วิธีแก้ไขความเสี่ยงด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่สำรองพลังงาน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมการกักเก็บพลังงานได้ก่อให้เกิดการเติบโตแบบก้าวกระโดด

เพื่อคว้าตลาดและแสวงหาผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่สูงขึ้น บริษัทพลังงานจึงพยายามปรับปรุงโครงสร้างและการออกแบบแบตเตอรี่สำรองพลังงานอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้ได้ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น การพัฒนา “ความจุขนาดใหญ่” ร่วมกับบริษัทผู้ผลิตแบตเตอรี่สำรองพลังงานชั้นนำหลายแห่ง ได้กลายเป็นเทรนด์สำคัญในปัจจุบัน

แบตเตอรี่เก็บพลังงานมีดสั้นลามิเนต L500 ประเภท 325Ah ที่ผลิตโดย Honeycomb Energy มีความหนาเพียง 21 มม. ซึ่งบางกว่าแบตเตอรี่เก็บพลังงาน 280Ah ถึง 2/3

ผลิตภัณฑ์เซลล์กักเก็บพลังงานขนาด 315Ah ของ Envision Power ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานได้ 11% จากการรักษาขนาดให้เท่าเดิม

แบตเตอรี่สำรองพลังงานขนาดใหญ่ 320Ah ที่ผลิตโดย Penghui Energy มีกำลังการผลิตเพิ่มขึ้น 14%

EVE Lithium Energy ได้เปิดตัวเซลล์จัดเก็บพลังงานความจุขนาดใหญ่พิเศษ 560Ah โดยแบตเตอรี่เพียงก้อนเดียวสามารถจัดเก็บพลังงานได้ 1.792 กิโลวัตต์ชั่วโมง

อย่างไรก็ตาม ความจุขนาดใหญ่ยังนำมาซึ่งความท้าทายใหม่ๆ ในการพัฒนาแบตเตอรี่กักเก็บพลังงานอีกด้วย

เมื่อความจุเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของพลังงานภายในแบตเตอรี่ก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ส่งผลให้มีการปล่อยพลังงานมากขึ้นและมีความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรงมากขึ้น

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เกิดเพลิงไหม้และการระเบิดในโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานขึ้นเป็นครั้งคราว และกรณีร้ายแรงอาจทำให้พนักงานเสียชีวิตได้ ความปลอดภัยของระบบกักเก็บพลังงานจึงเป็นประเด็นที่น่ากังวลมาโดยตลอด

ในการประชุมแลกเปลี่ยนนานาชาติว่าด้วยยานยนต์พลังงานใหม่และแบตเตอรี่พลังงานใหม่ (CIBF2023 Shenzhen) ครั้งที่ 4 คุณโอวหยางหมิงเกา นักวิชาการจากสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน กล่าวว่าโดยทั่วไปแล้วแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตถือว่ามีความปลอดภัยค่อนข้างสูง ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นเรื่องจริงสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม สำหรับแบตเตอรี่ความจุสูง อุณหภูมิภายในอาจสูงกว่า 800 องศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิการสลายตัวของแคโทดลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

สำหรับแบตเตอรี่ขนาดเล็ก เนื่องจากมีปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นตรงกลาง จึงต้องมีการแบ่งแยก และวัสดุอิเล็กโทรดบวกโดยทั่วไปจะไม่สลายตัวจนกว่าจะมีอุณหภูมิสูงกว่า 500 องศา ดังนั้นแบตเตอรี่ขนาดเล็กจึงไม่อยู่ในช่วงนี้ อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ที่มีความจุอาจสูงถึง 700-900 องศา และอาจทะลุผ่านตัวคั่น ส่งผลให้วัสดุอิเล็กโทรดบวกสลายตัว แบตเตอรี่เก็บพลังงานในปัจจุบันโดยทั่วไปมีความจุมากกว่า 300 แอมแปร์-ชั่วโมง (Ah) ซึ่งยังคงเป็นอันตรายอย่างมาก

