アリゾナ州のバッテリー爆発は安全性に関する従来の常識を変えている

フェニックス近郊で爆発が送電網のバッテリーを破壊し、この技術の安全性に対する業界の認識が覆されてからほぼ半年が経過した。

マクミケン火災では初期対応者が負傷し、米国のエネルギー貯蔵産業の安全記録が損なわれた。風力と太陽光の電気を蓄える能力は、クリーンエネルギーの継続的な成長にとって極めて重要ですが、今回の火災は、たとえ経験豊富な専門家が扱ったとしても、蓄電池の危険性を示しました。

アリゾナ州公共サービスは、ほとんどの同業他社に先駆けて、バッテリーの理解と運用に多額の投資を行ってきました。 2017 年に McMicken システムをオンラインに導入した Fluence は、業界の立ち上げに貢献し、2008 年以来クリーンな安全記録を維持して運用しています (以前は AES Energy Storage として使用されていました)。

したがって、経験の浅さはこの火災には影響しませんでした。明らかな技術的な故障もありませんでした。

Fluence の COO、John Zahurancik 氏は GTM に対し、「物事はおおむね意図したとおりに機能しました。まだイベントはありました」と語った。「そこで私たちは現在、...この事態に至ったさまざまな事柄の組み合わせを分析しているところです。」

関係者は、燃え尽きたバッテリーセルを、周囲の本来機能するバッテリーから安全に取り出すための骨の折れる技術を発明しなければならなかったが、新たな詳細が明らかになった。残骸はついにミシガン州の法医学研究所に到着し、詳細な分析が行われた。

しかし、この調査はすでにAPSのリチウムイオン技術に対する考え方を再構築しつつある。 APSは、アリゾナ州の安価で豊富な太陽光発電を貯蔵するためのリチウムイオン電池施設の大規模な拡張に引き続き取り組んでいる。この調査結果は、そこでの新しい安全枠組みの指針となるだけでなく、国内および世界の業界の成長にも情報を与えるでしょう。

この火災により、アリゾナ州のバッテリープロジェクトはすでに遅れており、他の電力会社との営業交渉では安全性が議題の最優先事項となっている。米国の実用規模のストレージ導入は今年予想を下回る傾向にあるが、他の市場要因により火災の影響を特定するのは難しい。

今後 2 年間で米国の蓄電設備が倍増すると予想されるかどうかは、アリゾナ州の事故を受けて業界がバッテリーの安全性に対する信頼を確固たるものにするかどうかにかかっていると言っても過言ではありません。

APSの技術革新・統合担当ディレクターのスコット・ボーデンキルヒャー氏は、「リチウムイオン電池の故障が二度と起こらないと考えるのは、誰にとっても現実的ではないと思う」と述べた。しかし、業界はそのような出来事が二度と人間に害を及ぼさないようにしなければならない、と彼は付け加えた。「それは私たちが排除できる必要がある部分であり、私たちの場合は消防士が負傷した爆発の二次的な出来事です。」

その基準を満たすためには、従来のバッテリー安全工学を変える必要があります。

関係者は火災の原因を公表していないが、発生場所はすぐに特定された。14個のバッテリーモジュールが入った特定のラックだった。監視システムは、これらのモジュール間の電圧降下とその後の温度上昇を検出しました。

幸いなことに、システム設計またはその他の要因により、火災がラックからラックへ延焼することはなく、火災の燃料が大幅に拡大することはありませんでした。

ボーデンキルヒャー氏によると、調査に関する限り、問題は、焼けたラックがコンテナの約半分の位置にあり、その周囲のラックが約90パーセントの充電状態を維持していたことだという。別の言い方をすれば、1.5メガワット時の蓄電が捜査員と重要証拠との間に立ちはだかったことになる。しかし、施設は高熱と高圧の爆発力にさらされていたため、電力会社は従来の放出は危険すぎると判断した。

「通常の配線と通常の回路を使用してチャンスをつかむことはできませんでした」とボーデンキルヒャー氏は言いました。「法医学的回収のために作業員を呼び込むために、非常に慎重に状況に取り組み、そこにあったすべてのバッテリーモジュールを放電する必要がありました。」

これまでこのような特殊な状況に直面したグリッドバッテリー施設はなかったため、チームは作業を進める中で手順を考案する必要がありました。

「戦略は全く存在しなかった」とボーデンキルヒャー氏は指摘した。

作業員は各ラックに近づき、配線を取り外した後、モジュールをコンテナから取り出し、サーマルバンクに接続して排出しました。この作業中にモンスーンの季節が到来したため、APS はサイトを風雨から守るために巨大なテントを設置しました。

約9週間の労働と364個のモジュールの取り外しの後、作業員は問題のラックを取り出したが、そのラックは「ほぼ一緒に溶けて」アルミニウムの柱になっていた、とボルデンキルヒャー氏は語った。ラックは分解されてミシガン州の法医学研究所に輸送され、今週から一連の検査が開始された。

マクミケン災害は、2 つの異なる、しかし関連した出来事として展開しました。まず、1 つのバッテリーラックが発火して燃えました。バッテリーエンジニアはこの出来事を熱暴走と呼んでいます。次に、初期対応者がドアを開けたときに爆発が発生し、筐体が揺れました。

