美国APS储能电站事故原因分析报道及整改建议和措施

美国APS储能电站事故原因分析报道及整改建议和措施2019年4月19日，美国亚利桑那州的公共服务公用事业公司（APS）发生大规模电池储能项目，由于2.16兆瓦时锂离子电池储能系统内发生连续热失控，一名职业消防队长，一名职业消防工程师和两名职业消防员在爆燃事件中受到重伤。4.1事故过程描述储能系统烟雾探测发出警报，并排放灭火剂。储能系统中的烟雾探测器在大约16:55时发出警报信号，并排放了全淹式灭火剂（Novec1230）。消防员是危险材料处置小组成员（HAZMAT），HAZMAT团队对储能系统附近定义了应急危险区，并进入该区进行危险气体监测和火情诊断。受伤的消防员是一支危险材料处置小组（HAZMAT）的成员，该小组于大约在18:28时到达现场。注意到从建筑物和附近的组件中散发出来并在沙漠中漂移的低层白云。该团队定义了一个热区（应急危险区），并多次进入该热区，以使用多通道气体浓度测量表、比色管（colorimetrictubes）和热像仪（TIC）在储能系统周围进行360度的火情诊断评估（size-up）。该小组在每次进入过程中都检测到危险的氰化氢（HCN）和一氧化碳（CO）升高。该团队持续监视储能系统，并注意到大约在19:50时白色气体/蒸汽混合物停止从容器中流出。HAZMAT领导层制定了事故响应行动计划，HAZMAT小组监测储能系统附近的HCN和CO浓度低于可接受的阈值，打开储能系统大门，随后发生爆燃事件。HAZMAT领导层制定了事故响应行动计划，其中包括一群高级消防指挥官的意见，以及拥有和设计和维护储能公司代表所提供的关于储能系统的信息。HAZMAT小组最后进入了热区，发现储能系统附近的HCN和CO浓度低于可接受的阈值。在遵循事件行动计划后，团队在大约20:01小时打开了储能系统的大门。消防员在大约20:04时在热区外观察到爆燃事件。所有HAZMAT团队成员在爆炸中均受到重伤，并被迅速送往附近的医院。注意：此事件中涉及的锂离子电池储能系统已在按照之前发布的《有关储能系统安装的当前共识标准NFPA855》的第一稿进行了调试；储能系统在设计符合调试时符合有效的相关法规和标准。4.2事故报告将该事件分为五个关键步骤（1）事故原因可能是是一个锂离子电池产生了树突或枝晶，从而导致锂离子电池短路，致使电芯升温并着火。（2）当火势蔓延到邻近的电芯时，气溶胶灭火剂无法阻止如此猛烈的大火。（3）在模组内放置的电芯离得很近，导致火势从一个电芯迅速蔓延到另一个电芯，没有任何物理屏障来防止火势蔓延。（4）随着数百个电芯燃烧殆尽，释放出爆炸性气体，并聚集在密闭容器内，并且容器内没有传感器来计算气体的积累。（5）由于缺乏气体监测遥感系统，并且消防员对这类情况的培训欠缺，导致首批消防员人员并未采取正确的行动。（6）爆炸性气体不断积聚，当第一批急救人员打开舱门，氧气进入舱内时，爆炸性气体开始燃烧。4.3整改措施及建议研究结果包括两大类建议:对电池系统设计进行物理改变以消除气体积聚的情况，以及改变对安全人员处理储能站紧急情况的培训。①APS将在储能系统中增加遥感和通风系统。当故障导致危险气体释放时，操作人员可以通过气体识别和通风将其冲洗出去，而避免风险。②其他升级包括冷却系统或电芯之间的屏障，以防止火灾蔓延，并包括更密集的灭火措施，以防气体灭火剂无法阻止火灾。③在安全培训方面，在装有电池的城市，APS对当地的安全人员进行了培训。为确保使用锂离子电池储能系统的消防和维修人员安全，以下建议和措施应被纳入标准、规范、研究计划的要求中。（1）基本的消防员、指挥官和HAZMAT成员的培训应强调储能系统的安全性；锂离子电池热失控，蒸气云形成和扩散过程中释放的气体和蒸气的潜在爆炸性；爆燃和爆炸波传播的动力学；应该进行包括全面测试的研究，以了解响应锂离子电池储能系统火灾事件而采取的最有效，最安全的消防策略。（2）在通过全面的实验可以确定最终的策略和指导之前，建议消防人员在将锂离子储能系统视为外壳中的气体混合物浓度高于LEL，除非另行证明，否则应待在保守的潜在爆炸半径之外，并停留在危险区的外部。（3）应开发一种在线教育工具，以扩散有关锂离子电池储能系统危害和消防战术考虑因素的适当基础知识。（4）锂离子电池储能系统应包含可远程访问的气体监测；应该进行包括多尺度测试在内的研究，以评估用于锂离子电池储能系统的固定式气体监测系统的有效性和局限性。（5）锂离子电池储能系统应包含强大的通信系统，以确保从BMS从整个储能系统中的传感器远程访问数据，并且让火警控制面板保持不间断。（6）储能系统的所有者和经营者应与当地消防人员和业主授权单位（AHJ）一起制定应急行动计划，并全面了解与锂离子电池技术相关的危害。（7）在所有储能系统安装中均应使用标识储能系统内容的标牌，以警告第一响应者与安装相关的潜在危险。（8）锂离子电池储能系统应与紧急操作计划配合，按照NFPA