國內儲能電池的安全防護

• 陳博 2023年10月30日 來源：中研網 238 7
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合理設計多級消防聯動方案是儲能電站安全的重要保障。通過多層次預警系統(tǒng)、自動滅火裝置和聯動控制系統(tǒng)的協(xié)調配合，能夠快速響應火災威脅并自動啟動滅火程序。必要時，還可將告警上報給相關管理部門，專業(yè)的消防團隊和應急響應隊伍使用煙感、可燃氣體檢測等火災識別技術

我國工商業(yè)儲能項目蓬勃發(fā)展，新增裝機規(guī)模達6.9GW/15.3GWh，首次突破6GW功率和15GWh能量。電化學儲能因高效率、快速響應和短周期等優(yōu)勢，成為近年最快發(fā)展的領域。

然而，盡管儲能建設蓬勃發(fā)展，但儲能安全事故屢屢發(fā)生。根據不完全統(tǒng)計，2012-2022年間全球共發(fā)生數十起儲能電站安全事件。其中，2021年4月在北京豐臺大紅門儲能電站發(fā)生的安全事故導致直接財產損失達1660萬元，并造成兩名消防員不幸喪生。

儲能安全問題的廣泛影響和嚴重程度不可忽視。儲能安全不僅對人民群眾的生命財產安全造成無法預測的傷害，還對儲能產業(yè)的發(fā)展產生嚴重阻礙，帶來技術風險、市場評估風險和社會接受度風險。

對于以儲能建設運營方為代表的各方投資者而言，在追求發(fā)展的同時，應更加關注儲能安全問題！各方應共同努力，協(xié)同建設更安全的儲能系統(tǒng)，為儲能產業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展創(chuàng)造更有利的條件。

由于儲能建設涉及多個相關方，因此本文將從儲能建設運營方的角度出發(fā)，探討儲能系統(tǒng)的安全防線可以從哪些方面構建。

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一、電池預警技術

對于電池預警的技術要求，主要包括能夠判斷電池異常狀態(tài)，并根據電池異常狀態(tài)的嚴重性進行分級報警，同時，要減少誤報。

根據鋰離子電池燃燒爆炸過程及現象分析，建立了涵蓋易燃性、釋熱性、煙氣毒性的綜合評估指標體系，系統(tǒng)反映電池火災造成的可能安全風險，制定了電池危險等級分級表，進行以溫感、煙感和火感相結合的火災報警策略。

磷酸鐵鋰電池發(fā)生火災時可分為早期階段、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)一段時間后，電池模組達到一定溫度，才會發(fā)生電池冒煙現象，中間間隔溫升累積時間較長（數小時、半天或更長）。儲能電站多采用少人運維、無人運維運行方式，對儲能電池異常狀態(tài)難以及時發(fā)現。為此，在儲能電站安全設計中加入儲能電池熱失控預警模塊，可有效提升少人、無人值守儲能電站的安全性。熱失控預警模塊通過傳感器將電池管理系統(tǒng)實時監(jiān)測到的電壓、電流、溫度等參考量逐步上傳，并通過上級管理單元進行匯總、評估和仲裁；針對磷酸鐵鋰電池的燃燒屬性，采取氣體傳感器檢測可燃氣體（氫氣、甲烷、一氧化碳等）、煙霧等參數，在事故可見煙階段進行預防檢測。當電池溫度超過溫度閾值，或者檢測到可燃性氣體、煙氣時，上級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，杜絕熱失控發(fā)生

二、電池安全防護技術

對于電池安全防護的技術要求，主要包括抑制故障電池對被動電池的熱沖擊，并引導電池燃燒爆炸釋放能量快速排出，降低電池燃燒爆炸對模塊機械結構的物理沖擊。

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?，進行了電池組結構設計，因為加入阻燃隔熱材料，會對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系是非常重要的。

三、電池消防安全技術

對于電池消防安全技術主要是要開發(fā)電池火災專用滅火技術，要研發(fā)具備良好吸熱特性和絕緣性能的電池火災專用滅火介質，開發(fā)與電池火災特性匹配的滅火技術，滅火技術必須具有良好的滅火效果，快速滅火，長時間（24h）抑制復燃，減少對其它未起火電池和電氣設備的損害，減少經濟損失，同時，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主要是針對電池火災發(fā)生初期撲滅火災的措施。如果火災擴大到大規(guī)模爆炸燃燒時，必須及時采取外部消防措施，因此，儲能電站及儲能集裝箱應該設計預留外部消防進水通道。

在儲能系統(tǒng)運行期間，如果系統(tǒng)的熱管理失效或發(fā)生其他無法自主修復的嚴重故障，PCS停機是最后的應對措施。PCS停機后，需要進行人工排查與修復，這是阻止明火爆炸的最后一道防線。為了確保PCS停機命令的可靠執(zhí)行，需要進行多重冗余設計。例如，可以采用EMS通信命令、BMS干接點動作、總直流斷路器直接脫扣等方式來下達停機命令，以最大程度地保證命令的執(zhí)行可靠性，從而保證系統(tǒng)的安全運行。

合理設計多級消防聯動方案是儲能電站安全的重要保障。通過多層次預警系統(tǒng)、自動滅火裝置和聯動控制系統(tǒng)的協(xié)調配合，能夠快速響應火災威脅并自動啟動滅火程序。必要時，還可將告警上報給相關管理部門，專業(yè)的消防團隊和應急響應隊伍使用煙感、可燃氣體檢測等火災識別技術進行干預，同時采用隔離設計和自啟動消防設施來阻止火勢的擴散。另外，為了應對可能發(fā)生的事故或異常情況，相關建設方需要加強維護巡檢工作，并制定詳細的日常巡檢清單和應急處置流程。一旦發(fā)生儲能設備事故或異常告警，業(yè)務運維人員應及時上報給主管，并采取相應的應對措施。

（1）儲能設備的安全巡檢是確保其正常運行和安全性能的重要環(huán)節(jié)。通過對電池監(jiān)測、冷卻系統(tǒng)、電氣設備、消防系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測、防護系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和消防設備等一系列設備和系統(tǒng)進行定期巡檢，可以及時處理儲能設備的異常情況。同時，巡檢工作的記錄可以為后續(xù)的運維工作提供參考和數據支持，有助于優(yōu)化設備的維護和管理策略。當發(fā)現系統(tǒng)的健康狀態(tài)較差時，應主動申請人工維護，以確保儲能系統(tǒng)的健康運營。

（2）應急處置通過制定詳細的應急處置流程和角色分工，可以在儲能設備發(fā)生事故或異常情況時快速、有效地采取應對措施，最大限度地減少安全風險和設備損害，確保儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時，記錄和總結應急處置過程也有助于后續(xù)事故分析和完善預防措施。

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