L'explosion de la batterie en Arizona change les idées reçues sur la sécurité

Cela fait près de six mois qu'une explosion a détruit une batterie de réseau près de Phoenix et bouleversé la compréhension de l'industrie de la sécurité de la technologie.

La conflagration McMicken a blessé les premiers intervenants et entaché le bilan de sécurité de l'industrie américaine du stockage de l'énergie. La capacité de stocker l'électricité éolienne et solaire est cruciale pour la croissance continue de l'énergie propre, mais l'incendie a montré les risques du stockage des batteries, même lorsqu'elles sont manipulées par des professionnels très expérimentés.

Utility Arizona Public Service a beaucoup investi dans la compréhension et le fonctionnement des batteries, bien avant la plupart de ses pairs. Fluence, qui a mis le système McMicken en ligne en 2017, a contribué au lancement de l'industrie et fonctionne depuis 2008 avec un dossier de sécurité impeccable (auparavant sous le nom d'AES Energy Storage).

L'inexpérience n'a donc pas joué de rôle dans cet incendie. Aucun dysfonctionnement technique évident non plus.

"Les choses ont fonctionné, dans l'ensemble, comme elles étaient censées fonctionner ; nous avions encore un événement", a déclaré John Zahurancik, directeur de l'exploitation de Fluence, à GTM. "Nous analysons donc maintenant … la combinaison de choses qui ont conduit à cela."

De nouveaux détails apparaissent, après que les parties aient dû inventer une technique minutieuse pour retirer en toute sécurité les cellules de batterie brûlées des batteries autrement fonctionnelles qui les entourent. L'épave est finalement arrivée dans un laboratoire médico-légal du Michigan pour une analyse détaillée.

Mais l'enquête remodèle déjà la façon dont APS pense à la technologie lithium-ion. APS reste engagé dans une expansion massive des installations de batteries lithium-ion pour stocker l'énergie solaire bon marché et abondante de l'Arizona. Les résultats guideront les nouveaux cadres de sécurité là-bas, mais éclaireront également la croissance de l'industrie dans le pays et dans le monde.

L'incendie a déjà retardé les projets de batteries en Arizona et a placé la sécurité en tête des priorités dans les conversations commerciales avec d'autres services publics. Les déploiements de stockage à grande échelle aux États-Unis sont sur la bonne voie pour sous-performer par rapport aux attentes cette année, bien que d'autres facteurs de marché rendent difficile d'isoler l'effet de l'incendie.

Il est prudent de dire que le doublement attendu des installations de stockage aux États-Unis au cours de chacune des deux prochaines années dépendra de la décision ou non de l'industrie de prendre des mesures décisives pour renforcer la confiance dans la sécurité des batteries après la défaillance de l'Arizona.

"Je ne pense pas qu'il soit réaliste pour aucun d'entre nous de penser que nous n'aurons jamais une autre panne de batterie lithium-ion", a déclaré Scott Bordenkircher, directeur de l'innovation et de l'intégration technologiques chez APS. Mais, a-t-il ajouté, l'industrie doit s'assurer que de tels événements ne nuisent plus jamais aux humains. "C'est la partie que nous devons être en mesure d'éliminer, cet événement secondaire d'avoir une explosion qui, dans notre cas, a blessé les pompiers."

Pour répondre à cette norme, l'ingénierie de sécurité des batteries conventionnelles devra changer.

Les parties n'ont pas dévoilé la cause de l'incendie, mais elles ont rapidement identifié où il s'est produit : un rack particulier, contenant 14 modules de batterie. Les systèmes de surveillance ont détecté une chute de tension dans ces modules, suivie d'une augmentation de la température.

La bonne nouvelle était qu'en raison de la conception du système ou d'un autre facteur, le feu ne s'est pas propagé d'un rack à l'autre, ce qui aurait considérablement augmenté le combustible pour le feu.

