火灾、爆炸警示录:电化学储能安全如何守护?

2022-10-04 04:16:00
jkadmin
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9月20日,位于美邦加州蒙特利县的埃尔克霍恩变电站发作火警,火警由特斯拉的储能体例Megapack起火所致。据解析,目前火警曾经获得负责,但起火的详细情由尚不昭彰。

正在不到一年两个月的时期里,特斯拉的储能体例Megapack曾经诱发了两起火警。2021年7月30日,澳大利亚维众利亚州的维众利亚储能电站中,Megapack体例着火,当时该体例还正在测试中。

Megapack是特斯拉于2019年7月宣告的大容量锂离子电池储能体例。遵循公司网站先容,体例每个单位能够积聚赶上3 MWh的能量。Megapack储能体例中最早利用的电池是三元锂电池,2021年5月,特斯拉将Megapack中的一部门电池改为磷酸铁锂电池,以低落出产本钱,降低安好性,并缓解三元锂电池中镍的供应危机的情景。

遵循特斯拉公司最新先容,正在颠末矫正后,目前Megapack体例每个单位的储能容量为3.9MWh,额定功率为1.9MW。

据autoevoltuion网站先容,加州埃尔克霍恩储能电站由美邦平和洋自然气和电力公司(PG&E)执掌。平和洋自然气和电力公司本年4月启用了特斯拉Megapack储能体例,正在埃尔克霍恩电站中,Megapack储能体例的总容量为182.5兆瓦。

特斯拉公司正在官方网站上先容,Megapack储能体例可能为电网牢靠而安好地积聚能量,每个电池模块都零丁配有逆变器,以降低效能和加添安好性。通过云软件平台的更新,Megapack的本能会跟着时期的推移获得连续优化。Megapack体例颠末普通的防火测试,席卷集成体例的安好测试,采用了特意的监控软件,可能举行一周七天、每天24小时监控支撑。

正在前不久于杭州举办的第十二届中邦邦际储能大会中,据欧盟科学院院士、中邦科技大学教练孙金华先容,截至目前,环球总共发作了60众起电化学储能火警事情,大部门储能电池利用的是三元锂电池,事情发作时段重要正在开发调试阶段和充放电后的歇止中。

正在此次大会中,福修星云电子股份有限公司总裁助理刘震等众位业内人士向彭湃音讯记者流露,电化学储能的安好是一个别例性题目。导致电化学储能电站起火的情由良众,席卷电池、电气开发自身的质料题目,也席卷体例护卫法子打算的不周备,PCS(双向储能变流器)和BMS(电池执掌体例)以及EMS(能量执掌体例)等体例之间的负责及护卫成效妥协性差等,施工经过中闪现的质料题目、运转和保卫执掌不妥等均也是储能电站起火的情由。

但是,即使储能电站起火的情由浩瀚,但电池自身的热失控,以及电池模块和体例的热失控扩散,是行业目前闭切的主题。

特斯拉旧年7月澳大利亚的火警事情考察告诉显示,Megapack储能体例的冷却体例内流露导致电池短途,并激励电子元件起火,而局限过热酿成了电池热失控,热失控伸张,进而导致火警。

广泛而言,电化学电池以不成负责的格式通过自加热升高其温度的事情被称为热失控。孙金华正在大会谈话中说,“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、隔阂等是可燃质料,具有还原性。氧化性和还原性物质构成正在沿途,正在必定情状下就会发作氧化还原反映。”

孙金华先容说,“电池热失控的初始力气重要来自于电池充放电轮回的热量堆集,倘使热量不行实时导出,就会使体例的温度升高,诱发初始反映即电池负极外外的SEI膜理解,继而会诱发主控反映,即隔阂发生多量焦耳热后导致的系列反映,席卷电解液的理解、电解液与正极的反映等。”

据解析,电池热失控平常的情由有内因和外因,内因席卷电池老化,比方极化导致内阻增大,锂金属浸积刺穿隔阂,内部杂质刺穿隔阂;外因席卷无意事情激励电池板滞机闭毁伤,电池局限受热、电池过充过放、过压、外短途等。

而正在电池模组中,电池单体发作热失控后,触发与其相邻或其它部位的电池单体发作热失控,即是热失控扩散。热失控扩散也许通过能量传导,比方热能传导、电能传导、以及板滞能传导,也能够通过喷出物起火加快热失控扩散。热量进一步堆集,便也许导致火警、气体开释和爆炸。

遵循孙金华及其团队的考虑,当电池与电池的间距区别,某一热失控的电池向下一个电池通报热量的主控机制是热辐射传导、热能传导仍是热电宣扬导也区别。其涌现,当电池间距大于某一数值,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。

但是,就目前的电池热失控机理而言,考虑也还存正在盲点。孙金华坦言,“目前单体电池、电池模组的火警特点,已有的考虑斗劲注意,但电池簇(由电池模组进一步构成)的火警特点以及火伸张特点这一块,无论邦际仍是邦内的考虑都还属于空缺。别的,对储能电站的预制舱内热失控气体发生此后的运输法则的考虑也还不透彻。这都是异日须要延续寻觅的规模。”

比拟于板滞储能、储氢、储热等其它储能时间,电化学储能又有着显明的上风。据中信证券新能源汽车说明师汪浩先容,电化学储能的上风席卷体例范围大,反响速率速,正在毫秒时期标准内可能完毕轨则范畴内的电能输入和输出。其它,电化学储能可能切确负责,可能正在可调范畴的任何功率点宁静输出。其它,其还具有双向调动才气,充电时为用电负荷,放电时为发电电源。

