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消防部门希望厂商和用户提高电池储能系统安全性

作者:刘伯洵 来源:中国储能网 发布时间:2021-01-12 浏览:
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中国储能网讯:尽管锂离子电池储能系统发生火灾事故比较少见,但可能会给电池储能行业带来毁灭性后果,并对工作人员和消防人员的人身安全构成威胁。美国一个由储能行业和消防安全专家组成的“能源安全响应小组”(前身为储能响应小组)对于如何构建更加安全的电池储能系统进行了分析和阐述。

电池储能系统的储能容量通常为几百千瓦时到几兆瓦时,其部署范围十分广泛,通常部署在城市或乡村,部署在太阳能发电场、变电站、商业或工业设施的各种能源设施的现场环境中,甚至部署在北极、沙漠或热带环境中。每个储能项目都有各种利益相关者,其中包括:

•电池制造商。

•变频器、容器/结构、空调、消防和其他组件制造商。

•工程、采购与建筑(EPC)公司。

•金融机构、保险公司和律师事务所。

•其他专业咨询服务(消防、通讯、环境服务)。

然而,一些运营商和用户在提议、构思和建设电池储能项目时,却忽略消防安全方面的设计和规划。尽管围绕电池储能项目的情况和细节可能会有很大的不同,但每个项目都需要响应机构和公共安全机构的支持。近年来,一些电池储能项目在部署方面的公开听证会上遭到反对,从而导致工期延迟、成本超支,并且由于延迟运营而损失收入。解决这些问题的一个办法是在规划之初就与消防部门联系,让他们参与其中。

即使火热得到抑制,锂离子电池中残留的能量也会引起重燃

根据能源安全响应小组的建议,与消防部门开展合作可为计划部署的储能系统(ESS)提供响应服务,从而在消防专业人员和储能项目部署团队之间建立信任,减少在公众听证会上的异议,并加快项目部署进度。

上述相关的利益相关者在电池储能系统的开发和部署中都有自己的角色和责任。消防部门也是如此,它应该是项目部署的组成部分。部署团队与消防部门开展合作,首先要了解消防人员的疑虑并加以解决,最终制定应急计划并开展相关培训。利益相关者并不希望电池储能系统发生安全事故,但是如果发生,消防部门要求利益相关者了解并解释有关站点、系统及其操作的某些信息。

消防部门关注的问题及解决方法

电池储能技术是美国消防部门相对较新的技术。尽管不同的消防部门对电池储能系统的安全标准有所不同,但每个机构的主要关注点是相同的:消防人员的人身安全。

利益相关者和政府部门越来越意识到与电池储能系统相关的危害,因此必须适当解决他们关注的问题,这一点很重要。运营商以完整和透明的方式解决这些问题,不仅有助于提高消防人员的安全性,而且有助于确保项目部署成功。锂离子电池故障最明显的特征可能是一种被称为“热失控”的状态,即电池单会发生无法控制的过热情况,通常会伴随释放出大量可燃性气体。

而故障电池的热传播可能会导致相邻电池引发热失控,从而在整个电池储能系统中造成级联故障,产生大量的热量和气体。当这些可燃性气体在封闭的空间(例如集装箱式电池储能系统)中积聚时,可能会形成爆炸性环境,而在出现火源的情况下,将会导致毁灭性的爆燃或爆炸事件。爆炸的冲击波可能对附近的建筑物和到达现场的消防人员造成伤害,正如APS公司在亚利桑那州运营的电池储能系统于2019年发生火灾导致爆炸的事件所看到的那样。

在锂离子电池故障事件中,发生火灾也很常见。由于级联电池故障产生的大量热量和气体,其火灾难以扑灭,可能持续数小时。即使火势得到抑制,电池残留的能量也会引起重燃。

很多消防部门经常提到基于环境污染的问题。电池起火时通常会释放出大量烟雾和气体,亚利桑那州的电池储能系统发生起火并爆炸事件发生时,在现场测出大量的一氧化碳和氰化氢,也可能使周围地区的水源遭到污染。电池故障期间和之后也存在电气危险,因此不应忽视。

储能行业正在采取措施减轻电池故障的影响

随着对电池故障相关危害的研究和更深入的了解,储能行业组织正在采用更有效的保护措施来减轻其影响。例如,可以被视为储能系统“大脑”的电池管理系统(BMS)的管理功能变得越来越强大,可以在电池层面提供热量和电流的精细测量,并且对电池异常状况提供更有效的系统响应。

爆燃通风板也将成为减轻电池爆炸冲击波影响的常用解决方案。这些部署在电池外壳的顶部通风板可以作为泄压点,引导爆炸冲击波远离响应人员和消防人员。而在理想情况下,爆炸性环境决不允许在电池外壳内形成。

排气系统虽然很少使用,但也被用来在达到爆炸极限之前释放可燃气体。

气相消防系统(例如Novec 1230、FM-200、惰性气体或气雾剂)通常安装在电池储能系统外壳中,以抑制可能蔓延到附近电池的电气火灾。但是需要注意的是,这些类型的系统对于扑灭电池相关火灾并不十分有效,也不能防止热失控的发生。迄今为止,水基灭火方法仍然是为电池火灾提供冷却并防止热传播到相邻电池的最有效方法。

烟雾和气体检测器已被电池储能系统广泛采用,但具体取决于各种因素,它在识别初期故障事件方面可能是有效的,尽管事实证明它们在故障事件发生后提取关键实时数据并不可靠。然而,专为锂离子电池废气设计的检测技术开始出现,但尚未在电池储能行业中得到广泛采用。

UL 9540A的测试数据可用于证实电池制造商和集成商的安全声明

向安全的转变

最近发生在美国亚利桑那州、韩国和英国等地的锂离子电池储能系统起火或爆炸事故引起了全球相关行业、消防部门和法规部门的关注,并导致了电池储能系统加强安全性的明显转变。美国各州的消防部门开始关注最近制定的有关电池储能系统安全安装的规范和标准。

例如,美国在2018年版的《国际消防法规(IFC)》中增加了一个专门用于电池储能系统的章节,该法规被许多州采用。即将发布的2021年版《国际消防法规(IFC)》包含了更严格的电池储能系统安全要求。此外,美国消防协会(NFPA)最近已经制定了自己的固定式储能系统安装标准NFPA 855,美国各地的司法管辖区已开始遵循这一标准来部署电池储能系统。

加利福尼亚州和纽约州的消防法规最近都采用了有关电池储能系统部署的最新要求,这两项要求都是基于《国际消防规范》第1206节的最新规定。纽约市以其在部署电池储系统部署方面比较保守而闻名,在电池储能系统标准的制定过程中发挥了重要的作用,并引发了许多关于电池储能系统安全部署的讨论。

为了在纽约市这样人口稠密地区安全部署电池储能系统,并确保消防人员的安全,纽约消防局(FDNY)在2019年10月制定和发布了自己的一套标准(3RCNY 608-081:室外固定式蓄电池系统)。

在美国,UL9540电池安全认证也正被标准和规范部门广泛采用。UL9540A的测试数据(一种用于确定遭受热失控电池性能的破坏性测试方法)可用于证实电池制造商和储能集成商的安全声明,并且IFC和NFPA 855标准规定了电池之间的最大间隔距离。UL9540A标准也被纽约消防局(FDNY)和纽约市建筑局(DOB)采用,他们要求在纽约市部署的所有锂离子电池储能系统都要进行安全测试。

关键字:储能安全,储能电池

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