पृष्ठभूमि

ऊर्जा संकट ने पिछले कुछ वर्षों में लिथियम-आयन बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियों (ईएसएस) का अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया है, लेकिन कई खतरनाक दुर्घटनाएं भी हुई हैं, जिसके परिणामस्वरूप सुविधाओं और पर्यावरण को नुकसान हुआ है, आर्थिक नुकसान हुआ है, और यहां तक ​​कि बिजली की हानि भी हुई है। ज़िंदगी। जांच में पाया गया है कि भले ही ईएसएस ने यूएल 9540 और यूएल 9540ए जैसे बैटरी सिस्टम से संबंधित मानकों को पूरा किया है, फिर भी थर्मल दुरुपयोग और आग लगने की घटनाएं हुई हैं। इसलिए, पिछले मामलों से सबक सीखने और जोखिमों और उनके प्रति उपायों का विश्लेषण करने से ईएसएस प्रौद्योगिकी के विकास में लाभ होगा।

मामलों की समीक्षा

निम्नलिखित में 2019 से आज तक दुनिया भर में बड़े पैमाने पर ईएसएस के दुर्घटना मामलों का सारांश दिया गया है, जिन्हें सार्वजनिक रूप से रिपोर्ट किया गया है।

उपरोक्त दुर्घटनाओं के कारणों को निम्नलिखित दो कारणों से संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है:

1) आंतरिक सेल की विफलता बैटरी और मॉड्यूल के थर्मल दुरुपयोग को ट्रिगर करती है, और अंततः पूरे ईएसएस में आग लग जाती है या विस्फोट हो जाता है।

सेल के थर्मल दुरुपयोग के कारण होने वाली विफलता मूल रूप से देखी जाती है कि आग के बाद विस्फोट होता है। उदाहरण के लिए, 2019 में अमेरिका के एरिजोना में मैकमिकेन पावर स्टेशन की दुर्घटनाएं और 2021 में बीजिंग, चीन में फेंगताई पावर स्टेशन दोनों में आग लगने के बाद विस्फोट हो गया। ऐसी घटना एकल कोशिका की विफलता के कारण होती है, जो एक आंतरिक रासायनिक प्रतिक्रिया को ट्रिगर करती है, जिससे गर्मी निकलती है (एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया), और तापमान बढ़ता रहता है और आस-पास की कोशिकाओं और मॉड्यूल में फैल जाता है, जिससे आग लग जाती है या विस्फोट भी हो जाता है। किसी सेल का विफलता मोड आमतौर पर ओवरचार्ज या नियंत्रण प्रणाली की विफलता, थर्मल एक्सपोज़र, बाहरी शॉर्ट सर्किट और आंतरिक शॉर्ट सर्किट के कारण होता है (जो विभिन्न स्थितियों जैसे इंडेंटेशन या डेंट, भौतिक अशुद्धियों, बाहरी वस्तुओं द्वारा प्रवेश आदि के कारण हो सकता है)। ).

सेल के तापीय दुरुपयोग के बाद ज्वलनशील गैस उत्पन्न होगी। ऊपर से आप देख सकते हैं कि विस्फोट के पहले तीन मामलों का कारण एक ही है, यानी ज्वलनशील गैस समय पर डिस्चार्ज नहीं हो पाती है। इस बिंदु पर, बैटरी, मॉड्यूल और कंटेनर वेंटिलेशन सिस्टम विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं। आम तौर पर गैसों को निकास वाल्व के माध्यम से बैटरी से छुट्टी दे दी जाती है, और निकास वाल्व के दबाव विनियमन से दहनशील गैसों के संचय को कम किया जा सकता है। मॉड्यूल चरण में, दहनशील गैसों के संचय से बचने के लिए आम तौर पर एक बाहरी पंखे या शेल के कूलिंग डिज़ाइन का उपयोग किया जाएगा। अंत में, कंटेनर चरण में, दहनशील गैसों को निकालने के लिए वेंटिलेशन सुविधाओं और निगरानी प्रणालियों की भी आवश्यकता होती है।

2) बाहरी सहायक प्रणाली की विफलता के कारण ईएसएस विफलता

सहायक प्रणाली की विफलता के कारण होने वाली समग्र ईएसएस विफलता आम तौर पर बैटरी सिस्टम के बाहर होती है और इसके परिणामस्वरूप बाहरी घटकों में जलन या धुआं हो सकता है। और जब सिस्टम समय पर इसकी निगरानी करता है और इसका जवाब देता है, तो इससे सेल की विफलता या थर्मल दुरुपयोग नहीं होगा। विस्ट्रा मॉस लैंडिंग पावर स्टेशन चरण 1 2021 और चरण 2 2022 की दुर्घटनाओं में धुआं और आग उत्पन्न हुई क्योंकि कमीशनिंग चरण के दौरान गलती की निगरानी और विद्युत विफलता-सुरक्षित उपकरण बंद हो गए थे और समय पर प्रतिक्रिया नहीं दे सके। . इस प्रकार की ज्वाला का जलना आम तौर पर बैटरी सिस्टम के बाहर से शुरू होता है और अंततः सेल के अंदर तक फैल जाता है, इसलिए कोई हिंसक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया और दहनशील गैस का संचय नहीं होता है, और इसलिए आमतौर पर कोई विस्फोट नहीं होता है। इसके अलावा, यदि स्प्रिंकलर प्रणाली को समय पर चालू किया जा सके, तो इससे सुविधा को व्यापक क्षति नहीं होगी।

