中國儲能網(wǎng)訊：背景
Victorian Big Battery(VBB) 電池儲能項目是部署在澳大利亞維多利亞州吉朗的一個300MW/450MWh電網(wǎng)規(guī)模電池儲能項目，是全球目前運營的規(guī)模最大的電池儲能系統(tǒng)之一，在峰值電力需求期間可以為維多利亞州一百多萬戶家庭用戶供電30分鐘。VBB電池儲能項目采用了212個Tesla Megapacks電池儲能系統(tǒng)。Tesla Megapack是一種集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)，由電池模塊、電力電子設備、熱管理系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成，而一個Tesla Megapacks電池儲能系統(tǒng)可以安裝在一個長7.2米、寬1.6米、高2.5米的集裝箱中。
2021年7月30日，在VBB電池儲能項目的初始安裝和調(diào)試期間，其中一個Megapack電池儲能系統(tǒng)開始起火并蔓延到鄰近的另一個Megapack儲能系統(tǒng)，好在火勢并沒有蔓延到其他的儲能系統(tǒng)，這兩個Megapack電池儲能系統(tǒng)在燃燒六個小時之后燒毀。由于沒有發(fā)生爆炸或爆燃的情況，并沒有現(xiàn)場滅火和處理的消防人員和應急響應人員受傷。Megapack電池儲能系統(tǒng)采用防止火災設計，根據(jù)特斯拉公司發(fā)布的鋰離子電池應急響應指南2(ERG)，可以允許Megapack電池儲能系統(tǒng)繼續(xù)燃燒，同時消防人員在安全距離監(jiān)測鄰近的電池儲能系統(tǒng)的安全情況。而最終帶來的后果是212個Megapack電池儲能系統(tǒng)中有兩個被火災燒毀，不到VBB電池儲能項目的1%。
在應急響應和清理工作之后，在2021年8月3日開始詳細的火災調(diào)查工作。VBB電池儲能項目火災的調(diào)查參與方包括當?shù)乇O(jiān)管部門、特斯拉公司、外部第三方工程師以及主題專家。其調(diào)查過程涉及分析VBB電池儲能項目發(fā)生火災的原因，以及火災蔓延到相鄰Megapack電池儲能系統(tǒng)的根本原因。此外，鑒于這是Megapack電池儲能系統(tǒng)迄今為止發(fā)生的第一次火災事件，已經(jīng)對應急響應進行了審查，以確定從這次火災事件中吸取教訓。
本報告總結(jié)了這些調(diào)查和分析結(jié)果，由費希爾工程公司和儲能安全服務商能源安全響應小組(ESRG)的專家編寫。這是兩家獨立的工程和儲能消防安全咨詢機構(gòu)。此外，該報告提供了從火災中吸取的經(jīng)驗和教訓，并強調(diào)了基于這些經(jīng)驗和教訓而實施的程序、軟件和硬件變更。
事件時間表
在火災發(fā)生時，VBB電池儲能項目在現(xiàn)場安裝了大約212個Megapacks電池儲能系統(tǒng)其中的一半。在火災發(fā)生的當天，VBB電池儲能項目正在進行例行測試和調(diào)試。在澳大利亞東部標準時間(AEST)2021年7月30日上午7:20開始調(diào)試和測試多個Megapack電池儲能系統(tǒng)。其中一個Megapack電池儲能系統(tǒng)（在此表示為MP-1）在當天并沒有參與測試，因此通過鑰匙鎖開關人工關閉。在關閉MP-1時，該儲能系統(tǒng)顯示無異常情況。
現(xiàn)場人員在上午10:00左右觀察到MP-1儲能系統(tǒng)冒出煙霧。
VBB電池儲能項目火災事故時間表
現(xiàn)場工作人員對所有Megapack電池儲能系統(tǒng)進行電氣隔離，并聯(lián)系當?shù)叵谰诌M行處理。
此后不久，消防人員抵達現(xiàn)場并在MP-1儲能系統(tǒng)周圍設置了安全邊界。他們還開始按照特斯拉鋰離子電池應急響應指南2(ERG)的建議對其附近用水冷卻。其火勢最終蔓延到MP-1相鄰15厘米的Megapack電池儲能單元(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中的建議沒有直接向Megapack儲能系統(tǒng)澆水。直到當天下午4:00（火災開始之后的大約6小時），火勢已經(jīng)熄滅，消防人員在現(xiàn)場值守直到次日，并在接下來的三天內(nèi)對該地點進行了監(jiān)測，然后于2021年8月2日認為事故現(xiàn)場已得到控制，并移交給調(diào)查人員開始進行火災調(diào)查。
調(diào)查
