Большие аккумуляторы бурно развиваются. Растут и опасения, что они могут загореться.
Большие аккумуляторы развиваются, но есть опасения загорания.
В Ракет-Лейк, штат Нью-Йорк, в отдаленных вершинах Адирондаков, люди не считают электричество само собой разумеющимся. Зимой, когда лед и ветер часто сносят линию электропередач в поселок, около 100 постоянных жителей согреваются, включая дизельные генераторы. Подготовка к оживленному летнему туристическому сезону начинается в феврале, когда они собираются на озере, чтобы распиливать 250-фунтовые блоки льда. Растопленная вода будет охлаждать пиво в тапруме на протяжении всего сезона. Стив Виселли, временный житель уже 16 лет, связывает это смешением вековой традиции и предосторожности. “Давайте поговорим о зеленой энергии”, – говорит он. “Это и есть зеленая энергия”.
В начале этого года местная энергетическая компания National Grid предложила деревне новое решение: микросеть, основанную на 12 контейнерах размером с прицеп, заполненных литий-ионными аккумуляторами. По словам энергетической компании, Ракет-Лейк испытывает в 12 раз больше отключений, чем менее отдаленные клиенты. Батарейный банк мощностью 20 мегаватт положит конец этому. Кроме того, он будет способствовать достижению Нью-Йорка цели установки 6 гигаватт энергоскладирования к 2030 году, что является важной частью обеспечения стабильности сети при быстром отказе от ископаемых видов топлива.
Местные жители были скептически настроены. Виселли беспокоился о месте установки аккумулятора, всего несколько сот футов от озера и окруженного государственно охраняемыми лесами. Арис Берд, один из единственных круглогодичных медицинских техников в деревне, задавалась вопросом, что произойдет, если кто-то пострадает. Она читала о пожарах литий-ионных батарей в новостях. Ее муж Марк, родившийся и выросший в Ракет-Лейк, является начальником небольшого добровольного пожарного департамента. Ближайшая больница находится в 75 милях.
Берд могла понять необходимость вклада в борьбу с изменением климата, но “мы чувствуем, что это навязывается нам”, – говорит она. Местное преимущество – около четырех часов питания во время отключения – было недостаточно для чувства безопасности в суровую зимнюю бурю, по ее мнению. Обеспокоенные шепоты превратились в движение. Несколько жителей собрались в баре, чтобы сделать плакаты и устроили акцию в TikTok. В конце мая около 100 человек, многие из них в неоновых желтых футболках с надписью “Нет! Нет! Нет! Ферма литиевых батарей”, собрались на городском собрании, на котором присутствовали представители энергетических компаний, разработчики проекта и эксперт по пожарной безопасности из Нью-Йорка. Шокированные чиновники были постоянно заглушены криками и освистываниями. “Почему вы пытаетесь разорить наше сообщество?” – требовал один из жителей.
Подобные сцены становятся все более распространенными в США, где мощность хранения энергии сети готовится удвоиться в этом году и превысить 18 гигаватт, по данным Агентства по энергетической информации США. По мере роста отрасли возрастают и местные опасения о том, где именно размещаются грузовиков размером с прицепы, весом 40 тонн. В Калифорнии предложения, которые раньше проходили легко, застревают из-за кампаний противодействия и судебных исков. В Нью-Йорке публичные встречи, предназначенные для прослушивания предложений, привели к мораториям на хранение энергии или запретам.
- Новый складной смартфон от Huawei вызывает внимание китайских чипов
- «Tesla устанавливает 20 000 зарядных станций на объектах Hilton в С...
- Лучшие VPN-сервисы на 2023 год
Огромная необходимость в аккумуляторах сети ясна: они могут не только поддерживать работу ветряных и солнечных электростанций и предотвращать аварии, но и непосредственно заменять загрязненные части сети, такие как газовые электростанции, которые включаются при превышении спроса над предложением. Для соседей установка аккумулятора может позволить удалить токсичную инфраструктуру ископаемого топлива.
Как и в случае с любым проектом развития, противодействие сообщества является сложным и местным. Хотя гораздо легче скрыть, чем ветряные турбины или солнечные панели, установка аккумуляторов может испортить вид, а строительство может вызвать шум и пыль. Но опасения в отношении безопасности стали мощным фактором противодействия. Разработчики могут ссылаться на данные, указывающие на редкость пожаров аккумуляторов сети, но соседи будут заострять внимание на неизвестных аспектах. Насколько редкими являются эти случаи? “Если были пожары и взрывы, то люди сразу свяжут это с предлагаемой инфраструктурой в своем сообществе”, – говорит Саня Карли, со-директор Клейманского центра энергетической политики Университета Пенсильвании, изучавшая противодействие чистым энергетическим проектам.
