Cabaran Keselamatan dan Analisis Risiko Sistem Penyimpanan Tenaga Rumah

Semoga 8, 2025

Isu Keselamatan Sistem Tenaga

Dengan pembangunan tenaga boleh diperbaharui, sistem penyimpanan tenaga semakin digunakan dalam sistem kuasa. Walau bagaimanapun, isu keselamatan sistem penyimpanan tenaga juga menjadi ketara.

Terdapat banyak jenis bateri simpanan tenaga, termasuk bateri asid plumbum, bateri litium-ion, bateri natrium-ion, bateri aliran dan bateri natrium-sulfur, masing-masing mempunyai ciri tersendiri dan sesuai untuk senario yang berbeza. Antaranya, bateri litium telah menjadi laluan teknikal arus perdana dalam bidang penyimpanan tenaga dengan ketumpatan tenaga yang tinggi, hayat yang panjang, kecekapan tinggi dan tindak balas yang cepat. Bateri litium-ion 48V 60V 72V digunakan secara meluas dalam kenderaan elektrik, elektronik pengguna dan sistem tenaga berskala besar, menggalakkan pembangunan teknologi dan aplikasi berkaitan.

Walau bagaimanapun, bateri litium-ion juga mempunyai beberapa cabaran penting, terutamanya dalam kestabilan terma. Bateri litium-ion mungkin mengalami pelarian haba dalam keadaan yang melampau seperti suhu tinggi, cas berlebihan atau litar pintas, menyebabkan kebakaran atau letupan bateri litium. Bahaya keselamatan ini menjadikan bateri litium-ion menghadapi risiko tinggi letupan dalam sistem penyimpanan tenaga, menjadi salah satu punca utama kemalangan keselamatan.

Mengikut perangkaan yang tidak lengkap, dalam tempoh lima tahun yang lalu (2019 hingga 20241, berpuluh-puluh kebakaran atau letupan berlaku di stesen janakuasa simpanan tenaga di seluruh dunia. Antaranya, kemalangan yang disebabkan oleh bateri litium-ion menyumbang setinggi 80%. Kemalangan ini bukan sahaja menyebabkan kerugian harta benda, tetapi juga boleh membahayakan keselamatan peribadi litium-tercetusnya. memenuhi cabaran ini, industri sedang meneroka secara aktif penyelesaian teknikal untuk meningkatkan kestabilan haba bateri litium-ion dan membangunkan teknologi bateri simpanan tenaga baharu untuk mencapai keselamatan dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi.

Laporan Analisis Kemalangan Beijing Jimei Dahongmen 25MWh DC Penyimpanan Fotovoltaik dan Pengecasan Projek Stesen Janakuasa Bersepadu EPRI

Menurut Laporan Tinjauan Kemalangan Kebakaran dan Letupan Institut Penyelidikan Tenaga Elektrik China, Stesen Janakuasa Penyimpanan Tenaga Daerah Beijing Fengtai, Stesen Janakuasa Jimei Dahongmen Beijing mengalami kemalangan pada 16 April. Laporan itu menyenaraikan lapan sebab kemalangan itu:

Kualiti keselamatan bateri simpanan tenaga
Topologi elektrik sistem penyimpanan tenaga
Sistem pengurusan bateri (BMS)
Susun atur kabel dan abah-abah pendawaian di tapak
Reka bentuk pencegahan kebakaran stesen janakuasa
Pemantauan, amaran awal dan sistem pemadam kebakaran stesen janakuasa
Faktor meteorologi dan persekitaran
Sistem operasi dan pengurusan kakitangan di tapak

Berdasarkan insiden yang dilaporkan, punca kemalangan keselamatan dalam sistem penyimpanan tenaga secara amnya boleh dikategorikan kepada empat jenis utama: risiko bateri yang wujud, risiko keselamatan luaran, reka bentuk dan perlindungan keselamatan yang tidak mencukupi, dan faktor pengurusan operasi.

1. Risiko Keselamatan Bateri yang wujud:

Kecacatan Pembuatan: Litar pintas dalaman mungkin disebabkan oleh isu seperti burr logam atau salutan elektrod yang lemah semasa pengeluaran.
Dendrit Litium: Pembentukan dendrit litium dalam sel boleh menembusi pemisah, membawa kepada litar pintas dalaman.
Penuaan Bateri: Penuaan semula jadi bateri boleh menjejaskan keselamatan keseluruhan sistem penyimpanan tenaga.