2021 में गीलॉन्ग, ऑस्ट्रेलिया में "विक्टोरियन पावर स्टेशन" आग दुर्घटना शीतलक रिसाव के कारण बैटरी में शॉर्ट सर्किट के कारण हुई थी, जो हमें बैटरी सिस्टम के भौतिक अलगाव पर ध्यान देने की याद दिलाती है। आपसी हस्तक्षेप से बचने के लिए बाहरी सुविधाओं और बैटरी सिस्टम के बीच एक निश्चित स्थान रखने की सिफारिश की जाती है। बाहरी शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए बैटरी सिस्टम को इन्सुलेशन फ़ंक्शन से भी सुसज्जित किया जाना चाहिए।

countermeasures

उपरोक्त विश्लेषण से, यह स्पष्ट है कि ईएसएस दुर्घटनाओं का कारण सेल का थर्मल दुरुपयोग और सहायक प्रणाली की विफलता है। यदि विफलता को रोका नहीं जा सकता है, तो अवरोधन विफलता के बाद आगे होने वाली गिरावट को कम करके भी नुकसान को कम किया जा सकता है। जवाबी उपायों पर निम्नलिखित पहलुओं से विचार किया जा सकता है:

कोशिका के तापीय दुरुपयोग के बाद तापीय प्रसार को अवरुद्ध करना

सेल के थर्मल दुरुपयोग के प्रसार को रोकने के लिए इन्सुलेशन बाधा को जोड़ा जा सकता है, जिसे कोशिकाओं के बीच, मॉड्यूल के बीच या रैक के बीच स्थापित किया जा सकता है। एनएफपीए 855 (स्थिर ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की स्थापना के लिए मानक) के परिशिष्ट में, आप संबंधित आवश्यकताएं भी पा सकते हैं। अवरोध को अलग करने के विशिष्ट उपायों में कोशिकाओं के बीच ठंडे पानी की प्लेटें, एयरजेल और लाइक डालना शामिल है।

बैटरी सिस्टम में एक अग्नि शमन उपकरण जोड़ा जा सकता है ताकि एकल कोशिका में थर्मल दुरुपयोग होने पर यह अग्नि शमन उपकरण को सक्रिय करने के लिए तुरंत प्रतिक्रिया कर सके। लिथियम-आयन आग के खतरों के पीछे का रसायन पारंपरिक अग्निशमन समाधानों की तुलना में ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए एक अलग आग दमन डिजाइन की ओर जाता है, जो न केवल आग बुझाने के लिए है, बल्कि बैटरी के तापमान को भी कम करने के लिए है। अन्यथा, कोशिकाओं की ऊष्माक्षेपी रासायनिक प्रतिक्रियाएँ घटित होती रहेंगी और पुनः प्रज्वलन को ट्रिगर करेंगी।

आग बुझाने की सामग्री का चयन करते समय भी अतिरिक्त देखभाल की आवश्यकता होती है। यदि जलती हुई बैटरी के आवरण पर सीधे पानी छिड़का जाए तो ज्वलनशील गैस मिश्रण उत्पन्न हो सकता है। और यदि बैटरी आवरण या फ्रेम स्टील से बना है, तो पानी थर्मल दुरुपयोग को नहीं रोकेगा। कुछ मामलों से पता चलता है कि बैटरी टर्मिनलों के संपर्क में आने वाला पानी या अन्य प्रकार के तरल पदार्थ भी आग को बढ़ा सकते हैं। उदाहरण के लिए, सितंबर 2021 में विस्ट्रा मॉस लैंडिंग पावर स्टेशन की आग दुर्घटना में, रिपोर्टों ने संकेत दिया कि स्टेशन के कूलिंग होज़ और पाइप के जोड़ विफल हो गए, जिससे बैटरी रैक पर पानी का छिड़काव हुआ और अंततः बैटरी शॉर्ट सर्किट और आर्क का कारण बनी।

1.दहनशील गैसों का समय पर उत्सर्जन

उपरोक्त सभी मामले रिपोर्ट विस्फोटों के प्राथमिक कारण के रूप में दहनशील गैसों की सांद्रता की ओर इशारा करते हैं। इसलिए, इस जोखिम को कम करने के लिए साइट डिज़ाइन और लेआउट, गैस निगरानी और वेंटिलेशन सिस्टम महत्वपूर्ण हैं। एनएफपीए 855 मानक में उल्लेख किया गया है कि एक सतत गैस पहचान प्रणाली की आवश्यकता है। जब दहनशील गैस का एक निश्चित स्तर (यानी एलएफएल का 25%) का पता लगाया जाता है, तो सिस्टम निकास वेंटिलेशन शुरू कर देगा। इसके अलावा, यूएल 9540ए परीक्षण मानक में निकास को इकट्ठा करने और गैस एलएफएल की निचली सीमा का पता लगाने की आवश्यकता का भी उल्लेख किया गया है।

