаротушения не может функционировать, что не соответствует требованиям пожаротушения на энергоаккумулирующих электростанциях с литий-ионными аккумуляторами.

3.7 Метеорологические факторы окружающей среды

3.8 Система эксплуатации и управления персоналом на площадке

Судя по фотографиям аварии, когда пожарные использовали противопожарную воду для тушения пожара системы хранения энергии в южной зоне, в северной зоне внезапно произошел взрыв. Из-за близкого расстояния между южной и северной зонами, вода для пожаротушения могла коснуться системы хранения энергии в северной зоне, когда распылялась на южную зону. Поскольку система хранения энергии представляет собой высоковольтное заряженное тело, распыление воды может вызвать короткое замыкание заряженного тела и кабелей и привести к пожару или длительной электрической аварии. Поэтому на ранней стадии пожара в системе хранения энергии, когда большое количество аккумуляторов энергии еще не пострадало, использование воды в качестве средства пожаротушения все еще требует тщательного рассмотрения.

Из отчета о расследовании и анализе пожаров на энергоаккумулирующих электростанциях в Южной Корее видно, что факторы окружающей среды являются возможными причинами пожаров в энергоаккумулирующих системах. 15 апреля в Пекине было объявлено желтое предупреждение о шторме, булевое предупреждение о песчаной пыли и оранжевое предупреждение о лесных пожарах. Метеорологические условия сильного ветра и песчаной пыли могут привести к накоплению пыли в системе хранения энергии. С одной стороны, это не способствует теплоотдаче системы хранения энергии и повышает рабочую температуру системы. С другой стороны, наличие песка и пыли негативно сказывается на изоляции системы. Нарушение изоляции может легко привести к электрическому пробою электрооборудования и локальному повышению температуры, что вызовет тепловой отказ аккумуляторов энергии.

По сообщениям СМИ, когда произошла авария на электростанции с энергоаккумулятором, на месте находились рабочие, которые отлаживали систему энергоаккумулятора. Система накопления энергии - это высоковольтная система, работающая под высоким напряжением. На строительной площадке и на площадке ввода в эксплуатацию имеется множество кабелей и проводов. При неправильной эксплуатации или неправильном обращении с площадкой могут возникнуть проблемы с безопасностью. Начиная с корпуса батареи, интеграции, проектирования

проектирования, строительства, эксплуатации и обслуживания и т.д., в настоящее время существуют соответствующие стандарты. Если они не выполняются в соответствии со стандартами, возникают такие проблемы, как нерегулярная работа на месте, отсутствие надзора и недостаточное понимание операторов, что может привести к серьезным последствиям для безопасности.

4. Предложения по будущей работе

(1) Усилить управление безопасной эксплуатацией и усовершенствовать систему технического надзора на действующих электростанциях с накопителями энергии. Уточнить обязанности по управлению и ответственных лиц. Учитывая скрытую опасность различных видов аварий на энергоаккумулирующих станциях, разработать аварийные планы и противопожарные меры для обеспечения безопасности персонала и имущества.

(2) Усилить применение стандартов технологии хранения энергии, создать систему управления качеством строительства, эксплуатации и обслуживания накопителей энергии, внедрить соответствующие требования стандартов во все аспекты надзора за технологией хранения энергии и обеспечить безопасность и надежность оборудования для хранения энергии, подключенного к сети.

(3) Ускорить создание платформ для моделирования отказов и пожаров в системах хранения энергии большой емкости, провести исследования механизма развития пожара и превентивного контроля систем хранения энергии, создать систему оценки уровня пожарной опасности и защиты систем хранения энергии, проверить и улучшить адаптацию системы безопасности систем хранения энергии к различным условиям окружающей среды.

(4) Усилить исследования технологий безопасности в области хранения энергии, изучить технологии безопасности систем хранения энергии в их жизненном цикле, изучить технологии восприятия и диагностики состояния безопасности систем хранения энергии в режиме онлайн, изучить технологии раннего предупреждения безопасности электростанций хранения энергии, технологии огнезащиты, теплоизоляции, пожаротушения и т.д. Принимать практические и эффективные меры для ускорения популяризации и применения новых технологических достижений.