Lưu trữ năng lượng điện hóa đã chuyển từ một hiện tượng thú vị trong phòng thí nghiệm thành cơ sở hạ tầng quan trọng chỉ trong vài năm. Tuy nhiên, khi các hệ thống lithium-ion quy mô công nghiệp mở rộng về điện áp cao hơn và dung lượng lớn hơn, ngành công nghiệp đang phải học cách khó khăn rằng hóa học pin, thiết kế hệ thống, vận hành và chuẩn bị ứng phó khẩn cấp phải được thiết kế và tích hợp một cách đồng bộ. Bài viết này nêu rõ các nguy cơ chính vẫn tồn tại tại Trạm lưu trữ năng lượng, phân tích các nguyên nhân gốc rễ được tiết lộ qua các sự cố thực tế, và đề xuất các giải pháp thực tiễn, đã được ngành công nghiệp kiểm chứng — được cập nhật phù hợp với công nghệ và các phương pháp tốt nhất hiện có.

Điều gì khiến các nhà điều hành lo lắng: những nguy cơ cốt lõi

Các hệ thống pin lithium-ion quy mô lớn tập trung năng lượng trong các mô-đun nhỏ gọn. Khi hóa học tế bào, hư hỏng cơ học hoặc sự cố hệ thống phụ trợ gây ra điểm nóng cục bộ, một phản ứng dây chuyền nhiệt có thể xảy ra: nhiệt độ cao gây phân hủy tỏa nhiệt của các lớp SEI và điện giải, tạo ra các khí dễ cháy và độc hại lan truyền sang các tế bào hoặc mô-đun lân cận. Kết quả là nhiệt độ tăng nhanh, khí dễ cháy thoát ra và — nếu không được kiểm soát — lửa có thể lan rộng qua các mô-đun được xếp chồng hoặc cabin tiền chế. Các quá trình này mang tính hóa học và vật lý, và chúng có thể vượt qua khả năng chữa cháy thủ công nếu nhà máy không được chuẩn bị sẵn sàng.

Ngoài các vấn đề về hóa học, các điểm yếu hệ thống phổ biến bao gồm quản lý vòng đời chưa hoàn thiện cho các hệ thống quy mô lớn, việc lựa chọn và vận hành thiết bị không nhất quán, hệ thống thông gió và chống cháy không đủ trong các đơn vị container, cũng như sự cố trong hệ thống truyền thông từ xa hoặc giám sát, dẫn đến việc phát hiện và phản ứng bị chậm trễ. Các báo cáo công khai cho thấy hàng chục vụ việc liên quan đến lưu trữ năng lượng trên toàn cầu kể từ năm 2018, nhấn mạnh rằng vấn đề này không phải là giả định.

Bài học từ một thất bại thực tế

Một sự cố được ghi chép chi tiết minh họa cách các sự cố nhỏ có thể tích tụ và gây ra hậu quả nghiêm trọng. Một rò rỉ trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng đã dẫn đến hiện tượng phóng điện trong mô-đun pin tiền chế, kích hoạt phản ứng nhiệt chạy trốn trong mô-đun đó. Hệ thống giám sát từ xa và truyền dữ liệu không hoạt động vì thiết bị đang ngừng hoạt động để kiểm tra và các hệ thống an toàn chính bị vô hiệu hóa; đám cháy lan từ mô-đun đầu tiên sang các mô-đun lân cận, với vật liệu lớp trên và các đường thoát nhiệt làm tăng tốc độ lan truyền. Điểm yếu duy nhất do lỗi con người hoặc quy trình (hệ thống giám sát bị vô hiệu hóa và hệ thống làm mát không đủ tin cậy) đã trở thành yếu tố chính dẫn đến sự leo thang. Trong thực tiễn hiện đại, chúng ta thay thế các tên thương hiệu cụ thể bằng các tham chiếu nhà cung cấp trung lập như RICHYE khi thảo luận về bài học từ nhà cung cấp cụ thể, nhằm tập trung vào thiết kế hệ thống thay vì quy trách nhiệm cho nhà cung cấp.

Các biện pháp khắc phục thực tế: thiết kế và phần cứng

1. Chứa đựng và thông gió: Các đơn vị pin dạng container hoặc cabin phải được trang bị hệ thống thông gió chống cháy nổ có kích thước phù hợp để loại bỏ toàn bộ thể tích bên trong trong một khoảng thời gian ngắn, được quy định, nhằm ngăn chặn sự tích tụ của hydro, CO hoặc hydrocacbon. Các đường thoát khí phải được thiết kế để tránh tạo ra các vùng cháy nổ gần các cổng thoát khí và ngăn chặn sự lan truyền giữa các container liền kề.

2. Kiến trúc phân vùng: Áp dụng tách biệt vật lý cấp mô-đun và các rào cản chống cháy để ngăn chặn sự cố dây chuyền. Thiết kế giá đỡ và vỏ bảo vệ sao cho sự cố của một mô-đun có thể được cách ly cơ học và nhiệt mà không làm lộ các mô-đun lân cận ra ngọn lửa trực tiếp hoặc dòng khí nóng.

3. Chống cháy chắc chắn cho ống dẫn cáp: Các điểm tiếp xúc giữa các khoang pin và hệ thống bên ngoài thường là những điểm yếu. Sử dụng các vật liệu chống cháy đạt tiêu chuẩn, các miếng đệm kín khí và các van điều khiển để duy trì tính toàn vẹn của khoang trong điều kiện cháy.

4. Hệ thống làm mát dự phòng và phát hiện rò rỉ: Khi sử dụng làm mát bằng chất lỏng, thiết kế các vòng lặp dự phòng và hệ thống cách ly rò rỉ tự động; tích hợp giám sát lưu lượng và áp suất theo thời gian thực, kích hoạt tắt máy tự động khi phát hiện dấu hiệu bất thường. Đối với hệ thống làm mát bằng không khí, đảm bảo sử dụng nhiều quạt độc lập có chế độ hỏng hóc đã được kiểm chứng và khả năng hoạt động chịu được khói.