ในแง่หนึ่ง จำเป็นต้องขยายกำลังการผลิตและลดต้นทุน และในอีกแง่หนึ่ง จำเป็นต้องรักษาระดับความเสี่ยงด้านความปลอดภัยให้อยู่ในระดับสูงสุด เราจะสร้างสมดุลระหว่างสองสิ่งนี้ได้อย่างไร

อุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงานให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่อความปลอดภัยของแบตเตอรี่

ในขณะที่โรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานกำลังพัฒนาไปสู่กำลังการผลิตขนาดใหญ่ ความปลอดภัยและการป้องกันอัคคีภัยของโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานก็จะต้องเผชิญกับการทดสอบที่เข้มงวดยิ่งขึ้น ความปลอดภัยคือสิ่งสำคัญที่สุดสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมกักเก็บพลังงาน

จากสถิติของ Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance ระบุว่า นับตั้งแต่ปี 2011 มีอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับการกักเก็บพลังงานมากกว่า 70 ครั้งทั่วโลก และในปี 2022 จะมีอุบัติเหตุที่เกี่ยวข้องกับการกักเก็บพลังงาน 17 ครั้งทั่วโลก ไม่รวมการกักเก็บพลังงานในครัวเรือน

สถาบันวิจัยพลังงานไฟฟ้าจีน (China Electric Power Research Institute) ระบุในรายงานการวิเคราะห์อุบัติเหตุว่าสาเหตุหลักของการระเบิดของโรงไฟฟ้ามี 2 ประการ ประการแรก สาเหตุของการเผาไหม้และการระเบิดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือสภาวะความร้อนรั่วไหลของแบตเตอรี่ ยกตัวอย่างเช่น ความปลอดภัยและคุณภาพของแบตเตอรี่กักเก็บพลังงานไม่สามารถรับประกันได้ สภาวะความร้อนรั่วไหลของแบตเตอรี่กักเก็บพลังงานนั้น ในทางกลับกัน ระบบ BMS, PCS, หม้อแปลงไฟฟ้า และอุปกรณ์ป้องกันรีเลย์ที่เกี่ยวข้อง และอุปกรณ์สื่อสารที่รวมอยู่ในระบบกักเก็บพลังงานของแบตเตอรี่อาจมีข้อบกพร่องด้านคุณภาพ ขั้นตอนการติดตั้งและทดสอบระบบที่ไม่ได้มาตรฐาน การตั้งค่าที่ไม่สมเหตุสมผล และฉนวนไฟฟ้าไม่เพียงพอ ล้วนก่อให้เกิดปัญหาด้านความปลอดภัยในระบบกักเก็บพลังงานทั้งทางตรงและทางอ้อม

ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ นอกเหนือจากอันตรายที่เกิดจากไฟไหม้และการระเบิดแล้ว สารเคมีพิษอาจถูกปล่อยออกมาทำให้เกิดอันตรายทางเคมีได้ และอันตรายทางไฟฟ้าหรืออันตรายทางกายภาพอาจเกิดขึ้นได้เมื่อบุคลากรที่เกี่ยวข้องซ่อมแซมหรือช่วยเหลือระบบกักเก็บพลังงาน

ความต้องการการควบคุมอุณหภูมิและการป้องกันอัคคีภัยของระบบกักเก็บพลังงานเพิ่มสูงขึ้น มาตรฐานแห่งชาติ “รหัสสำหรับการออกแบบสถานีไฟฟ้ากักเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมี” ฉบับปี 2014 เป็นเรื่องยากที่จะตอบสนองข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของระบบกักเก็บพลังงานที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว นอกจากมาตรฐานแห่งชาติแล้ว ยังมีมาตรฐานองค์กร มาตรฐานกลุ่ม มาตรฐานท้องถิ่น มาตรฐาน NFPA855, UL9540 ของสหรัฐอเมริกา เป็นข้อมูลอ้างอิงเท่านั้น มาตรฐานความปลอดภัยระบบกักเก็บพลังงานยังคงต้องมีการกำกับดูแลเพิ่มเติม

