पार्श्वभूमी

ऊर्जा संकटामुळे गेल्या काही वर्षांत लिथियम-आयन बॅटरी ऊर्जा साठवण प्रणाली (ESS) अधिक प्रमाणात वापरली गेली आहे, परंतु अनेक धोकादायक अपघातही घडले आहेत ज्यामुळे सुविधा आणि पर्यावरणाची हानी झाली आहे, आर्थिक नुकसान झाले आहे आणि नुकसान देखील झाले आहे. जीवन तपासात असे आढळून आले आहे की जरी ESS ने UL 9540 आणि UL 9540A सारख्या बॅटरी सिस्टमशी संबंधित मानकांची पूर्तता केली असली तरी थर्मल गैरवर्तन आणि आगीच्या घटना घडल्या आहेत. म्हणून, भूतकाळातील प्रकरणांमधून धडे शिकणे आणि जोखीम आणि त्यांच्या प्रतिकारांचे विश्लेषण करणे ESS तंत्रज्ञानाच्या विकासासाठी फायदेशीर ठरेल.

प्रकरणांचे पुनरावलोकन

2019 पासून आजपर्यंत जगभरातील मोठ्या प्रमाणात ESS च्या अपघात प्रकरणांचा सारांश खालीलप्रमाणे आहे, ज्यांची सार्वजनिकरित्या नोंदवली गेली आहे.

वरील अपघातांची कारणे खालील दोन प्रमाणे सारांशित करता येतील.

1) अंतर्गत सेलच्या अपयशामुळे बॅटरी आणि मॉड्यूलचा थर्मल गैरवापर होतो आणि शेवटी संपूर्ण ESS ला आग लागते किंवा स्फोट होतो.

सेलच्या थर्मल ॲब्युजमुळे होणारी बिघाड हे मुळात लक्षात येते की आग लागल्यानंतर स्फोट झाला. उदाहरणार्थ, 2019 मध्ये ऍरिझोना, यूएसए मधील मॅकमिकन पॉवर स्टेशन आणि 2021 मध्ये बीजिंग, चीनमधील फेंगताई पॉवर स्टेशनचे अपघात दोन्ही आगीनंतर स्फोट झाले. अशी घटना एका पेशीच्या अयशस्वी झाल्यामुळे उद्भवते, ज्यामुळे अंतर्गत रासायनिक अभिक्रिया सुरू होते, उष्णता सोडते (एक्झॉथर्मिक प्रतिक्रिया), आणि तापमान सतत वाढत राहते आणि जवळच्या पेशी आणि मॉड्यूल्समध्ये पसरते, ज्यामुळे आग किंवा स्फोट देखील होतो. सेलचा फेल्युअर मोड सामान्यत: ओव्हरचार्ज किंवा कंट्रोल सिस्टीम अयशस्वी, थर्मल एक्सपोजर, बाह्य शॉर्ट सर्किट आणि अंतर्गत शॉर्ट सर्किट (जे इंडेंटेशन किंवा डेंट, मटेरियल अशुद्धता, बाह्य वस्तूंद्वारे प्रवेश इत्यादींसारख्या विविध परिस्थितींमुळे होऊ शकते. ).

सेलच्या थर्मल दुरुपयोगानंतर, ज्वलनशील वायू तयार केला जाईल. वरून तुम्ही लक्षात घेऊ शकता की स्फोटाच्या पहिल्या तीन घटनांचे कारण समान आहे, ते म्हणजे ज्वलनशील वायू वेळेवर सोडू शकत नाही. या टप्प्यावर, बॅटरी, मॉड्यूल आणि कंटेनर वेंटिलेशन सिस्टम विशेषतः महत्वाचे आहेत. सामान्यत: गॅस एक्झॉस्ट व्हॉल्व्हद्वारे बॅटरीमधून डिस्चार्ज केले जातात आणि एक्झॉस्ट व्हॉल्व्हच्या दबावाचे नियमन ज्वलनशील वायूंचे संचय कमी करू शकते. मॉड्यूल स्टेजमध्ये, ज्वलनशील वायूंचा संचय टाळण्यासाठी सामान्यत: बाह्य पंखा किंवा शेलच्या कूलिंग डिझाइनचा वापर केला जाईल. शेवटी, कंटेनरच्या टप्प्यात, दहनशील वायू बाहेर काढण्यासाठी वेंटिलेशन सुविधा आणि मॉनिटरिंग सिस्टम देखील आवश्यक आहेत.