多方聯(lián)合火災調(diào)查于2021年8月3日開始。VBB電池儲能系統(tǒng)的火災調(diào)查過程涉及分析MP-1初始火災的根本原因以及火災蔓延到MP-2的根本原因。對MP-1和MP-2現(xiàn)場調(diào)查的調(diào)查方包括當?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?shù)毓こ?服務團隊以及當?shù)氐谌姜毩⒐こ坦?。除了事故發(fā)生后立即進行的現(xiàn)場記錄工作之外，根本原因調(diào)查還包括特斯拉公司在美國加州總部和內(nèi)華達州火災測試設施進行的數(shù)據(jù)分析、熱建模和物理測試（電氣和火災）。
（1）火災原因調(diào)查
現(xiàn)場調(diào)查于2021年8月3日開始，并于2021年8月12日結(jié)束。此外對MP-1和MP-2進行記錄、檢查和保存以備將來檢查。與此同時，分析了MP-1和MP-2的所有可用遙測數(shù)據(jù)（例如內(nèi)部溫度和故障警報），并進行了一系列電氣故障和火災測試。將現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果、遙測數(shù)據(jù)分析、電氣故障測試和火災測試相結(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致火災事件的故障因素和條件。
（2）火災起因及原因確定
此次火災事伯最有可能的根本原因是MP-1電池儲能單元的液體冷卻系統(tǒng)泄漏導致電池模塊產(chǎn)生電弧。這導致鋰離子電池發(fā)生熱失控，隨即起火并蔓延。
在火災原因調(diào)查中考慮了其他可能的火災原因；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，那么在升級為火災事件之前，最初的故障狀況可能已經(jīng)被識別和中斷（人工或自動）。這些促成因素包括：
（1）Megapack電池儲能系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)需要24小時為新設備（即新的Megapack）建立連接，以提供完整的遙測數(shù)據(jù)功能和特斯拉運營人員進行的遠程監(jiān)控。由于VBB電池儲能項目仍處于安裝和調(diào)試階段（即未投入運行），MP-1電池儲能系統(tǒng)僅投入使用了13個小時，就在火災發(fā)生當天早上用鑰匙鎖進行關閉。因此MP-1在當天并沒有上線測試，這使得該儲能系統(tǒng)無法在火災發(fā)生當天上午將遙測數(shù)據(jù)（內(nèi)部溫度、故障警報等）傳輸?shù)教厮估镜膱鐾饪刂圃O施。
（2）MP-1通過鑰匙鎖開關關閉，因為該儲能系統(tǒng)在當天不需要進行調(diào)試和測試；然而，這一行動導致遙測系統(tǒng)、故障監(jiān)控和電氣故障安全設備被禁用或僅以有限的功能運行。這使得MP-1的一些安全功能無法有效發(fā)揮作用，不能在升級為火災事件之前監(jiān)控并中斷電氣故障。
（3）液體冷卻劑泄露在電池上可能會導致啟動火焰斷路器電路的電源失效。如果電源出現(xiàn)故障，斷路器無法接收到斷開信號，也無法在升級為火災事件之前中斷電池的故障電流。
火災蔓延調(diào)查
VBB電池儲能項目的火災調(diào)查過程不僅涉及分析MP-1初始火災的根本原因，還包括分析火災蔓延到MP-2的根本原因。Megapack電池儲能單元被設計成彼此鄰近安裝，不會使火蔓延到相鄰的電池儲能單元。其在限制火勢蔓延方面的設計主要依賴于Megapack儲能系統(tǒng)集裝箱的外部鋼板，這種鋼板可以充當電池散熱器。有了這種隔熱材料，Megapack電池儲能單元之間的側(cè)面和背面的間距接近15厘米，每個Megapack前面有2.4米寬的過道，如圖1所示。這種產(chǎn)品間距在UL9540A單元級測試中得到驗證?，F(xiàn)場檢查支持對MP-2和火災測試的遙測數(shù)據(jù)（如內(nèi)部溫度）分析。而現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果、遙測數(shù)據(jù)分析和火災測試相結(jié)合，確定了Megapack電池儲能系統(tǒng)可能發(fā)生火災蔓延的情況。
圖1 VBB Megapack電池儲能系統(tǒng)的布局（頂部）和火源區(qū)域（底部）
