目前,全球能源緊缺,新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢在必行,在新一輪能源革命的背景下,儲能作為新能源行業(yè)的新起之星,已在部分區(qū)域內(nèi)建立儲能電站,儲能電站能夠提升配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力,穩(wěn)定電網(wǎng)末端節(jié)點(diǎn)電壓水平,并可作為電網(wǎng)故障或檢修時(shí)的備用電源,在智能電網(wǎng)建設(shè)的變用電環(huán)節(jié)中發(fā)揮巨大作用。在用戶側(cè)也能在作為備用電源的同時(shí),實(shí)現(xiàn)峰谷套利的經(jīng)濟(jì)使用價(jià)值,因此儲能電站的安全性穩(wěn)定性對系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性意義重大。
01
新能源面臨新挑戰(zhàn)
安全問題不容忽視
隨著我國碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)的提出,新能源在一次能源消費(fèi)中的比重不斷提高,加速替代化石能源。習(xí)近平總書記在中央財(cái)經(jīng)委員會第九次會議 上指出:要實(shí)施可再生能源替代行動,深化電力體制改革,構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。隨著新能源成為主力能源,逐步增量替代火電,將給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。儲能由于具有選址容易、配置靈活等特點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)可再生能源消納和保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的有效手段,已經(jīng)在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)作為一種新型儲能裝備,兼具較高的功率密度和能量密度,同時(shí)具有壽命長、可靠性高及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在電 源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)都具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來,江蘇、河南、湖南、青海和福建等電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級鋰離子電池儲能電站相繼建設(shè)投運(yùn),在平抑新能源電力波動、提升清潔能源外送能力、電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和電力輔助服務(wù)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,大容量集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)成為未來發(fā)展的趨勢。
集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)是以標(biāo)準(zhǔn)集裝箱為載體,將鋰離子電池、電池管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和配電系統(tǒng)集成在集裝箱內(nèi),以實(shí)現(xiàn)高集成度、大容量和可移動的儲能裝置。鋰離子電池能量密度高,其電解液的溶劑通常為有機(jī)碳酸酯類化合物,具有閃點(diǎn)低、化學(xué)活性高和極易燃燒的特點(diǎn)。即使在集裝箱設(shè)計(jì)中考慮了防護(hù)措施,仍很難避免由于鋰電池過充電、過放電、短路和機(jī)械性破壞時(shí)所導(dǎo)致的儲能電池內(nèi)部熱失控,進(jìn)而導(dǎo)致爆炸、燃燒等連鎖反應(yīng)。由于集裝箱內(nèi)的鋰離子電池采用集成化設(shè)計(jì),當(dāng)某一組鋰電池發(fā)生熱失控后,會對周圍的電池產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱沖擊,造成熱失控蔓延,同時(shí)生成大量烷烴類可燃?xì)怏w,可能發(fā)生嚴(yán)重的火災(zāi)甚至爆炸事故。近年來,電化學(xué)儲能電站安全事故時(shí)有發(fā)生,國內(nèi)外已總計(jì)發(fā)生30多起儲能電站起火事故,造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。鋰離子電池儲能系統(tǒng)的安全問題成為制約行業(yè)快速發(fā)展的重要因素,越來越受到社會各界關(guān)注。
電力升級
安全先行
02
解決安全問題需要技術(shù)創(chuàng)新
技術(shù)升級緊跟時(shí)代需求
