પૃષ્ઠભૂમિ

ઉર્જા કટોકટીએ છેલ્લાં કેટલાંક વર્ષોમાં લિથિયમ-આયન બેટરી એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સ (ESS) નો વધુ વ્યાપક ઉપયોગ કર્યો છે, પરંતુ ત્યાં સંખ્યાબંધ ખતરનાક અકસ્માતો પણ થયા છે, જેના પરિણામે સુવિધાઓ અને પર્યાવરણને નુકસાન થયું છે, આર્થિક નુકસાન થયું છે અને નુકસાન પણ થયું છે. જીવનતપાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે ESS એ UL 9540 અને UL 9540A જેવી બેટરી સિસ્ટમ્સ સંબંધિત ધોરણોને પૂર્ણ કર્યા હોવા છતાં, થર્મલ દુરુપયોગ અને આગ આવી છે.તેથી, ભૂતકાળના કિસ્સાઓમાંથી પાઠ શીખવા અને જોખમો અને તેના પ્રતિરોધક પગલાંનું વિશ્લેષણ કરવાથી ESS ટેક્નોલોજીના વિકાસમાં ફાયદો થશે.

કેસની સમીક્ષા

નીચેનામાં 2019 થી અત્યાર સુધીમાં વિશ્વભરમાં મોટા પાયે ESS ના અકસ્માતના કેસોનો સારાંશ આપવામાં આવ્યો છે, જેની જાહેરમાં જાણ કરવામાં આવી છે.

ઉપરોક્ત અકસ્માતોના કારણોને નીચેના બે તરીકે સારાંશ આપી શકાય છે.

1) આંતરિક કોષની નિષ્ફળતા બેટરી અને મોડ્યુલના થર્મલ દુરુપયોગને ટ્રિગર કરે છે, અને અંતે સમગ્ર ESSને આગ કે વિસ્ફોટનું કારણ બને છે.

કોષના થર્મલ દુરુપયોગને કારણે થતી નિષ્ફળતા મૂળભૂત રીતે જોવામાં આવે છે કે આગ પછી વિસ્ફોટ થાય છે.ઉદાહરણ તરીકે, 2019 માં એરિઝોના, યુએસએમાં મેકમિકેન પાવર સ્ટેશન અને 2021 માં ચીનના બેઇજિંગમાં ફેંગટાઈ પાવર સ્ટેશનના અકસ્માતો બંને આગ પછી વિસ્ફોટ થયા.આવી ઘટના એક કોષની નિષ્ફળતાને કારણે થાય છે, જે આંતરિક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને ઉત્તેજિત કરે છે, ગરમી (એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયા) મુક્ત કરે છે, અને તાપમાન સતત વધતું રહે છે અને નજીકના કોષો અને મોડ્યુલોમાં ફેલાય છે, જેના કારણે આગ અથવા તો વિસ્ફોટ થાય છે.કોષની નિષ્ફળતા સામાન્ય રીતે ઓવરચાર્જ અથવા નિયંત્રણ સિસ્ટમની નિષ્ફળતા, થર્મલ એક્સપોઝર, બાહ્ય શોર્ટ સર્કિટ અને આંતરિક શોર્ટ સર્કિટ (જે વિવિધ પરિસ્થિતિઓ જેમ કે ઇન્ડેન્ટેશન અથવા ડેન્ટ, સામગ્રીની અશુદ્ધિઓ, બાહ્ય વસ્તુઓ દ્વારા ઘૂંસપેંઠ વગેરેને કારણે થઈ શકે છે) દ્વારા થાય છે. ).

કોષના થર્મલ દુરુપયોગ પછી, જ્વલનશીલ ગેસ ઉત્પન્ન થશે.ઉપરથી તમે નોંધ કરી શકો છો કે વિસ્ફોટના પ્રથમ ત્રણ કેસનું કારણ એક જ છે, તે છે જ્વલનશીલ ગેસ સમયસર ડિસ્ચાર્જ કરી શકતો નથી.આ બિંદુએ, બેટરી, મોડ્યુલ અને કન્ટેનર વેન્ટિલેશન સિસ્ટમ ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે.સામાન્ય રીતે એક્ઝોસ્ટ વાલ્વ દ્વારા બેટરીમાંથી ગેસનો નિકાલ થાય છે અને એક્ઝોસ્ટ વાલ્વના દબાણનું નિયમન જ્વલનશીલ વાયુઓના સંચયને ઘટાડી શકે છે.મોડ્યુલ તબક્કામાં, સામાન્ય રીતે જ્વલનશીલ વાયુઓના સંચયને ટાળવા માટે બાહ્ય ચાહક અથવા શેલની કૂલિંગ ડિઝાઇનનો ઉપયોગ કરવામાં આવશે.છેલ્લે, કન્ટેનર તબક્કામાં, જ્વલનશીલ વાયુઓને બહાર કાઢવા માટે વેન્ટિલેશન સુવિધાઓ અને મોનિટરિંગ સિસ્ટમ્સ પણ જરૂરી છે.

