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储能系统的安全设计解析

发布日期:2023-09-01 浏览次数:471

摘要

储能行业的发展越来越受到人们的关注,它是能源转型的重要组成部分,也是未来能源供应和应对气候变化的重要手段之一。


但是,储能系统在设计和运行过程中存在着一些安全隐患,如短路、过充电、过放电、漏电等,这些隐患可能会导致电池组火灾、爆炸等事故,严重威胁人身安全和财产安全。因此,在储能系统的设计和运行中,安全是至关重要的。


近日,在法国Saucats一个名叫Barban的地方发生了一起锂电池储能集装箱起火事故,经过消防员一天一夜的干预火势才得到控制。没有火灾蔓延和人员伤亡发生。事故的原因还在调查。现场消防人员表示,集装箱内部的锂电池发生了燃烧,这一消息也得到Saucats市长的确认。


根据CNESA不完全统计,近十年全球储能安全事故发生60余起。2021年全球储能市场爆发,大规模储能项目越来越多,单个储能项目规模越来越大,储能安全隐患也随之增大。


截至2022年8月,2021 -2022 年全球共发生 18 起储能项目事故。其中,有两个关注点:1)安全事故多发于锂离子电池,一旦发生,通常事故等级高,损失惨重。例如2018 年 7 月 2 日,韩国一风力发电园区内 ESS 储能设备发生重大火灾事故,造成 706m2规模电池建筑和 3500 块以上锂电池全部烧毁。2)多事故发生在电站投运多年后,储能全生命周期的安全问题引发重视。




储能系统的分类和安全风险


储能电站的建立实现了负荷的削峰填谷,增加了电网调峰能力,同时参与系统调频调压,提高电网安全稳定性。


储能系统主要分为机械储能、电化学储能、热储能、电磁储能、化学储能等类型。其中应用最广泛的为机械储能和电化学储能。机械储能主要包括飞轮储能、压缩空气储能;电化学储能主要包括锂离子电池、铅碳电池、液流电池和钠硫电池;电磁储能主要包括超导储能、超级电容储能;化学储能主要涉及氢储能。不同储能形式所对应的安全风险不同,例如,锂离子电池储能、钠硫电池储能以及氢储能需要重点关注其火灾安全,液流电池储能需要重点关注化学安全,飞轮储能需要重点关注机械安全。


基于锂离子电池储能电站在国内外的广泛布局,我们针对磷酸鉄锂电池、三元锂电池及钛酸锂电池进行性能比较,电池的性能指标分析表如表1 所示。


表1 电池的性能指标分析表


图源:阳光工匠光伏论坛


从表中数据可以看出磷酸铁锂电池在安全性、体积能量密度比、循环寿命、使用成本等方面综合优势明显,从目前的应用情况和发展趋势看,长寿命高安全性磷酸铁锂电池是未来主流方向。


储能系统的安全设计


1.电池组安全设计

电池组是储能系统的核心部件,它的安全设计直接关系到储能系统的安全性。在电池组的设计过程中,应充分考虑电池组的稳定性、寿命、防爆性能等因素。


此外,还应该采取适当的防护措施,如加装隔热层、隔爆层等,防止电池组在运行过程中因温度过高或外部因素引起的短路、过充电、过放电等安全问题。


2.系统架构安全设计

储能系统的系统架构也需要考虑安全因素。在系统架构设计中,应该合理选择电池组、电控系统、能量转换器等组件,并采取相应的保护措施,如加装熔断器、过电压保护器等,确保系统在运行中不会出现故障。此外,还需要考虑电池组和控制器的配对,以确保系统的稳定性和安全性。


3.环境安全设计

储能系统的环境安全设计也非常重要。储能系统在运行过程中会产生一定的热量,因此需要考虑散热系统的设计。此外,还应该避免在高温、潮湿或易爆炸的环境中使用储能系统,避免因环境因素导致安全隐患。


4.运维安全设计

储能系统的运维安全设计包括设备检查、维护、故障排除等方面。储能系统在运行中可能会出现故障,因此需要制定相应的维护计划,及时检查、维修和更换设备。此外,还需要制定应急预案,以应对突发情况,减少安全事故的发生。


综上所述,储能系统的安全设计是储能行业发展中不可忽视的重要方面。在储能系统的设计和运行中,应该从电池组、系统架构、环境和运维等多个方面考虑安全问题,采取相应的措施确保储能系统的稳定性和安全性。


在此背景下,为助力储能安全,护航产业发展,我们将于2023年11月29-30日在上海举办《2023储能电池安全技术峰会》聚焦全球储能产业相关政策、安全基本情况、储能可能存在的安全隐患及应对策略等多方面进行全方位的解析和研讨。


同时邀请政府相关部门领导、国内外储能领域知名院士专家学者、能源决策机构、科研院所、高校相关代表、电网公司、发电集团以及设计院相关代表、储能技术供应商、通信、铁塔运营商、储能系统集成商、智能制造企业、新能源汽车及零部件研发专家,助力中国储能产业稳步发展。


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