Victorian Big Battery(VBB) 电池储能项目是部署在澳大利亚维多利亚州吉朗的一个300MW/450MWh电网规模电池储能项目，是全球目前运营的规模最大的电池储能系统之一，在峰值电力需求期间可以为维多利亚州一百多万户家庭用户供电30分钟。VBB电池储能项目采用了212个Tesla Megapacks电池储能系统。Tesla Megapack是一种集装箱式锂离子电池储能系统，由电池模块、电力电子设备、热管理系统以及控制系统组成，而一个Tesla Megapacks电池储能系统可以安装在一个长7.2米、宽1.6米、高2.5米的集装箱中。
2021年7月30日，在VBB电池储能项目的初始安装和调试期间，其中一个Megapack电池储能系统开始起火并蔓延到邻近的另一个Megapack储能系统，好在火势并没有蔓延到其他的储能系统，这两个Megapack电池储能系统在燃烧六个小时之后烧毁。由于没有发生爆炸或爆燃的情况，并没有现场灭火和处理的消防人员和应急响应人员受伤。Megapack电池储能系统采用防止火灾设计，根据特斯拉公司发布的锂离子电池应急响应指南2(ERG)，可以允许Megapack电池储能系统继续燃烧，同时消防人员在安全距离监测邻近的电池储能系统的安全情况。而最终带来的后果是212个Megapack电池储能系统中有两个被火灾烧毁，不到VBB电池储能项目的1%。
在应急响应和清理工作之后，在2021年8月3日开始详细的火灾调查工作。VBB电池储能项目火灾的调查参与方包括当地监管部门、特斯拉公司、外部第三方工程师以及主题专家。其调查过程涉及分析VBB电池储能项目发生火灾的原因，以及火灾蔓延到相邻Megapack电池储能系统的根本原因。此外，鉴于这是Megapack电池储能系统迄今为止发生的第一次火灾事件，已经对应急响应进行了审查，以确定从这次火灾事件中吸取教训。
本报告总结了这些调查和分析结果，由费希尔工程公司和储能安全服务商能源安全响应小组(ESRG)的专家编写。这是两家独立的工程和储能消防安全咨询机构。此外，该报告提供了从火灾中吸取的经验和教训，并强调了基于这些经验和教训而实施的程序、软件和硬件变更。
事件时间表
在火灾发生时，VBB电池储能项目在现场安装了大约212个Megapacks电池储能系统其中的一半。在火灾发生的当天，VBB电池储能项目正在进行例行测试和调试。在澳大利亚东部标准时间(AEST)2021年7月30日上午7:20开始调试和测试多个Megapack电池储能系统。其中一个Megapack电池储能系统（在此表示为MP-1）在当天并没有参与测试，因此通过钥匙锁开关人工关闭。在关闭MP-1时，该储能系统显示无异常情况。
现场人员在上午10:00左右观察到MP-1储能系统冒出烟雾。
VBB电池储能项目火灾事故时间表
现场工作人员对所有Megapack电池储能系统进行电气隔离，并联系当地消防局进行处理。
此后不久，消防人员抵达现场并在MP-1储能系统周围设置了安全边界。他们还开始按照特斯拉锂离子电池应急响应指南2(ERG)的建议对其附近用水冷却。其火势最终蔓延到MP-1相邻15厘米的Megapack电池储能单元(MP-2)。消防人员决定允许MP-1和MP-2自行烧毁，并且按照特斯拉的ERG中的建议没有直接向Megapack储能系统浇水。直到当天下午4:00（火灾开始之后的大约6小时），火势已经熄灭，消防人员在现场值守直到次日，并在接下来的三天内对该地点进行了监测，然后于2021年8月2日认为事故现场已得到控制，并移交给调查人员开始进行火灾调查。
调查
