储能行业如何为应对锂离子电池系统热失控故障做好准备？

据外媒报道，日前由行业专家组成的一个讨论小组探讨了电池储能系统的安全性以及如何将锂离子电池储能系统安全地部署到城市环境中。小组成员并指出，储能行业应该做好应对锂离子电池系统故障的充分准备，以使电池单元的热失控不会引起火灾或爆炸。

讨论小组成员之一、美国西北太平洋国家实验室技术顾问Matthew Paiss说：“如果热失控事件可以预见，那么就可以预防电池火灾事件。”Paiss曾是一名消防专家，曾任职于各种安全法规和标准制定技术委员会。

初创厂商Cadenza Innovation公司首席技术官Per Onnerud表示，该公司专门开发了一种新型的“Supercell”电池模块结构，该结构可防止锂电池的热失控级联到其他电池以引发火灾的事件，他说，从统计数据上来说，电池产品的某些故障总是会发生。

虽然一些专家表示，每1000万个电池中可能只会有一个发生故障，但目前的储能系统的部署规模越来越大，采用的电池也越来越多，发生故障的可能性也随之增加。与此同时，采用的电池也越来越大，因此如果电解液等活性物质着火，就会产生更多的易燃气体。

Onnerud表示，由于这种气体爆炸和火势蔓延起的火灾是难以接受的。电池的设计应为发生热失控故障做好准备，以便可以从容地处理这些故障。

Cadenza Innovation公司已经在纽约电力管理局（NYPA）的总部部署了基于其Supercell架构的电池储能系统试点项目。纽约电力管理局是一家公共电力组织，为纽约州的电力负荷提供约25％的电力。参加了讨论小组的纽约电力管理局研发工程师Steven Wilkie表示，与在更偏远或农村地区安装电池储能系统相比，在城市环境中部署电池储能系统需要更加周全地考虑安全性问题。

储能开发商需要将风险与储能部署的迫切需求进行权衡。例如，纽约电力管理局（NYPA）正在市区的高层建筑附近部署一个电池储能项目。因此，公用事业公司必须考虑可能需要添加哪些附加系统或功能，以确保建筑物内的居民安全，以及即使发生小事故是否需要撤离等事项。

Wilkie指出，更广泛地说，如果发现异常情况（例如热失控），则需要制定预期的响应程序和计划。需要从部署电池储能系统的用户角度来研究与当地消防部门的合作，在任何给定情况下该如何做，并使用正确的监测仪器和设备。

纽约电力管理局（NYPA）认识到电池在某些情况下可能会发生热失控，并且应该能够有效应对。电池储能系统内部的喷淋系统应对此有效进行处理，其中包括用于防止可燃气体积聚而爆燃的通风系统和灭火系统。他说，将良好的电池管理系统与一定程度的人工通风措施相结合，可以减少电池储能系统爆炸的危险，这是希望避免或显著降低电池火灾的措施。

大型公用事业和能源控股厂商杜克能源公司储能业务负责人Jay Sadler表示，对于杜克能源公司来说，该公司已经开始在农村地区部署储能系统，但越来越多的储能系统将部署城市环境中，这需要根据具体情况评估风险。

与此同时，需要尽可能降低风险。杜克能源公司正在实施Wilkie提到的所有安全技术，无论是在农村还是城市地区。Sadler说，“电池储能系统需要采用更严格的运营标准。如果能迅速检测到电池逸出的气体，那么就降低起火和爆炸的可能性。”他表示，该公司所使用的安全技术包括Li-Ion Tamer气体检测系统。

风险管理的另一个方面是，电池储能系统能够以保守的方式运行。杜克能源公司对其部署的电池储能系统中的电池的充电状态进行监控和限制。为了降低风险，即使电池制造商声称他们的电池能够在5％的电量状态下运行，杜克能源公司的运营团队也只将电量降低到15％，这就是Jay Sadler所称的“标准化”措施之一。

与此同时，电池储能系统需要良好的维护，例如定期清理电池储能系统的空调系统的过滤器。但是，从成本角度来看面临的一个问题是，较新的电池储能系统采用了最新技术以确保安全，很多老旧的电池储能系统并没有采用。Sadler表示，将这些新技术应用在这些老旧电池储能系统在成本上并不划算。他说，目前缺乏简单的解决方案来确保紧急响应人员能够安全地处理这些电池储能系统的任何问题，这一差距引发了一些担忧。

美国桑迪亚国家实验室首席技术官Josh Lamb博士表示，任何储能技术始终存在固有的风险，尤其是随着技术的进步和能量密度的提高，越来越多的能量被容纳到体积越来越小的电池产品设备中。他说，“任何电池都有重大风险，因此我们应该了解如何安全处理火灾。”

对于美国桑迪亚国家实验室团队来说，目前面临的一个挑战是，虽然可以测试电池或储能系统出问题时会发生什么，但很难评估在现场出现问题的可能性。Lamb说，这使得很难向最终用户说明将面临的风险。

Cadenza Innovation的Per Onnerud表示，在安全教育方面，储能行业仍然存在一些差距，而且这种差距还涉及安全测试。例如，穿刺测试（将钉子钉进锂电池以引起热失控）被认为是对电池的主要安全性和故障测试之一。

但是，穿刺测试的目的是模拟在电池单元级别发生内部短路（热失控的主要原因之一）时出现的情况。如果电池生产厂商知道如何规避或减轻穿刺测试的影响，则这种测试就不能很好地衡量电池对内部短路的反应。

研究机构还制定了其他测试标准，例如美国国家可再生能源实验室（NREL）使用内部短路装置，该装置使用熔化的蜡加热电池从而产生短路，Onnerud说，“这是我们希望在电池行业中看到的测试类型。”

Onnerud提到的另一个安全教育差距是，磷酸铁锂（LFP）电池化学通常被认为比镍锰钴（NMC）和其他类型的电池更安全，并且在某种程度上说，它具有较高的温度耐受性和耐滥用性，但是仍然含有可产生爆炸性气体的活性电解质材料。在城市环境中，确保这些气体逸出或被充分稀释而不会造成太大的风险，将是安全使用电池储能系统的一个主要考虑因素。

Onnerud表示，电池储能行业非常重视安全性，并且其标准和规范正在迅速发展。他说，锂离子电池储能系统肯定比核能发电更加安全。美国西北太平洋国家实验室技术顾问Matthew Paiss指出，高速行驶的携带燃料的汽车很可能不符合安全规定，但并不影响其广泛应用，电池储能系统也是如此，只是需要加强安全性。

Per Onnerud说，“尽管可能还会有其他选择，但目前锂离子电池是我们可以采用的成本最低的储能技术。随着人类面临气候变化的紧迫性，化石燃料的能源转型必须迅速进行。锂离子电池已经并且将继续是这一转型的关键部分。”

他表示，从测试的透明度、开发更好的安全设备、与消防部门和其他机构的合作来看，所有这些措施对于加强安全性至关重要。此外，美国消防协会的NFPA 855等规范和标准需要在全国范围内实施，以确保电池储能系统的最佳安全实践的统一性。