我國部分研究機(jī)構(gòu)近年來開展了儲能電池火災(zāi)防護(hù)技術(shù)研究、電化學(xué)儲能電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)檢測技術(shù)研究等基礎(chǔ)性課題研究。研究主要針對單體電池及電池模塊級別,對鋰離子電池儲能柜、電池簇及儲能系統(tǒng)開展的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究較少,相關(guān)安全測試方法、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚未建立健全。集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)電池簇單體數(shù)量多,電池簇并聯(lián)數(shù)量大。單體鋰離子電池一旦熱失控發(fā)生火災(zāi),燃燒溫度高,燃燒速度快,撲救難度大。不同化學(xué)體系的鋰離子電池燃燒差異性大,產(chǎn)生大量的有毒、有害煙氣,在燃燒過程中可能存在爆炸的危險(xiǎn)。鋰離子電池模組中,單體鋰離子電池?zé)崾Э匾l(fā)相鄰電池發(fā)生熱失控的多米諾效應(yīng),當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后造成劇烈燃燒,導(dǎo)致儲能系統(tǒng)整體失火或爆炸,給消防滅火救援工作帶來巨大的挑戰(zhàn)。
去年10月以來陸續(xù)實(shí)施的《電化學(xué)儲能電站安全技術(shù)要求》,其中在電池管理系統(tǒng)的安全要求中硬性規(guī)定:一個(gè)電池柜至少布置2個(gè)氣體信號采集點(diǎn),也就是說至少有兩個(gè)氣體傳感器模塊參與安全預(yù)警工作。那么作為一種儲能電池安全防護(hù)裝置及系統(tǒng),就需要通過設(shè)置于儲能電站柜體內(nèi)的氣體濃度探測器和溫度傳感器,采集電池模塊的溫度信息和所在空間的氣體濃度信息。在電池PACK層面的小空間內(nèi)快速檢測多種火災(zāi)信息,通過多信息對鋰電池的熱失控狀態(tài)進(jìn)行判斷,并自動釋放滅火藥劑進(jìn)行滅火。
現(xiàn)有技術(shù)中儲能行業(yè)消防方案多采用柜式七氟丙烷滅火裝置,對儲能系統(tǒng)所處空間進(jìn)行淹沒式氣體滅火,而對于鋰電池?zé)崾Э乇O(jiān)測預(yù)警,目前主流技術(shù)手段僅僅采用煙霧傳感器采集異常信息,對于其他的鋰電池?zé)崾Э氐碾[患不能第一時(shí)間檢測到故障,造成火勢蔓延形成重大事故。加裝了氣體檢測模塊的方案提供一種儲能電池安全防護(hù)預(yù)警裝置及系統(tǒng)方案,能夠精準(zhǔn)的檢測鋰電池的熱失控信息,提高了安全防護(hù)效率。
03
提高安全預(yù)警基線
助力儲能安全的標(biāo)準(zhǔn)線
這種儲能電池安全防護(hù)裝置方案,包括以下單元:
儲能電池預(yù)警模塊單元
氣體檢測模塊,設(shè)置于柜體內(nèi),用于探測所述柜體內(nèi)的氣體濃度信息;
溫度傳感器,設(shè)置于電池柜體內(nèi),用于探測柜體內(nèi)的所述電池模塊的溫度信息;
控制模塊,與氣體檢測模塊和溫度傳感器電連接,用于根據(jù)氣體濃度信息及溫度信息生成滅火指令;
容納滅火藥劑的滅火裝置,與柜體連通,且與控制模塊連接,用于根據(jù)所述滅火指令向所述柜體釋放所述滅火藥劑。
配合智能管理平臺,與儲能電池安全防護(hù)裝置連接,用于采集并顯示所述儲能電池安全防護(hù)裝置的設(shè)備信息,并根據(jù)設(shè)備信息對儲能電池安全防護(hù)裝置進(jìn)行集中調(diào)度(設(shè)備信息包括:滅火設(shè)備信息、環(huán)境和火災(zāi)信息、電池狀態(tài)信息和位置信息)。
在電池PACK層面的小空間內(nèi)快速檢測多種火災(zāi)信息,通過多信息對鋰電池的熱失控狀態(tài)進(jìn)行判斷,并自動釋放滅火藥劑進(jìn)行滅火。消防安全問題是影響儲能行業(yè)發(fā)展的最重要因素,鋰離子電池儲能系統(tǒng)的安全性是個(gè)復(fù)雜的綜合性問題。需要針對集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)消防滅火的特點(diǎn)和技術(shù)需求,從消防安全標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、新型消防技術(shù)及裝置研發(fā)和火災(zāi)早期探測預(yù)警裝置研發(fā)等方面開展系統(tǒng)研究。建立系統(tǒng)、科學(xué)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系及測試規(guī)范,開發(fā)有針對性的鋰離子電池儲能系統(tǒng)消防預(yù)警滅火技術(shù)。提升集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)的安全性,促進(jìn)集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)在新型電力系統(tǒng)中的規(guī)?;瘧?yīng)用。
原標(biāo)題: 結(jié)合氣體傳感器和溫度傳感器,打造儲能電池安全消防預(yù)警裝置及系統(tǒng)方案