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風機“偽”防爆?99%儲能業(yè)主不知道的安全隱患
日期:2023-10-31   [復制鏈接]
責任編輯:sy_huamengqi 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
安全是萬億級儲能規(guī)?;l(fā)展的基礎。

近期,多起儲能系統(tǒng)起火及爆炸事故的發(fā)生,從澳大利亞昆士蘭州50MW/100MWh儲能項目火災,到法國經(jīng)濟損失高達百萬歐元的養(yǎng)雞場光伏儲能裝置爆炸,引發(fā)了行業(yè)熱議。

2017年至今,全球電化學儲能電站已發(fā)生超過80起安全事故,其中部分事故燃燒時間長,儲能火災消防救援難度大。如國內(nèi)影響較大的北京“大紅門”儲能電站起火爆炸事故,造成了1名值班電工遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷,直接財產(chǎn)損失達1660.81萬元。

頻頻發(fā)生的起火及爆炸事故背后,反映的正是儲能產(chǎn)業(yè)日益劇增的安全風險,也再次為行業(yè)敲響了警鐘。

儲能產(chǎn)業(yè)燃爆風險飆升

全球儲能電站火災事故中,60%以上采用的是三元電池。三元鋰電池在內(nèi)部溫度超過200℃左右的破損自燃點時,正極材料會分解并釋放氧氣,在高溫下大量電解液會汽化并破壞電池殼體,在短短幾秒鐘的時間內(nèi)產(chǎn)生劇烈的爆燃,且一直持續(xù)到能量釋放完畢。

磷酸鐵鋰電池自燃點約500℃,相較于三元電池不易自燃。但磷酸鐵鋰電池小電芯熱失控最高溫度在400~500°C,大電芯熱失控最高溫度卻高達700~900°C,大容量電池熱失控時內(nèi)部溫度超過磷酸鐵鋰正極材料分解溫度。大容量磷酸鐵鋰電池正極材料分解將產(chǎn)生大量可燃電解液蒸汽(含氫氣等,不含氧氣),隨著SOC增加,氫氣濃度增加,可達50%以上(氫氣的爆炸極限是4%~75.6%),爆炸風險更高,不過燃燒劇烈程度較三元電池更低。

中國科學院院士歐陽明高也曾指出,針對320Ah LFP電池單體的側向加熱實驗顯示,電池內(nèi)部溫度超過823.5°C時,超過磷酸鐵鋰正極分解溫度,將產(chǎn)生大量可燃電解液蒸汽。在大容量電池中,磷酸鐵鋰電池的燃爆指數(shù)是三元電池的兩倍,一旦遇到火花更為危險。

當前,儲能行業(yè)正在向高容量方向發(fā)展。儲能電芯容量已發(fā)展到主流的280Ah,并繼續(xù)朝300Ah+方向發(fā)展;儲能系統(tǒng)容量發(fā)展到主流的20尺3.72MWh產(chǎn)品,并向20尺5MWh+液冷系統(tǒng)方向發(fā)展; 儲能電站容量逐步向百MW級甚至GW級大型儲能電站發(fā)展。

高容量發(fā)展趨勢下,儲能產(chǎn)業(yè)的燃爆風險也顯著提高,這促使儲能產(chǎn)業(yè)對水消防、氣體消防、早期預警檢測和排氣設計等消防設計提出了更高的要求,對相關部件的防爆要求也將趨向于更加嚴格。

儲能通風裝置安全隱患及使用痛點

眾所周知,儲能系統(tǒng)內(nèi)部電芯熱失控之后會產(chǎn)生大量的H?、CH?、C?H?、CO等易燃易爆氣體,并可能由于可燃氣體不能及時排出而引發(fā)爆炸。

因此,儲能集裝箱的通風系統(tǒng)就顯得格外重要。電池單體一般通過排氣閥排出氣體,模組階段一般使用外部風扇或外殼自身散熱設計來避免可燃氣體聚集,在最后的集裝箱層面也需要有通風設施及監(jiān)測系統(tǒng)來疏散可燃氣體。

