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火灾、爆破警示录:电化学储能安全怎么看护?

发布时间: 2022-09-26 00:24:18 来源:环球体育直播
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  9月20日,坐落美国加州蒙特利县的埃尔克霍恩变电站发生火灾,火灾由特斯拉的储能体系Megapack起火所造成的。据了解,现在火灾现已得到操控,但起火的详细原因尚不清晰。

  在不到一年两个月的时刻里,特斯拉的储能体系Megapack现已诱发了两起火灾。2021年7月30日,澳大利亚维多利亚州的维多利亚储能电站中,Megapack体系着火,其时该体系还在测验中。

  Megapack是特斯拉于2019年7月发布的大容量锂离子电池储能体系。依据公司网站介绍,体系每个单元可以贮存超越3 MWh的能量。Megapack储能体系中最早运用的电池是三元锂电池,2021年5月,特斯拉将Megapack中的一部分电池改为磷酸铁锂电池,以下降生产成本,进步安全性,并缓解三元锂电池中镍的供给严重的情况。

  依据特斯拉公司最新介绍,在经过改善后,现在Megapack体系每个单元的储能容量为3.9MWh,额定功率为1.9MW。

  据autoevoltuion网站介绍,加州埃尔克霍恩储能电站由美国太平洋天然气和电力公司(PG&E)办理。太平洋天然气和电力公司本年4月启用了特斯拉Megapack储能体系,在埃尔克霍恩电站中,Megapack储能体系的总容量为182.5兆瓦。

  特斯拉公司在官方网站上介绍,Megapack储能体系可以为电网牢靠而安全地贮存能量,每个电池模块都独自配有逆变器,以进步功率和添加安全性。经过云软件渠道的更新,Megapack的功用会跟着时刻的推移得到不断优化。Megapack体系经过广泛的防火测验,包含集成体系的安全测验,选用了专门的监控软件,可以进行一周七天、每天24小时监控支撑。

  在前不久于杭州举行的第十二届我国世界储能大会中,据欧盟科学院院士、我国科技大学教授孙金华介绍,到现在,全球一共发生了60多起电化学储能火灾事端,大部分储能电池运用的是三元锂电池,事端发生时段首要在设备调试阶段和充放电后的休止中。

  在此次大会中,福建星云电子股份有限公司总裁助理刘震等多位业内人士向汹涌新闻记者表明,电化学储能的安满是一个体系性问题。导致电化学储能电站起火的原因许多,包含电池、电气设备自身的质量问题,也包含体系保护措施规划的不齐备,PCS(双向储能变流器)和BMS(电池办理体系)以及EMS(能量办理体系)等体系之间的操控及保护功用协调性差等,施工过程中呈现的质量问题、运转和保护办理不妥等均也是储能电站起火的原因。

  不过,尽管储能电站起火的原因许多,但电池自身的热失控,以及电池模块和体系的热失控分散,是职业现在重视的焦点。

  特斯拉上一年7月澳大利亚的火灾事端调查报告显现,Megapack储能体系的冷却体系内走漏导致电池短路,并引发电子元件起火,而部分过热造成了电池热失控,热失控延伸,从而导致火灾。

  一般而言,电化学电池以不行操控的办法经过自加热升高其温度的事端被称为热失控。孙金华在大会发言中说,“以锂离子电池为例,电池的金属氧化物正极具有氧化性,而电池的电解液、隔阂等是可燃资料,具有复原性。氧化性和复原性物质组成在一起,在必定情况下就会发生氧化复原反响。”

  孙金华介绍说,“电池热失控的初始力气首要来自于电池充放电循环的热量堆集,假如热量不能及时导出,就会使体系的温度升高,诱发初始反响即电池负极外表的SEI膜分化,继而会诱发主控反响,即隔阂发生许多焦耳热后导致的系列反响,包含电解液的分化、电解液与正极的反响等。”

  据了解,电池热失控一般的原因有内因和外因,内因包含电池老化,例如极化导致内阻增大,锂金属堆积刺穿隔阂,内部杂质刺穿隔阂;外因包含意外事端引发电池机械结构损害,电池部分受热、电池过充过放、过压、外短路等。

  而在电池模组中,电池单体发生热失控后,触发与其相邻或其它部位的电池单体发生热失控,便是热失控分散。热失控分散或许经过能量传导,例如热能传导、电能传导、以及机械能传导,也可以经过喷出物起火加快热失控分散。热量进一步堆集,便或许导致火灾、气体开释和爆破。

  依据孙金华及其团队的研讨,当电池与电池的距离不同,某一热失控的电池向下一个电池传递热量的主控机制是热辐射传导、热能传导仍是热电流传导也不同。其发现,当电池距离大于某一数值,电池之间的热失控的传导就会从热能传导主控转为热辐射传导主控。

  不过,就现在的电池热失控机理而言,研讨也还存在盲点。孙金华坦言,“现在单体电池、电池模组的火灾特性,已有的研讨比较翔实,但电池簇(由电池模组进一步组成)的火灾特性以及火延伸特性这一块,不管世界仍是国内的研讨都还归于空白。别的,对储能电站的预制舱内热失控气体发生今后的运送规则的研讨也还不透彻。这都是未来需求持续探究的范畴。”

  比较于机械储能、储氢、储热等其它储能技能,电化学储能又有着显着的优势。据中信证券新能源轿车剖析师汪浩介绍,电化学储能的优势包含体系规划大,呼应速度快,在毫秒时刻尺度内可以完成规则规模内的电能输入和输出。此外,电化学储能可以精确操控,可以在可调规模的任何功率点安稳输出。此外,其还具有双向调理才能,充电时为用电负荷,放电时为发电电源。

