中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：背景
Victorian Big Battery(VBB) 電池儲(chǔ)能項(xiàng)目是部署在澳大利亞維多利亞州吉朗的一個(gè)300MW/450MWh電網(wǎng)規(guī)模電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，是全球目前運(yùn)營(yíng)的規(guī)模最大的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)之一，在峰值電力需求期間可以為維多利亞州一百多萬(wàn)戶(hù)家庭用戶(hù)供電30分鐘。VBB電池儲(chǔ)能項(xiàng)目采用了212個(gè)Tesla Megapacks電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。Tesla Megapack是一種集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，由電池模塊、電力電子設(shè)備、熱管理系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成，而一個(gè)Tesla Megapacks電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以安裝在一個(gè)長(zhǎng)7.2米、寬1.6米、高2.5米的集裝箱中。
2021年7月30日，在VBB電池儲(chǔ)能項(xiàng)目的初始安裝和調(diào)試期間，其中一個(gè)Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)開(kāi)始起火并蔓延到鄰近的另一個(gè)Megapack儲(chǔ)能系統(tǒng)，好在火勢(shì)并沒(méi)有蔓延到其他的儲(chǔ)能系統(tǒng)，這兩個(gè)Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在燃燒六個(gè)小時(shí)之后燒毀。由于沒(méi)有發(fā)生爆炸或爆燃的情況，并沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)滅火和處理的消防人員和應(yīng)急響應(yīng)人員受傷。Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用防止火災(zāi)設(shè)計(jì)，根據(jù)特斯拉公司發(fā)布的鋰離子電池應(yīng)急響應(yīng)指南2(ERG)，可以允許Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)繼續(xù)燃燒，同時(shí)消防人員在安全距離監(jiān)測(cè)鄰近的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全情況。而最終帶來(lái)的后果是212個(gè)Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中有兩個(gè)被火災(zāi)燒毀，不到VBB電池儲(chǔ)能項(xiàng)目的1%。
在應(yīng)急響應(yīng)和清理工作之后，在2021年8月3日開(kāi)始詳細(xì)的火災(zāi)調(diào)查工作。VBB電池儲(chǔ)能項(xiàng)目火災(zāi)的調(diào)查參與方包括當(dāng)?shù)乇O(jiān)管部門(mén)、特斯拉公司、外部第三方工程師以及主題專(zhuān)家。其調(diào)查過(guò)程涉及分析VBB電池儲(chǔ)能項(xiàng)目發(fā)生火災(zāi)的原因，以及火災(zāi)蔓延到相鄰Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的根本原因。此外，鑒于這是Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)迄今為止發(fā)生的第一次火災(zāi)事件，已經(jīng)對(duì)應(yīng)急響應(yīng)進(jìn)行了審查，以確定從這次火災(zāi)事件中吸取教訓(xùn)。
本報(bào)告總結(jié)了這些調(diào)查和分析結(jié)果，由費(fèi)希爾工程公司和儲(chǔ)能安全服務(wù)商能源安全響應(yīng)小組(ESRG)的專(zhuān)家編寫(xiě)。這是兩家獨(dú)立的工程和儲(chǔ)能消防安全咨詢(xún)機(jī)構(gòu)。此外，該報(bào)告提供了從火災(zāi)中吸取的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，并強(qiáng)調(diào)了基于這些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)而實(shí)施的程序、軟件和硬件變更。
事件時(shí)間表