多方联合火灾调查于2021年8月3日开始。VBB电池储能系统的火灾调查过程涉及分析MP-1初始火灾的根本原因以及火灾蔓延到MP-2的根本原因。对MP-1和MP-2现场调查的调查方包括当地消防局、维多利亚州能源安全局(ESV)、维多利亚州工作安全局 (WSV)、特斯拉公司当地工程/服务团队以及当地第三方独立工程公司。除了事故发生后立即进行的现场记录工作之外，根本原因调查还包括特斯拉公司在美国加州总部和内华达州火灾测试设施进行的数据分析、热建模和物理测试（电气和火灾）。
（1）火灾原因调查
现场调查于2021年8月3日开始，并于2021年8月12日结束。此外对MP-1和MP-2进行记录、检查和保存以备将来检查。与此同时，分析了MP-1和MP-2的所有可用遥测数据（例如内部温度和故障警报），并进行了一系列电气故障和火灾测试。将现场调查结果、遥测数据分析、电气故障测试和火灾测试相结合之后，确定了2021年7月30日出现的一系列非常具体的可能导致火灾事件的故障因素和条件。
（2）火灾起因及原因确定
此次火灾事伯最有可能的根本原因是MP-1电池储能单元的液体冷却系统泄漏导致电池模块产生电弧。这导致锂离子电池发生热失控，随即起火并蔓延。
在火灾原因调查中考虑了其他可能的火灾原因；然而，上述一系列事件是唯一符合迄今为止收集和分析的所有证据的火灾原因。
（3）促成因素
多种因素促成了这一事件。如果不存在这些促成因素，那么在升级为火灾事件之前，最初的故障状况可能已经被识别和中断（人工或自动）。这些促成因素包括：
（1）Megapack电池储能系统的监控和数据采集(SCADA)系统需要24小时为新设备（即新的Megapack）建立连接，以提供完整的遥测数据功能和特斯拉运营人员进行的远程监控。由于VBB电池储能项目仍处于安装和调试阶段（即未投入运行），MP-1电池储能系统仅投入使用了13个小时，就在火灾发生当天早上用钥匙锁进行关闭。因此MP-1在当天并没有上线测试，这使得该储能系统无法在火灾发生当天上午将遥测数据（内部温度、故障警报等）传输到特斯拉公司的场外控制设施。
（2）MP-1通过钥匙锁开关关闭，因为该储能系统在当天不需要进行调试和测试；然而，这一行动导致遥测系统、故障监控和电气故障安全设备被禁用或仅以有限的功能运行。这使得MP-1的一些安全功能无法有效发挥作用，不能在升级为火灾事件之前监控并中断电气故障。
（3）液体冷却剂泄露在电池上可能会导致启动火焰断路器电路的电源失效。如果电源出现故障，断路器无法接收到断开信号，也无法在升级为火灾事件之前中断电池的故障电流。
火灾蔓延调查
VBB电池储能项目的火灾调查过程不仅涉及分析MP-1初始火灾的根本原因，还包括分析火灾蔓延到MP-2的根本原因。Megapack电池储能单元被设计成彼此邻近安装，不会使火蔓延到相邻的电池储能单元。其在限制火势蔓延方面的设计主要依赖于Megapack储能系统集装箱的外部钢板，这种钢板可以充当电池散热器。有了这种隔热材料，Megapack电池储能单元之间的侧面和背面的间距接近15厘米，每个Megapack前面有2.4米宽的过道，如图1所示。这种产品间距在UL9540A单元级测试中得到验证。现场检查支持对MP-2和火灾测试的遥测数据（如内部温度）分析。而现场调查结果、遥测数据分析和火灾测试相结合，确定了Megapack电池储能系统可能发生火灾蔓延的情况。
图1 VBB Megapack电池储能系统的布局（顶部）和火源区域（底部）
在火灾发生时，从MP-1集装箱的顶部喷出的火焰受到风力的显著影响。当时记录的风速在20～30节（37公里/小时～56公里/小时）之间，这将从MP-1顶部的火焰推向MP-2顶部。MP-2在火焰灼烧下点燃了内部组件，值得注意的是，电池舱与Megapack电池储能系统顶部密封的塑料过压通风口一旦被点燃，就为火焰和热气提供了直接进入的通道。从而将MP-2的电池暴露在火灾和高温下最终失效并起火燃烧。
