國內(nèi)儲(chǔ)能電池的安全防護(hù)

• 陳博 2023年10月30日 來源：中研網(wǎng) 238 7
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合理設(shè)計(jì)多級(jí)消防聯(lián)動(dòng)方案是儲(chǔ)能電站安全的重要保障。通過多層次預(yù)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火裝置和聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，能夠快速響應(yīng)火災(zāi)威脅并自動(dòng)啟動(dòng)滅火程序。必要時(shí)，還可將告警上報(bào)給相關(guān)管理部門，專業(yè)的消防團(tuán)隊(duì)和應(yīng)急響應(yīng)隊(duì)伍使用煙感、可燃?xì)怏w檢測(cè)等火災(zāi)識(shí)別技術(shù)

我國工商業(yè)儲(chǔ)能項(xiàng)目蓬勃發(fā)展，新增裝機(jī)規(guī)模達(dá)6.9GW/15.3GWh，首次突破6GW功率和15GWh能量。電化學(xué)儲(chǔ)能因高效率、快速響應(yīng)和短周期等優(yōu)勢(shì)，成為近年最快發(fā)展的領(lǐng)域。

然而，盡管儲(chǔ)能建設(shè)蓬勃發(fā)展，但儲(chǔ)能安全事故屢屢發(fā)生。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2012-2022年間全球共發(fā)生數(shù)十起儲(chǔ)能電站安全事件。其中，2021年4月在北京豐臺(tái)大紅門儲(chǔ)能電站發(fā)生的安全事故導(dǎo)致直接財(cái)產(chǎn)損失達(dá)1660萬元，并造成兩名消防員不幸喪生。

儲(chǔ)能安全問題的廣泛影響和嚴(yán)重程度不可忽視。儲(chǔ)能安全不僅對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成無法預(yù)測(cè)的傷害，還對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重阻礙，帶來技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、市場(chǎng)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)接受度風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于以儲(chǔ)能建設(shè)運(yùn)營(yíng)方為代表的各方投資者而言，在追求發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)更加關(guān)注儲(chǔ)能安全問題！各方應(yīng)共同努力，協(xié)同建設(shè)更安全的儲(chǔ)能系統(tǒng)，為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展創(chuàng)造更有利的條件。

由于儲(chǔ)能建設(shè)涉及多個(gè)相關(guān)方，因此本文將從儲(chǔ)能建設(shè)運(yùn)營(yíng)方的角度出發(fā)，探討儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全防線可以從哪些方面構(gòu)建。

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一、電池預(yù)警技術(shù)

對(duì)于電池預(yù)警的技術(shù)要求，主要包括能夠判斷電池異常狀態(tài)，并根據(jù)電池異常狀態(tài)的嚴(yán)重性進(jìn)行分級(jí)報(bào)警，同時(shí)，要減少誤報(bào)。

根據(jù)鋰離子電池燃燒爆炸過程及現(xiàn)象分析，建立了涵蓋易燃性、釋熱性、煙氣毒性的綜合評(píng)估指標(biāo)體系，系統(tǒng)反映電池火災(zāi)造成的可能安全風(fēng)險(xiǎn)，制定了電池危險(xiǎn)等級(jí)分級(jí)表，進(jìn)行以溫感、煙感和火感相結(jié)合的火災(zāi)報(bào)警策略。

磷酸鐵鋰電池發(fā)生火災(zāi)時(shí)可分為早期階段、可見煙階段、火焰階段和高熱階段。溫控失效情況通常持續(xù)一段時(shí)間后，電池模組達(dá)到一定溫度，才會(huì)發(fā)生電池冒煙現(xiàn)象，中間間隔溫升累積時(shí)間較長(zhǎng)（數(shù)小時(shí)、半天或更長(zhǎng)）。儲(chǔ)能電站多采用少人運(yùn)維、無人運(yùn)維運(yùn)行方式，對(duì)儲(chǔ)能電池異常狀態(tài)難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。為此，在儲(chǔ)能電站安全設(shè)計(jì)中加入儲(chǔ)能電池?zé)崾Э仡A(yù)警模塊，可有效提升少人、無人值守儲(chǔ)能電站的安全性。熱失控預(yù)警模塊通過傳感器將電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的電壓、電流、溫度等參考量逐步上傳，并通過上級(jí)管理單元進(jìn)行匯總、評(píng)估和仲裁；針對(duì)磷酸鐵鋰電池的燃燒屬性，采取氣體傳感器檢測(cè)可燃?xì)怏w（氫氣、甲烷、一氧化碳等）、煙霧等參數(shù)，在事故可見煙階段進(jìn)行預(yù)防檢測(cè)。當(dāng)電池溫度超過溫度閾值，或者檢測(cè)到可燃性氣體、煙氣時(shí)，上級(jí)管理單元將通過電池能量管理系統(tǒng)發(fā)出指令使系統(tǒng)停機(jī)，杜絕熱失控發(fā)生