2) બાહ્ય સહાયક સિસ્ટમની નિષ્ફળતાને કારણે ESS નિષ્ફળતા

સહાયક સિસ્ટમની નિષ્ફળતાને કારણે એકંદર ESS નિષ્ફળતા સામાન્ય રીતે બેટરી સિસ્ટમની બહાર થાય છે અને તે બાહ્ય ઘટકોમાંથી બર્ન અથવા ધુમાડામાં પરિણમી શકે છે.અને જ્યારે સિસ્ટમ તેનું નિરીક્ષણ કરે છે અને તેને સમયસર જવાબ આપે છે, ત્યારે તે કોષની નિષ્ફળતા અથવા થર્મલ દુરુપયોગ તરફ દોરી જશે નહીં.વિસ્ટ્રા મોસ લેન્ડિંગ પાવર સ્ટેશન ફેઝ 1 2021 અને ફેઝ 2 2022 ના અકસ્માતોમાં, ધુમાડો અને આગ પેદા થઈ હતી કારણ કે ફોલ્ટ મોનિટરિંગ અને ઇલેક્ટ્રિકલ નિષ્ફળ-સલામત ઉપકરણો તે સમયે કમિશનિંગ તબક્કા દરમિયાન બંધ કરવામાં આવ્યા હતા અને સમયસર પ્રતિક્રિયા આપી શક્યા ન હતા. .આ પ્રકારની ફ્લેમ બર્નિંગ સામાન્ય રીતે બેટરી સિસ્ટમની બહારથી શરૂ થાય છે તે પહેલાં તે કોષની અંદરના ભાગમાં ફેલાય છે, તેથી ત્યાં કોઈ હિંસક એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયા અને જ્વલનશીલ ગેસનું સંચય થતું નથી, અને તેથી સામાન્ય રીતે કોઈ વિસ્ફોટ થતો નથી.વધુ શું છે, જો સ્પ્રિંકલર સિસ્ટમને સમયસર ચાલુ કરી શકાય, તો તે સુવિધાને વ્યાપક નુકસાન પહોંચાડશે નહીં.

2021 માં ઓસ્ટ્રેલિયાના જીલોંગમાં “વિક્ટોરિયન પાવર સ્ટેશન” આગની દુર્ઘટના શીતક લિકેજને કારણે બેટરીમાં શોર્ટ સર્કિટને કારણે થઈ હતી, જે અમને બેટરી સિસ્ટમના ભૌતિક અલગતા પર ધ્યાન આપવાની યાદ અપાવે છે.પરસ્પર હસ્તક્ષેપ ટાળવા માટે બાહ્ય સુવિધાઓ અને બેટરી સિસ્ટમ વચ્ચે ચોક્કસ જગ્યા રાખવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે.બાહ્ય શોર્ટ સર્કિટને ટાળવા માટે બેટરી સિસ્ટમ પણ ઇન્સ્યુલેશન ફંક્શનથી સજ્જ હોવી જોઈએ.

કાઉન્ટરમેઝર્સ

ઉપરોક્ત વિશ્લેષણમાંથી, તે સ્પષ્ટ છે કે ESS અકસ્માતોના કારણો સેલના થર્મલ દુરુપયોગ અને સહાયક સિસ્ટમની નિષ્ફળતા છે.જો નિષ્ફળતાને રોકી શકાતી નથી, તો અવરોધિત નિષ્ફળતા પછી વધુ બગાડ ઘટાડવાથી પણ નુકસાન ઘટાડી શકાય છે.નીચેના પાસાઓથી પ્રતિરોધક પગલાં ધ્યાનમાં લઈ શકાય છે:

સેલના થર્મલ દુરુપયોગ પછી થર્મલ સ્પ્રેડને અવરોધિત કરવું

કોષના થર્મલ દુરુપયોગના ફેલાવાને રોકવા માટે ઇન્સ્યુલેશન અવરોધ ઉમેરી શકાય છે, જે કોષો વચ્ચે, મોડ્યુલો વચ્ચે અથવા રેક્સ વચ્ચે સ્થાપિત કરી શકાય છે.NFPA 855 (સ્ટેશનરી એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સના ઇન્સ્ટોલેશન માટે માનક) ના પરિશિષ્ટમાં, તમે સંબંધિત આવશ્યકતાઓ પણ શોધી શકો છો.અવરોધને અલગ કરવા માટેના ચોક્કસ પગલાંમાં કોષો વચ્ચે ઠંડા પાણીની પ્લેટ, એરજેલ અને લાઈક્સ નાખવાનો સમાવેશ થાય છે.

