การจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่เป็นหนึ่งในกลุ่มธุรกิจพลังงานแสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์ที่เติบโตเร็วที่สุด และเป็นหนึ่งในกลุ่มธุรกิจที่มีการควบคุมความปลอดภัยจากอัคคีภัยอย่างเข้มงวดที่สุด เหตุเพลิงไหม้ BESS ที่มีชื่อเสียงโด่งดังหลายครั้งในปี 2561-2565 กระตุ้นให้หน่วยงานกำกับดูแลและบริษัทประกันภัยเข้มงวดข้อกำหนดอย่างมาก การทำความเข้าใจการหนีความร้อนและชั้นการป้องกันที่จำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้ตอนนี้กลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับนักพัฒนา EPC หรือเจ้าของสินทรัพย์ที่ทำงานร่วมกับ BESS
การหนีความร้อนคืออะไร?
การหนีความร้อนเป็นกระบวนการทำความร้อนแบบเร่งตัวเองในเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เมื่อเซลล์มีอุณหภูมิการทำงานที่ปลอดภัยเกินปกติ ซึ่งโดยทั่วไปจะถูกกระตุ้นโดยการชาร์จไฟเกิน การลัดวงจรภายใน ความร้อนภายนอก หรือความเสียหายทางกล ปฏิกิริยาเคมีคายความร้อนภายในเซลล์จะสร้างความร้อนเร็วกว่าที่เซลล์จะกระจายออกไปได้ อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดปฏิกิริยาเพิ่มเติมในวงจรป้อนกลับเชิงบวก
ที่อุณหภูมิของเซลล์สูงกว่าประมาณ 80–100°C (แตกต่างกันไปตามเคมี) การสลายตัวของชั้นอิเล็กโทรไลต์แข็งระหว่างเฟส (SEI) จะเริ่มต้นขึ้น อุณหภูมิสูงกว่า 130–150°C การหลอมละลายของตัวแยกทำให้เกิดการลัดวงจรภายใน สูงกว่า 180–270°C (ขึ้นอยู่กับเคมีของแคโทด) ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาจากแคโทดและจุดไฟไอของอิเล็กโทรไลต์ ผลลัพธ์ที่ได้คือไฟที่รุนแรงและลุกลามอย่างรวดเร็ว ซึ่งยากต่อการดับด้วยการปราบปรามน้ำแบบเดิมๆ
การแพร่กระจายความร้อนจากเซลล์สู่เซลล์ โดยที่ความร้อนจากเซลล์ที่ล้มเหลวเซลล์หนึ่งไปกระตุ้นให้เซลล์ที่อยู่ติดกัน ถือเป็นโหมดความล้มเหลวที่อันตรายที่สุดใน BESS ที่อัดแน่น ความล้มเหลวของเซลล์เดียวสามารถต่อเนื่องกันทั่วทั้งโมดูล ชั้นวาง หรือคอนเทนเนอร์ได้ในเวลาไม่กี่นาที
LFP กับ NMC: เคมีมีความสำคัญต่อความปลอดภัย
เคมีของลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) ปลอดภัยกว่า NMC (นิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์) อย่างมากสำหรับการจัดเก็บแบบอยู่กับที่:
- เสถียรภาพทางความร้อน: แคโทด LFP เริ่มต้นการสลายตัวแบบคายความร้อนที่ ~270°C เทียบกับ ~160–200°C สำหรับ NMC — อัตราความปลอดภัยที่กว้างกว่ามาก
- ไม่มีการปล่อยออกซิเจน: แคโทด LFP จะไม่ปล่อยออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง ทำให้ขจัดแหล่งเชื้อเพลิงหลักสำหรับการเผาไหม้ NMC ปล่อยออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง ทำให้ไฟลุกไหม้ได้เองแม้ไม่มีอากาศภายนอก
- ความหนาแน่นของพลังงานต่ำ: พลังงานที่เก็บไว้ต่อเซลล์น้อยลง = พลังงานที่ปล่อยออกมาจากความล้มเหลวน้อยลง
ผลิตภัณฑ์ BESS เชิงพาณิชย์ของ Sungrow ทั้งหมดใช้เคมีของ LFP — สอดคล้องกับฉันทามติของอุตสาหกรรมว่า LFP เป็นเคมีที่เหมาะสมสำหรับการจัดเก็บแบบอยู่กับที่ เชิงพาณิชย์ และระดับสาธารณูปโภค โดยให้ความสำคัญกับความปลอดภัยและอายุการใช้งานของวงจรมากกว่าความหนาแน่นของพลังงาน
