風險無所不在,購買儲能系統前應詳閱電池爆炸說明書(上)

風險無所不在,購買儲能系統前應詳閱電池爆炸說明書(上)
Photo Credit: AP / 達志影像

我們想讓你知道的是

你可能會覺得電池芯很可怕,但其實很少火災是因為電池芯的單一問題,儲能系統是一個複雜系統,造成火災自然也有天不時、地不利、人不合的複雜原因。

文:陳貽評(專長電力系統與微電網系統,人生的精華歲月躬逢其盛遇到第一波儲能系統商業應用爆發期,參與建置台灣第一套大型電網級儲能系統(高雄永安案),另一案屏東林邊智慧微型電網則獲得2015年APEC ESCI智慧電網銀質獎,開發專案擴及菲律賓與印尼等,現任大同大學電機系兼任助理教授及綠學院綠色帶路人)

疫情再度爆發前,家裡人一起慶祝我兒子三歲生日,我發現自己開始擔心兒子是否能平安健康地長大成人,他會不會走在路上被車子撞,去餐廳吃火鍋遇上氣爆,去賣場感染到新冠病毒,我有好多好多的擔心。

生命如此脆弱,生活中隱藏的風險卻無處不在。因此,當你在媒體上看到電池爆炸的新聞,很本能地你一定馬上會覺得手機、電動車、儲能系統很危險:

「三星手機Note 7鋰電池爆炸!全球回收並停止生產」

「特斯拉Model 3驚傳起火爆炸!電池究竟出了什麼問題?」

「全台首例充電站爆炸!Gogoro回應了」

「韓國兩年超過三十起儲能系統鋰電池火災」

「突發!北京儲能系統火災,兩名消防員殉職」

你想,一支手機放一顆鋰電池就可能爆炸,一個密閉空間放超過上百顆甚至上萬顆的鋰電池芯,然後讓它在馬路上走來走去,或是裝在貨櫃裡放在大太陽下曝曬,簡直就是在自己身邊放一個未爆彈,也太不安全了吧!

奇怪的是,負面新聞這麼多,同一時間鋰電池產業卻依然快速蓬勃發展,鋰電池生產供不應求,是因為大家頭都已經洗下去了,還是商人反正只管賺錢,視人命如草芥?

當然不是!一個官司就可能讓車廠傾家蕩產,車廠要對其設計負責,因此他們其實比你還緊張。因為鋰電池技術的變革,手機、電動車、儲能系統大量使用鋰電池,已成為時代的必然。既然無法避免,OK,那我們來看如何讓它成為可控制的風險。

iStock-1257524754
Photo Credit: iStock

我是儲能研發工程師,因此我們先討論鋰電池儲能系統的火災問題。我將用名偵探柯南的放大鏡,整理出造成儲能火災的「五大嫌疑犯」及「頭號要犯」,讓你更系統性地理解電池火災,更棒的是,以後不管是哪種鋰電池爆炸燃燒,你都可以知道其背後的原因,甚至遇到時也知道應該如何處理。

儲能火災的嫌疑犯一:電池老化與熱失控

鋰電池是一種以鋰離子為媒介來儲存能量的化學電池,鋰離子就像游泳選手一樣,不斷在正、負極間來回游動,當鋰離子游到負極,就是充電;當鋰離子游到正極,就是放電。而讓鋰離子游動的游泳池的水,就是電解液。實務上,為了避免正、負極直接接觸導致短路而燒起來,中間會插入一層高分子做成的隔離膜用以分隔正、負極。

雖然有這層隔離膜,但電池在充放電過程中,可能因為各種管理問題造成過度充電、過度放電、溫度過高等狀況,這時電池就可能因為鋰金屬沉積、刺穿隔離膜造成內部短路風險,此風險輕微是造成電池加速老化,嚴重則有可能使電池熱失控,當熱失控溫度無法控制,就會燃燒起來造成火災。

你可能聽說過當電池火災時,無法用任何東西滅火,只能在旁邊默默等它燒完,為什麼?這是因為電解液是一種有機溶劑,多多少少伴隨著有機氣體,這些氣體都是可燃的,而空氣中也都是甲皖、氫氣、一氧化碳、二氧化碳等可燃氣體,因此當電池燃燒起來造成火災,消防人員一打開電池櫃,正好替這些有機氣體從空氣中補給滿滿的原料,就有可能會噴出可燃高溫氣體及火焰,進而影響周圍電池溫度,造成連鎖爆炸現象,消防人員這時進去等於是送命了!