2) बाह्य सहाय्यक प्रणालीच्या अपयशामुळे ESS अपयश

सहाय्यक प्रणालीच्या बिघाडामुळे होणारी एकंदर ESS बिघाड सामान्यत: बॅटरी सिस्टीमच्या बाहेर होते आणि परिणामी बाह्य घटक जळत किंवा धूर येऊ शकतात. आणि जेव्हा सिस्टमने निरीक्षण केले आणि त्यास वेळेवर प्रतिसाद दिला, तेव्हा यामुळे सेलचे अपयश किंवा थर्मल गैरवर्तन होणार नाही. व्हिस्ट्रा मॉस लँडिंग पॉवर स्टेशन फेज 1 2021 आणि फेज 2 2022 च्या अपघातांमध्ये, धूर आणि आग निर्माण झाली कारण फॉल्ट मॉनिटरिंग आणि इलेक्ट्रिकल फेल-सेफ उपकरणे कार्यान्वित होण्याच्या टप्प्यात त्या वेळी बंद करण्यात आली होती आणि वेळेवर प्रतिसाद देऊ शकली नाही. . या प्रकारची ज्वाला सामान्यतः बॅटरी सिस्टीमच्या बाहेरून सेलच्या आतील भागात पसरण्याआधी सुरू होते, त्यामुळे कोणतीही हिंसक एक्झोथर्मिक प्रतिक्रिया आणि ज्वलनशील वायू जमा होत नाहीत आणि त्यामुळे सहसा स्फोट होत नाही. इतकेच काय, जर स्प्रिंकलर सिस्टीम वेळेत चालू करता आली तर त्यामुळे सुविधेचे मोठ्या प्रमाणावर नुकसान होणार नाही.

2021 मध्ये ऑस्ट्रेलियातील जिलॉन्ग येथे "व्हिक्टोरियन पॉवर स्टेशन" आगीची दुर्घटना शीतलक गळतीमुळे बॅटरीमधील शॉर्ट सर्किटमुळे झाली होती, जी आम्हाला बॅटरी सिस्टमच्या भौतिक अलगावकडे लक्ष देण्याची आठवण करून देते. परस्पर हस्तक्षेप टाळण्यासाठी बाह्य सुविधा आणि बॅटरी सिस्टममध्ये एक विशिष्ट जागा ठेवण्याची शिफारस केली जाते. बाह्य शॉर्ट सर्किट टाळण्यासाठी बॅटरी सिस्टम देखील इन्सुलेशन फंक्शनसह सुसज्ज असावी.

काउंटरमेजर्स

वरील विश्लेषणावरून, हे स्पष्ट होते की ESS अपघातांची कारणे सेलचा थर्मल गैरवापर आणि सहाय्यक प्रणालीचे अपयश आहेत. जर बिघाड टाळता येत नसेल, तर ब्लॉकिंग अयशस्वी झाल्यानंतर पुढील बिघाड कमी केल्यास तोटाही कमी होऊ शकतो. खालील पैलूंवरून प्रतिकारक उपायांचा विचार केला जाऊ शकतो:

सेलच्या थर्मल दुरुपयोगानंतर थर्मल स्प्रेड अवरोधित करणे

सेलच्या थर्मल दुरुपयोगाचा प्रसार रोखण्यासाठी इन्सुलेशन अडथळा जोडला जाऊ शकतो, जो सेल दरम्यान, मॉड्यूल्स दरम्यान किंवा रॅक दरम्यान स्थापित केला जाऊ शकतो. NFPA 855 (स्टँडरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम्सच्या स्थापनेसाठी मानक) च्या परिशिष्टात, आपण संबंधित आवश्यकता देखील शोधू शकता. अडथळा वेगळे करण्यासाठी विशिष्ट उपायांमध्ये कोल्ड वॉटर प्लेट्स, एअरजेल आणि सेल दरम्यान लाईक्स घालणे समाविष्ट आहे.

