电化学储能电站及消防方案讲义

PARTPART锂离子电池工作原理锂离子电池反应的实质为一个Li+浓差电池：充电时，Li+从正极化合物中脱出并嵌入负极晶格，正极处于贫锂态；放电时，Li+从负极脱出并插入正极，正极为富锂态。为保持电荷的平衡，充、放电过程中应有相同数量的电子经外电路传递，与Li+一起在正负极间迁移。这种充、放电过程似一把摇椅，故锂离子二次电池又称摇椅电池(RockingChairBatteries,简称常见的锂离子电池NHw电池的构成分类主材主材成分辅料电池正极磷酸铁锂/锰酸锂/三元铝箔+PVDF/LA132+CNT/SP负极石墨铜箔+SBR/CMC/LA132+SP隔膜陶瓷涂层/高分子涂层电解液壳体铝壳/钢壳/铝塑膜麦拉膜+保护板+胶带正极体系及各类体系的对比钴酸锂锰酸锂磷酸铁锂镍钴锰三元材料镍钴铝三元材料材料主成分LiCoO₂LiNiCoMnO₂LiNiCoAlO₂结构层状尖晶石状橄榄石状层状层状过渡金属贫乏丰富非常丰富较贫乏较贫乏环保性钴有放射性无毒无毒钴、镍有毒钴、镍有毒安全性能差良好好差差优点高能量密度成本较低循环好/安全/成本低高能量密度成本较低高能量密度成本较低缺点成本高高温循环性差能量密度低安全性差高温易鼓胀安全性差高温易鼓胀电池的生产工艺合浆装配干燥注液涂布卷绕化成辊压ncissGcochangPVpowerplm(Li)JulyJulyJulySejongJulyJulyJulySejongAsiaPaperMfgCo.,Ltd.(Li)JuneHacnampowerplantHacnampowerplant(Li)Testcenter(Li)Windpowerplant(Li)电池的生产工艺电击保护系统不良运营操作环境管理不善在2017年8月至2020年5月，韩国发生的29起ESS火灾事故中，有20起事故装置的是LG化学生产的锂电电击保护系统不良运营操作环境管理不善安装疏忽储能系统集成控制(EMS,PCS)保护系统管理不善在这场火灾中，尽管LG化学否认安装疏忽储能系统集成控制(EMS,PCS)保护系统管理不善电池的关键参数L135F75电池信息体系磷酸铁锂/石墨额定容量最小容量额定能量额定电压L135F75电池信息体系磷酸铁锂/石墨额定容量最小容量额定能量额定电压电压范围能量密度重量尺寸(H×W×T)在使用时需要提供并联的方式增大电池的能量，通过串联的方式增大电池的电压，满足工程使用需求。同时为了保证电池的安全运行，需要配套BMS(电池管理系统)使电池的安全特性●锂离子电池安全问题的发生机制-电池本体在锂离子电池中，除了正常的充电-放电反应外，还存在许多潜在的放热副反应。当电池温度过高或过充电时，易被引发!Sepasifor十Anode正常充电-放电反应避免电解液在电极表面分解正常充电-放电反应放热速率nimCnimC.oT热用热用T黏结剂反应正负极氧化还PE基PE基质熔化隔膜崩溃电池的关键参数储能电池动力储能电池及连接件故障储能工况中小既率及连接件故障储能工况中小既率过充等电滥用锂枝品、夏季高温、震动、挤压、挤压电激源热激源机械激源电激源热激源PARTPART电化学储能电站构成储能电站是以储能系统为主要元器件的电站，区别与常规电站，储能电站的进线和出线为同一条线路。储能系统储能系统：储能系统为储能电站的核心部分，目前电网侧储能主要以电池作为主要的电能存储介质。通过串并联技术达到一定的功率与容量。利用PCS(储能变流器)实现功率的控制与电压的转换。通过一些附加的设备，集装箱、消防、配电、空调、照明、视频等辅助设备实现储能系统的正常运行。电池簇(含电池插箱及高压箱);PCS柜；系统控制柜并网柜电池系统PCS柜空调出风口空调进风口CANarR5485总控充放电设备储能系统人机界面RS485R5485总控充放电设备储能系统人机界面电池储能(含BMS)系统是储能电站内的主要系统，储能电站的储能的介质，为储能电站的DczavDczav克续电主控4主控1采集的电能存储介质。