如果電池芯製程有瑕疵,這個問題會更被放大,因此,有機氣體、可燃氣體的偵測在近年漸漸成為標配,早期偵測並預警,避免後期熱失控產生有毒氣體與可燃氣體成分,導致滅火的困難度提高。

儲能火災的嫌疑犯二:電池管理系統沒預警

​聽完你可能會覺得電池芯很可怕,但其實很少火災是因為電池芯的單一問題,儲能系統是一個複雜系統,造成火災自然也有天不時、地不利、人不合的複雜原因。

因為可能的起火點太多,儲能系統採用分層架構式管理機制,試圖讓它成為可控制的風險,我們之前文章曾經給儲能系統開箱,要理解電池火災的原因,我們必須再次請出這張圖:

Y35sHlrVzk1v8ENNoPixZXqnveCLDuE7C4ZtUuHL
Photo Credit: 盛齊綠能

模組廠在製作模組時,會建立第一層小型電池管理系統(Battery Management Unit, BMU),它必須一直蒐集電池模組的電壓、電流、容量、溫度等資訊,來評估電池現在的健康程度,並將消防防護機制也設計在內,以防止電池芯之間的延燒。

第二層就是電池管理系統BMS,判斷現有電池容量還可以使用多長時間,若使用過量會影響其他電池模組正常運作,這時BMS會啟動保護機制,停止供電或充電,來保護整個電池機櫃的安全。

到這裡你已經看出這是很被動的做法,有些電池火災事故報告中發現,起火原因是BMS出狀況,事故發生前的初期徵兆常常無法被偵測到,等到BMS說有問題才處理已經太晚了。

現在的趨勢是化被動為主動,透過演算機制,分析充放電的容量斜率變化,以達到預判電池老化及危險程度,並做出適當的保護機制,來維持電池壽命及安全。

另外,中國與韓國皆有多起儲能系統在充飽電等待中發生事故,因此,縮小電池電量使用範圍,例如充電不超過90%與放電不低於10%,在電量中間區段充放電,內阻值較小、發熱量較低,也可以控制風險。

休息一下,喝口水,下一篇,我們繼續來偵查其他三位儲能火災的「嫌疑犯」,以及公布另一位「頭號要犯」!

本文經綠學院授權轉載,原文刊載於此

責任編輯:丁肇九
核稿編輯:翁世航


猜你喜歡


《國際大風吹|行動講堂》Ep4:疫情戰火雙重挑戰,經濟難民與糧食危機搶救行動刻不容緩

《國際大風吹|行動講堂》Ep4:疫情戰火雙重挑戰,經濟難民與糧食危機搶救行動刻不容緩
Photo Credit:TNL Brand Studio

我們想讓你知道的是

《國際大風吹|行動講堂》Ep4將帶大家關注因委內瑞拉通膨問題產生的經濟難民,透過與兩位來賓的對談深入瞭解問題始末,並從中認識世界展望會如何透過社區發展工作來回應全球經濟與糧食問題。

由李漢威、蔡尚樺聯手主持的直播節目《國際大風吹|行動講堂》第4集已於7月12日播出。本集邀請宏都拉斯國防大學榮譽教授楊建平、台灣世界展望會國際事工處主任吳正吉對談,深入委內瑞拉經濟難民問題始末,瞭解背後的政治、經濟脈絡,以及其涵蓋的飢餓、貧窮與兒童保護等迫切需要援助的議題,並從中認識世界展望會在委內瑞拉積極推動的社區發展工作。同時,也邀請各界共同付出行動,與世界展望會一起協助貧窮家庭與兒童回歸正常生活。