市場主流的儲能消防系統(tǒng)中,一般每個20尺儲能柜會配置一進一出2個風機,每個40尺或45尺儲能柜會配置3~4個防爆風機、進風口、電動百葉等。

在電池熱失控發(fā)生后,通風系統(tǒng)需疏散大量易燃易爆氣體,實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的排風泄壓,以減少熱失控擴散帶來的損失。作為儲能系統(tǒng)的“保險絲”,其本身也必須滿足防爆要求。

目前已有多項儲能行業(yè)相關標準明確提出了對儲能系統(tǒng)中通風裝置的防爆要求。

7月1日起實施的《電化學儲能電站安全規(guī)程》(國家標準GB/T 42288-2022)中第5.7.1條明確規(guī)定“電池室/艙應裝設環(huán)境溫度控制系統(tǒng)、防爆型通風裝置,電池室/艙外應設置排風開關。”

2022年6月,住建部發(fā)布的《電化學儲能電站設計標準(征求意見稿)》中也提到了對電池室通風系統(tǒng)的要求,包括“通風空調系統(tǒng)采用防爆型設備”、“當電池室自動滅火系統(tǒng)啟動時,應聯(lián)動關閉通風系統(tǒng)”等。

《電化學儲能電站設計標準(征求意見稿)》(節(jié)選)

不過在實際應用過程中,目前市場主流的防爆通風裝置仍然存在部分安全隱患及使用痛點。

安全隱患在于:

1.目前防爆通風裝置僅電機防爆,百葉窗驅行機構(電動推桿)無法在易燃易爆氣體環(huán)境下使用;

2.電動推桿隨時有外泄火花風險;

3.驅動機構失電后無法正常驅動通風裝置開/關。

使用痛點在于:

1. 間接驅動增大機械誤差,無法關嚴的情況頻繁發(fā)生,且沒有反饋信號并入消防主機控制系統(tǒng),這會導致外界水汽、灰塵等滲入系統(tǒng)內(nèi)部;

2. 部分-40°C的地區(qū)無法使用;

3.滅火氣體噴出時無法自鎖,導致滅火氣體、滅火劑使用效率低,如有明火出現(xiàn),還會有火勢蔓延的風險。

使用電動推桿的儲能風機

在《電化學儲能電站安全規(guī)程》中只要求是“防爆型通風裝置”,并未具體說明防爆型的通風裝置內(nèi)部各部件應該達到的防爆等級,且是否內(nèi)部每個部件都應該防爆,因此上述配置電動推桿的防爆風機也能順利通過驗收。

事實上,99%的國內(nèi)業(yè)主并不知道,很多設備廠家打了個擦邊球,在風機內(nèi)部配置了不滿足氣體環(huán)境防爆要求的電動推桿來控制百葉窗閥、風閥或者風門擋板的開關,“保險絲”反而成了“引火線”。

與之形成對比的是,部分儲能系統(tǒng)集成商在做國外項目時,會選擇防爆執(zhí)行器來代替電動推桿。因為國外業(yè)主要么根據(jù)當?shù)胤ㄒ?guī),尤其是北美地區(qū)的很多法規(guī)由消防單位制定,對防火防爆的要求比較高,要么自身具有這方面的防爆知識儲備,對此會有一些硬性要求。

儲能風閥驅動防爆要求或可參考石化行業(yè)

在可燃性氣體環(huán)境中,針對儲能風閥驅動部分的防爆要求或許可以參考石化行業(yè)。

一開始,在初期階段的石化、制藥建筑行業(yè)也有很多爆炸風險,大家也像今天的儲能產(chǎn)業(yè)一樣打擦邊球,在風閥上使用推桿驅動,但爆炸次數(shù)太多了,因此制藥、石化等領域漸漸完善了相關法規(guī)。