通过串并联技术达到一定的功主控4主控1采集来集照电照电分该器.率与容量。分该器.BMU1起度采转板CANBMU1起度采转板CANBMU1温度采新板3P125目前主流的储能技术路线是磷酸铁锂电池，3P1250CAN0CANCANBMU?临度采版共4簇联形成电池簇，多个电池簇并联形成储能系统，共4簇BMU18BMU183P18BMU18BMU183P18温度采集板目前锂电池在多个串并联使用时必定伴随BMS储能系统电池预制舱由多个电池簇并联后在汇流柜进行汇流后组成。一般电池簇的并联数量在2-10簇进行并联。储能变流器作为储能电站的核心设备，主储能变流器作为储能电站的核心设备，主要影响着储能电站的并网性能和技术水平。储能电池系统的直流和电网的交流通过储能变流器进行变换连接，同时储能变流器的性能决定了储能电站的性能。额定功率直流直流侧电压范围(VDC)最大直流电流(A)并网输出特性额定输出电压(Vac)额定并/离网频率(Hz)功率因数+0.9~-0.9并网电流谐波(THDi)过载能力1.1(10min保护)整机最大效率其他尺寸(宽×深×高)(mm)冷却方式强制风冷通讯接口RS485、modbus、以太网交流升压系统用来实现储能的低电压与配电网的高电压连接的作用。由于380V电压下对储能系统的接入有一定的限制(500kW),因此储能电站一般接入到配电网10kV或35kV中。通过升压变压器进行电压的变换实现储能电站的大规模应用。汇流装置与高压柜储能系统使用的单台PCS的功率一般不会超过1MW,储能电站会配备多台PCS,通过多台升压变压器进入到电网中，为了便于管理会配备高压汇流装置将多路升压变压器进行汇流后接入到电网中，实现对电网的集中控制与减少对电网设备的需求。储能调度管理系统作为储能电站的大脑，具备信息处理、数据通讯和人机交互、·储能系统采用户外预制舱布置户外布置方弋●其他电气设备采用户外预制舱布置储能系统采用户外预制舱布置其他电气设备采用室内安装方式●储能系统采用室内安装方式·其他电气设备采用室内安装方式PARTPART储能系统消防方案在电化学储能电站的设计规范中，缺少针目前尚无针对储能电站的国家消对性强的消防设计要求，基本按照通用工业建筑设计，并且储能系统标准中的电池性能指标模糊、应急处置和救援措施要求偏低，导致监行业处于大规模应用的初期，储能电氵也性能指标模糊、规划设计简单储能火灾消防还欠缺研究和技术支撑，电化学储能电站的性能及安全存在很多关键问题亟待解决。储能系统消防方案目前现有的储能标准中关于消防的设计及要求主要是以下标准：GB51048-2014电化学储能电站设计规范TCEC373-2020预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范thT/CEC中华人民共和国电力企业联合会标准TICDC3173—103预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范TtlsperifratknferfirpritinfhinirenUDC中华人民共和国国家标准PP电化学储能电站设计规范2014-12-02发布2015-08-01实施联合发布中华人民共和国住房和城乡建设部联合发布储能系统消防方案GB51048-2014预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范将锂离子电池的或者危险性分类设置为戊级，耐火等级为二级。锂离子电池室的火灾探测及消防报警设置感烟或吸气式感烟探测器。11.1.3站内各建、构筑物和设备的火灾危险分类及其最低耐火等级应符合表11.1.3的规定。表11.1.3建、构筑物和设备的火灾危险性分类及其耐火等级建、构筑物及设备名称火灾危险性分类耐火等级电池室铅酸电池、镗高子电池、液流电池戊二级钠硫电池甲一级屋外电池设谷沿酸电池、埋离子电池、液流电池戊二级钠硫电池甲一级13..3电池室宜配置感烟或吸气式感烟探测器。