बॅटरी सिस्टीममध्ये फायर सप्रेशन डिव्हाईस जोडले जाऊ शकते जेणेकरुन जेव्हा एकाच सेलमध्ये थर्मल गैरवर्तन होते तेव्हा ते फायर सप्रेशन डिव्हाइस सक्रिय करण्यासाठी त्वरीत प्रतिक्रिया देऊ शकते. लिथियम-आयन आगीच्या धोक्यांमागील रसायनशास्त्रामुळे उर्जा साठवण प्रणालीसाठी पारंपारिक अग्निशमन सोल्यूशन्सपेक्षा वेगळ्या फायर सप्रेशन डिझाइनची निर्मिती होते, जी केवळ आग विझवण्यासाठीच नाही तर बॅटरीचे तापमान कमी करण्यासाठी देखील असते. अन्यथा, पेशींच्या एक्झोथर्मिक रासायनिक अभिक्रिया होत राहतील आणि पुन्हा प्रज्वलन सुरू करतील.

अग्निशामक सामग्री निवडताना देखील अतिरिक्त काळजी घेणे आवश्यक आहे. जळत्या बॅटरीच्या आवरणावर थेट पाणी फवारल्यास ज्वलनशील वायूचे मिश्रण तयार होऊ शकते. आणि जर बॅटरीचे आवरण किंवा फ्रेम स्टीलचे बनलेले असेल, तर पाणी थर्मल गैरवर्तन टाळणार नाही. काही प्रकरणांमध्ये असे दिसून येते की बॅटरी टर्मिनल्सच्या संपर्कात असलेले पाणी किंवा इतर प्रकारचे द्रव देखील आग वाढवू शकतात. उदाहरणार्थ, सप्टेंबर २०२१ मध्ये व्हिस्ट्रा मॉस लँडिंग पॉवर स्टेशनला लागलेल्या आगीच्या दुर्घटनेत, स्टेशनचे कूलिंग होसेस आणि पाईप जॉइंट्स निकामी झाल्यामुळे बॅटरीच्या रॅकवर पाणी फवारले गेले आणि शेवटी बॅटरी शॉर्ट सर्किट आणि चाप झाल्या.

1. ज्वलनशील वायूंचे वेळेवर उत्सर्जन

वरील सर्व केस रिपोर्ट्स स्फोटांचे प्राथमिक कारण म्हणून ज्वलनशील वायूंच्या एकाग्रतेकडे निर्देश करतात. म्हणून, हा धोका कमी करण्यासाठी साइट डिझाइन आणि लेआउट, गॅस मॉनिटरिंग आणि वेंटिलेशन सिस्टम महत्त्वपूर्ण आहेत. NFPA 855 मानकामध्ये सतत गॅस शोध प्रणाली आवश्यक असल्याचे नमूद केले आहे. ज्वलनशील वायूची विशिष्ट पातळी (म्हणजे LFL च्या 25%) आढळल्यास, प्रणाली एक्झॉस्ट वेंटिलेशन सुरू करेल. याव्यतिरिक्त, UL 9540A चाचणी मानक एक्झॉस्ट गोळा करण्यासाठी आणि गॅस LFL ची निम्न मर्यादा शोधण्यासाठी आवश्यकतेचा देखील उल्लेख करते.

वेंटिंग व्यतिरिक्त, स्फोट आराम पॅनेल वापरण्याची देखील शिफारस केली जाते. NFPA 855 मध्ये नमूद केले आहे की ESSs NFPA 68 (डिफ्लेग्रेशन व्हेंटिंगद्वारे स्फोट संरक्षणावर मानक) आणि NFPA 69 (विस्फोट संरक्षण प्रणालीवरील मानक) नुसार स्थापित आणि देखरेख करणे आवश्यक आहे. तथापि, जेव्हा सिस्टीम अग्नि आणि स्फोट चाचणी (UL 9540A किंवा समतुल्य) चे पालन करते, तेव्हा ती या आवश्यकतेपासून मुक्त होऊ शकते. तथापि, चाचणीच्या अटी खऱ्या परिस्थितीचे पूर्णपणे प्रतिनिधीत्व करत नसल्यामुळे, वायुवीजन आणि स्फोट संरक्षण वाढविण्याची शिफारस केली जाते.