Большинство заголовков новостей о смертельных пожарах аккумуляторов относится к аккумуляторам скутеров или электровелосипедов, которые могут стать опасными из-за компонентов низкого качества или неправильного хранения. У крупных аккумуляторов сети лучшие показатели. Они обычно известны местным чиновникам и состоят из частей, производимых с хорошей репутацией. Анализ Калифорнийской комиссии по коммунальным службам показал, что 2 процента объектов хранения энергии сети столкнутся с “крупными происшествиями, связанными с безопасностью”, причем наибольший риск существует в течение первых двух лет эксплуатации. Большинство других происшествий быстро устраняются.
“Мы отстаем от прогресса. Риск неизвестен и его нужно измерять”.
Но аккумуляторы сети также имеют свои риски, о которых, по мнению некоторых экспертов, следует лучше объяснять будущим соседям. Гильермо Рейн, профессор научной дисциплины пожарной безопасности в Лондонском имперском колледже, говорит, что отрасль отлично справляется с редкостью возгораний, несмотря на неизбежную изменчивость литий-ионных технологий. Однако меры безопасности все еще развиваются, он добавляет, и есть значительные пробелы в нашем понимании того, как предотвратить и уменьшить последствия самых катастрофических пожаров. “Мы отстаем от прогресса”, – говорит он. “Риск неизвестен и его нужно измерять”.
Искры, дуги и пламя являются риском для любой электрической системы. Когда они возникают вокруг или внутри батареи, последствия могут быть катастрофическими. Когда пламя нагревает элемент батареи, одну из повторяющихся составляющих более крупной батареи, после достижения определенной температуры начинается химическая реакция, которая вырабатывает еще больше тепла, запуская тот же процесс в соседних элементах. Тепловой разряд может начаться всего за миллисекунды, до того, как дым или тепло могут быть обнаружены системой сигнализации. Первоначально пламя распространяется внутри группы окружающих элементов, которые совместно используют электронику, известную как модуль, а затем на другие элементы, пока вся решетка батарей не загорается.
В 2019 году в Сюрпризе, штат Аризона, система сетевых батарей загорелась и взорвалась после того, как средство пожаротушения смешалось с горящими батареями.
Первым уровнем безопасности от пожара является предотвращение возникновения начальной искры. Большая часть испытаний на пожар связана с выявлением дефектов отдельных элементов батареи – что отлично удается отрасли, которая каждый год производит миллионы таких элементов для самых разных энергетических приложений, объясняет Рейн. Но когда они упаковываются в более крупные группы для систем масштаба сети, испытания становятся более сложными, и пути к возгоранию увеличиваются: утечки охлаждающей жидкости, короткое замыкание электроники, неправильная установка. Не каждый путь можно воспроизвести в лаборатории, говорит Рейн, автор обзора стандартов безопасности батарей 2020 года, который он описывает как “хаотичный”.
В отсутствие обширных испытаний на больших сетевых батареях “основой” безопасности в индустрии сетевых батарей является внесение изменений в ответ на реальные происшествия, говорит Рейн. Они включают, например, систему в Сюрпрайзе, штат Аризона, которая в 2019 году загорелась и позже взорвалась после того, как средство пожаротушения смешалось с горящими батареями, превратив склад, в котором они были установлены, в автоклав. Девять человек, первых реагирующих, получили травмы. Через два года, около Гилонга, Австралия, возник пожар во время испытаний на тот момент крупнейшей в мире установки аккумуляторов, которой была коллекция Tesla Megapacks, продукт хранения энергии автопроизводителя. Сильные ветры распространили пламя с одного Megapack на соседнее устройство, и пожар удалось потушить только через четыре дня.
“Все еще существует много инженерных решений, которые считаются наилучшими практиками, но не полностью подтверждены”.