การป้องกันในเชิงลึก: ความปลอดภัยจากอัคคีภัย BESS สี่ชั้น
ชั้นที่ 1: การป้องกันระดับเซลล์ (ระบบจัดการแบตเตอรี่)
BMS จะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิ และสถานะการชาร์จของแต่ละเซลล์แบบเรียลไทม์ โดยบังคับใช้ขีดจำกัดการทำงาน — แรงดันไฟฟ้าสูงสุด/ต่ำสุด การตัดกระแสไฟ ขีดจำกัดอุณหภูมิ — และตัดการเชื่อมต่อแบตเตอรี่เมื่อเกินขีดจำกัดใดๆ BMS ที่ปรับใช้อย่างดีเป็นมาตรการความปลอดภัยเดี่ยวที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดใน BESS
ชั้นที่ 2: การตรวจจับก๊าซและการเตือนล่วงหน้า
การหลบหนีจากความร้อนจะปล่อยไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) คาร์บอนมอนอกไซด์ และสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายออกมาก่อนที่จะเกิดเพลิงไหม้ เครื่องตรวจจับก๊าซแจ้งเตือนล่วงหน้าภายในกล่องแบตเตอรี่สามารถตรวจจับก๊าซตั้งต้นเหล่านี้ได้ไม่กี่นาทีก่อนการจุดระเบิด ซึ่งจะทำให้เกิดการปิดเครื่องอัตโนมัติและสัญญาณเตือน IEC 62933-5-2 และ NFPA 855 กำหนดให้มีการตรวจจับก๊าซในตู้ BESS เชิงพาณิชย์ การตรวจจับก๊าซตั้งแต่เนิ่นๆ ถือได้ว่าเป็นส่วนเสริมด้านความปลอดภัยที่สำคัญที่สุดรองจาก BMS — ให้เวลาในการปิดระบบอัตโนมัติก่อนที่ความร้อนจะแพร่กระจาย
ชั้นที่ 3: การปราบปรามไฟ
ไฟลิเธียมไม่สามารถดับได้ด้วย CO₂ แบบธรรมดาหรือการปราบปรามด้วยผงแห้ง - ต้องใช้น้ำเพื่อทำให้เซลล์เย็นลงต่ำกว่าเกณฑ์เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนอย่างต่อเนื่อง ระบบดับเพลิง BESS สมัยใหม่ใช้:
- การปราบปรามโดยใช้ละอองลอย (F-500 หรือคล้ายกัน): มีประสิทธิภาพในการดับไฟภายในตู้ ไม่สร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หากมีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น
- ละอองน้ำแบบกำหนดทิศทาง (ภายในภาชนะ): ทำให้เซลล์เย็นลงโดยตรง มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับ LFP ที่การแพร่กระจายความร้อนช้ากว่า
- น้ำท่วมภายนอก (จากหน่วยดับเพลิง): จำเป็นสำหรับไฟไหม้ NMC; ควรบรรยายสรุปแก่หน่วยดับเพลิงเพื่อไม่ให้ตัดการเชื่อมต่อไฟฟ้าโดยไม่ได้รับการฝึกอบรมจากผู้เชี่ยวชาญ
ชั้นที่ 4: การจัดวางและระยะห่างระหว่างกัน
มาตรฐาน NFPA 855 และ IEC ระบุระยะห่างขั้นต่ำระหว่างหน่วย BESS และระหว่าง BESS กับอาคารที่ถูกครอบครอง BESS ภายนอกอาคารในตู้คอนเทนเนอร์ (รูปแบบเชิงพาณิชย์ที่พบบ่อยที่สุด) โดยทั่วไปต้องการ:
- ระยะห่างระหว่างภาชนะบรรจุแบตเตอรี่ขั้นต่ำ 3 ม
- 3–10 ม. จากขอบเขตทรัพย์สิน (ขึ้นอยู่กับเขตอำนาจศาล)
- 10–30 ม. จากสิ่งปลูกสร้างหรือพื้นที่ชุมนุมที่ถูกครอบครอง
สิ่งที่ต้องถามซัพพลายเออร์ BESS ของคุณ
- ระบบแบตเตอรี่มีใบรับรองอะไรบ้าง? (UL 9540, UL 9540A, IEC 62933-5-2)
- มีการทดสอบการแพร่กระจายของความร้อน UL 9540A ที่ระดับชั้นวางหรือคอนเทนเนอร์หรือไม่
- ระบบตรวจจับก๊าซตรวจสอบก๊าซชนิดใดบ้าง
- เคมีของเซลล์และความละเอียดในการตรวจสอบระดับเซลล์ BMS คืออะไร
- ระยะห่างขั้นต่ำที่กำหนดสำหรับระบบนี้ในเขตอำนาจศาลของเราคือเท่าใด