在火災發(fā)生時，從MP-1集裝箱的頂部噴出的火焰受到風力的顯著影響。當時記錄的風速在20～30節(jié)（37公里/小時～56公里/小時）之間，這將從MP-1頂部的火焰推向MP-2頂部。MP-2在火焰灼燒下點燃了內(nèi)部組件，值得注意的是，電池艙與Megapack電池儲能系統(tǒng)頂部密封的塑料過壓通風口一旦被點燃，就為火焰和熱氣提供了直接進入的通道。從而將MP-2的電池暴露在火災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)的火災蔓延情景。值得注意的是，當在MP-2的頂部內(nèi)觀察到火勢時，MP-2的內(nèi)部電池溫度讀數(shù)僅從40℃增加到41℃。在MP-2頂部觀察到火勢的同一時刻，大約上午11:57（火災事件發(fā)生后約2小時），MP-2失去了通信并且沒有額外的遙測數(shù)據(jù)對外傳送。然而，鑒于MP-2在發(fā)生火災兩小時之后的內(nèi)部電池溫度僅上升了1℃，當MP-2的的頂部著火時，通過熱傳遞穿過15厘米間隙的傳播并不是火勢蔓延的根本原因。此外，來自MP-2的遙測數(shù)據(jù)表明，Megapack的隔熱材料可以在僅15厘米之外的相鄰Megapack電池儲能系統(tǒng)發(fā)生火災時提供顯著的熱保護。
促成因素
調(diào)查表明，風是火勢從MP-1蔓延到MP-2的主要促成因素?；馂陌l(fā)生時，記錄當時的風速為20～30節(jié)（37公里/小時～56公里/小時）。起火時的風力條件將從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)品測試或監(jiān)管測試中未觀察到這種類型的火焰行為。在UL9540A單元級測試中，測試期間允許的最大風速12為10.4節(jié)（19.3公里/小時）；而VBB電池儲能項目在火災期間的風況則要大兩到三倍。因此，似乎已發(fā)現(xiàn)Megapack的頂部設計（電池艙頂部的塑料過壓通風口）存在火災蔓延的弱點。而特斯拉公司在之前在產(chǎn)品或監(jiān)管測試期間未發(fā)現(xiàn)這一弱點，但這個設計并不會使Megapack的UL9540A認證無效，因為火災蔓延的原因主要是由于超出UL9540A測試方法范圍的環(huán)境條件（風力過大）。
緩解措施
對VBB電池儲能系統(tǒng)火災的調(diào)查發(fā)現(xiàn)了特斯拉公司的調(diào)試程序、電氣故障保護裝置和頂部設計中的幾個漏洞。自從發(fā)生火災以來，特斯拉公司實施了許多程序、固件和硬件緩解措施來解決這些差距。這些緩解措施已經(jīng)應用于現(xiàn)有和未來的Megapack電池儲能單元的安裝，其中包括：
（1）程序緩解
·改進在Megapack組裝和測試期間對冷卻液系統(tǒng)泄漏的檢查，以降低冷卻液泄漏的可能性。
·將新Megapack的遙測設置連接時間從24小時減少到1小時，以確保新設備將遙測數(shù)據(jù)（內(nèi)部溫度、故障警報等）傳輸?shù)教厮估镜目刂圃O施進行遠程監(jiān)控。
?在調(diào)試或操作期間避免操作Megapack的鑰匙鎖開關，除非正在維修該設備。這種程序緩解可確保在Megapack空閑時（例如在測試和調(diào)試期間），遙測、故障監(jiān)控和電氣故障安全設備（例如火焰斷路器）處于活動狀態(tài)。
（2）固件緩解
?為冷卻液系統(tǒng)的遙測數(shù)據(jù)添加了額外的警報以識別和響應（無論是人工或自動）以防止可能的冷卻液泄漏。
?無論鑰匙鎖開關位置或系統(tǒng)狀態(tài)如何，都要保持所有電氣安全保護裝置處于激活狀態(tài)。這種固件緩解允許電氣安全保護設備（例如斷路器）保持在激活模式，無論系統(tǒng)狀態(tài)如何，都能在電池模塊發(fā)生電氣故障時啟動。
?主動監(jiān)測和控制高溫斷路器的電源電路。如果發(fā)生電源故障（通過外部事件，例如冷卻劑暴露或其他方式），Megapack將在其電源丟失之前自動啟動火焰斷路器。
（3）硬件緩解
?在所有Megapacks電池儲能系統(tǒng)的項部安裝新設計的隔熱鋼質(zhì)通風罩。這些排氣罩保護過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隔離。它們的性能通過一系列防火測試得到驗證，包括對Megapack的單元級防火測試。排氣罩安裝在過壓通風口的頂部，并將成為所有新Megapack電池儲能單元的標準配置。對于現(xiàn)有的Megapacks，可以在現(xiàn)場改造排氣罩。在撰寫本報告時，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)場進行改裝。
（未完待續(xù)）
