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储能电站安全隐患及整改方案

了解储能电站的安全隐患及整改方案,探讨储能安全面临的挑战、事故分析以及识别和应对潜在风险的有效策略。

电化学储能属于新兴产品,尚无成熟经验可借鉴,当电压等级提高到110KV时,发生事故的可能性和危险性也大大增加。

储能安全隐患仍是制约发展的首要因素。

全球约有7,000+座储能电站,据公开报道,70年以来已发生2018多起储能安全事故,安全故障率约1.52%,安装、调试、运行过程中都可能发生事故。

特斯拉火灾 1

特斯拉锂离子电池组在澳大利亚 300MW ESS 测试期间引发三天火灾

图像源

易起火的电动汽车电池

洪城太阳能发电厂发生火灾,涉及 LG Energy Solution 的电动汽车电池

图像源

储能电站存在的问题

大型锂离子储能电站全生命周期管理经验不足。

  1. 选择合适的设备并不容易
  2. 建设良好的储能系统并不容易
  3. 用好发电站不容易

储能系统故障率高,运行一致性差,安全性和经济性无法保障。

锂离子电池单元的热失控行为

锂离子电池安全问题的机制-电池单元:

SEI(固体电解质界面)膜的分解,导致电极表面电解质发生明显的放热分解,是造成电池温升以及随后热失控的根本原因。

燃烧过程中的气体排放:

主要成分:一氧化碳、二氧化碳、氢气

其他成分:甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、丁烷、异戊烷、己烷、乙烯、丙烯、苯、甲苯、苄基等。

这些很多都是可燃气体,灭火时要注意密封,控制突然打开时可能发生的爆炸,有些还有毒,消防员需要加强防护。

原理展示:

SEI 结构 1

图片来源

图1:

(a)石墨负极上SEI膜形成示意图;

(b)正极和负极上SEI膜形成的热力学,其中μe-,Anode和μe-,Cathode分别表示负极和正极的电化学电位。电解质的稳定窗口为LUMO和HOMO之间的能量差,记为Eg;

(c)热失控过程中链式反应的定性描述。

事故分析:

特斯拉在澳大利亚维多利亚州的大型电池储能项目

事故原因:

直接原因:MP-1电池存储单元液体冷却系统泄漏,导致电池模块内部产生电弧,造成锂离子电池热失控,从而引发火灾并蔓延。

影响因素:

MP-1 当天未进行在线测试,因此无法进行远程数据监控。此外,由于使用钥匙锁开关,遥测系统、故障监控和电气安全设备被禁用或功能受限。

在风速的推动下,火势从 MP-1 蔓延至 MP-2。由于顶层为塑料材质,火势通过顶层的安全阀侵入 MP-2,引发热失控,随后在 MP-2 内蔓延。

ESS 着火了

发现隐患并整改

隐患整改:电池预制舱未配备防爆通风系统

隐患 1

消防设施未按要求配置且运行正常。

每个电池柜必须配备防火系统,由两台防爆风扇组成,两台风扇合计一分钟的排风量不小于容器容积。

防爆通风系统是储能柜设计的必要条件,用于排出电池储存过程中产生的氢气、一氧化碳等可燃气体,防止气体积聚而导致爆炸或人员伤害。通常,这些通风系统由进气口和排气口组成,并与消防监控系统相连。

隐患 2

锂电池设备舱与外界连接的电缆管道缺乏适当的防火密封或密封不充分。

此外,储能站房建筑内的防火间距也不符合相关技术标准。

整改方案:

  1. 管道、电缆槽的开口应采用符合GB23864标准的防火密封材料严密密封。
  2. 当防火间距不够时,应设置防火墙,防火墙的长度和高度应分别超出预制隔间轮廓线1米。

隐患三: 