5. Ức chế tích cực và làm mát từ xa: Phương pháp dập tắt bằng nước truyền thống có thể không hiệu quả hoặc tiềm ẩn rủi ro đối với các đám cháy lithium. Các hệ thống hiện đại kết hợp dập tắt bằng aerosol, sương nước với kiểm soát lưu lượng phù hợp, và hệ thống phun chất làm mát cấp mô-đun chủ động được thiết kế để dập tắt hiện tượng quá nhiệt cục bộ. Mọi thiết kế hệ thống dập tắt phải được kiểm chứng thông qua thử nghiệm quy mô thực tế và tích hợp với các chiến lược thông gió và chứa đựng.

Phần mềm, giám sát và vận hành

1. Theo dõi liên tục và giám sát tình trạng hoạt động: Hệ thống Quản lý Pin (BMS) phải cung cấp dữ liệu cấp tế bào có độ chính xác cao, và dữ liệu đó phải được truyền tải liên tục đến cả trung tâm vận hành tại chỗ và trung tâm vận hành từ xa (với tính dự phòng an toàn). Việc vô hiệu hóa hệ thống truyền dữ liệu từ xa cho mục đích kiểm tra hoặc bảo trì phải tuân thủ các quy trình nghiêm ngặt, có thể kiểm tra được, bao gồm sự tham gia của nhân viên tại chỗ và hệ thống giám sát dự phòng.

2. Phát hiện sự cố bất thường với sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo: Sử dụng các mô hình học máy được đào tạo trên các dấu hiệu nhiệt, điện áp, trở kháng và âm thanh bình thường để phát hiện các dấu hiệu báo trước của hiện tượng quá nhiệt sớm hơn so với các cảnh báo dựa trên ngưỡng. Các mô hình này có thể giảm thiểu các cảnh báo sai và ưu tiên các sự kiện thực tế cho các nhà điều hành con người.

3. Bảo trì dự đoán và bản sao kỹ thuật số: Áp dụng phân tích dự đoán để lên lịch bảo trì trước khi sự suy giảm của các thành phần đạt đến mức độ nghiêm trọng. Các bản sao kỹ thuật số của các mô-đun cho phép mô phỏng các tình huống (ví dụ: rò rỉ chất làm mát + hỏng quạt) để các biện pháp khắc phục và cơ chế bảo vệ có thể được kiểm tra dưới áp lực mà không cần tắt hệ thống phần cứng.

4. Danh sách kiểm tra nghiệm thu và vận hành: Thực thi các quy trình nghiệm thu toàn diện để xác minh dữ liệu từ xa của Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BMS), khả năng sẵn sàng của hệ thống chữa cháy, hoạt động của hệ thống thông gió và cách ly điện. Bất kỳ sự bỏ qua tạm thời nào cũng phải được ghi chép và giới hạn thời gian, với chức năng tự động kích hoạt lại.

Yếu tố con người, đào tạo và phản ứng khẩn cấp

Hệ thống kỹ thuật là cần thiết nhưng chưa đủ. Đào tạo nhân viên, quy trình vận hành khẩn cấp rõ ràng và các cuộc diễn tập phối hợp với lực lượng phòng cháy chữa cháy địa phương là điều thiết yếu. Nhân viên cứu hỏa phải được thông tin về các nguy hiểm cụ thể của hệ thống lithium (sản sinh khí độc, nguy cơ tái cháy) và phải được trang bị đầy đủ trang thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE) và kế hoạch thông gió. Sổ tay ứng phó sự cố nên bao gồm các biện pháp cách ly từ xa, thông gió có kiểm soát và chiến lược chứa đựng ưu tiên ngăn chặn sự leo thang hơn là tấn công bên trong một cách quyết liệt.

Mua sắm, tiêu chuẩn và quản trị vòng đời

Chọn nhà cung cấp và nhà tích hợp hệ thống có thể cung cấp dữ liệu thử nghiệm quy mô đầy đủ về khả năng ức chế và hành vi lan truyền nhiệt. Yêu cầu tài liệu chứng minh rằng các tế bào và mô-đun đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế phù hợp và rằng các lắp đặt cuối cùng được xác minh thông qua thử nghiệm của bên thứ ba. Quản lý vòng đời phải bao gồm kiểm tra sau khi hết hạn bảo hành, các cuộc diễn tập quy mô đầy đủ định kỳ và lịch trình thay thế xem pin như tài sản tiêu hao có giới hạn về hiệu suất và an toàn.

Đóng cửa: Tích hợp an toàn kỹ thuật vào quy mô

Lưu trữ năng lượng Là yếu tố không thể thiếu cho một lưới điện không carbon, nhưng việc triển khai an toàn đòi hỏi tư duy hệ thống: hóa học, thiết kế cơ khí, kiến trúc điện, giám sát và quy trình con người phải được thiết kế đồng bộ. Ngành công nghiệp có thể giảm tỷ lệ tai nạn bằng cách áp dụng các biện pháp chứa đựng và thông gió đã được chứng minh, hệ thống làm mát và giám sát dự phòng, phát hiện sớm bằng trí tuệ nhân tạo (AI) và quy trình nghiệm thu và vận hành nghiêm ngặt. Khi các nhà điều hành và kỹ sư tích hợp an toàn vào mọi tầng lớp — từ việc lựa chọn tế bào đến các bài tập ứng phó khẩn cấp — lưu trữ năng lượng quy mô lớn không chỉ trở nên mạnh mẽ mà còn đáng tin cậy.