มาตรฐานความปลอดภัยในการกักเก็บพลังงานแห่งชาติฉบับใหม่ GB/T 42288-2022 “ข้อบังคับด้านความปลอดภัยสำหรับโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมี” ได้รับการอนุมัติจากสำนักงานบริหารการกำกับดูแลตลาดแห่งรัฐ (คณะกรรมการมาตรฐาน) และจะมีผลบังคับใช้อย่างเป็นทางการในเดือนกรกฎาคมปีนี้ มาตรฐานความปลอดภัยในการกักเก็บพลังงานกำลังพัฒนาและเข้มงวดขึ้นเรื่อยๆ มุ่งสู่การกำหนดมาตรฐาน ซึ่งเป็นก้าวใหม่ของการพัฒนาขนาดใหญ่

เนื่องจากอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งในโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงาน มาตรฐานความปลอดภัยในการกักเก็บพลังงานของประเทศของฉันกำลังเข้าใกล้มาตรฐานระดับโลกมากขึ้นเรื่อยๆ และกำลังพัฒนาและเข้มงวดยิ่งขึ้นอย่างต่อเนื่อง คาดว่าระบบป้องกันอัคคีภัยและระบบควบคุมอุณหภูมิสำหรับการกักเก็บพลังงานจะได้รับการยกระดับความสำคัญขึ้นอย่างมาก และคาดว่าจะมีการพัฒนาเพิ่มเติมต่อไป

สถานีพลังงานกักเก็บพลังงานจะปลอดภัยได้อย่างไร?

หยาง ยู่เฉิง นักวิชาการจากสถาบันวิศวกรรมศาสตร์แห่งประเทศจีน เชื่อว่าปัจจุบันแบตเตอรี่พลังงานสูง เช่น แบตเตอรี่เทอร์นารีนิกเกิลสูง ไม่ควรเป็นเป้าหมายหลักของการพัฒนา และยังมีความไม่แน่นอนเกี่ยวกับความสำเร็จของแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมด ในปัจจุบัน แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตดูเหมือนจะมีความปลอดภัยสูงและมีอายุการใช้งานยาวนาน และไม่ได้ใช้โลหะอย่างนิกเกิลหรือโคบอลต์ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตอาจเป็นกำลังหลักได้ แต่ยังคงต้องมีการปรับปรุงประสิทธิภาพด้านต้นทุนอย่างต่อเนื่อง

ฮุ่ยตง หัวหน้าผู้เชี่ยวชาญของสถาบันวิจัยพลังงานไฟฟ้าจีน ระบุว่า ในทางทฤษฎี ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตไม่ได้ปลอดภัยโดยสิ้นเชิง แต่ค่อนข้างปลอดภัย อุบัติเหตุด้านความปลอดภัยของโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานที่พบเห็นในปัจจุบันมักเกิดขึ้นเมื่อระบบเตือนภัยล่วงหน้าขาดหายไปหรือล่าช้า นอกจากนี้ มาตรการป้องกันอัคคีภัยที่มีอยู่ในปัจจุบันไม่ได้ถูกออกแบบเพื่อรองรับเหตุเพลิงไหม้ และท้ายที่สุดก็กลายเป็นอุบัติเหตุร้ายแรง

จากสถิติที่ไม่สมบูรณ์ของฐานข้อมูลระบบกักเก็บพลังงานทั่วโลกของ CNESA ระบุว่าจะมีอุบัติเหตุจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเทอร์นารีเกิดขึ้นบ่อยครั้งในปี 2021-2022 แต่โครงการแบตเตอรี่เทอร์นารีแทบจะไม่ได้ถูกนำมาใช้เลยในช่วงสองปีที่ผ่านมา และโดยพื้นฐานแล้วเป็นโครงการก่อนหน้านั้น มีกรณีศึกษาแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต 6 กรณี แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด 1 กรณี และแบตเตอรี่ชนิดอื่นๆ ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด

แน่นอนว่าด้วยตำแหน่งสำคัญของการกักเก็บพลังงานในเป้าหมาย "คาร์บอนสองชั้น" และจำนวนโครงการที่ดำเนินการเพิ่มมากขึ้น การกำกับดูแลความปลอดภัยของการกักเก็บพลังงานและการวิจัยที่เกี่ยวข้องก็ได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน

นักวิชาการ Ouyang Minggao กล่าวเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่าดัชนีการระเบิดของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตในแบตเตอรี่ความจุขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของแบตเตอรี่สามประเภท

เมื่อเผชิญกับเส้นทางเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงานที่มีมากมาย ผู้เชี่ยวชาญหลายคนกล่าวว่าแม้ว่าปัจจุบันจะมีเส้นทางเทคโนโลยีแบตเตอรี่มากมาย แต่เทคโนโลยีที่มีอยู่เหล่านี้จะไม่ใช่เส้นทางหลักในอนาคต และเทคโนโลยีที่ก้าวล้ำจะเกิดขึ้นอย่างแน่นอนในอนาคต

ในอนาคต เป้าหมายของเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีคือ “ต้นทุนต่ำ อายุการใช้งานยาวนาน ความปลอดภัยสูง และรีไซเคิลได้ง่าย” ซึ่งรอคอยนวัตกรรมที่สร้างสรรค์และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

เพื่อปรับปรุงความปลอดภัยของสถานีพลังงานกักเก็บพลังงาน จำเป็นต้องมีการดำเนินการชุดหนึ่งดังต่อไปนี้:

ประการแรก ควรเสริมสร้างระบบเตือนภัยล่วงหน้า ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และแรงดันของโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานแบบเรียลไทม์ เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถตรวจจับและรับมือกับความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างทันท่วงที ประการที่สอง ด้วยลักษณะเฉพาะของโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงาน จึงได้กำหนดมาตรการป้องกันอัคคีภัยและแผนฉุกเฉินเฉพาะสำหรับรับมือกับเหตุฉุกเฉิน เช่น เพลิงไหม้ นอกจากนี้ ควรให้ความสำคัญกับการออกแบบและกระบวนการของระบบแบตเตอรี่ ใช้วัสดุฉนวนความร้อนขั้นสูงและเทคโนโลยีระบายความร้อน ควบคุมอุณหภูมิและการปล่อยพลังงานของแบตเตอรี่อย่างมีประสิทธิภาพ และลดอันตรายด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้น ขณะเดียวกัน ควรเสริมสร้างการฝึกอบรมและการจัดการบุคลากร เพื่อให้มั่นใจว่าผู้ปฏิบัติงานมีความรู้และทักษะด้านความปลอดภัยที่จำเป็นในการรับมือกับเหตุฉุกเฉินต่างๆ ได้อย่างถูกต้อง

สำนักงานพลังงานแห่งชาติ (กพช.) ระบุด้วยว่า จำเป็นต้องเสริมสร้างการยอมรับการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้า ผู้ประกอบการโครงข่ายไฟฟ้าควรร่วมมืออย่างแข็งขันกับการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้าและการยอมรับโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมี และป้องกัน “การเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้าขัดข้อง” สำหรับโรงไฟฟ้าที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของมาตรฐานทางเทคนิคการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้าแห่งชาติ (อุตสาหกรรม) ควรปรับปรุงแผนการดำเนินงานด้านการจัดตารางเวลา และกำหนดช่วงเวลาการจัดตารางเวลาที่ปลอดภัยของโรงไฟฟ้าไว้ในข้อตกลงการจัดตารางเวลาการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้า และปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัด