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新型儲能正崛起,理研氣體傳感器保駕護航!

發布時間:2023-09-27

儲能電站正興起,氣體安全需保障

近年來,在全球能源危機以及碳中和目標下清潔能源將逐步替代傳統化石能源,風電、光伏發電等成為清潔能源的重要組成部分。在各種能更替過程中,特別是新型電力系統中,儲能成為至關重要的一環。儲能是新能源消納以及電網安全的重要保障,市場需求空間廣闊。

鋰電池作為儲能常見的介質,要求儲能企業在儲能及釋能的過程中,安全方面十分的重視,在對于氣體濃度的監測上顯得至關重要。

儲能電站作為近年來發展較快的新能源技術之一,可以有效滿足電力系統的新能源大規模接入需求,有靈活調節的顯著優勢,電化學儲能電站是比較常見的一類儲能電站。

隨著儲能電站項目的建設和應用,其火災危險性也逐漸顯現。

●添儲能電站火災案例

2021年4月16日,北京“大紅門”儲能電站發生起火爆炸,造成1名值班電工遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷,火災直接財產損失為1660.81萬元。

近年來,儲能電站火災爆炸事故屢見不鮮:

2022年1月12日,韓國蔚山南區sk能源公司電池儲能大樓發生火災;

2022年1月17日,韓國慶尚北道軍威郡牛寶郡新谷里太陽能電站發生火災,起火設備為配套儲能設施;

2022年1月21日,韓國正極材料制造商Ecopro BMCo發生火災;

2022年1月21日,美國加州MossLanding儲能電站項目發生事故,大約有10個電池架被熔化;

2022年1月23日,中國巴斯夫杉杉電池材料有限公司長沙基地某儲能實驗室發生火災;

2022年2月13日,澳大利亞阿德萊北部一個車庫的家用電池儲能系統發生火災,造成1死42傷;

2022年2月18日,江西某儲能項目發生起火;

2022年2月23日,尼日利亞首都阿布賈中央商業區的聯邦財政部大樓地下室的電池逆變器發?;馂牟⒁鸨?;

2022年3月3日,安裝在地下室內的電池儲能系統因技術缺陷而爆炸,隨后在地下室又引發火災;

2022年3月30日,臺灣臺中市龍井區龍崗路工研院龍井儲能場站發生意外失火;

2022年4月25日,美國Salt River Project離子電池儲能系統發生火災10MW;

2022年4月18日,美國亞利桑那州鹽河變電站內儲能設施發生火災。大火悶燒5天;

2022年4月21日,美國亞利桑那州的一個儲能獨立項目起火,該儲能項目地共有超3200塊鉀離子電池;

2022年5月8日,德國卡爾夫區的althengstett 一個用戶側光伏儲能系統發生爆炸;

2022年6月3日,位于法國科西嘉島Poggio-di-Nazza鎮的一個光伏發電場發生火災,火災發生在一個裝有鉀電的儲能集裝箱,該電池儲能用干儲存光伏發電;

什么是儲能電站

及其火災特點與危害

A
儲能電站的范疇和應用場景
儲能技術是指利用大容量且能實現快速充放電的儲能設施裝置或物理介質將能量存儲起來的技術,主要有物理儲能、電化學儲能、儲熱和儲氫、電磁儲能等。

就當它是個大號充電寶,商用兆瓦級別,家用的容量小點。為方便安裝運輸,通常以標準集裝箱規格制作外包箱體。

其中,電化學儲能是利用化學反應直接轉化電能的裝置,是以鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池為主的電化學儲能技術。

目前,電化學儲能在智能電網、能源互聯網中的應用貫穿整個電力系統,在發電、輸電、用電等環節均有應用領域。

B
儲能電站火災特點及危害
電化學儲能產業雖然具有廣闊前景,但在熱失控時,可能引發火災甚至爆炸,并產生有毒氣體,造成經濟損失和人員傷亡。

電化學儲能,尤其是鋰電儲能技術,綜合性能出色,應用場景廣泛,在規模效應驅動的降本下有望迎來快速擴容和發展階段。

作為助力新能源迎風起航的重要技術,儲能安全問題成為行業內共同關注的重點,相比于事后補救,事前預防更成為重中之重。

目前在電池儲能工藝在電解液的配制、電池老化高溫等環節會產生易燃易爆、有毒有害的氣體。因此,為保證安全生產,需要對目標氣體進行檢測。

氣體具有爆炸性
電池熱失控時,大量的氣體從安全閥噴射出,氣體主要為H2、CO、CO2、CH4、C2H4和電解液因高溫汽化產生的氣體。其中一部分可燃氣體會在燃燒中消耗,還有部分未燃燒的會積聚在模組內部,隨著模組中熱失控傳播的不斷擴展,模組中可燃氣體越來越多,造成模組壓力增加,最終可能會因壓力過大發生物理爆炸。

此外,可燃氣體的濃度逐漸增加,當達到混合可燃氣體的爆炸極限,即超過爆炸下限6.1%時,熱失控電池的高溫作為點燃源,當遇到足夠的氧氣時,可燃氣體會發生化學爆炸,巨大的爆炸壓力可以對電池簇、集裝箱造成嚴重的破壞,進而帶來經濟損失,甚至人員傷亡。