從世界展望會的角度來看「多做多得」,我們付出後得到的是兒童豐盛的生命。這些豐盛的生命是必須被協助、被完成的,因為這是兒童本應該有的權利。

經濟數字之下,看不見的兒童飢餓危機

根據聯合國難民署的統計,近年委內瑞拉難民數字不斷飆升,累積至2021年已超過460萬人,僅次於敘利亞的680萬人。但在戰火爭端與氣候變遷影響較少的中南美洲,為何會產生如此多的難民人口?事實上,委內瑞拉歷經國家一連串錯誤的社會及經濟政策後,於2014年爆發惡性通貨膨漲,民眾面臨嚴重的經濟困境,為求生存人們只好被迫出逃成為「經濟難民」。

廣編圖1
Photo Credit:TNL Brand Studio
從經濟數字上觀察,委內瑞拉在2014年至2020年的6年之間經濟規模縮減74%、失業率高達51%,甚至有76.7%的人口處於極端貧窮(每日生活費低於1.9美元)的狀態。

今年初,世界展望會為了進一步了解委內瑞拉家戶在糧食安全、營養與兒童保護等方面的實際狀況,與當地組織合作展開深入的需求調查。結果發現,委內瑞拉70%的家庭面臨中度以上的飢餓狀況,嚴重的飢餓問題更造成30%的兒童身高年齡比低於平均值,這意味著孩子無法獲得足夠營養,而造成智力與身心靈發展上無可挽回的傷害。此外,調查更發現有20%的出逃難民會將小孩獨自留在國境內,衍生兒童保護、隔代教養等社會問題。這不只如實呈現經濟危機對當地家庭的衝擊,更讓我們看見其中迫切需要幫助孩童的輪廓。

繁華之後:弱勢孩童被剝奪的基本生命權利

或許很令人難以想像,如今面臨經濟困局的委內瑞拉,過去曾擁有包括醫療、教育、住宅等完善的社會福利制度,雖然存在貧富不均的問題,但人民生活仍算安穩。來賓楊建平教授分析道,對比今昔天堂地獄般的差異,其實皆源自於委內瑞拉國家得天獨厚的石油產出:

過去國際油價飆漲的黃金年代,委內瑞拉憑藉石油出口獲取豐厚的利潤來支撐國家的龐大支出,依據國際組織的調查,當時的施政策略確實減少貧富不均問題。但從2010年開始,因為頁岩油技術趨於成熟、國際經濟制裁等一連串的因素,讓國際上包含石油在內的大宗物資價格巨幅下跌,嚴重動搖委內瑞拉賴以為生的經濟命脈。漸漸的,國家開始無法支付各項社會福利的鉅額開支,加上國內政治動盪,最終使得國家經濟完全崩潰。

來賓吳正吉主任也補充,受經濟問題影響最直接、嚴重的就是生活其中的人們,尤其在脆弱的政經環境中,弱勢家庭與兒童更是毫無選擇的權利。就像影片中的Ami一家,孩子的缺陷不只讓家庭先天需要更多資源,母親離家、父親失業的後天影響更是巨大,此時冒險出走並非出於思慮後的決定,而是環境壓迫下不得不的無奈。幸好,世界展望會看見努力掙扎中的弱勢家庭,迅速組織動員發展緊急溫飽及社區發展的救援工作,協助更多與Ami相同境遇的家庭,給予兒童更豐富的營養條件,獲得應有的生命權利。