对于可能产生可燃气体的电池，电池室宜装设可燃气体报警装置。11.4.4火灾探测及消防报警的设计应符合现行国家标准《火灾自动报警系统设计规范》GB50116的规定。储能系统消防方案T/CEC373-2020电化学储能电站设计规范第一个针对储能系统级、电站级的储能消防标准，2020年10月1日实该标准针对预制舱式磷酸铁锂电池储能电站从防火设计、施工验收、运行维护等全过程的消防安全标准。X8B2209T/CEC中华人民共和国电力企业联合会标准IACEC373-2020预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范usolonpreflricatedlcatie200-5-0发布2020-10-1实施中国电力企业联合会发布储能电站消防现状1.储能电站内道路的布置除满足运行检修、安装要求外，还符合安全消防等方面的有关规定。主干道布置成环形，成环形有困难时，具备回车条件。2.储能电站内集装箱长度大于7米的装置室有两个出口，并布置在配电装置室的两端。3.电缆沟、二次预制舱电缆夹层、盘柜底部开孔处和电缆进线口处均采取防止电缆火灾蔓延的阻燃或分隔措施。4.储能电站内设置消防小间，放置移动式灭火装置，并配置消防砂及附属储能电站消防现状储能电站内设置火灾自动报警系统，对其他电气设备、储能集装箱内状态进行监视。一旦发生火灾情况，立即启动声光报警器，并将火灾信息上送到后台监控。储能电站消防现状单个储能电池集装箱舱体内共设置4具干粉灭火器，变压器、高压电缆分支箱、二次设备预制舱舱体内各设置2具干粉灭火器。站区室外部分，每个储能单元设置灭火箱器2台，每台内置2具干粉灭火器，储能单元另设置消防小间1储能电站消防现状全部采用A级阻燃电池箱消防设计2集装箱消防自动报警装置设计七氟丙烷灭火系统，配套管网3消防系统联锁控制消防系统与BMS通讯，形成电气联锁储能电站消防现状启动时序灭火非事非事信号反馈信号反馈PARTPART发生火灾情况储能电站有可能发生火灾的设备分为电池预制舱和其他电气设备。储能电站火灾特点：事故突发性强，火灾蔓延迅速，持续时间长。事故潜在危险性大，伴随有毒气体释放和爆炸危险。火灾扑救技术要求高，存在复燃风险，易引发次生灾害。发生原因：电池老化，或本身存在质量问题，工作人员违章操作。其他电气设备发生火灾情况一旦发生火灾的处理方式：①立即做停电处理，将对应的电气设备进行电的隔离。②立即报告上级领导并汇报调度；③如有伤员，应先戴好防毒面具将人员紧急救至安全区域。④消防救援站到场后立即实施现场警戒，协调公安部门负责外围警戒；⑤通过询问站区负责人、外部观察、消控室侦察等方式实施现场火情侦察，了解电气设备的状况，制定处置方案。⑥优先选用用二氧化碳或泡沫灭火器、干粉灭火器、砂箱等进行灭火。如果依然无法灭火，可以采用水消防等方式进行灭火降温。电池预制舱发生火灾情况一旦发生火灾的处理方式：一切处理方式以安全为前提!!!电池的初期火灾一旦蔓延并形成大规模火灾，现有消防措施均无法有效扑灭，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。电池预制舱为A级阻燃材料，在布局时考虑消防间距，保证在一个电池预制舱起火时，不影响另外一个舱体，切断火灾传播。储能消防安全技术现状-总述针对电池火灾的灭火技术(灭火技术)>七氟丙烷>高压细水雾储能消防安全技术现状-水电化学储能电站技术导则TedadgutatxtloemthoalemYtton>灭火效果>灭火损失电化学储能电站技术导则TedadgutatxtloemthoalemYtton>灭火效果>灭火损失>相关标准2018--2发2018--2发市2018-01-码实施储能消防安全技术现状-七氟丙烷七氟丙烷(七氟丙烷(CF3CHFCF3),是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，其无色、无味、低毒、不导电、不污染被保护对象，能以较低的灭火浓度≤10%),扑灭BC类火灾及电气火灾高压细水雾可以通过细水雾的降温效果，熄灭发生火灾的锂离子电池高压细水雾可以通过细水雾的降温效果，熄灭发生火灾的锂离子电池系统明火，同时降温抑制复燃。