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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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