  怎么确保安全与安稳,是开展电化学储能亟需处理的重大问题。记者从多位业内人士处了解到,未来电化学储能电站的安全办理应掩盖全生命周期,构建本体安全、自动安全、消防防护三重防地。

  首要,电池安满是电化学储能的本体安全。孙金华说,要从电池资料和结构自身来防备电池热失控,电解液、隔阂、正极资料的改善很重要。电解液方面,要研发问燃和不燃的电解液,例如固态电解液,一起确保电解液的电化学功用跟原位电解液根本共同。正极资料方面,因为正极资料分化会发生许多氧气,与电解液反响,因此需求对正极资料掺杂资料或许进行包裹处理,进步金属氧化物的安稳性。隔阂方面,现在电池隔阂熔化温度在120-140摄氏度之间,隔阂一旦熔化电池瞬间会构成内短路,因此要开展耐高温的隔阂,例如有机隔阂和无机陶瓷隔阂。

  此外,进步电池的共同性,选用安全高效的热办理体系,按捺电池的温升,嵌入泡沫金属、包覆相变资料完成电池被迫式冷却等也是未来进步电池使用安全性的要点。

  其次是以监控和防备为主的自动安全。我国化学与物理电源职业协会发布的《2022年我国储能工业立异开展白皮书》(以下简称“白皮书”)中指出,在储能电站的自动安全方面,应该根据数字化技能进步监控、运维水平,实时监控全体电站的硬件状况,在反常毛病时做到实时告诉,进步毛病诊断的精确率和自动化处理功率,做好体系安全状况的前期预警,避免电池从呈现毛病开展到热失控的状况。

  在这方面,电池办理体系(BMS)应该发挥出重要的作用。《白皮书》指出,电池办理体系(BMS)对电池组施行数据监测和毛病诊断,进行动态办理。跟动力电池的BMS比较,储能电池BMS在硬件逻辑结构、通信协议、办理体系参数等方面存在差异,其对呼应速度、数据处理才能、均衡办理才能提出了更高的要求。

  在大会中,据杭州高特电子设备股份有限公司总经理徐剑虹介绍,现有储能电池BMS技能上普遍存在的三大问题是,“首要,BMS尽管现已在监测电池的温度和电压,测不到、测禁绝的问题普遍存在。例如,电池温度监测点一般放置在汇流排上,而汇流排是杰出的热导体,也便是说,电芯假如发生温度改变,热量部分被耗散,导致温度监测禁绝。”徐剑虹说。

  因为收集的电压和温度都是电芯外部的参数,无法获取电池内部的实在温度,因此无法精确核算电池的实在状况,如电池容量、衰减率等,徐剑虹说,“电动轿车以及储能电站的焚烧爆破事端,其实都可以经过预先获悉电池内部的温度,而提早判别电池热失控完成保护,可是因为温度采样的延时和温度梯度的影响,使得在热失控现已发生后体系才给出正告和保护,为时已晚。”

  此外,现有的储能电池办理体系需求经过采样点、线束收集电压、温度等参数,许多的采样点、线束,以及线束连接的接插件,将发生许多毛病危险。当线束老化、破损或遭到揉捏,也简略发生漏电等问题。

  别的,对电池办理体系而言,其完成均衡办理的才能很重要,均衡的意图是使的电池组可放容量最大化,现在储能电池办理体系通用的均衡技能为被迫均衡,即对整个电池组内电压或容量高的电池,经过可操控的并联电阻放掉一部分能量。该办法简略,成本低,但耗费电池电能,均衡作用较差,无法均衡功用落后的电池。

  对此,不少业内人士主张,未来储能电池办理体系需求进步对温度和安全参数检测的精准度,予以及时呼应,以完成高效、牢靠的安全状况剖析和预警功用,并供给自动均衡办理和体系安全保护措施,无线电池办理体系也应提上议程。

  在此次储能大会中,许多消防业内人士供认,电化学储能电站的火灾一旦延伸,救活实践十分困难。据我国电建集团华东勘察规划研讨院有限公司副总工程师斯林军介绍,现有的救活剂包含水、全氟己酮、七氟丙烷、二氧化碳、气溶胶等,都无法从根本上中止电池内部连锁分化反响。其间,气体救活剂首要平息明火,减低失控电池外表温度,供给更多的反响时刻;水基型救活剂冷却降温作用最好。从救活实践来看,关于储能电站的火灾,最终的手法便是洪流漫灌。

  关于储能电站的消防安全保护,斯林军则从消防规划、防排烟规划、电池室安置、PCS室安置、暖通规划等方面给出了主张。

  首要,储能电站应该装备火灾报警体系、气体救活体系和二次喷淋冷却体系。其间,报警体系应该设置完善的可燃气体探测器,经过烟感、温感、消防报警信号与BMS温度信号联合判别电池热失控。而电池区域应该按标准设置气体救活体系,并与火灾报警体系连锁,一个独立的电池区域作为一个防护区。因电池室着火后,人员难以接近,主张每个电池区域上方设置雨淋喷头,手动接入外部电源。

  其次,储能电站的通风体系应该能约束可燃气体在最低爆破极限的25%以下。电池室有必要设置灾后机械通风体系,选用防爆风机,可燃气体探测体系应与通风体系联动,防备热失控过程中特别是明火灭后发生的气体积累导致的爆破。

  再次,在进行电池室的安置时,电池柜基座应该预埋槽钢,找平、焊接、牢靠接地。电池柜正面应预留满足的保护通道,主张在1200MM以上。电池柜背靠背安置或靠墙安置时,应预留200MM以上的散热空间。为避免事端扩大化,主张电池室电缆应上出线和桥架办法。



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