經(jīng)過長期的發(fā)展,在海工、石化、制藥建筑等領域,爆炸性氣體危險場所按其危險程度大小劃分為:0區(qū)、1區(qū)、2區(qū),爆炸性粉塵危險場所劃分為:20區(qū)、21區(qū)、22區(qū)。目前儲能行業(yè)大量采用的電動推桿普遍無防爆,少數(shù)產(chǎn)品滿足21區(qū)、22區(qū)防爆,這主要是因為這些電動推桿主要應用于谷倉、糧倉等粉塵環(huán)境,并不是為儲能領域而設計。

爆炸性危險場所等級劃分

根據(jù)儲能集成系統(tǒng)的特點,除明確防爆區(qū)域外,還需對防爆氣體的分類和等級有明確要求。IIC作為防爆使用場所的典型代表有氫氣、甲烷、乙烷、甲炔、乙炔等。而IIIC在國標規(guī)定中只適用于可導電性粉塵爆炸物,IIB更是不包含氫氣選項。儲能行業(yè)目前大量使用的電動推桿也普遍無防爆,少數(shù)可達到IIB級,但在氫氣環(huán)境中根本無法安全使用。

防爆氣體分類

鋰電池熱失控后將產(chǎn)生大量的H?、CH?、C?H?、CO等氣體,從爆炸性氣體危險場所以及防爆氣體分類兩個標準來看,儲能產(chǎn)業(yè)需要的風閥驅動產(chǎn)品應該同時滿足1區(qū)、2區(qū)氣體環(huán)境防爆要求,以及達到IIC級或IIB+H?級防爆。

前事不忘,后事之師。儲能行業(yè)仍處在野蠻生長階段,但最終將與石化、海工產(chǎn)業(yè)相似,在爆炸事故大量發(fā)生之后法規(guī)慢慢健全。而如果能有一些具備安全意識的儲能業(yè)主或者集成商們提前意識到這一點,并主動抓住這個機會完善自身安全體系,必將對自身的未來和儲能產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展大有裨益。

儲能行業(yè)對于防爆產(chǎn)品的要求必然趨向于更加嚴格,而被大量采用的電動推桿顯然也無法滿足儲能風閥控制部分的防爆要求。

羅托克作為流體控制及儀器公司,在石油、化工、電力等行業(yè)積淀了大量的液體、氣體及粉末流體生產(chǎn)環(huán)境防爆產(chǎn)品經(jīng)驗,也因此得以快速切入鋰電領域,并針對性地推出了儲能防爆執(zhí)行器解決方案。

羅托克MAX系列角行程執(zhí)行器,產(chǎn)品為一體防爆設計,且安全、小巧、易安裝,適用于 1,2區(qū)危險區(qū)域,滿足氣體與粉塵防爆環(huán)境中CT6等級要求,無需外部防爆箱即能達到防爆性能。

作為電動執(zhí)行器頭部企業(yè),羅托克在全球共有12家工廠,其中上海工廠設立于2006年,皆受益于羅托克嚴格的質量管控體系。羅托克現(xiàn)有防爆證書: 歐洲ATEX認證、北美CSA認證(包含UL913認證,涵蓋NEC及NFPA70防爆標準體系)、國際標準IECEx認證、UL認證、3C認證、Inmetro認證(巴西)、EAC認證(俄羅斯)、IP66等。

此外,相較于電動推桿,角行程執(zhí)行器產(chǎn)品除了滿足氣體環(huán)境防爆要求外,還有效解決了當前電動推桿產(chǎn)品關不嚴、低溫無法使用、無法復位等一系列使用痛點。

總的看來,隨著相關法規(guī)及標準體系的健全、儲能行業(yè)防爆要求的提升,以及儲能業(yè)主和集成商安全意識的提升,防爆執(zhí)行器也有望成為儲能產(chǎn)業(yè)的新選擇。

原標題:風機“偽”防爆?99%儲能業(yè)主不知道的安全隱患
 
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來源:高工儲能
 
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