वेंटिलेशन के अलावा, विस्फोट राहत पैनलों के उपयोग की भी सिफारिश की जाती है। एनएफपीए 855 में यह उल्लेख किया गया है कि ईएसएस को एनएफपीए 68 (डिफ्लैग्रेशन वेंटिंग द्वारा विस्फोट संरक्षण पर मानक) और एनएफपीए 69 (विस्फोट संरक्षण प्रणालियों पर मानक) के अनुसार स्थापित और रखरखाव किया जाना है। हालाँकि, जब सिस्टम आग और विस्फोट परीक्षण (UL 9540A या समकक्ष) का अनुपालन करता है, तो उसे इस आवश्यकता से छूट दी जा सकती है। हालाँकि, चूंकि परीक्षण की स्थितियाँ पूरी तरह से वास्तविक स्थिति का प्रतिनिधित्व नहीं करती हैं, इसलिए वेंटिलेशन और विस्फोट सुरक्षा को बढ़ाने की सिफारिश की जाती है।

2. सहायक प्रणालियों की विफलता की रोकथाम

अपर्याप्त सॉफ्टवेयर/फर्मवेयर प्रोग्रामिंग और कमीशनिंग/प्री-स्टार्ट प्रक्रियाओं ने भी विक्टोरियन पावर स्टेशन और विस्ट्रा मॉस लैंडिंग पावर स्टेशन में आग लगने की घटनाओं में योगदान दिया। विक्टोरियन पावर स्टेशन की आग में, मॉड्यूल में से एक द्वारा शुरू किए गए थर्मल दुरुपयोग की पहचान नहीं की गई थी या उसे अवरुद्ध नहीं किया गया था, और आग के बाद होने वाली आग को भी बाधित नहीं किया गया था। ऐसी स्थिति उत्पन्न होने का कारण यह है कि उस समय कमीशनिंग की आवश्यकता नहीं थी, और सिस्टम को मैन्युअल रूप से बंद कर दिया गया था, जिसमें टेलीमेट्री सिस्टम, फॉल्ट मॉनिटरिंग और इलेक्ट्रिकल फेल-सेफ डिवाइस शामिल थे। इसके अलावा, पर्यवेक्षी नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण (एससीएडीए) प्रणाली भी अभी तक चालू नहीं थी, क्योंकि उपकरण कनेक्टिविटी स्थापित करने में 24 घंटे लग गए थे।

इसलिए, यह अनुशंसा की जाती है कि किसी भी निष्क्रिय मॉड्यूल में लॉक-आउट स्विच के माध्यम से मैन्युअल रूप से बंद होने के बजाय सक्रिय टेलीमेट्री, दोष निगरानी और विद्युत सुरक्षा उपकरण जैसे उपकरण होने चाहिए। सभी विद्युत सुरक्षा सुरक्षा उपकरणों को सक्रिय मोड में रखा जाना चाहिए। इसके अलावा, विभिन्न आपातकालीन घटनाओं की पहचान करने और उन पर प्रतिक्रिया देने के लिए अतिरिक्त अलार्म सिस्टम जोड़े जाने चाहिए।

विस्ट्रा मॉस लैंडिंग पावर स्टेशन चरण 1 और 2 में एक सॉफ्टवेयर प्रोग्रामिंग त्रुटि भी पाई गई, क्योंकि स्टार्ट-अप सीमा पार नहीं हुई थी, बैटरी हीट सिंक सक्रिय हो गया था। उसी समय, बैटरी की ऊपरी परत के रिसाव के साथ पानी के पाइप कनेक्टर की विफलता बैटरी मॉड्यूल को पानी उपलब्ध कराती है और फिर शॉर्ट सर्किट का कारण बनती है। ये दो उदाहरण दिखाते हैं कि सॉफ़्टवेयर/फर्मवेयर प्रोग्रामिंग के लिए स्टार्ट-अप प्रक्रिया से पहले जांचना और डीबग करना कितना महत्वपूर्ण है।

सारांश

ऊर्जा भंडारण स्टेशन में कई अग्नि दुर्घटनाओं के विश्लेषण के माध्यम से, सॉफ्टवेयर प्रोग्रामिंग जांच सहित वेंटिलेशन और विस्फोट नियंत्रण, उचित स्थापना और कमीशनिंग प्रक्रियाओं को उच्च प्राथमिकता दी जानी चाहिए, जो बैटरी दुर्घटनाओं को रोक सकती है। इसके अलावा, जहरीली गैसों और पदार्थों के उत्पादन से निपटने के लिए एक व्यापक आपातकालीन प्रतिक्रिया योजना विकसित की जानी चाहिए।