怎样保险安好与宁静,是进展电化学储能亟需管理的宏大题目。记者从众位业内人士处解析到,异日电化学储能电站的安好执掌应遮盖全人命周期,构修本体安好、主动安好、消防防御三重防地。

最先,电池安好是电化学储能的本体安好。孙金华说,要从电池质料和机闭自身来提防电池热失控,电解液、隔阂、正极质料的矫正很主要。电解液方面,要研起事燃和不燃的电解液,比方固态电解液,同时保障电解液的电化学本能跟原位电解液根基相同。正极质料方面,因为正极质料理解会发作多量氧气,与电解液反映,以是须要对正极质料掺杂质料或者举行包裹治理,擢升金属氧化物的宁静性。隔阂方面,目前电池隔阂熔化温度正在120-140摄氏度之间,隔阂一朝熔化电池刹那会酿成内短途,以是要进展耐高温的隔阂,比方有机隔阂和无机陶瓷隔阂。

其它,降低电池的相同性,选用安好高效的热执掌体例,欺压电池的温升,嵌入泡沫金属、包覆相变质料完毕电池被动式冷却等也是异日降低电池使用安好性的中心。

其次是以监控和提防为主的主动安好。中邦化学与物理电源行业协会宣告的《2022年中邦储能财产改进进展白皮书》(以下简称“白皮书”)中指出,正在储能电站的主动安好方面,应当基于数字化时间降低监控、运维程度,及时监控整个电站的硬件状况,正在分外窒碍时做到及时告诉,降低窒碍诊断的无误率和自愿化治理效能,做好体例安好状况的早期预警,避免电池从闪现窒碍进展到热失控的状况。

正在这方面,电池执掌体例(BMS)应当外现出主要的影响。《白皮书》指出,电池执掌体例(BMS)对电池组施行数据监测和窒碍诊断,进动作态执掌。跟动力电池的BMS比拟,储能电池BMS正在硬件逻辑机闭、通讯和议、执掌体例参数等方面存正在差别,其对反响速率、数据治理才气、平衡执掌才气提出了更高的请求。

正在大会中,据杭州高特电子开发股份有限公司总司理徐剑虹先容,现有储能电池BMS时间上众数存正在的三大题目是,“最先,BMS固然曾经正在监测电池的温度和电压,测不到、测禁止的题目众数存正在。比方,电池温度监测点平常安排正在汇流排上,而汇流排是杰出的热导体,也即是说,电芯倘使发作温度转移,热量部门被耗散,导致温度监测禁止。”徐剑虹说。

因为搜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可靠温度,因此无法无误阴谋电池的可靠状况,如电池容量、衰减率等,徐剑虹说,“电动汽车以及储能电站的燃烧爆炸事情,原本都能够通过预先获知电池内部的温度,而提前推断电池热失控完毕护卫,可是因为温度采样的延时和温度梯度的影响,使得正在热失控曾经发作后体例才给出警惕和护卫,为时已晚。”

其它,现有的储能电池执掌体例须要通过采样点、线束搜集电压、温度等参数,多量的采样点、线束,以及线束连续的接插件,将发生良众窒碍隐患。当线束老化、破损或受到挤压,也容易发生走电等题目。

别的,对电池执掌体例而言,其完毕平衡执掌的才气很主要,平衡的主意是使的电池组可放容量最大化,目前储能电池执掌体例通用的平衡时间为被动平衡,即对全豹电池组内电压或容量高的电池,通过可负责的并联电阻放掉一部门能量。该格式粗略,本钱低,但打发电池电能,平衡成绩较差,无法平衡本能落伍的电池。

对此,不少业内人士倡导,异日储能电池执掌体例须要降低对温度和安好参数检测的精准度,予以实时反响,以完毕高效、牢靠的安好状况说明和预警成效,并供应主动平衡执掌和体例安好护卫法子,无线电池执掌体例也应提上议程。

正在此次储能大会中,良众消防业内人士招认,电化学储能电站的火警一朝伸张,灭火实践异常障碍。据中邦电修集团华东勘察打算考虑院有限公司副总工程师斯林军先容,现有的灭火剂席卷水、全氟己酮、七氟丙烷、二氧化碳、气溶胶等,都无法从根蒂上结束电池内部连锁理解反映。此中,气体灭火剂重要熄灭明火,减低失控电池外外温度,供应更众的反合时间;水基型灭火剂冷却降温成绩最好。从灭火履行来看,看待储能电站的火警,结尾的方法即是洪流漫灌。

看待储能电站的消防安好保卫,斯林军则从消防打算、防排烟打算、电池室部署、PCS室部署、暖通打算等方面给出了倡导。

最先,储能电站应当装备火警报警体例、气体灭火体例和二次喷淋冷却体例。此中,报警体例应当成立完备的可燃气体探测器,通过烟感、温感、消防报警信号与BMS温度信号纠合推断电池热失控。而电池区域应当按样板成立气体灭火体例,并与火警报警体例连锁,一个独立的电池区域行为一个防护区。因电池室着火后,职员难以亲热,倡导每个电池区域上方成立雨淋喷头,手动接入外部电源。

其次,储能电站的透风体例应当能限定可燃气体正在最低爆炸极限的25%以下。电池室务必成立灾后板滞透风体例,采用防爆风机,可燃气体探测体例应与透风体例联动,提防热失控经过中极度是明火灭后发生的气体聚积导致的爆炸。