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范元亮:预制舱储能系统一体化安全管控策略

2019-8-15 14:32| 发布者: admin| 查看: 9351| 评论: 0

摘要: 8月9—10日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司、西安北大科技园、中国科学院电工研究所储能技术组、深圳市科陆电子科技股份有限公司等单位联合主办“第二届 ...

8月9—10日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司、西安北大科技园、中国科学院电工研究所储能技术组、深圳市科陆电子科技股份有限公司等单位联合主办“第二届全国发电侧储能技术与应用高层研讨会”在陕西西安金磐酒店举行。来自政府主管部门、能源监管部门、行业专家、设计院、新能源发电业主单位、电力公司、系统集成商、项目承包商、投融资机构等单位的260余位嘉宾出席了本次研讨会。

主办方邀请到国网福建省电力有限公司电力科学研究院能源互联网技术研究中心感知技术研究室主管范元亮就“预制舱储能系统一体化安全管控策略”做主题报告,以下为其本人发言主要内容。

范元亮

各位领导上午好!我介绍一下具体在做的事,汇报内容分为三部分:

一、介绍一下电力储能安全问题。我们提出要加快“三型两网”建设,发挥变电站资源的作用,发展一些数据中心综合服务,以变电站为节点做新业务模式。提出多站融合概念以后,有变电站、储能站、数据中心站、充电站,以后三流合一,导致服务对象多元,设备也增加了,运营管理也变得复杂,服务对象也不一样,如包括电动车充电、移动运营商,还有为互联网公司提供数据服务等,导致多站融合对社会的影响也比较大。

会议现场

把储能电站引入变电站,服务对象多元,安全这一块顾虑会比较多一点。以锂离子电池为主的化学储能系统已广泛应用于源、网、荷等环节,2018年我国电网侧储能装机规模接近40万千瓦。2017年至今,韩国发生23起电化学储能站火灾事故,我国公开报道3起,严重威胁电网和人身安全。储能系统电池串并联数量多、规模大,安全风险和影响比电动汽车电池更加严重。安全事故时有发展,特别在多站融合前提下对安全更有担忧。

目前储能电站一般采用常规电气设备消防设计,消防措施并非是针对电池火灾而配置,新上消防措施的实效性也未得到验证。

电气设备消防措施比较多,如七氟丙烷一种以化学灭火为主兼有物理灭火作用的气体化学灭火剂,对于扑灭电池火灾的明火具有较好的效果,因此被广泛应用于储能集装箱/储能电站,灭火效能还需有效检验。

1230 也在用,具有良好的吸热特性,可以通过对发生火灾的电池进行降温达到灭火的效果。容易气化,短时间内即挥发完毕,无法对发生火灾的电池持续降温,对于电池复燃的抑制效果有限。

热气溶胶对于电池燃烧具有气相化学抑制作用,同时,对于燃烧的链式反应也具有抑制作用,从而达到灭火的效果。热气溶胶对于发生火灾的电池不具备降温的作用,对于电池复燃的抑制效果也有限。

细水雾主要是气相冷却机理,通过雾滴微粒的快速蒸发,降低电池喷出热解气体和电池本身的温度,中断电池内部化学反应和热解气体的燃烧爆炸。初爆时可以有效控制电池的热失控发生。在燃爆时,由于内部不断产生化学反应放热,并释放大量高温气体和烟雾颗粒,阻碍细水雾的抑制效果,在现有条件下很难控制电池间的热量传播形成失控。

二、介绍一下电力储能电池安全问题原因分析,电池受到电激因素、热激因素、外破因素导致一些化学反应,自身是产热的,从100多度慢慢到燃爆阶段300到500多度,甚至更高。造成储能电站火灾的原因多样:保护设计不合理、操作管理不善、安装缺陷;BMS缺陷,PCS与BMS协同不合理等,电池未构成失火的起因。但是未能对电池自身热失控与BMS故障起火引燃电池及时预警,并采取相应的安全管控措施,最终导致火情蔓延和事故扩大。

电池的初期火灾一旦蔓延并大范围扩散,当前消防措施难以扑灭,对于初期火灾必须采用快速感知,定向精准灭火的策略,迅速灭火并采取措施长时间抑制电池复燃。另外,使用环境对电池性能演变影响大,出厂前的检测不能确保使用过程中的安全性,规避不安全行为,提高电池热均衡也是至关重要。保总体上,障电力储能系统安全要从加强电、热、运维管理、防护、消防等基本措施做起,抑制电激、热激、外破等因素促发电池热失控、火情蔓延和事故扩大。

三、预制舱储能系统一体化安全管控策略。相对于站房式建筑:预制舱可以定义为设备,在建设领域可缩减审批环节;预制舱结构紧凑,占地面积较小,适应储能系统多样化的应用场景;预制舱可实现“工厂化预制,模块化建设”,缩短建设周期;各舱体之间相对独立,一旦发生事故,可将影响控制在有限范围内。

预制舱储能系统一体化安全管控策略,主要是从五个方面考虑:首先是热失控的问题,越早发现越好,这个时候可以采用物理降温方式,控制它往燃爆方向发展。另外是加强电管理,包括SOC、SOH、SOP等,基于大量实验数据做人工智能算法,进行状态估计,在使用过程中用算法进行优化。另外是在热管理,我们把冷却介质和灭火器深入到一些模组里面去,既可加强热管理,也可以达到冷却效果。在防护这块,利用相关的电池阻燃隔热方式。在消防这块,采用气液复合方式降温且抑制复燃。在加强整个电池储能内部安全保护防控的同时,预制舱外部采用复合材料包覆,内部增加阻隔,尽量减少相互影响。

我们计划开展一套1兆瓦、2兆瓦时预制舱储能系统的示范应用,预期实现预制舱内电池温差<5℃,对热失控提前15分钟预警,在电池发生火灾时,于15s内将明火,保证24h内电池不复燃,舱体耐中性盐雾性能达到336小时等等。

我们在做这个预制舱储能系统一体化安全管控策略,初步开发了这种模组,不管做热管理还是消防这块改善还是比较明显的。

现在各个层面对储能要不要放在变电站还是有很多顾虑的,安全是首先考虑的问题,我们做这个事情的目的,是要把“多站融合”事情做好,这也是我们做这件事情的出发点。

我今天汇报的内容大概就是这些。


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