В обоих случаях индустрия извлекла уроки: Контейнеры для батарей все чаще разрабатываются таким образом, чтобы лучше избегать взрывов, выводя внешние горючие газы, и делаются более изолированными, чтобы предотвратить распространение пламени с одного контейнера на другой. Управление становится доступнее снаружи контейнера. Пожарные рекомендуют ограничивать использование средств тушения, наблюдая за ситуацией и орошая окружающую область, чтобы сдержать огонь. Принципы проектирования способствуют предотвращению распространения пожара. Один контейнер может загореться и разрешить себе сгореть; цель – предотвратить катастрофическое распространение и защитить первых реагирующих.
Однако стратегии по тому, как остановить распространение огня, включая системы потушить или удерживать пламя в контейнерах, различаются у разных производителей. “Я думаю, что все еще существует много инженерных решений, которые считаются наилучшими практиками, но не полностью подтверждены”, – говорит Стив Кербер, исполнительный директор Исследовательского института пожарной безопасности, аффилированного с Институтом страхования, или UL, некоммерческой организации, создающей наиболее широко используемые стандарты пожарной безопасности. Системы батарей, установленные компанией Vistra Energy на бывшей газовой электростанции в Мосс-Лэндинге, Калифорния, были отключены на несколько месяцев после происшествий в 2021 и 2022 годах, когда системы подавления тепла, предназначенные для предотвращения теплового разряда, были случайно запущены, затопив батареи водой, что вызвало возникновение дуг и короткое замыкание.
Для некоторых в отрасли эти происшествия стали доказательством того, что передовые техники подавления пожара вызывают больше проблем, чем они стоят, внося еще больше потенциальных дефектов. Когда Vistra начал строительство третьей установки в Мосс-Лэндинге, которую он включил в работу в прошлом месяце, он предпочел модель открытого контейнера вместо того, чтобы разместить стойки под одной крышей. (Vistra говорит, что улучшила системы подавления и что выбрала открытый дизайн для ускорения строительства.)
Дизайн в контейнерах не решает все проблемы. В сентябре прошлого года пожарные прибыли по вызову, сработавшему в 2:30 ночи, вызванному инфракрасными камерами на отдельной батарейной установке на территории Мосс-Лэндинга – 183-мегаваттный массив Tesla Megapacks, принадлежащий PG&E. К полудню окружающие сообщества находились под предупреждением о пребывании в укрытии, которое длилось весь день, так как один контейнер горел. Ожидание тушения пожара может вызывать беспокойство у пожарных, таких как Джоэл Мендоза, начальник пожарного департамента Северного округа, который обслуживает Мосс-Лэндинг. Он предпочел исходную стратегию Vistra, используя передовые средства пожаротушения и обучая свой отдел вмешиваться и тушить пламя. Но по стандарту ограничения и согласно руководству по безопасности Tesla, реакция на пожар в сентябре считалась “безопасным сбоем”. Никто не пострадал, и пожар не распространился.
Метод “смотреть, как горит” может насторожить соседей батареи сети. В Мосс Лэндинге местные жители описывают, как они были неуверены, почему им говорили местные чиновники закрыть окна и выключить вентиляционные системы, когда Megapack горел. В фермерском сообществе, где молодые люди часто работают на полях, окружающих завод, родители беспокоились о том, донеслась ли информация до их детей. Что было в воздухе, конкретно?
Тогда это не было совсем ясно. PG&E не проводила “моделирование выбросов”, которое бы предсказывало, как могут распространяться газы от горения химических веществ батарей. Газы, производимые разными батареями, различаются, но особое беспокойство у чиновников Агентства по охране окружающей среды вызвало возможное присутствие фтористоводорода, или HF, который может быть смертельным уже через несколько минут даже при низких концентрациях. Команда EPA прибыла после того, как дым в основном рассеялся, и не обнаружила никаких доказательств вредных газов, но не имела возможности проверить наличие HF. (С тех пор они добавили его.) В одном из сценариев, представленных в анализе выбросов компанией Vistra для своих собственных объектов на сайте, концентрации HF выше пределов экспозиции в Калифорнии могли распространяться на площадь примерно 1 300 футов в диаметре, включая часть символической прибрежной дороги Highway 1, при ветровых условиях, которые происходят 7 процентов времени. Пол Доэрти, представитель PG&E, говорит, что их анализ находится в черновом виде и скоро будет представлен публично.