锂电池设备舱缺少温度、烟雾、可燃气体检测装置,或者可燃气体检测装置无法触发舱级、组级熔断器、无法启动通风系统或发生故障。

解决方案:可燃气体检测仪可用于检测锂离子电池室内的氢气、一氧化碳、VOC浓度。

基于多级报警逻辑,对通风系统、储能系统、消防设备进行联动控制,防止可燃易爆气体的积聚,预防火灾爆炸事故。

根据消防系统电路图,可燃气体探测器可以与温度和烟雾探测电路并联安装,并向消防系统发送信号,实现此功能。

隐患 4

锂电池电解液泄漏或其连接导线发热。变电站电化学储能装置中电池的温度采集点未按单电池级分布,电池管理系统缺少保护温度及温升速率监测功能。

整改方案:

建设及运营站场电池模组内部温度采集点不足单体电池数量的一半,整改要求所有电池模组及电池管理系统必须返厂重新生产,建议将此要求纳入新建电化学储能装置的验收标准。

对于保护温度及温升速率的监控,部分厂家可以通过软件升级的方式实现。

隐患 5

锂电池设备安装在人口密集的地区、人们居住或工作的建筑物内或其他密闭空间内、放置在无法进行消防和救援行动的建筑物屋顶上或位于易燃易爆物品储存区域附近。

整改方案:

当防火间距不够时,应设置防火墙,防火墙的长度和高度应分别超出预制隔间轮廓线1米。

如果无法安装防火墙或进行救援,可能会考虑暂停运营。

隐患三:

电池系统电路未安装直流断路器、隔离开关等断路保护设备,电池组未安装组级断路器(或接触器、继电器)

整改方案:

按要求增设直流断路器、隔离开关等断路及保护设备,为电池组增设集群级断路器(或接触器、继电器)。

隐患三:

电池管理系统(BMS)未取得具有CMA/CNAS检测资质的单位出具的型式试验报告,或型式试验报告与产品铭牌上标识的规格型号不一致。

整改方案:

若型式试验报告与现场产品型号不一致,应补充提供相应产品型式试验报告,如无型式试验报告,应由电力行业具有国家级CMA、CNAS储能资质检测机构检测并出具报告。

隐患三:

电池管理系统缺少过压、欠压、过流、绝缘、过温等保护功能或这些功能出现故障,无法发出分级告警信号或跳闸指令。

整改方案:

应实施有针对性的硬件更换或软件升级来解决这些问题。

隐患 9:

储能电站并网点的切换设备没有明显的切换点。

整改方案:

针对性改造升级电网接入点

隐患 10:

电池未取得有效的储能电池型式试验报告、随机检验报告,或梯次使用的动力电池未进行性能检测和安全质量专项考核。

整改方案:

型式试验和抽检应由电力行业具有国家CMA、CNAS储能检测资质的检验机构进行,并出具报告。

隐患 11:

运行维护管理单位未至少每年一次对储能电站运行指标进行评估,提出运行安全控制措施并监督实施。

整改方案:

要求运维管理单位至少每年对储能电站运行指标进行评估一次,提出针对性的运行安全管控措施并落实。

隐患 12:

储能电站无操作规程、应急预案和现场处置预案。

整改方案:

要求管理单位补充完善作业程序、应急预案和现场处置方案

隐患 13:

公司投资的储能电站尚未取得项目核准。

整改方案:

地方能源主管部门应取得新能源储能项目登记管理证明文件

隐患 14:

公司系统投资的储能电站项目尚未通过消防审查验收(或备案)

整改方案:

与当地住建部门或相关部门沟通备案,或请专业消防安全评估机构出具储能安全评估报告,推动将储能装置纳入消防重点单位管控的变电站。

概要: 

储能电池柜并不是一个简单门槛低的产品,除了大多数人关心的价格之外,质量和安全其实才是最重要的部分,一旦发生安全事故,不仅会造成经济损失,还可能造成人员伤亡(没完没了的官司),对公司形象也造成极大损害。

喜拓 是一家最初生产 继电器, 断路器, 融合 等电器元件,在防护和安全方面我们比大多数厂家更专业。 

此外,我们严格遵守每项防火要求和完整的通风设计,以最大程度地确保用户的安全。

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