投影片6
Photo Credit:TNL Brand Studio

先天聾啞的女孩Ami,5歲的她和祖母南希及父親安芬尼從家鄉長途跋涉到達厄瓜多找尋安身之所。圖中的米老鼠玩偶是她祖母親手清洗、縫合的,也是這段旅程中她唯一的玩具。

世界展望會視覺廣編視覺

重建土地關係,世界展望會從社區開始的經濟復健之路

追根究柢,石油究竟算是天賜禮物還是惡魔果實?來賓楊建平教授解釋,這種國家過度依賴單一天然資源的現象被經濟學家稱為「荷蘭病」。就國家經濟發展而言,這就像是雙面刃,天然資源出口獲得的大量外匯拉抬幣值,導致其他產業的出口不利,農業、工業、製造業等產業發展也隨之受限。不過相反的,這表示委內瑞拉仍有尚未開發的肥沃土地可以耕作,所以世界展望會進入委內瑞拉的首要工作,就是回歸根本,恢復當地居民與土地之間的關係,結合社區發展行動與生技發展工作,發展如「家庭菜圃」的長期計畫,陪伴社區成長、鼓勵多元的經濟發展。

投影片8
Photo Credit:TNL Brand Studio
世界展望會面對委內瑞拉經濟問題的回應,就是透過「家庭菜圃」計畫去恢復社區跟土地的關係。

家庭菜圃計畫的重點之一,其實是源自於前面提到的兒童飢餓問題。世界展望會透過以下三個漸進式的進程,從糧食援助、技術扶助到地方組織的能力建設,讓許多受益家庭的孩子不只獲得營養改善,家庭的父母也更有自信,而委內瑞拉國家的社區發展更受到莫大的幫助。

一、緊急糧食援助
針對當下經濟困頓、糧食缺乏的家庭與兒童,提供立即性的糧食援助。
二、技術援助,扶助謀生
透過工作坊教導受益家庭種植技法與相關物資,包括種植技巧、種子、糧食技術等,並慢慢建立社區關係,給魚也給釣竿的過程也是在恢復人與人、人與社區、人與土地的多元共存關係。
三、長期兒童保護
經濟蕭條之下,童工、童婚等問題也層出不窮。因此世界展望會也在扶助的過程,加強兒童保護觀念的訓練,教育民眾如何避免兒童受到剝削,以及剝削發生時,如何與相關單位回報加以阻止。

不只委內瑞拉,新冠疫情衝擊全球糧食分配議題

然而,糧食與貧窮問題不只發生在經濟崩潰的國度。隨著俄烏戰爭與新冠疫情的雙重影響,經濟通貨膨脹已經蔓延全球,甚至許多國家開啟進一步的糧食管制措施,這將衝擊國際糧食問題,產生更多潛在危機。

廣編圖2
Photo Credit:TNL Brand Studio
此外,還能從聯合國SDGs的17項永續發展目標看出端倪,降低極度貧窮人口率(extreme poverty rate)發生20年來首次倒退;截至2021年,有超過1億1千萬人口重新落入極度貧窮狀態,流離失所的人數達到8900萬人,其中最嚴重的4500萬人已經面臨飢荒邊緣。

經濟緊縮加上戰爭導致的國際糧食保護政策,都將嚴重影響那些原本就缺乏糧食、仰賴進口糧食的非洲國家。世界展望會也注意到危機將至,救援行動刻不容緩,不只透過飢餓30活動推行全球飢餓的倡議行動;更與世界糧食署合作,進入需要的國家進行緊急糧食發放、社區發展、家庭菜園等事工推行扶助計畫,讓人們擁有推行自己社區、謀求幸福生活的能力,藉此回應糧食缺乏帶來的生存危機!

立即伸出援手,共同面對糧食缺乏的困境!飢餓三十救援專線:(02)8195-3005 即刻救援動起來


33屆飢餓三十主視覺_banner640360_(1)

關於《國際大風吹|行動講堂》

由《國際大風吹》李漢威、金鐘主持人蔡尚樺聯手主持,每集《國際大風吹|行動講堂》直播節目將邀請重磅來賓,帶大家深入淺出、探討急需人們重視的國際議題,並呼籲各界付出實際行動,向需要幫助的人伸出援手,展開即刻救援。


猜你喜歡