Le problème, en ce qui concerne l'enquête, était que le rack brûlé se trouvait à peu près à mi-chemin du conteneur et que les racks qui l'entouraient maintenaient un état de charge d'environ 90%, a déclaré Bordenkircher. En d'autres termes, 1,5 mégawattheure d'électricité stockée se tenait entre les enquêteurs et leurs principaux éléments de preuve. Mais parce que l'installation avait été exposée à une chaleur élevée et à une force explosive à haute pression, le service public a déterminé qu'une décharge conventionnelle serait trop risquée.

"Il n'y avait aucun moyen de prendre le risque d'utiliser le câblage normal et les circuits normaux", a déclaré Bordenkircher. "Nous avons dû aborder la situation avec beaucoup de prudence et décharger tous les modules de batterie qui s'y trouvaient, afin de faire venir des équipes pour effectuer une récupération médico-légale."

L'équipe a dû inventer la procédure au fur et à mesure, car aucune installation de batterie de réseau n'avait été confrontée à cette situation particulière auparavant.

"Il n'y avait absolument aucun livre de jeu", a noté Bordenkircher.

Les équipes se sont approchées de chaque rack et ont retiré le câblage, puis ont sorti les modules du conteneur, les ont raccordés à une banque thermique et les ont déchargés. La saison de la mousson a frappé pendant cet effort, alors APS a érigé une tente géante pour protéger le site des éléments.

Après environ neuf semaines de travail et le retrait de 364 modules, l'équipe a extrait le rack problématique, qui s'était « quasiment fondu » en une colonne d'aluminium, a déclaré Bordenkircher. Le rack a été démonté et expédié au laboratoire médico-légal du Michigan, où il a commencé à subir une série de tests cette semaine.

La catastrophe de McMicken s'est déroulée en deux événements distincts mais liés. Tout d'abord, un seul rack de batterie a pris feu et a brûlé - un événement que les ingénieurs de batterie appellent l'emballement thermique. Deuxièmement, une explosion a secoué l'enceinte lorsque les premiers intervenants ont ouvert la porte.

Alors que le laboratoire médico-légal cherche des réponses sur ce qui a déclenché l'incendie, une enquête distincte espère établir quels matériaux gazeux se sont accumulés dans l'installation et ont alimenté l'explosion. Les résultats préliminaires de cet exercice de modélisation pourraient être prêts dans les prochaines semaines, a déclaré Bordenkircher.

"Le module de batterie lui-même n'a pas explosé ni explosé", a expliqué Bordenkircher. "Ce sont vraiment les gaz à l'intérieur du conteneur qui sont arrivés à un point où ils ont ensuite explosé."

Le débat public sur la sécurité des batteries a tendance à se concentrer sur le risque d'incendie, à savoir que les cellules lithium-ion emballent beaucoup d'énergie dans un espace restreint, et si un court-circuit électrique ou une autre panne perturbe le flux d'énergie habituel, leurs composants inflammables peuvent brûler. et continuer à brûler jusqu'à épuisement du carburant.

Comme l'a rapporté GTM à la suite des incendies d'avril, les cellules de batterie en combustion ont une propriété bien documentée mais moins largement reconnue : elles libèrent des gaz explosifs. Les chercheurs de DNV GL testant la sécurité des batteries pour les parties prenantes de New York ont ​​rencontré à plusieurs reprises des explosions après avoir incendié des batteries lithium-ion dans un environnement clos. Ces découvertes ont conduit la ville de New York à exiger des systèmes de ventilation pour éliminer ces gaz des boîtiers de batterie.

Le reste du pays n'a pas emboîté le pas, pour deux raisons principales.

Les autorités de la ville de New York écrivaient des codes de sécurité pour placer les batteries dans un environnement urbain extrêmement dense ; en effet, l'abondance de prudence a rendu les installations de batteries extrêmement rares et chronophages. Les installations de stockage situées dans le désert ou sur des terrains de services publics, loin des centres de population, présentent un profil de risque différent.

De plus, la ventilation neutralise les techniques d'extinction d'incendie dominantes, qui inondent un espace confiné avec des aérosols pour étouffer les flammes. L'ouverture d'un évent pour libérer des gaz explosifs pourrait alimenter un incendie avec plus d'oxygène et permettre au feu de s'échapper de la zone de confinement.

Conformément à la pratique courante de l'industrie à l'époque, McMicken n'a pas inclus la ventilation. Il était chargé d'extinction d'incendie et des capteurs appropriés pour le déclencher, mais il n'avait pas la capacité de détecter spécifiquement l'accumulation de gaz explosifs.

"De toute évidence, cet événement a été un catalyseur pour une meilleure compréhension des modes de défaillance potentiels", a déclaré Bordenkircher. "Absolument, cela entraînera des changements de conception et d'ingénierie à mesure que nous avancerons."

Ces changements incluront probablement une forme de ventilation, mais l'astuce consiste à concevoir un système capable à la fois de contenir et d'éteindre les incendies avant qu'ils ne deviennent incontrôlables, et d'éliminer en toute sécurité les gaz explosifs s'ils surviennent.

"Les ingénieurs devront faire le gros du travail là-dessus et trouver comment assembler toutes les pièces", a déclaré Bordenkircher.

APS avait deux autres systèmes de batterie opérationnels fournis par Fluence, et il les a tous les deux mis à la terre à la suite de l'incendie de McMicken. Le Festival Ranch, un jumeau de l'usine McMicken, et l'installation du Punkin Center restent tous deux en hibernation, déconnectés du réseau.

Festival Ranch devait déménager de toute façon, donc l'utilitaire ne comptait pas sur ses performances. Punkin Center, d'autre part, a été conçu pour fournir une puissance de pointe à une communauté éloignée du désert, au lieu d'une mise à niveau plus coûteuse de l'infrastructure des câbles. Ses capacités ont été manquées pendant la haute saison estivale, mais APS avait anticipé d'éventuelles pannes de batterie et avait inclus une connexion pour un générateur diesel sur place.

"Nous n'avons pas eu à couper l'alimentation des clients, mais nous avons dû faire fonctionner le générateur diesel", a déclaré Bordenkircher.

Ce scénario à lui seul en dit long sur la valeur de la planification redondante, car le stockage sur batterie assume des fonctions plus importantes dans les opérations du réseau.

Fluence a également conseillé aux clients ailleurs avec des systèmes de batterie d'un millésime similaire de réduire leur production au début de l'incident d'avril, a déclaré Zahurancik. Fluence a depuis réduit ces limitations opérationnelles sur la base de son examen des composants de la batterie et de l'intégration du système. Il a également envoyé des bulletins de sécurité aux clients avec des conseils sur les précautions supplémentaires.

La société a déjà mis à jour ses systèmes de contrôle afin qu'un ensemble plus large de signes avant-coureurs déclenche désormais un arrêt d'urgence, a noté Zahurancik.

Les principaux fabricants de batteries – McMicken a utilisé des cellules fournies par LG Chem – ont également élargi leur base de données de signes avant-coureurs sur la base d'enquêtes sur les nombreux incendies de batteries en Corée du Sud au cours des deux dernières années.

Fluence a fait appel à des experts extérieurs pour revoir toutes ses conceptions. Jusqu'à présent, a déclaré Zahurancik, l'analyse a révélé que les conceptions étaient prudentes, mais ils examinent des ajouts pour assurer une plus grande sécurité.

APS prévoit toujours d'installer 850 mégawatts de stockage d'énergie d'ici 2025, l'un des objectifs de construction les plus ambitieux d'un service public à ce jour. Mais APS a suspendu le premier ensemble de contrats jusqu'à ce qu'il puisse stipuler les mises à jour de sécurité nécessaires dès le départ. Cela inclut un accord historique avec Invenergy, qui était sur le point d'être signé lorsque McMicken a brûlé.

"Il est plus important d'avancer... [en toute sécurité] que d'avancer selon un échéancier", a déclaré Bordenkircher.

Plus de détails sur ce à quoi ressemble la voie la plus sûre devraient être disponibles d'ici la fin de l'année.

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