2. सहाय्यक प्रणालीचे अयशस्वी प्रतिबंध

अपर्याप्त सॉफ्टवेअर/फर्मवेअर प्रोग्रामिंग आणि कमिशनिंग/प्री-स्टार्ट प्रक्रियेमुळे व्हिक्टोरियन पॉवर स्टेशन आणि व्हिस्ट्रा मॉस लँडिंग पॉवर स्टेशन आगीच्या घटनांमध्ये योगदान दिले. व्हिक्टोरियन पॉवर स्टेशनला लागलेल्या आगीमध्ये, एका मॉड्यूलने सुरू केलेला थर्मल गैरवर्तन ओळखला गेला नाही किंवा अवरोधित केला गेला नाही आणि आग लागल्यानंतरही व्यत्यय आला नाही. ही परिस्थिती का घडली याचे कारण म्हणजे त्या वेळी कमिशनिंगची आवश्यकता नव्हती, आणि टेलिमेट्री सिस्टीम, फॉल्ट मॉनिटरिंग आणि इलेक्ट्रिकल फेल-सेफ डिव्हाइससह सिस्टम व्यक्तिचलितपणे बंद करण्यात आले. याव्यतिरिक्त, पर्यवेक्षी नियंत्रण आणि डेटा अधिग्रहण (SCADA) प्रणाली देखील अद्याप कार्यरत नव्हती, कारण उपकरणे कनेक्टिव्हिटी स्थापित करण्यासाठी 24 तास लागले.

त्यामुळे, लॉक-आउट स्विचद्वारे मॅन्युअली बंद करण्याऐवजी कोणत्याही निष्क्रिय मॉड्यूलमध्ये सक्रिय टेलीमेट्री, फॉल्ट मॉनिटरिंग आणि इलेक्ट्रिकल सेफ्टी डिव्हाइसेस सारखी उपकरणे असावीत अशी शिफारस केली जाते. सर्व विद्युत सुरक्षा संरक्षण उपकरणे सक्रिय मोडमध्ये ठेवली पाहिजेत. याव्यतिरिक्त, विविध आपत्कालीन घटना ओळखण्यासाठी आणि प्रतिसाद देण्यासाठी अतिरिक्त अलार्म सिस्टम जोडल्या जाव्यात.

व्हिस्ट्रा मॉस लँडिंग पॉवर स्टेशन फेज 1 आणि 2 मध्ये सॉफ्टवेअर प्रोग्रामिंग त्रुटी देखील आढळली, कारण स्टार्ट-अप थ्रेशोल्ड ओलांडला गेला नाही, बॅटरी हीट सिंक सक्रिय झाला. त्याच वेळी, बॅटरीच्या वरच्या थराच्या गळतीसह वॉटर पाईप कनेक्टरमध्ये बिघाड झाल्यामुळे बॅटरी मॉड्यूलला पाणी उपलब्ध होते आणि नंतर शॉर्ट सर्किट होते. ही दोन उदाहरणे दाखवतात की स्टार्ट-अप प्रक्रियेपूर्वी सॉफ्टवेअर/फर्मवेअर प्रोग्रामिंग तपासणे आणि डीबग करणे किती महत्त्वाचे आहे.

सारांश

ऊर्जा स्टोरेज स्टेशनमधील अनेक आगीच्या अपघातांच्या विश्लेषणाद्वारे, व्हेंटिलेशन आणि स्फोट नियंत्रण, योग्य स्थापना आणि कार्यपद्धती, सॉफ्टवेअर प्रोग्रामिंग तपासणीसह उच्च प्राधान्य दिले पाहिजे, ज्यामुळे बॅटरी अपघात टाळता येतील. याव्यतिरिक्त, विषारी वायू आणि पदार्थांच्या निर्मितीला सामोरे जाण्यासाठी सर्वसमावेशक आपत्कालीन प्रतिसाद योजना विकसित केली जावी.