据不完全统计,近10年间,全球共发生30+起储能电站起火爆炸事故。其中,日本1起、美国2起、比利时1起、中国3起、韩国24起。造成了人力,财力巨大的损失和破坏。
如美国亚利桑那州的公共服务公用事业公司(APS)发生大规模电池储能项目(三元锂电池)爆炸,造成8名消防队员受伤。
因此确保使用锂离子电池储能系统的消防和维修人员安全是及其重要的问题。为避免储能电站事故,我们应采取哪些安全技术和措施?
新能源电源侧储能、电网侧储能、大型离网和微网储能电站,常采用集装箱式储能,数万支电芯通过串/并联的方式,安装在集装箱内。
锂离子电池正负极之间只有一层很薄的隔膜绝缘,电气隔离主要依赖绝缘材料和电气开关,绝缘材料在高温下有可能碳化,变成导电材料,隔离开关在高压下也可能击穿,功率器件开关管,在反向高压,浪涌冲击下,也有可能非正常导通。
在长期数千次的充放电循环中,尤其是过充过放过温状态下,有可能造成电芯短路故障,局部失控,其中任何一个电芯出现安全问题,如果没有严密的安全防护措施提前应对,都可能引起系统的连锁反应,造成爆炸事故。
增加绝缘材料和强度,构建储能电站的铜墙铁壁,有可能解决储能电站的安全问题,但会增加电站的成本,不利于储能的大规模推广应用。
工商储能的安全问题,需要从系统方案、材料选型、安防设计等多方面着手,才能综合兼顾安全和成本两个重要指标。
目前储能电站采取的主要安全技术和措施有:新型模块化储能技术,气凝胶隔热绝缘材料,传统的电气保护、热管理和高效消防安全系统等。
第一代锂电将电池PACK简单串联成簇,第二代锂电在一代锂电的基础上增加了部分智能电池管理单元。然而锂电系统的直流母线高压与电池绝缘风险、簇间放电不均流、梯次电池无法混用等一系列问题无法彻底解决,给锂电的安全稳定应用打上了问号。
新型模块化储能,每一个电池模组对应一个BMS电池管理系统,配备的电气物理双隔离、故障模块自动退出、电池绝缘失效预警等多重功能,保障了锂电池的安全性和可靠性,模块自适应主动均流,支持梯次电池混用和不同品牌电池混用,分期扩容及分钟级维护,一举解决了锂电池诸多应用难题。
▲电池组YTP280024A的特点
为了满足项目现场地环境条件及系统运行工况下,电池组及配套设备的正常使用,集装箱通过以下几个方面进行热管理控制,主要含空调、热管理设计、保温层等方面,热管理系统使集装箱内的温度能保证电池组及配套电气设备的正常运行。
集装箱内的温度控制方案如下:通过温度探头实时监测集装箱内各设定点的温度,当设定点的温度高于空调的设定启动温度时,空调运行制冷功能,并通过特制的风道对集装箱内部进行降温,温度达到设定值的下限时,空调停止工作。
当设定点的温度低于空调的设定启动温度时,空调运行制热功能,并通过特制的风道对集装箱内部进行升温,温度达到15℃,空调停止工作。
锂电池在运行过程中由于内部电化学反应存在和环境温度升高的影响,会提升电池的内腔温度而使反应加剧;而在高寒地区,由于环境低温的影响,也会降低电池内的反应速度。前者可能导致热失控而使电池提早失效并产生安全问题,后者也会降低电池的充放电能力和效率。
相较铅酸电池,同体积的锂电池密度更大,储存能量更多,爆燃起火后,其火焰成喷射状,火源温度也更高,同时还会释放大量有毒有害气体,因此安全隐患更大。扑救锂电池火灾时,一要及时扑灭明火,避免火灾快速蔓延;
二要降低热失控反应速率,使锂电池内部热失控反应产生的热量有序释放 ;
三要持续降低锂电池温度,避免锂电池火灾发生复燃和快速蔓延。
集装箱内集成消防装置,多采用不低于三级的架构,包括预警、告警和动作,消防系统的装置,包含探测控制器,消防控制箱、声光报警铃/灯、温度及盐雾传感器、全氟己酮气体灭火装置。
探测控制器的安装原则应选择靠近电池组位置,结合实际机架的结构,可以选择电池柜上顶部空间进行安装。灭火器装置采用柜式七氟丙烷灭火器和气溶胶灭火装置。其中,柜式全氟己酮安装在电池室内,气溶胶自动灭火系列装置安装在电器室内。
集装箱内配置全氟己酮消防装置,烟雾传感器、温度传感器一旦检测到高温火灾故障信号,集装箱可通过声光报警和远程通信的方式通知用户,同时,切掉正在运行的锂电池成套设备。
30S后消防装置释放全氟己酮气体灭火。集装箱内逃生门上需要显著的指示:消防警示信号响起后请30S内离开集装箱。
资料来源:永泰数能、网络
储能产业交流群
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一、会议议程
8月3日(周四):14:00~18:00签到
8月4日(周五):7:30~8:50签到;8:50~18:00会议
二、会议议题(暂定)
序号 |
议题 |
演讲单位 |
1 |
户用储能-光储充一体化解决方案 | 迪度新能源 |
2 |
新型户用储能逆变器PCS的开发应用 | 天宝集团 |
3 |
户用和便携式储能多场景解决方案 | 华淼新能源 |
4 | 高安全电池-钠氯化镍电池在储能领域的应用 | 浙江安力新能源 |
5 | 工程塑料在储能PACK的应用 | 科思创 |
6 |
储能PACK整线自动化解决方案 | 海目星 |
7 | 钠离子电池在储能领域的应用 | 盘古钠祥 |
8 |
储能行业发展概况 | 拟邀请:海辰储能、阳光电源、派能科技 |
9 | 激光在储能电源生产中的应用 | 拟邀请:鑫德激光、大族激光 |
10 |
AI视觉检测在储能PACK的应用 | 拟邀请:苏州英特维、正邦自动化、 杭州深度视觉 |
11 | 电池组综合测试系统/整机老化柜的重要作用 | 拟邀请:百耐信 |
12 |
储能电池包的热管理解决方案 | 英维克、山东朗进、南京协众新能 |
13 | 储能电池包的电池管理系统(BMS)设计 | 拟邀请:协能科技、华塑科技、科工电子 |
14 |
电子元器件在储能电源上的应用 | 拟邀请:立讯精密工业、亨通集团、厦门宏发电声 |
15 |
防火隔热材料在储能PACK的应用 | 拟邀请:晖能新材料 |
16 |
储能电池包的粘接与密封 | 拟邀请:3M、道康宁 |
17 |
便携式储能的CMF设计 | 拟邀请:华宝新能、德兰明海、正浩 |
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原文始发于微信公众号(艾邦储能与充电):10年30余起储能电站事故!应采取哪些安全技术和措施?