在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，VBB電池儲(chǔ)能項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)安裝了大約212個(gè)Megapacks電池儲(chǔ)能系統(tǒng)其中的一半。在火災(zāi)發(fā)生的當(dāng)天，VBB電池儲(chǔ)能項(xiàng)目正在進(jìn)行例行測(cè)試和調(diào)試。在澳大利亞?wèn)|部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(AEST)2021年7月30日上午7:20開(kāi)始調(diào)試和測(cè)試多個(gè)Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。其中一個(gè)Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（在此表示為MP-1）在當(dāng)天并沒(méi)有參與測(cè)試，因此通過(guò)鑰匙鎖開(kāi)關(guān)人工關(guān)閉。在關(guān)閉MP-1時(shí)，該儲(chǔ)能系統(tǒng)顯示無(wú)異常情況。
現(xiàn)場(chǎng)人員在上午10:00左右觀察到MP-1儲(chǔ)能系統(tǒng)冒出煙霧。
VBB電池儲(chǔ)能項(xiàng)目火災(zāi)事故時(shí)間表
現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)所有Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行電氣隔離，并聯(lián)系當(dāng)?shù)叵谰诌M(jìn)行處理。
此后不久，消防人員抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)并在MP-1儲(chǔ)能系統(tǒng)周?chē)O(shè)置了安全邊界。他們還開(kāi)始按照特斯拉鋰離子電池應(yīng)急響應(yīng)指南2(ERG)的建議對(duì)其附近用水冷卻。其火勢(shì)最終蔓延到MP-1相鄰15厘米的Megapack電池儲(chǔ)能單元(MP-2)。消防人員決定允許MP-1和MP-2自行燒毀，并且按照特斯拉的ERG中的建議沒(méi)有直接向Megapack儲(chǔ)能系統(tǒng)澆水。直到當(dāng)天下午4:00（火災(zāi)開(kāi)始之后的大約6小時(shí)），火勢(shì)已經(jīng)熄滅，消防人員在現(xiàn)場(chǎng)值守直到次日，并在接下來(lái)的三天內(nèi)對(duì)該地點(diǎn)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，然后于2021年8月2日認(rèn)為事故現(xiàn)場(chǎng)已得到控制，并移交給調(diào)查人員開(kāi)始進(jìn)行火災(zāi)調(diào)查。
調(diào)查
多方聯(lián)合火災(zāi)調(diào)查于2021年8月3日開(kāi)始。VBB電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的火災(zāi)調(diào)查過(guò)程涉及分析MP-1初始火災(zāi)的根本原因以及火災(zāi)蔓延到MP-2的根本原因。對(duì)MP-1和MP-2現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的調(diào)查方包括當(dāng)?shù)叵谰?、維多利亞州能源安全局(ESV)、維多利亞州工作安全局 (WSV)、特斯拉公司當(dāng)?shù)毓こ?服務(wù)團(tuán)隊(duì)以及當(dāng)?shù)氐谌姜?dú)立工程公司。除了事故發(fā)生后立即進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)記錄工作之外，根本原因調(diào)查還包括特斯拉公司在美國(guó)加州總部和內(nèi)華達(dá)州火災(zāi)測(cè)試設(shè)施進(jìn)行的數(shù)據(jù)分析、熱建模和物理測(cè)試（電氣和火災(zāi)）。
（1）火災(zāi)原因調(diào)查
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查于2021年8月3日開(kāi)始，并于2021年8月12日結(jié)束。此外對(duì)MP-1和MP-2進(jìn)行記錄、檢查和保存以備將來(lái)檢查。與此同時(shí)，分析了MP-1和MP-2的所有可用遙測(cè)數(shù)據(jù)（例如內(nèi)部溫度和故障警報(bào)），并進(jìn)行了一系列電氣故障和火災(zāi)測(cè)試。將現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果、遙測(cè)數(shù)據(jù)分析、電氣故障測(cè)試和火災(zāi)測(cè)試相結(jié)合之后，確定了2021年7月30日出現(xiàn)的一系列非常具體的可能導(dǎo)致火災(zāi)事件的故障因素和條件。
（2）火災(zāi)起因及原因確定
此次火災(zāi)事伯最有可能的根本原因是MP-1電池儲(chǔ)能單元的液體冷卻系統(tǒng)泄漏導(dǎo)致電池模塊產(chǎn)生電弧。這導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生熱失控，隨即起火并蔓延。
在火災(zāi)原因調(diào)查中考慮了其他可能的火災(zāi)原因；然而，上述一系列事件是唯一符合迄今為止收集和分析的所有證據(jù)的火災(zāi)原因。
（3）促成因素