调查期间考虑了其他可能的火灾蔓延根本原因；然而，上述事件顺序是唯一符合迄今为止收集和分析的所有证据的火灾蔓延情景。值得注意的是，当在MP-2的顶部内观察到火势时，MP-2的内部电池温度读数仅从40℃增加到41℃。在MP-2顶部观察到火势的同一时刻，大约上午11:57（火灾事件发生后约2小时），MP-2失去了通信并且没有额外的遥测数据对外传送。然而，鉴于MP-2在发生火灾两小时之后的内部电池温度仅上升了1℃，当MP-2的的顶部着火时，通过热传递穿过15厘米间隙的传播并不是火势蔓延的根本原因。此外，来自MP-2的遥测数据表明，Megapack的隔热材料可以在仅15厘米之外的相邻Megapack电池储能系统发生火灾时提供显著的热保护。
促成因素
调查表明，风是火势从MP-1蔓延到MP-2的主要促成因素。火灾发生时，记录当时的风速为20～30节（37公里/小时～56公里/小时）。起火时的风力条件将从MP-1顶部喷出的火焰推向MP-2顶部并灼烧。根据UL9540A在之前的产品测试或监管测试中未观察到这种类型的火焰行为。在UL9540A单元级测试中，测试期间允许的最大风速12为10.4节（19.3公里/小时）；而VBB电池储能项目在火灾期间的风况则要大两到三倍。因此，似乎已发现Megapack的顶部设计（电池舱顶部的塑料过压通风口）存在火灾蔓延的弱点。而特斯拉公司在之前在产品或监管测试期间未发现这一弱点，但这个设计并不会使Megapack的UL9540A认证无效，因为火灾蔓延的原因主要是由于超出UL9540A测试方法范围的环境条件（风力过大）。
缓解措施
对VBB电池储能系统火灾的调查发现了特斯拉公司的调试程序、电气故障保护装置和顶部设计中的几个漏洞。自从发生火灾以来，特斯拉公司实施了许多程序、固件和硬件缓解措施来解决这些差距。这些缓解措施已经应用于现有和未来的Megapack电池储能单元的安装，其中包括：
（1）程序缓解
·改进在Megapack组装和测试期间对冷却液系统泄漏的检查，以降低冷却液泄漏的可能性。
·将新Megapack的遥测设置连接时间从24小时减少到1小时，以确保新设备将遥测数据（内部温度、故障警报等）传输到特斯拉公司的控制设施进行远程监控。
•在调试或操作期间避免操作Megapack的钥匙锁开关，除非正在维修该设备。这种程序缓解可确保在Megapack空闲时（例如在测试和调试期间），遥测、故障监控和电气故障安全设备（例如火焰断路器）处于活动状态。
（2）固件缓解
•为冷却液系统的遥测数据添加了额外的警报以识别和响应（无论是人工或自动）以防止可能的冷却液泄漏。
•无论钥匙锁开关位置或系统状态如何，都要保持所有电气安全保护装置处于激活状态。这种固件缓解允许电气安全保护设备（例如断路器）保持在激活模式，无论系统状态如何，都能在电池模块发生电气故障时启动。
•主动监测和控制高温断路器的电源电路。如果发生电源故障（通过外部事件，例如冷却剂暴露或其他方式），Megapack将在其电源丢失之前自动启动火焰断路器。
（3）硬件缓解
•在所有Megapacks电池储能系统的项部安装新设计的隔热钢质通风罩。这些排气罩保护过压排气口免受直接火焰灼烧或热气侵入，从而使电池舱外壳与上方的火灾隔离。它们的性能通过一系列防火测试得到验证，包括对Megapack的单元级防火测试。排气罩安装在过压通风口的顶部，并将成为所有新Megapack电池储能单元的标准配置。对于现有的Megapacks，可以在现场改造排气罩。在撰写本报告时，特斯拉排气罩已经接近生产阶段，不久将在适用的Megapack现场进行改装。
除了火灾起源、原因和蔓延调查之外，VBB电池储能项目发生火灾的另一个关键方面是应急响应。当地消防局负责VBB电池储能项目的消防安全，其所在位置距离该项目现场大约4公里，因此相对较近。