二、電池安全防護(hù)技術(shù)

對(duì)于電池安全防護(hù)的技術(shù)要求，主要包括抑制故障電池對(duì)被動(dòng)電池的熱沖擊，并引導(dǎo)電池燃燒爆炸釋放能量快速排出，降低電池燃燒爆炸對(duì)模塊機(jī)械結(jié)構(gòu)的物理沖擊。

采用阻燃隔熱材料，以EPDM為主體,加入功能添加劑，提高隔熱性能?；诖烁魺岵牧?，進(jìn)行了電池組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因?yàn)榧尤胱枞几魺岵牧希瑫?huì)對(duì)電池組的散熱造成影響。因此，如何平衡隔熱和散熱之間的關(guān)系是非常重要的。

三、電池消防安全技術(shù)

對(duì)于電池消防安全技術(shù)主要是要開發(fā)電池火災(zāi)專用滅火技術(shù)，要研發(fā)具備良好吸熱特性和絕緣性能的電池火災(zāi)專用滅火介質(zhì)，開發(fā)與電池火災(zāi)特性匹配的滅火技術(shù)，滅火技術(shù)必須具有良好的滅火效果，快速滅火，長(zhǎng)時(shí)間（24h）抑制復(fù)燃，減少對(duì)其它未起火電池和電氣設(shè)備的損害，減少經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)，滅火劑要成本低，無二次污染，環(huán)境友好。

目前所采用的滅火技術(shù)主要是針對(duì)電池火災(zāi)發(fā)生初期撲滅火災(zāi)的措施。如果火災(zāi)擴(kuò)大到大規(guī)模爆炸燃燒時(shí)，必須及時(shí)采取外部消防措施，因此，儲(chǔ)能電站及儲(chǔ)能集裝箱應(yīng)該設(shè)計(jì)預(yù)留外部消防進(jìn)水通道。

在儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行期間，如果系統(tǒng)的熱管理失效或發(fā)生其他無法自主修復(fù)的嚴(yán)重故障，PCS停機(jī)是最后的應(yīng)對(duì)措施。PCS停機(jī)后，需要進(jìn)行人工排查與修復(fù)，這是阻止明火爆炸的最后一道防線。為了確保PCS停機(jī)命令的可靠執(zhí)行，需要進(jìn)行多重冗余設(shè)計(jì)。例如，可以采用EMS通信命令、BMS干接點(diǎn)動(dòng)作、總直流斷路器直接脫扣等方式來下達(dá)停機(jī)命令，以最大程度地保證命令的執(zhí)行可靠性，從而保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

合理設(shè)計(jì)多級(jí)消防聯(lián)動(dòng)方案是儲(chǔ)能電站安全的重要保障。通過多層次預(yù)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火裝置和聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，能夠快速響應(yīng)火災(zāi)威脅并自動(dòng)啟動(dòng)滅火程序。必要時(shí)，還可將告警上報(bào)給相關(guān)管理部門，專業(yè)的消防團(tuán)隊(duì)和應(yīng)急響應(yīng)隊(duì)伍使用煙感、可燃?xì)怏w檢測(cè)等火災(zāi)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行干預(yù)，同時(shí)采用隔離設(shè)計(jì)和自啟動(dòng)消防設(shè)施來阻止火勢(shì)的擴(kuò)散。另外，為了應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的事故或異常情況，相關(guān)建設(shè)方需要加強(qiáng)維護(hù)巡檢工作，并制定詳細(xì)的日常巡檢清單和應(yīng)急處置流程。一旦發(fā)生儲(chǔ)能設(shè)備事故或異常告警，業(yè)務(wù)運(yùn)維人員應(yīng)及時(shí)上報(bào)給主管，并采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

（1）儲(chǔ)能設(shè)備的安全巡檢是確保其正常運(yùn)行和安全性能的重要環(huán)節(jié)。通過對(duì)電池監(jiān)測(cè)、冷卻系統(tǒng)、電氣設(shè)備、消防系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防護(hù)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和消防設(shè)備等一系列設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行定期巡檢，可以及時(shí)處理儲(chǔ)能設(shè)備的異常情況。同時(shí)，巡檢工作的記錄可以為后續(xù)的運(yùn)維工作提供參考和數(shù)據(jù)支持，有助于優(yōu)化設(shè)備的維護(hù)和管理策略。當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的健康狀態(tài)較差時(shí)，應(yīng)主動(dòng)申請(qǐng)人工維護(hù)，以確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的健康運(yùn)營(yíng)。

（2）應(yīng)急處置通過制定詳細(xì)的應(yīng)急處置流程和角色分工，可以在儲(chǔ)能設(shè)備發(fā)生事故或異常情況時(shí)快速、有效地采取應(yīng)對(duì)措施，最大限度地減少安全風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備損害，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，記錄和總結(jié)應(yīng)急處置過程也有助于后續(xù)事故分析和完善預(yù)防措施。

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