બેટરી સિસ્ટમમાં ફાયર સપ્રેશન ડિવાઇસ ઉમેરી શકાય છે જેથી જ્યારે એક કોષમાં થર્મલ દુરુપયોગ થાય ત્યારે તે ફાયર સપ્રેશન ડિવાઇસને સક્રિય કરવા માટે ઝડપથી પ્રતિક્રિયા આપી શકે.લિથિયમ-આયન અગ્નિના જોખમો પાછળનું રસાયણશાસ્ત્ર પરંપરાગત અગ્નિશામક ઉકેલો કરતાં ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓ માટે એક અલગ અગ્નિ દમન ડિઝાઇન તરફ દોરી જાય છે, જે માત્ર આગને ઓલવવા માટે જ નહીં, પણ બેટરીનું તાપમાન ઘટાડવા માટે પણ છે.નહિંતર, કોષોની એક્ઝોથર્મિક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ થતી રહેશે અને ફરીથી ઇગ્નીશન શરૂ કરશે.

અગ્નિશામક સામગ્રી પસંદ કરતી વખતે પણ વધારાની કાળજી લેવી જરૂરી છે.જો સળગતી બેટરીના કેસીંગ પર પાણી સીધું છાંટવામાં આવે તો જ્વલનશીલ ગેસનું મિશ્રણ ઉત્પન્ન થઈ શકે છે.અને જો બેટરી કેસીંગ અથવા ફ્રેમ સ્ટીલની બનેલી હોય, તો પાણી થર્મલ દુરુપયોગને અટકાવશે નહીં.કેટલાક કિસ્સાઓ દર્શાવે છે કે બેટરી ટર્મિનલના સંપર્કમાં આવતા પાણી અથવા અન્ય પ્રકારના પ્રવાહી પણ આગને વધારી શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે, સપ્ટેમ્બર 2021 માં વિસ્ટ્રા મોસ લેન્ડિંગ પાવર સ્ટેશનની આગની દુર્ઘટનામાં, અહેવાલો દર્શાવે છે કે સ્ટેશનના કૂલિંગ હોઝ અને પાઇપના સાંધા નિષ્ફળ ગયા હતા, જેના કારણે બેટરી રેક્સ પર પાણીનો છંટકાવ થયો હતો અને આખરે બેટરીઓ શોર્ટ સર્કિટ અને આર્કનું કારણ બની હતી.

1. જ્વલનશીલ વાયુઓનું સમયસર ઉત્સર્જન

ઉપરોક્ત તમામ કેસ અહેવાલો વિસ્ફોટના પ્રાથમિક કારણ તરીકે જ્વલનશીલ વાયુઓની સાંદ્રતા તરફ નિર્દેશ કરે છે.તેથી, આ જોખમને ઘટાડવા માટે સાઇટ ડિઝાઇન અને લેઆઉટ, ગેસ મોનિટરિંગ અને વેન્ટિલેશન સિસ્ટમ્સ મહત્વપૂર્ણ છે.NFPA 855 ધોરણમાં ઉલ્લેખ છે કે સતત ગેસ ડિટેક્શન સિસ્ટમ જરૂરી છે.જ્યારે જ્વલનશીલ ગેસનું ચોક્કસ સ્તર (એટલે ​​​​કે LFL નું 25%) શોધી કાઢવામાં આવે છે, ત્યારે સિસ્ટમ એક્ઝોસ્ટ વેન્ટિલેશન શરૂ કરશે.વધુમાં, UL 9540A ટેસ્ટ સ્ટાન્ડર્ડ એક્ઝોસ્ટ એકત્રિત કરવાની અને ગેસ LFL ની નીચલી મર્યાદા શોધવાની જરૂરિયાતનો પણ ઉલ્લેખ કરે છે.

વેન્ટિંગ ઉપરાંત, વિસ્ફોટ રાહત પેનલનો ઉપયોગ કરવાની પણ ભલામણ કરવામાં આવે છે.NFPA 855 માં ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો છે કે ESSs ને NFPA 68 (ડિફ્લેગ્રેશન વેન્ટિંગ દ્વારા વિસ્ફોટ સંરક્ષણ પર માનક) અને NFPA 69 (વિસ્ફોટ સંરક્ષણ પ્રણાલીઓ પરના ધોરણો) અનુસાર સ્થાપિત અને જાળવણી કરવાની છે.જો કે, જ્યારે સિસ્ટમ ફાયર એન્ડ એક્સપ્લોઝન ટેસ્ટ (UL 9540A અથવા સમકક્ષ) નું પાલન કરે છે, ત્યારે તેને આ જરૂરિયાતમાંથી મુક્તિ મળી શકે છે.જો કે, પરીક્ષણની શરતો સાચી પરિસ્થિતિનું સંપૂર્ણ પ્રતિનિધિત્વ કરતી ન હોવાથી, વેન્ટિલેશન અને વિસ્ફોટથી રક્ષણ વધારવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે.