多種因素促成了這一事件。如果不存在這些促成因素，那么在升級(jí)為火災(zāi)事件之前，最初的故障狀況可能已經(jīng)被識(shí)別和中斷（人工或自動(dòng)）。這些促成因素包括：
（1）Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)需要24小時(shí)為新設(shè)備（即新的Megapack）建立連接，以提供完整的遙測(cè)數(shù)據(jù)功能和特斯拉運(yùn)營(yíng)人員進(jìn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。由于VBB電池儲(chǔ)能項(xiàng)目仍處于安裝和調(diào)試階段（即未投入運(yùn)行），MP-1電池儲(chǔ)能系統(tǒng)僅投入使用了13個(gè)小時(shí)，就在火災(zāi)發(fā)生當(dāng)天早上用鑰匙鎖進(jìn)行關(guān)閉。因此MP-1在當(dāng)天并沒(méi)有上線測(cè)試，這使得該儲(chǔ)能系統(tǒng)無(wú)法在火災(zāi)發(fā)生當(dāng)天上午將遙測(cè)數(shù)據(jù)（內(nèi)部溫度、故障警報(bào)等）傳輸?shù)教厮估镜膱?chǎng)外控制設(shè)施。
（2）MP-1通過(guò)鑰匙鎖開(kāi)關(guān)關(guān)閉，因?yàn)樵搩?chǔ)能系統(tǒng)在當(dāng)天不需要進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試；然而，這一行動(dòng)導(dǎo)致遙測(cè)系統(tǒng)、故障監(jiān)控和電氣故障安全設(shè)備被禁用或僅以有限的功能運(yùn)行。這使得MP-1的一些安全功能無(wú)法有效發(fā)揮作用，不能在升級(jí)為火災(zāi)事件之前監(jiān)控并中斷電氣故障。
（3）液體冷卻劑泄露在電池上可能會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)火焰斷路器電路的電源失效。如果電源出現(xiàn)故障，斷路器無(wú)法接收到斷開(kāi)信號(hào)，也無(wú)法在升級(jí)為火災(zāi)事件之前中斷電池的故障電流。
火災(zāi)蔓延調(diào)查
VBB電池儲(chǔ)能項(xiàng)目的火災(zāi)調(diào)查過(guò)程不僅涉及分析MP-1初始火災(zāi)的根本原因，還包括分析火災(zāi)蔓延到MP-2的根本原因。Megapack電池儲(chǔ)能單元被設(shè)計(jì)成彼此鄰近安裝，不會(huì)使火蔓延到相鄰的電池儲(chǔ)能單元。其在限制火勢(shì)蔓延方面的設(shè)計(jì)主要依賴(lài)于Megapack儲(chǔ)能系統(tǒng)集裝箱的外部鋼板，這種鋼板可以充當(dāng)電池散熱器。有了這種隔熱材料，Megapack電池儲(chǔ)能單元之間的側(cè)面和背面的間距接近15厘米，每個(gè)Megapack前面有2.4米寬的過(guò)道，如圖1所示。這種產(chǎn)品間距在UL9540A單元級(jí)測(cè)試中得到驗(yàn)證?，F(xiàn)場(chǎng)檢查支持對(duì)MP-2和火災(zāi)測(cè)試的遙測(cè)數(shù)據(jù)（如內(nèi)部溫度）分析。而現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果、遙測(cè)數(shù)據(jù)分析和火災(zāi)測(cè)試相結(jié)合，確定了Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可能發(fā)生火災(zāi)蔓延的情況。
圖1 VBB Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的布局（頂部）和火源區(qū)域（底部）
在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，從MP-1集裝箱的頂部噴出的火焰受到風(fēng)力的顯著影響。當(dāng)時(shí)記錄的風(fēng)速在20～30節(jié)（37公里/小時(shí)～56公里/小時(shí)）之間，這將從MP-1頂部的火焰推向MP-2頂部。MP-2在火焰灼燒下點(diǎn)燃了內(nèi)部組件，值得注意的是，電池艙與Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)頂部密封的塑料過(guò)壓通風(fēng)口一旦被點(diǎn)燃，就為火焰和熱氣提供了直接進(jìn)入的通道。從而將MP-2的電池暴露在火災(zāi)和高溫下最終失效并起火燃燒。
調(diào)查期間考慮了其他可能的火災(zāi)蔓延根本原因；然而，上述事件順序是唯一符合迄今為止收集和分析的所有證據(jù)的火災(zāi)蔓延情景。值得注意的是，當(dāng)在MP-2的頂部?jī)?nèi)觀察到火勢(shì)時(shí)，MP-2的內(nèi)部電池溫度讀數(shù)僅從40℃增加到41℃。在MP-2頂部觀察到火勢(shì)的同一時(shí)刻，大約上午11:57（火災(zāi)事件發(fā)生后約2小時(shí)），MP-2失去了通信并且沒(méi)有額外的遙測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)外傳送。然而，鑒于MP-2在發(fā)生火災(zāi)兩小時(shí)之后的內(nèi)部電池溫度僅上升了1℃，當(dāng)MP-2的的頂部著火時(shí)，通過(guò)熱傳遞穿過(guò)15厘米間隙的傳播并不是火勢(shì)蔓延的根本原因。此外，來(lái)自MP-2的遙測(cè)數(shù)據(jù)表明，Megapack的隔熱材料可以在僅15厘米之外的相鄰Megapack電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)提供顯著的熱保護(hù)。