Исследователи, изучающие безопасность батарей, признают, что им нужно найти сложный баланс: критиковать слепые пятна молодой отрасли, сохраняя при этом прошлое в перспективе. Фредрик Ларссон, шведский исследователь, изучавший выбросы HF из батарей, отмечает, что происшествия, связанные с батареями, покрываются происшествиями в отрасли нефтяного топлива. Трубы, транспортирующие природный газ, вызывают тысячи взрывов в США каждый год. “Это нелепо, что мы сжигаем бензин внутри машин”, – говорит он. “Но мы нашли способ сделать это безопасным”.
Батареи могут достичь подобного уровня общественного одобрения, имея подходящие данные. Исследования его группы являются одними из немногих общедоступных данных о выбросах HF, а другие потенциальные загрязнители, включая тяжелые металлы и другие соединения фторида, изучены еще меньше. Он хочет видеть, чтобы отрасль батарей делала больше информации о своей химии и своих внутренних данных о безопасности. Это приведет к лучшим стратегиям управления пожарами, потенциально избегая закрытия шоссе или города. Он считает, что это также даст местным органам власти, рассматривающим вопрос о батареях, больше гарантий безопасности.
Другие, например, Рейн, ученый по пожарам, продолжают быть расстроенными тем, что пожары в батареях следует наблюдать, а не тушить. Он считает, что отрасль отлично справляется с тем, чтобы пожары были редкими, главным образом, минимизируя дефекты внутри ячеек. Но работа по подавлению на системном уровне значительно отстает, утверждает Рейн, возникая угрозу редких, но потенциально катастрофических происшествий. “Неприемлемо, что мы знаем, как создать пожар, но не знаем, как его потушить”, – говорит он. Он считает, что отрасль сложно говорить о безопасности, потому что она боится создать впечатление, что хранение энергии в сети может быть небезопасным. “Количество отказов, с которыми я столкнулся за 15 лет, просто поразительно”, – говорит Рейн.
Это может меняться, особенно когда быстрорастущая отрасль сталкивается с большим количеством вопросов о прошлых происшествиях. “Я думаю, что непрерывно происходит улучшение”, – говорит Энди Танг, вице-президент по энергосистемам в Wärtsilä, мировом поставщике энергетической инфраструктуры. Он указывает на изменения в конструкции контейнеров и лучшую подготовку для первых реагентов, а также на переход к железным ячейкам, которые перегреваются при более высоких температурах, чем их никелевые предшественники. Его компания стремится указать на способы, которыми их системы превосходят базовые требования безопасности, включая дополнительные раунды системного тестирования и сенсоры, которые отслеживают местные погодные условия, чтобы избежать перегрева. Другие улучшения, включая дизайны без лития с более низким риском возгорания, появятся на сети через несколько лет.
Тем временем, нужно построить еще сотни установок батарей, чтобы достичь целей в области возобновляемых источников энергии только в ближайшие несколько лет. Работа должна происходить быстро в таких местах, как Нью-Йорк, который имеет цель производить 70 процентов своей электроэнергии из возобновляемых источников до 2030 года. Это амбициозная цель: нехватка линий электропередачи и трансформаторов ограничивает места установки батарей. Промышленные объекты, такие как в Мосс Лэндинге, вблизи оживленных районов, но уже обслуживаемые линиями электропередачи и хорошо обученными пожарными командами, идеальны, но их трудно найти.
В Ракет Лейк National Grid и Рев Реновэблз, разработчик, говорят, что выбранное место, приобретенное в 2019 году, соответствует государственным и местным требованиям, вдали от болот и достаточно удаленное от других зданий. Они утверждают, что безопасность является приоритетом и обещают подробно описать планы экстренного реагирования с местными чиновниками. Тем не менее, проект может столкнуться с задержками. После неожиданно настойчивой встречи в мае городские лидеры предложили однолетнюю мораторий на разрешения на батареи, который прошел на прошлой неделе.
Противники были мотивированы летом пожарами в трех новых установках аккумуляторных батарей в штате Нью-Йорк, включая небольшой город по имени Лайм, недалеко от границы с Канадой. Этот пожар горел и выделял дым в течение четырех дней, оставляя первых реагировавших истощенными, а жителей интересующими, что находится в воздухе, и беспокоящимися о возможности загрязнения стоков.
Берд, жительница Ракет Лейк, говорит, что приветствует мораторий как возможность для области оценить свой план аварийной помощи и для развития технологий. Она скептически относится к возможности изменения своего мнения. “Мы будем продолжать громко говорить об этом”, – говорит она.