科学捜査研究所は火災の原因についての答えを求めているが、別の捜査では、施設内にどのようなガス物質が蓄積し、爆発を引き起こしたのかを解明したいと考えている。ボルデンキルヒャー氏は、モデリング演習の暫定結果は今後数週間以内に完成する可能性があると述べた。

「バッテリーモジュール自体は爆発したり爆発したりしませんでした」とボルデンキルヒャー氏は説明した。「実際には、コンテナ内のガスが爆発する点に達したのです。」

バッテリーの安全性に関する公の議論は、火災のリスクに焦点を当てる傾向があります。つまり、リチウムイオン電池は狭い空間に多くのエネルギーを詰め込んでおり、電気的短絡やその他の故障により通常の電力の流れが遮断されると、その可燃性部品が発火する可能性があるということです。そして燃料がなくなるまで燃え続けます。

GTM が 4 月の火災の余波で報告したように、バッテリーセルが燃焼すると、爆発性ガスが放出されるという、十分に文書化されていますがあまり広く知られていない特性があります。ニューヨーク市の関係者向けにバッテリーの安全性をテストしていた DNV GL の研究者は、密閉された環境でリチウムイオンバッテリーに発火させた後、繰り返し爆発に遭遇しました。これらの発見により、ニューヨーク市はバッテリーの筐体からそのようなガスを除去するための換気システムを義務付けるようになりました。

国の他の国々は主に 2 つの理由で追随しませんでした。

ニューヨーク市当局は、非常に密集した都市環境に電池を設置するための安全規定を作成していました。実際、十分な注意が払われているため、バッテリーの設置は非常にまれであり、時間がかかります。人口密集地から遠く離れた砂漠や公共施設にある保管施設には、異なるリスクプロファイルがあります。

さらに、換気は、炎を止めるためにエアロゾル抑制剤を密閉空間に充満させる、主要な消火技術に対抗します。爆発性ガスを放出するために通気口を開けると、より多くの酸素が火災に燃料となり、火災が封じ込めゾーンから逃げる可能性があります。

当時の業界の主流慣行に従って、マクミッケンには通気は含まれていませんでした。消火器とそれを作動させるための関連センサーが搭載されていたが、爆発性ガスの蓄積を特に検出する能力が欠けていた。

「この出来事が、潜在的な故障モードをより深く理解するきっかけになったことは明らかです」とボーデンキルヒャー氏は述べた。「間違いなく、これにより、今後の設計やエンジニアリングに変更が生じることになります。」

これらの変更にはおそらく何らかの形の排気が含まれるでしょうが、重要なのは火災が制御不能になる前に封じ込めて抑制し、爆発性ガスが発生した場合に安全に除去できるシステムを設計することです。

「エンジニアはこの問題に重労働を費やし、すべての部品をどのように組み合わせるかを考え出す必要がある」とボーデンキルヒャー氏は語った。

APS はフルエンスから供給された他の 2 つの運用可能なバッテリーシステムを備えていましたが、マクミッケン火災の余波でその両方を接地しました。マクミッケン工場の双子であるフェスティバル・ランチとパンキン・センター施設はどちらも電力網から切り離され、依然として冬眠状態にある。

いずれにしてもフェスティバルランチは移転する予定だったので、ユーティリティはそのパフォーマンスを期待していませんでした。一方、パンキンセンターは、より高価な電線インフラストラクチャのアップグレードの代わりに、遠隔地の砂漠コミュニティにピーク電力を供給するように設計されました。その機能は夏のピークシーズンには利用できませんでしたが、APS はバッテリーのダウンタイムの可能性を予測し、現場でディーゼル発電機への接続を組み込みました。

「どの顧客も（電力を）止める必要はなかったが、一部のディーゼル発電機を稼働させる必要があった」とボルデンキルヒャー氏は語った。

このシナリオだけでも、バッテリーストレージが送電網運用においてより重要な役割を担う中での冗長計画の価値について何かを物語っています。

ザフランシク氏によると、フルエンスは同様の年代のバッテリーシステムを使用する他の顧客に対し、4月の事故直後に出力を下げるよう同様にアドバイスしたという。その後、Fluence は、バッテリーコンポーネントとシステム統合の調査に基づいて、これらの運用上の制限を軽減しました。また、追加の予防措置に関するアドバイスを記載した安全情報を顧客に送信しました。

同社はすでに制御システムを更新しており、より広範な警告サインが緊急停止を引き起こすようになったとザフランシク氏は指摘した。

大手電池メーカー（マクミケン社はLG化学から供給されたセルを使用）も、過去数年間に韓国で発生した多くの電池火災の調査に基づいて、警告標識のデータベースを拡張した。

Fluence は外部の専門家を招いてすべての設計をレビューしました。ザフランシク氏によると、これまでのところ、分析の結果、設計は慎重であったことが判明しているが、より安全性を高めるための追加を検討しているという。

APS は依然として 2025 年までに 850 メガワットのエネルギー貯蔵施設を設置する計画を立てており、これは電力会社によるこれまでで最も野心的な建設目標の 1 つです。しかし、APSは、最初から必要な安全性の最新情報を規定できるまで、最初の一連の契約を一時停止した。その中には、マクミケンが炎上したときに署名されようとしていたインベナジーとの画期的な契約も含まれている。

「時間軸に沿って前進することよりも、（安全に）前進することの方が重要だ」とボーデンキルヒャー氏は語った。

今後のより安全な道筋がどのようなものかについては、年末までにさらに詳細が明らかになるはずだ。

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