2.સહાયક પ્રણાલીઓની નિષ્ફળતા નિવારણ

અપૂરતા સોફ્ટવેર/ફર્મવેર પ્રોગ્રામિંગ અને કમિશનિંગ/પ્રી-સ્ટાર્ટ પ્રક્રિયાઓએ પણ વિક્ટોરિયન પાવર સ્ટેશન અને વિસ્ટ્રા મોસ લેન્ડિંગ પાવર સ્ટેશન આગની ઘટનાઓમાં ફાળો આપ્યો હતો.વિક્ટોરિયન પાવર સ્ટેશનની આગમાં, એક મોડ્યુલ દ્વારા શરૂ કરાયેલ થર્મલ દુરુપયોગને ઓળખવામાં આવ્યો ન હતો અથવા તેને અવરોધિત કરવામાં આવ્યો ન હતો, અને આગને પગલે વિક્ષેપ પણ થયો ન હતો.આ સ્થિતિનું કારણ એ છે કે તે સમયે કમિશનિંગની આવશ્યકતા ન હતી, અને ટેલિમેટ્રી સિસ્ટમ, ફોલ્ટ મોનિટરિંગ અને ઇલેક્ટ્રિકલ ફેલ-સેફ ડિવાઇસ સહિત સિસ્ટમ મેન્યુઅલી બંધ કરવામાં આવી હતી.આ ઉપરાંત, સુપરવાઇઝરી કંટ્રોલ એન્ડ ડેટા એક્વિઝિશન (SCADA) સિસ્ટમ પણ હજી કાર્યરત નહોતી, કારણ કે તેને સાધનોની કનેક્ટિવિટી સ્થાપિત કરવામાં 24 કલાકનો સમય લાગ્યો હતો.

તેથી, એવી ભલામણ કરવામાં આવે છે કે કોઈપણ નિષ્ક્રિય મોડ્યુલમાં લોક-આઉટ સ્વીચ દ્વારા મેન્યુઅલી બંધ થવાને બદલે સક્રિય ટેલિમેટ્રી, ફોલ્ટ મોનિટરિંગ અને ઇલેક્ટ્રિકલ સલામતી ઉપકરણો જેવા ઉપકરણો હોવા જોઈએ.તમામ વિદ્યુત સુરક્ષા સુરક્ષા ઉપકરણોને સક્રિય મોડમાં રાખવા જોઈએ.આ ઉપરાંત, વિવિધ કટોકટીની ઘટનાઓને ઓળખવા અને તેનો પ્રતિસાદ આપવા માટે વધારાની એલાર્મ સિસ્ટમ્સ ઉમેરવી જોઈએ.

વિસ્ટ્રા મોસ લેન્ડિંગ પાવર સ્ટેશનના તબક્કા 1 અને 2 માં સોફ્ટવેર પ્રોગ્રામિંગ ભૂલ પણ જોવા મળી હતી, કારણ કે સ્ટાર્ટ-અપ થ્રેશોલ્ડ ઓળંગી ન હતી, બેટરી હીટ સિંક સક્રિય કરવામાં આવી હતી.તે જ સમયે, બેટરીના ઉપલા સ્તરના લીકેજ સાથે પાણીની પાઇપ કનેક્ટરની નિષ્ફળતા બેટરી મોડ્યુલને પાણી ઉપલબ્ધ કરાવે છે અને પછી શોર્ટ સર્કિટનું કારણ બને છે.આ બે ઉદાહરણો દર્શાવે છે કે સ્ટાર્ટ-અપ પ્રક્રિયા પહેલા સોફ્ટવેર/ફર્મવેર પ્રોગ્રામિંગને તપાસવું અને ડીબગ કરવું કેટલું મહત્વનું છે.

સારાંશ

એનર્જી સ્ટોરેજ સ્ટેશનમાં અનેક આગ અકસ્માતોના વિશ્લેષણ દ્વારા, વેન્ટિલેશન અને વિસ્ફોટ નિયંત્રણ, યોગ્ય ઇન્સ્ટોલેશન અને કમિશનિંગ પ્રક્રિયાઓને ઉચ્ચ અગ્રતા આપવી જોઈએ, જેમાં સોફ્ટવેર પ્રોગ્રામિંગ તપાસનો સમાવેશ થાય છે, જે બેટરી અકસ્માતોને અટકાવી શકે છે.વધુમાં, ઝેરી વાયુઓ અને પદાર્થોના ઉત્પાદન સાથે વ્યવહાર કરવા માટે એક વ્યાપક કટોકટી પ્રતિભાવ યોજના વિકસાવવી જોઈએ.