2. Risiko Keselamatan Luaran:

Bahaya Elektrik: Ini termasuk pengecasan berlebihan, lebihan nyahcas dan litar pintas luaran.
Bahaya Mekanikal: Kerosakan yang disebabkan oleh penghancuran atau penembusan (cth, daripada objek tajam).
Bahaya Elektromagnet: Gangguan elektromagnet boleh mengganggu operasi normal sistem.
Bahaya Terma: Suhu yang terlalu tinggi atau rendah boleh menjejaskan prestasi dan keselamatan bateri.
Bahaya Letupan: Dalam keadaan tertentu, bateri mungkin meletup.
Keadaan Persekitaran yang Tidak Sesuai: Keadaan persekitaran yang buruk boleh menimbulkan risiko keselamatan yang serius kepada sistem penyimpanan tenaga.

3. Reka Bentuk dan Perlindungan Keselamatan yang Tidak Mencukupi:

Pemantauan Penebat Tidak Mencukupi: Perlindungan penebat yang tidak mencukupi—seperti kerosakan penyentuh DC, kegagalan penebat busbar atau pendawaian input AC yang terbakar—boleh merendahkan prestasi penebat dan membawa kepada kerosakan arka dan kebakaran.
Koordinasi Perlindungan Sistem yang Lemah: Penyelarasan yang tidak berkesan antara sistem perlindungan boleh menjejaskan keselamatan keseluruhan.
Kegagalan Kawalan Sistem: Kegagalan dalam pengurusan haba atau sistem kawalan lain boleh mengakibatkan terlalu panas atau kebakaran bateri.
Kerosakan Peralatan Bantu: Kegagalan dalam peranti tambahan juga boleh menjejaskan keselamatan keseluruhan sistem storan.

4. Faktor Sistem Operasi dan Pengurusan:

Kekurangan Penyelarasan Antara Sistem: Komunikasi dan penyelarasan yang tidak mencukupi dalam kalangan Sistem Pengurusan Bateri (BMS), Sistem Pengurusan Kuasa (PMS) dan Sistem Pengurusan Tenaga (EMS), atau operasi yang tidak diselaraskan antara Sistem Kawalan Proses (PCS) dan sistem perlindungan bateri, boleh menyebabkan konflik peringkat sistem. Sebagai contoh, memulakan semula PCS tanpa menyemak status bateri selepas kerosakan boleh membawa kepada isu antara muka AC/DC.
Kegagalan Sistem Pengurusan: Ini termasuk rangka kerja pengurusan yang cacat, kawalan alam sekitar yang lemah (cth, kelembapan atau habuk yang berlebihan), dan pelaporan kerosakan yang tidak mencukupi, yang boleh menangguhkan penyelenggaraan dan meningkatkan risiko keselamatan.
Operasi dan Penyelenggaraan Stesen Penyimpanan Tenaga yang Tidak Mencukupi: Pengurusan dan penyelenggaraan pasca penempatan yang lemah boleh mengakibatkan isu operasi yang tidak dapat diselesaikan, yang berpotensi meningkat kepada bahaya keselamatan yang serius.

Pengenalpastian Risiko dalam Sistem Penyimpanan Tenaga

Bahaya Larian Terma

Larian haba merujuk kepada keadaan di mana kadar penjanaan haba dalaman bateri dengan ketara melebihi kadar pelesapan habanya. Ini mengakibatkan pengumpulan haba yang cepat dalam sistem, yang tidak dapat dilepaskan dengan berkesan, akhirnya membawa kepada kehilangan kawalan suhu dan berpotensi mencetuskan kebakaran atau letupan.

Proses pelarian haba bateri biasanya seperti berikut: sel tunggal menghasilkan pemanasan sendiri yang berlebihan akibat penyalahgunaan mekanikal atau elektrik. Fenomena terlalu panas ini menyebabkan suhu bateri meningkat dan memasuki peringkat penyalahgunaan haba, yang mencetuskan pelarian haba. Proses pelarian haba membebaskan gas dan asap mudah terbakar, bateri mula terbakar, dan mencetuskan tindak balas berantai, yang akhirnya boleh menyebabkan kebakaran atau bahkan letupan di stesen janakuasa simpanan tenaga.

Selain penuaan bateri dan kecacatan dalaman, faktor berikut juga mungkin menyumbang kepada pelarian haba:

Pengecasan berlebihan atau Penyahcasan berlebihan: Mengecas atau menyahcas bateri melebihi had operasi yang direka bentuk.
Kegagalan Sambungan Kritikal: Kegagalan mata sambungan elektrik, yang membawa kepada potensi bahaya keselamatan.
Kegagalan Sistem Pengurusan: Sistem Pengurusan Bateri (BMS) gagal memantau dan mengawal keadaan bateri dengan berkesan.
Kecacatan Pembuatan: Isu seperti litar pintas dalaman atau kecacatan lain semasa proses pembuatan.
Penuaan Bateri: Dari masa ke masa, prestasi bateri merosot, yang boleh menyebabkan litar pintas dalaman atau kegagalan lain.
Kegagalan Peranti Perlindungan Sel: Peranti perlindungan mungkin berubah bentuk atau gagal, menjejaskan keselamatan bateri.
Operasi Suhu Tinggi atau Rendah: Keadaan suhu melampau menjejaskan keselamatan dan prestasi bateri secara negatif.
Ubah Bentuk dan Kebocoran Bateri: Ubah bentuk selongsong bateri atau kebocoran cecair dalaman.
Kebocoran Gas atau Pelepasan Gas Mudah Terbakar: Semasa pembakaran, bateri mungkin mengeluarkan gas mudah terbakar, menimbulkan risiko tambahan.