消防人员在当天上午10:30抵达后，立即根据协议建立了事件指挥部(IC)，并与储能项目的运营方代表和主题专家密切合作。这种密切协调贯穿了整个活动。在接到紧急事件通知和消防服务行动开始之后，该项目工作人员被疏散，并清点现场工作人员。消防人员在MP-1周围建立了一个安全区域，同时与主题专家讨论了冷却和消防策略。决定按照特斯拉公司的ERG中的建议，使用消防水对MP-1和MP-2附近的设施进行降温保护。MP-1的火势最终蔓延到MP-2；这两个Megapack电池储能单系统被允许自行烧毁，在此期间，消防人员并没有直接将水浇到其他Megapack电池储能系统上。直到下午4:00（火灾开始之后大约6小时）火势熄灭，消防人员在现场留人值守，并在接下来的三天内继续监测，然后于2021年8月2日认为该现场已得到控制，而调查团队开始启动火灾调查。
关键要点
对VBB电池储能项目火灾应急响应的全面调查得出了以下关键结论：
•有效的事故前期计划：VBB电池储能项目既有应急行动计划(EAP)也有应急响应计划(ERP)。这两个计划都可以供应急响应人员使用，并在火灾期间得到有效使用。例如，所有现场工作人员和承包商代表在火灾期间都遵循了适当的疏散协议，因此这些人员没有受伤。
•与提供商进行协调：VBB电池储能项目制定了详尽的事故前期计划，清楚地确定了相关负责人的联系方式、他们的角色和其他关键任务。据报道，在VBB电池储能项目发生火灾期间，特斯拉公司的工作人员与消防人员保持密切联系，为他们提供了宝贵的信息和专业知识。例如，现场工作人员和消防人员在密切合作之后确定相邻储能系统的用水冷却的策略。
•消防用水：关于消防用水的一个关键问题是有效防火的必要量和持续时间。特斯拉公司的设计理念基于固有的被动保护（即隔热），对主动消防措施的依赖最小。
因此，消防用水的目的不是扑灭储能系统的火热，而是用于降温。所有可用数据和对火灾的观察表明，水在减少或阻止从Megapack储能系统之间的火灾蔓延方面效果有限。隔热似乎是减少相邻Megapack储能系统之间热传递的主要因素。然而，水被有效地用于保护变压器、电气设备等其他设施，这些设备的设计保护水平与Megapack不同（即隔热措施不同）。
•Megapack的防火设计方法在保护应急响应人员的安全方面比其他电池储能系统设计具有更多的优势。Megapack防火设计方法使用被动分隔和隔离将火势蔓延的可能性降至最低，消除了由于设计特点和缺乏限制（例如室外与室内）而对消防人员或工作人员造成人身安全危险，消除了由于设计特点和缺乏限制而导致的爆炸事件对消防人员的危险，可以最大限度地减少因火灾而引发的危险，并采用火灾响应方法，允许Megapack储能系统自行烧毁。
环境问题
维多利亚州环境保护局(EPA)在VBB电池储能项目的场地2公里范围内部署了两个移动空气质量监测器，他们选择了可能影响当地社区的地点。
要事件发生之后，维多利亚州环境保护局(EPA)监测人员确认当地社区的空气质量良好；然而，其测量并未在火灾事件的高峰期进行。他们在下午6:00左右对环境空气进行采样。因此，这些数据不能用于了解实际火灾事件期间对环境的危害。数据表明，火灾事件发生两小时后，周边地区的空气质量良好，火灾事件没有引起长期的空气质量问题。
在火灾事件期间，消防人员与现场人员协调控制水从消防水带流入集水区。特斯拉公司现场人员在消防局的监督下收集的水样从集水区提取。这些样本的实验室结果表明，火灾对水造成重大影响的可能性很小。在事故发生后，作为预防措施，通过水泵将水从集水区移走，并运到废物处理设施进行处理和处置。
据估计，事件发生后现场处理了大约90万升水。
社区问题