促成因素
調(diào)查表明，風(fēng)是火勢(shì)從MP-1蔓延到MP-2的主要促成因素?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，記錄當(dāng)時(shí)的風(fēng)速為20～30節(jié)（37公里/小時(shí)～56公里/小時(shí)）。起火時(shí)的風(fēng)力條件將從MP-1頂部噴出的火焰推向MP-2頂部并灼燒。根據(jù)UL9540A在之前的產(chǎn)品測(cè)試或監(jiān)管測(cè)試中未觀察到這種類(lèi)型的火焰行為。在UL9540A單元級(jí)測(cè)試中，測(cè)試期間允許的最大風(fēng)速12為10.4節(jié)（19.3公里/小時(shí)）；而VBB電池儲(chǔ)能項(xiàng)目在火災(zāi)期間的風(fēng)況則要大兩到三倍。因此，似乎已發(fā)現(xiàn)Megapack的頂部設(shè)計(jì)（電池艙頂部的塑料過(guò)壓通風(fēng)口）存在火災(zāi)蔓延的弱點(diǎn)。而特斯拉公司在之前在產(chǎn)品或監(jiān)管測(cè)試期間未發(fā)現(xiàn)這一弱點(diǎn)，但這個(gè)設(shè)計(jì)并不會(huì)使Megapack的UL9540A認(rèn)證無(wú)效，因?yàn)榛馂?zāi)蔓延的原因主要是由于超出UL9540A測(cè)試方法范圍的環(huán)境條件（風(fēng)力過(guò)大）。
緩解措施
對(duì)VBB電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)了特斯拉公司的調(diào)試程序、電氣故障保護(hù)裝置和頂部設(shè)計(jì)中的幾個(gè)漏洞。自從發(fā)生火災(zāi)以來(lái)，特斯拉公司實(shí)施了許多程序、固件和硬件緩解措施來(lái)解決這些差距。這些緩解措施已經(jīng)應(yīng)用于現(xiàn)有和未來(lái)的Megapack電池儲(chǔ)能單元的安裝，其中包括：
（1）程序緩解
·改進(jìn)在Megapack組裝和測(cè)試期間對(duì)冷卻液系統(tǒng)泄漏的檢查，以降低冷卻液泄漏的可能性。
·將新Megapack的遙測(cè)設(shè)置連接時(shí)間從24小時(shí)減少到1小時(shí)，以確保新設(shè)備將遙測(cè)數(shù)據(jù)（內(nèi)部溫度、故障警報(bào)等）傳輸?shù)教厮估镜目刂圃O(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
?在調(diào)試或操作期間避免操作Megapack的鑰匙鎖開(kāi)關(guān)，除非正在維修該設(shè)備。這種程序緩解可確保在Megapack空閑時(shí)（例如在測(cè)試和調(diào)試期間），遙測(cè)、故障監(jiān)控和電氣故障安全設(shè)備（例如火焰斷路器）處于活動(dòng)狀態(tài)。
（2）固件緩解
?為冷卻液系統(tǒng)的遙測(cè)數(shù)據(jù)添加了額外的警報(bào)以識(shí)別和響應(yīng)（無(wú)論是人工或自動(dòng)）以防止可能的冷卻液泄漏。
?無(wú)論鑰匙鎖開(kāi)關(guān)位置或系統(tǒng)狀態(tài)如何，都要保持所有電氣安全保護(hù)裝置處于激活狀態(tài)。這種固件緩解允許電氣安全保護(hù)設(shè)備（例如斷路器）保持在激活模式，無(wú)論系統(tǒng)狀態(tài)如何，都能在電池模塊發(fā)生電氣故障時(shí)啟動(dòng)。
?主動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制高溫?cái)嗦菲鞯碾娫措娐?。如果發(fā)生電源故障（通過(guò)外部事件，例如冷卻劑暴露或其他方式），Megapack將在其電源丟失之前自動(dòng)啟動(dòng)火焰斷路器。
（3）硬件緩解
?在所有Megapacks電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的項(xiàng)部安裝新設(shè)計(jì)的隔熱鋼質(zhì)通風(fēng)罩。這些排氣罩保護(hù)過(guò)壓排氣口免受直接火焰灼燒或熱氣侵入，從而使電池艙外殼與上方的火災(zāi)隔離。它們的性能通過(guò)一系列防火測(cè)試得到驗(yàn)證，包括對(duì)Megapack的單元級(jí)防火測(cè)試。排氣罩安裝在過(guò)壓通風(fēng)口的頂部，并將成為所有新Megapack電池儲(chǔ)能單元的標(biāo)準(zhǔn)配置。對(duì)于現(xiàn)有的Megapacks，可以在現(xiàn)場(chǎng)改造排氣罩。在撰寫(xiě)本報(bào)告時(shí)，特斯拉排氣罩已經(jīng)接近生產(chǎn)階段，不久將在適用的Megapack現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改裝。
（未完待續(xù)）