Bahaya Elektrik

Bahaya elektrik adalah salah satu risiko keselamatan yang paling serius dalam sistem penyimpanan tenaga. Memandangkan kapasiti dan voltan sistem storan tenaga terus meningkat, voltan sistem secara beransur-ansur meningkat daripada paras yang lebih rendah kepada 1500V DC. Dalam keselamatan elektrik, sebarang voltan melebihi 60V DC dianggap berbahaya, dan sentuhan tidak sengaja dengan bahagian hidup boleh membawa kepada risiko kejutan elektrik.

Oleh itu, sistem penyimpanan tenaga mesti mempunyai langkah pengasingan elektrik yang berkesan untuk mengelakkan sentuhan langsung atau tidak langsung dengan komponen elektrik semasa operasi. Sebagai contoh, risiko kejutan elektrik yang ditimbulkan oleh pengurangan rintangan penebat. Rintangan penebat menunjukkan integriti bahan penebat; apabila kabel atau sambungan mengalami kerosakan, penuaan, atau kemerosotan lapisan penebat, rintangan penebat mungkin berkurangan. Dalam kes sedemikian, kerosakan pada lapisan penebat boleh mendedahkan konduktor di dalam kabel, yang membawa kepada arus bocor. Kebocoran ini meningkatkan risiko kejutan elektrik untuk kakitangan penyelenggaraan.

Selain itu, sistem storan tenaga biasanya mengandungi sejumlah besar peranti elektrik tambahan, dan persekitaran pemasangan selalunya rumit. Kejadian yang tidak dijangka, seperti voltan tinggi, arus besar (cth, kilat atau lonjakan), atau penuaan peralatan dan kabel yang membawa kepada kegagalan elemen perlindungan, boleh mengakibatkan fungsi perlindungan tidak berfungsi atau penebat yang tidak normal, yang membawa kepada kejutan elektrik dan insiden keselamatan lain.

Bahaya keselamatan fungsional: Keselamatan fungsional adalah bahagian penting dalam keselamatan sistem penyimpanan tenaga, disebabkan oleh risiko yang disebabkan oleh kegagalan atau kegagalan peralatan terkawal dan sistem yang berkaitan dengannya.

Persekitaran kerja yang tidak sesuai:

Penilaian Risiko Sistem Penyimpanan Tenaga

Keselamatan sistem storan tenaga ialah isu komprehensif dan kompleks yang terpakai kepada keseluruhan kitaran hayat sistem storan tenaga elektrokimia, iaitu, daripada peringkat reka bentuk konsep dan pembangunan sistem storan tenaga, peringkat pembuatan sistem, peringkat operasi dan penggunaan produk, peringkat perkhidmatan dan penyelenggaraan hingga peringkat penyahtauliahan akhir.

Risiko keselamatan sistem storan tenaga mungkin bergantung pada banyak faktor, termasuk lokasi pemasangan, kimia dan saiz/skala (seperti elektrik), dan perlu dinilai sewajarnya. Lokasi selamat ssistem penyimpanan bateri tenaga olar boleh digunakan di rumah, aplikasi industri dan komersial kepada sistem berskala besar untuk grid; risiko ini perlu dinilai sewajarnya.

Apabila melakukan analisis risiko sistem, piawaian IEC 62933-5-1 menyediakan banyak kaedah: kaedah analisis atas ke bawah dan kaedah analisis bawah ke atas, seperti analisis FMEA biasa, analisis pepohon kesalahan, analisis HAZOP dan STAMP. Melalui satu siri kaedah analisis untuk mengenal pasti potensi risiko, dan kemudian melalui reka bentuk sistem keselamatan dan pembangunan litar elektronik mekanisme perlindungan keselamatan, mengurangkan langkah untuk menjadikannya mencapai tahap yang boleh diterima oleh kami.