VBB电池储能项目开发商和所有者Neoen公司在该项目火灾期间和之后积极与当地社区互动交流。这些活动包括与VBB项目现场2～3公里范围内的住户和农业部门进行上门拜访、电话沟通和发送电子邮件等。Neoen公司找到了他们之前的项目规划阶段的社区联系方式，并与当地社区进行联系。此外，Neoen公司成立了一个执行利益相关者指导委员会，在火灾事件发生后24小时内对关键组织进行协调。火灾事件应急响应的多方积极参与指导委员会，这有助于从一开始就确保沟通及时、高效、跨组织协调和准确。
除了联系社区之后，Neoen公司和特斯拉公司还在VBB电池储能系统发生火灾之后和调查过程结束时立即向多个行业、州和联邦政府部门和机构提交了简报。这些简报有助于对电池储能系统感兴趣的能源部门确保能够直接获得和了解信息。
大修和修复
2021年7月29日，近一半的Megapacks储能系统已经安装完毕，VBB电池储能项目处于测试和调试阶段。在2021年7月30日发生火灾事件之后，消防部门人员、监管机构和其他应急响应人员出于预防目的一直留在现场监控，直到2021年8月2日。当时，该现场已移交给火灾调查人员。现场火灾调查于2021年8月3日开始，一直持续到2021年8月12日。在此期间，从2021年8月6日开始，现场获准继续安装Megapacks储能系统，而MP-1周围的区域仍被封锁进行调查。2021年9月23日，火灾发生后不到两个月，VBB电池储能项目重新启动测试和调试。
修复受损设备
修复和重新安装Megapacks储能系统之后，所有的测试和调试工作都顺利完成， VBB电池储能系统在2021年12月8日正式开通运营。
经验教训
VBB电池储能项目的火灾暴露了一些不太可能出现的因素，当这些因素结合起来时，导致发生火灾以及向邻近储能系统的火热蔓延。在以前的Megapack电池储能系统安装、操作或监管产品测试中从未遇到过这些因素。以下总结了这些因素以及对火灾的应急响应，讨论了从这次火灾事件中吸取的教训，并强调了特斯拉公司为应对而实施的补救措施。
1.调试程序
与调试程序相关的经验教训包括：(1)在调试的前24小时内对遥测数据进行有限的监督和监控；(2)在调试和测试期间使用钥匙锁开关。这两个因素阻止了MP-1将遥测数据（内部温度、故障警报等）传输到特斯拉公司的控制设施，并使关键的电气故障安全设备（如火警断开器）处于功能受限的状态，从而降低了Megapack储能系统在电气故障情况升级为火灾事件之前主动监控和中断电气故障情况的能力。
与调试程序相关的经和验教训包括：
（1）在调试的前24小时内对遥测数据进行有限的监督或监控；(2)在调试和测试期间使用钥匙锁开关。这两个因素阻止了MP-1电池储能单元将遥测数据（内部温度、故障警报等）传输到特斯拉公司的控制设施，并使关键的电气故障安全设备（如火焰断路器）处于功能受限的状态，从而降低了Megapack 储能系统的能力，没有在电气故障情况升级为火灾事件之前主动监控和中断电气故障情况。
2.电气故障保护装置
与电气故障保护装置相关的经验教训包括：（1）冷却液泄漏没有发出警报；(2) 当 Megapack 电池储能系统通过钥匙锁开关关闭时，火焰断路器无法中断故障电流；(3) 火焰断路器可能由于驱动电路断电而被禁用。这三个因素阻止了 MP-1 电池储能系统在升级为火灾事件之前主动监测和中断电气故障条件。
自从VBB电池储能项目发生火灾以来，特斯拉公司已经修改了他们的调试程序，将新的 Megapack 电池储能系统的遥测设置连接时间从 24 小时减少到 1 小时，并避免使用 Megapack 的钥匙锁开关，除非该储能系统正在维修。