经过江苏省消防实验，可以在10分钟内扑灭电池模组的明火，并有效抑制复燃。电池火灾应急预案a启动固定自动灾火系统进行灭火；b集控中心值班人员发现火情，拨打"119"电话报警，并报告电力调度和运维单位负责人；c如果固定自动灭火系统未能自动启动，则应人工确认电池预制舱断电后，启动灭火系统；d通知运维检修人员赶往现场，做好安全隔离措施，向消防救援队指挥员报告火场情况和安全注意事项；电池火灾应急预案e警戒。辖区消防救援站到场后立即实施现场警戒，协调公安部门负责外围警戒。f侦察。通过询问站区负责人、外部观察、消控室侦察、等方式实施现场火情侦察，了解储能系统内部的状况和灭火系统动作情况，制定处置方案。g稀释。利用2个屏风水枪对电池舱两端出入口泄漏气体实施稀释。h冷却。结合储能电站火灾事故特点，利用灭火机器人和大流量遥控水炮实施冷却，主要控制火灾不蔓延。电池火灾应急预案i供水。利用单位室外消火栓、消防车及远程供水系统实施供水。j检测。利用测温仪、热成像仪、可燃气体探测仪实时检测电池舱温度及现场周边可燃气体浓度。k观察到明火熄灭后，应至少喷水降温2h,防止复燃，如有可能，则喷洒水雾到舱内进行降温；I灭火完成12h后，由穿戴必要防护装备人员先行打开舱门、通风排出有毒气体，检测有毒气体浓度，舱内温度达到安全值后，人员方可佩戴防护器具进入舱内进行后续操作分析；m安全管控。设置安全员做好现场安全管控，明确撤离路线及信号。电池火灾注意事项1、锂电也在燃烧过程中电解液分解会产生少量氢气氧化碳，在扑救时，若现场气流不通畅时，应正确使用正压式消防呼吸器；2、电池预制舱在发生火灾时，严禁打开舱门，主要依靠自身的消防设备进行灭火，灭火时，舱体内部的气体灭火剂及部分可燃气体压力较大，开门时易受到伤害，同时锂电池复燃有几率引燃可燃气体造成爆炸；3、现场扑救时，主要对电池预制舱进行降温，防止火势发生蔓延，造成其他设备被引燃；4、锂电也灭火后，应持续进行2h以上的降温处理防止复燃，12h以上时间方可进入舱内操作。储能火灾事故案例2019年4月19日，美国亚利桑那州的公共服务公用事业公司(APS)发生大规模电池储能项目，由于2.16兆瓦时锂离子电池储能系统内发生连续热失控，一名职业消防队长，一名职业消防工程师和两名职业消防员在爆燃事件中受到重伤。电池出现失控现象rack15,module2,battery7的电池电压下降0.24V(4.06降至3.82V)rack15的整体电压下降3.8V(799.9降至796.1V),BMS丢失模块级别数据rack15后面的温度增加BESS烟雾报警器1和2激活，消防系统多个断路器断开(BMS直流断路器，逆变器交流接触器，主交流断路器)检测到接地故障灭火系统释放NOVEC1230灭火剂，(根据设计，距离报警时间延迟30秒)APS与Fluence联系以确认灭火系统已放电Fluence建议APS派遣现场服务工程师前往现场进行目视确认潜在的火灾APS向现场派遣了一名服务工程师Fluence现场服务工程师致电911报告可疑火灾APS通知911结束数据手机和停止远程通信(结束主服务器和通信设备的备用电源)54分钟消防部门到达时间3小时后应急人员打开集装箱前门爆炸发生电池火灾事故案例集美大红门25MV苴流光储充一本化电立占项期包括1.4MWp个车位的单枪50太功率直流快速充电桩，25MWh的磷酸电动车充电(包括南区MW社会车辆+北区大巴运营),12.5MWh用于内供电。天台光伏储能电池簇充电桩分布区域电力安全生光储充一体余地上网单晶屋面光伏充