Langkah Pengurangan Risiko untuk Sistem Penyimpanan Tenaga (ESS)

Isu keselamatan adalah garis merah kualiti produk, dan memastikan keselamatan sistem penyimpanan tenaga telah menjadi cabaran utama untuk pembangunan mampan industri penyimpanan tenaga. Disebabkan keistimewaan produk simpanan tenaga, keselamatannya perlu dicapai dengan menggabungkan pelbagai fungsi keselamatan. Seperti yang diterangkan dalam Panduan ISO/EC 51, langkah pengurangan risiko yang diambil dalam proses reka bentuk storan tenaga adalah "yang wujud", "reka bentuk keselamatan", "peranti pelindung" dan "maklumat pengguna akhir". Langkah tambahan untuk fasa penggunaan (pengurusan keselamatan kitaran hayat) juga diterangkan dalam Panduan ISO/IEC 51.

Reka bentuk sistem storan tenaga bukan sahaja perlu bermula dari peringkat teknikal sistem dan komponen, tetapi juga harus mempertimbangkan cara meramal dan mengenal pasti potensi risiko terlebih dahulu, menyediakan perlindungan aktif, dan menyelesaikan masalah di bahagian hadapan apabila kegagalan berlaku. Walaupun dalam kes kemalangan yang melampau, ia boleh memberikan keupayaan dari bawah ke atas untuk memastikan keselamatan kakitangan dan harta benda.

Reka Bentuk Keselamatan Intrinsik untuk Sistem Penyimpanan Tenaga (ESS)

Pemilihan subsistem yang munasabah
Reka bentuk fungsi perlindungan
Reka bentuk keselamatan fungsi sistem
Reka bentuk struktur
Reka bentuk elektrik
Reka bentuk perlindungan kebakaran
Reka bentuk pelepasan pengudaraan dan letupan, dsb.

Langkah-langkah Jaminan dan Perlindungan

Kesalahan dalaman subsistem tidak boleh merebak ke luar subsistem;
Sistem voltan tinggi, menghalang operasi berbahaya jauh;
Semua komponen dengan voltan berbahaya akibat kerosakan penebat tunggal mesti dibumikan dan dilindungi kilat mengikut piawaian yang berkaitan;
Perlindungan arus lebih mesti disediakan pada sambungan luaran subsistem bateri;
Kerosakan sambungan subsistem sistem penyimpanan tenaga tidak boleh menyebabkan situasi berbahaya, dan pemuatan dan pemunggahan bateri mesti dilakukan menggunakan peralatan mengangkat yang sesuai;
Selongsong atau pendakap sistem mesti diperbuat daripada bahan tidak mudah terbakar; Kawasan bateri, kawasan peralatan pengecasan, dan kawasan litar pemotongan dan pelepasan mesti dibahagikan kepada zon kalis api di dalam sistem;
Perlindungan kerosakan sistem tambahan, kawalan dan komunikasi: mesti Memenuhi keselamatan kerosakan tunggal, tiada bahaya akan berlaku walaupun bekalan kuasa terganggu atau turun naik;
Perlindungan bahaya alam sekitar: sistem penyimpanan tenaga luar mesti memenuhi sekurang-kurangnya IPX4, dan perlindungan semburan garam diperlukan untuk pemasangan berhampiran laut;
Kedua-dua sisi DC dan AC mesti mempunyai perlindungan kerosakan tanah dan fungsi penggera;
Mesti ada penggera yang boleh didengar dan visual apabila bateri dicas terlebih dahulu: keadaan arus lebih dalam subsistem bateri mesti dilaporkan;
Sistem ini mesti dilengkapi dengan sistem pengesanan gas mudah terbakar dan menyediakan penggera yang boleh didengar dan visual;
Sistem ini hendaklah dilengkapi dengan sistem pengudaraan dan memenuhi keperluan berikut: Sistem pengudaraan mesti memastikan suhu yang sesuai di dalam kabinet: ekzos yang kuat mesti disediakan apabila pengudaraan semula jadi tidak mencukupi; bolong mesti dapat menghalang penyebaran api dan aliran masuk air;

Operasi Dan Penyelenggaraan, Latihan Pekerja, Maklumat Diberikan kepada Pengguna Akhir

Maklumat keselamatan yang diberikan kepada pengguna: tanda dan isyarat amaran, label yang menunjukkan bahagian berbahaya di tapak, peranti penggera bunyi dan cahaya, carta aliran proses reka bentuk keselamatan;
Operasi di tapak mesti diutamakan daripada operasi jauh untuk melindungi keselamatan pekerja di tapak: pelan kecemasan keselamatan harus disediakan; perlindungan arus lampau mesti disediakan pada sambungan luaran subsistem bateri;
Manual operasi dan penyelenggaraan hendaklah diberikan kepada pemilik, dan pengilang atau penyepadu sistem mesti membangunkan pelan penyelenggaraan tetap;
Pengilang mesti memberikan panduan tentang keupayaan dan keperluan kebenaran peralatan pengendalian kakitangan atau sistem keselamatan;