特斯拉公司还实施了多项固件缓解措施，以保持所有电气安全保护设备处于激活状态，无论钥匙锁开关位置或系统状态如何，并主动监控和控制高温断开器的电源电路。此外，特斯拉公司还增加了额外的警报，以更好地识别和响应（人工或自动）冷却液泄漏。此外，尽管这一火灾事件可能是由冷却剂泄漏引发的，但 Megapack 其他内部组件的意外故障可能会对电池造成类似的损坏。这些新的固件缓解措施不仅可以解决冷却液泄漏造成的损坏，还允许 Megapack 电池储能单元更好地识别、响应、控制和隔离由于其他内部组件故障而导致的电池模块内的问题。
3.火灾蔓延
与火灾蔓延相关的经验教训包括：(1) 外部环境条件（如大风）可能对 Megapack 电池储能系统发生的火灾产生重大影响；(2) Megapack 电池储能系统的集装箱顶部设计有火势蔓延的弱点。这两个因素导致将电池舱与电池储能系统顶部密封的塑料通风口直接受到火焰灼烧，由于火焰和热气直接进入电池舱，MP-2的电池发生故障并卷入火灾。自从VBB电池储能项目发生火灾以来，特斯拉公司已经设计并通过广泛的测试验证了一种硬件缓解措施，通过安装新的隔热钢质通风口护罩来保护通风口免受火焰直接灼烧或灼热气体侵入。
排气罩放置在过压排气口的顶部，并将成为新的Megapack电池储能系统的标准配置。对于现有的Megapacks，排气罩可以很容易地在现场安装。在撰写本报告时，排气罩已经接近生产阶段，不久将在现场进行改装。
4.Megapack电池储能系统之间的间距
与Megapack电池储能系统间距相关的经验教训包括：无需更改Megapack的安装规范，并采用通风屏蔽缓解措施。根据对VBB电池储能项目火灾期间的MP-2电池储能系统内的遥测数据的分析，在相邻Megapack发生火灾时，隔热材料可以在15厘米外提供显著的热保护。MP-2的内部电池温度仅增加了1℃，只从40℃上升到41℃，然后在当天上午11:57左右（在火灾发生后大约2小时去通信，这可能是由于火灾损毁。火势蔓延是由储能系统集装箱顶部的弱点引发的，而不是由于通过Megapack电池储能系统之间15厘米间隙的热传递引发的。随着通风罩缓解措施的到位，该弱点已经通过单元级防火测试得到解决和验证。这些测试证实，即使电池储能单元顶部完全着火，过压通风口也不会点燃，电池的安全相对不受影响，电池内部温度上升低于1℃。
5.应急响应
从VBB电池储能项目火灾应急响应中吸取的经验和教训包括：（1）有效的事故前期计划非常宝贵，可以减少人员受伤的可能性；(2)与提供商进行现场或远程协调，可以为应急响应人员提供关键的专业知识和系统信息；(3)直接向相邻的Megapacks储能系统浇水的效果似乎有限；但是，将消防水应用于其他电气设备周围环境的降温，可能是保护这些设备的有用策略；(4)就应急响应人员的人身安全而言，Megapack电池储能系统的防火设计与其他电池储能系统相比具有固有的优势；(5) 维多利亚州环境保护局(EPA)表示火灾发生2小时后空气质量良好，这表明火灾事件没有引起长期的空气质量问题；(6)水样表明火灾对消防用水造成重大影响的可能性很小；(7)项目规划阶段的社区参与非常宝贵，因为它使该项目的开发商Neoen公司能够快速联系当地社区，并解决当前的问题和疑虑；(8)当火灾发生时，在可能的情况下实事求是地与当地社区进行面对面的接触对于让公众了解情况至关重要；(9)参与应急响应的关键组织的执行利益相关可以帮助确保多方沟通及时、高效、协调和准确；(10)现场利益相关者之间的有效协调使得事故发生后的移交过程迅速而彻底，受损单元的快速安全地清理，以及现场的快速恢复服务。
综上所述，VBB电池储能项目火灾事件按照其防火设计和事前规划进行。它没有表现出不寻常、意外或令人惊讶的事件（电池爆炸），也没有对现场人员、公众或应急响应人员造成任何伤害。它与直接相关的储能单元进行隔离，对环境的影响很小，没有对电网运营产生不利影响，并且任务中断时间很短。
作者：刘伯洵 来源：中国储能网