氣體具有毒性
電池熱失控產生的一些氣體除了具有可燃性之外,還具有危害很高的毒性如 CO、HF(氟化氫)等。

鋰電池電解液中揮發出的碳酸二乙酷等VOC與體被人體吸入身體中后會使人感到虛弱,頭疼頭昏,惡心更加嚴重的情況下會感到呼吸困難對人體的生命安全造成很大的威脅。

不同體系的電池在熱失控時產生的氣體成分及占比如圖所示。

氫氣H2

一種無色、無毒、易燃易爆的氣體對人體的危害可能是導致缺氧室息。氫氣爆炸極限是4.0%~75.6%(體積濃度),其爆炸下限低和爆炸極限范圍廣的特點,使得氫氣泄漏的氣體安全管理是首要重點。

一氧化碳CO

一氧化碳為無色無味的劇毒氣體,通過呼吸道吸入與人體血紅蛋白結合,造成人體缺氧而中毒。

乙烯C2H4

乙烯C2H4

乙烯C2H4的爆炸上下限為2.8%-32%;遇明火、高熱或與氧化劑接觸,有引起燃燒爆炸的危險。

揮發性有機化合物VOC

揮發性有機化合物包括甲醛、氨、乙二醇、酷類等物質。當VOC達到一定濃度時,會引起頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀,嚴重時甚至引發抽搐、昏迷,傷害肝臟、腎臟、大腦和神經系統,造成記憶力減退。

HF

HF同樣是一種刺激性有毒氣體,具有腐蝕性,在50ppm濃度下活動數分鐘便有致死的風險。而一節容量為20Ah的100%SOC磷酸鐵鋰電池熱失控時,HF最高濃度約為145ppm,遠遠高于所規定的HF安全濃度。

對儲能設備氣體泄漏的解決措施

事實上,在儲能安全領域,我國已經制定了國標《電化學儲能電站安全規程》(GB/T 42288-2022),并已于今年7月1日起正式施行。

近日,國家標準《電力儲能系統 并網儲能系統安全通用規范》征求意見。后續更有一批安全標準,如電化學儲能電站生產安全預案編制導則(GB/T 42312-2023)、電化學儲能電站應急演練規程(GB/T 42317-2023)、電化學儲能電站危險源辨識技術導則(GB/T 42314-2023)以及電化學儲能電站檢修規程(GB/T 42315-2023)將實施。

圖片
而在現場,我們則可以通過相關的氣體傳感器技術,根據電站電池的熱失控特性,設定相應的預警閾值,將多種特征參數進行耦合,當不同傳感器參數達到所設閾值時,發出警報,就可以實現實現鋰離子電池火災早期的探測和預警,并根據警報采取相應的控制措施,防止鋰離子電池火災的進一步擴大。

此外,我們應根據不同氣體傳感器的量程和靈敏度,選取適當的傳感器和氣體檢測儀,同時設置冗余系統,保證電站火災早期探測和預警裝置的準確響應。
例如鋰離子電池熱失控的時候,電池內部會有大量的一氧化碳釋放出來。所以我們可以通過檢測一氧化碳的濃度來判斷電池熱失控。

理研計器的儲能電站氣體泄漏監測系統解決方案以“早發現、早處置“為原則,對儲能艙內鉀電池熱失控初級階級進行超前探測預警,將氣體危險撲滅在萌芽階段,公司旗下也有多款應對儲能電站安全事故預警的氣體檢測設備。


固定在線式:
● SD-1系列、SD-D58等防爆型氣體檢測儀,可以在一個地方監視現場設置的多個氣體檢測儀的濃度。

● SD-2500系列能夠檢測高沸點溶劑氣體,準確檢測設備中心的濃度,集成到主機中的濃度顯示區域。


手持便攜式:
● 【GX-8000、SP-220、GX-2012】通過泵吸式對測試區域內的氣體進行采樣,然后將樣氣體送入儀器進行測試。具有檢測速度快,危險區域遠程測量,人員安全維護等特點。

測漏儀:SP-220

● 針對維修檢修的作業項目,作業人員可以攜帶便攜式氣體檢測器【GW-3,GX-3R/Pro】,可以及時發現有毒性氣體泄漏情況,以進行安全作業。

儲能電站內會有各種各樣的氣味,要是傳感器抗干擾性不好的話,也是很容易造成誤報的,以理研計器的CO傳感器為例,其對CO靈敏度很高,其它諸如氫氣的干擾就不受影響。

作業人員佩帶著專業的、可靠的儀器設備,如果遇到危險氣體,儀器就會立即報警,完全不用擔心那些無色無味的毒氣。

結語

氣體檢測報警儀作為有毒有害、易燃易爆氣體泄漏、無序釋放檢測報警系統的主要組成部分,正確使用、維護并保證檢測結果的準確性是預防事故的必要條件。

安全生產是關系人民群眾生命財產安全的大事,是經濟社會協調發展的標志。在生產過程中,通過安裝氣體檢測報警裝置,時刻檢測有毒有害氣體泄漏濃度,將風險隱患控制在源頭。
理研計器擁有600多種氣體傳感器和100多種氣體探測器。未來,我們仍將不斷開發新產品、研發各項新功能,使得氣體檢測儀在應用上更先進、更適合日新月異的市場環境,致力于為用戶提供一個可靠、準確、安全的氣體檢測方案。

理研計器必將在未來氣體產業的生命安全畫卷中,添上濃墨重彩的一筆,守護人們的幸福生活,為生產和生活不斷創造新價值!為用戶選配適合原理的檢測儀,用成熟的工藝完善氣體檢測系統。

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