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烟台创为姜崇鹏:储能电站消防系统应“以防为主、以消辅之”

北极星储能网  来源:北极星储能网    2020/9/29 17:25:35  我要投稿  

北极星储能网讯:在国家标准层面,从2018年到现在已经发布了十数项标准,随着储能快速发展,这些标准不能覆盖所有的内容。从今年年初到现在,电动汽车火灾事故频发,相对储能系统来说,电动汽车的容量较小,危害较小,而储能电站一旦发生热失控危害非常大。传统消防越来越不能满足于储能安全的发展。

——烟台创为姜崇鹏

9月28日,中关村储能产业技术联盟在青海西宁举办“2020中国储能西部论坛”,会议聚焦“高比例可再生能源渗透率下电力辅助服务市场发展路径探讨”,围绕国内重点区域特别是青海支撑可再生能源消纳的辅助服务现有机制,研讨支撑高比例可再生能源及低碳能源转型的辅助服务机制的发展路径。烟台创为新能源科技有限公司技术研发院资深工程师姜崇鹏在会上分享了“锂离子电池储能电站消防系统—多级防护”主题报告。

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烟台创为姜崇鹏

姜崇鹏:尊敬的各位领导,专家、来宾大家好!我来自烟台创为新能源科技股份有限公司,烟台创为专注于储能安全,今天很高兴来到这里和各位专家一起交流学习。今天给大家汇报的是“锂离子电池储能电站消防系统—多级防护。”主要分为三部分内容:一是储能消防现状,二是多级防护设计,三是一个总结。

一、消防现状

韩国目前发生的储能电站的事故比较多,自2017年到现在为止已经发生了20多起,其实这些储能电站最终归根结底发生了电池的热失控,不论什么原因引起的,最终都因为电池热失控导致他们的消防系统前期没有将其遏制住,后期更难遏制住,一旦电池发生热失控将造成非常严重的危害。

2019年美国亚利桑那州APS公司发生储能火灾事故。现在这个调查报告已经公布了,报告分析,由于一块故障电池引发的热失控连锁反应,储能电站的消防系统前期没有能够将热失控遏制住,导致了非常严重的后果。在报告结尾总结,说明锂离子电池一旦发生热失控的危害是非常严重的,希望采取各种措施避免以后发生热失控这种极端现象。

现在在国家标准层面,从2018年到现在已经发布了十数项标准,前面也有专家对各个标准进行了分析,随着储能快速发展,这些标准已不能覆盖所有的内容。从今年年初到现在,电动汽车火灾事故频发,相对储能系统来说,电动汽车的容量较小,危害较小,而储能电站一旦发生热失控危害非常大。

传统消防越来越不能满足于储能安全的发展,总结主要是存在以下的问题。

一是探测部分。传统储能消防探测量比较单一,典型的感烟和感温探测器,只有温度和烟雾蔓延到整个舱室才能起到报警作用。

二是火灾抑制部分。传统是采用淹没式的方式,无法作用于发生热失控的电池箱内部,不能起到定向扑灭火灾的作用,这是传统消防灭火效果不佳的主要问题之一。

三是联动部分。传统消防相对独立,没有和储能系统形成联动,正是基于以上的问题烟台创为提出了多级防护的方案设计。

二、多级防护

分两部分:探测和消防部分。

探测部分:采用的是锂离子电池专用探测器,可对漏液、热失控进行极早期探测,通过CAN和以太网或其它数据传输给主机,主机对这些数据进行分析,以判断结果。重点提一下漏液,在电动汽车领域主要应用在商用车上,现在已经是精准预警了几百起的事故,说明早期探测十分必要。

消防:针对防护区定向设计,目的是做到定向喷发。

多级防护区划分为几个部分:电池箱内部防护、电池簇防护、电池室空间防护、外部防护。前三项主要针对热失控前期火灾和电器类火灾,外部消防是最终的消防手段,避免火灾的蔓延和扩大化。

1.电池箱内部防护是公司推荐的探测预警最小的防护单元,在电池箱内部安装有探测器,把探测到的各种数据上传给主机,主机对数据进行横向和纵向的分析,经过大量的数据分析,掌握整个电池箱内部运行情况。

消防方式采用的是内置式或管网式,通过定向精准喷放,当某一个电池箱发生火灾就会更精准的喷向发生事故的电池箱内部。

2.电池簇防护同电池箱内部防护类似,在簇内同样有探测器探测簇内部情况,并上传主机,主机同样会对数据进行横向纵向对比分析。在簇内上方会有灭火药剂和消防水管。

3.空间防护。电池室空间防护增加了可燃气体探测和联动控制策略,增加了复合型探测器,可探测一氧化碳、氢气、烟雾、VOC复合气体。我们预留了各种接口可以和储能系统进行联动;空间防护采用传统淹没式的方式,主要针对电气类的火灾。

4.外部消防。建立标准接口,紧急情况下接入消防车和消防拴,将消防水快速输送到火灾部位,外部消防是最后一道防线,目的防范火灾扩大化和将损失降到最低。

锂离子电池储能消防系统构架示意图,中间是消防主机,左边是联动部分,上方是声光报警器,下面是用户开关,右下侧是多级防护最重要的两部分内容,一个是探测,一个是消防,探测主要是电池箱、电池簇、电池室空间探测,我们把探测的各种数据发送给主机,主机根据数据进行处理,将结果发送储能系统,进行相应的联动,例如当探测器发出一级告警时说明电池箱内部存在安全隐患,需要我们去检查和排查故障。当探测器二级告警时说明我们需要立即行动,说明隐患已经扩大了。当探测器三级或四级告警,灭火系统已启动,我们会把数据上传给储能系统,要求进行相应联动,比如PCS断电等等。

针对韩国和美国APS储能电站事故,烟台创为多级防护方案是比较合适的,具备以下的优点:

一是最小防火探测单元设计,早期探测预警,可对漏液、热失控火灾进行早期探测,并可将数据上传。以APS公司事故的案例,调查结果是一块故障电池引发的热失控,早期如果安装探测器,及早发现了故障电池并进行更换或其他处置,就能够在一定程度上避免极端和最严重事故的发生。

二是电气类火灾采用的是传统的淹没方式,热失控采用定向喷放灭火,达到灭火和降温的作用。热失控一旦发生连锁反应,用传统的方式很难扑灭。不仅是要将火灾扑面,同时要进行持续的降温,只有在前期时小范围的进行一个定向灭火和降温的目的,才有可能阻止热失控继续发展,否则一旦形成连锁放映只有用大量的水进行灭火降温才能达到目的。

三是消防系统与储能系统联动机制。

四是能够将火灾遏制在最小的范围内(电池箱或簇),阻止其扩散,在热失控发生前期就将其遏制住。

五是外部消防接口可靠的消防手段是最后一道保障。

三、总结

储能电站的安全防护体系建设以目前行业发展水平来看,其重点在于防范电池热失控的发生,对于如何防范电池热失控,创为公司认为,应以防为主,以消辅之,消防结合的策略,其重点还是在于防,即早期的探测预警,消只是作为最后的必要手段。

再结合APS事故可以看出,如果在故障电池热事故早期进行干预,最多只是故障电池包损失,而不会导致整个舱室的报废,另外韩国储能电站火灾事故频发,说明电池早期的探测预警是十分必要的,尤其是探测到更小的电池包单元,预警效果更佳。

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