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北京储能电站爆炸,可能原因有哪些?

作者:中国储能网新闻中心 来源:角马能源 发布时间:2021-04-23 浏览:
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中国储能网讯:4月16日,北京集美大红门25MWh直流光储充一体化电站发生爆炸事故,导致2名消防员牺牲,1名消防员受伤,电站内1名员工失联。5天之后,国家发改委、国家能源局联合发布了《关于加快推动新型储能发展的指导意见(征求意见稿)》。

两者当然不会有直接的联系,但即便是有着国家发改委和能源局的推动,至少储能在北京的暂停键是肯定按下了。

近日,记者拿到了一份某研究所针对北京大红门储能电站项目事故的分析。虽然该分析无法依据现有信息得出事故发生的具体原因,但其中对该项目和现阶段储能电站在电池选择、设计、运营等方面的技术分析,依然具有很大的借鉴意义。

在此,角马能源特将该分析中的核心内容与读者们分享,希望可以对行业起到积极的推动作用。

技术突破也代表着更高的安全要求

该项目与传统的集中式储能在电气结构上存在较大差异。该项目是大功率充电站,要使用直流电,因此需要配备一圈交流转换直流的设备。项目电池直接串联至750V,经过多机并联,使得每个充电桩都可以达到150kW功率、250A电流、750V电压,相应参数对应国标充电桩输出标准最高值。虽然该设计突破了现有设备的尺寸及性能限制,但也对电池簇间的均流能力及直流开关设备的开断能力提出了更高的要求。

从现场情况看,南区先发生事故,在处理南区事故时,北区在无征兆情况下发生爆燃,这种情况,有可能是南北区共用直流母线,在南区发生事故时,南区已经短路,但是由于直流保护系统未检测到,未发生动作,造成北区电池瞬间过放,电流增大,引发事故。

储能电池安全质量是第一位的

从现有信息来看,储能电站中的磷酸铁锂储能电池发生了燃烧爆炸。而锂离子电池发生燃烧爆炸一般原因都是电池出现了热失控。

而热失控又有两个诱因——内因和外因。内因有电池内部电芯内缺陷、长期使用后老化、电芯内产生枝晶锂触发短路。外因一般指的是电、热冲击让电池内部出现放热反应。

电池选型不当或者电池安全质量不过关都有可能造成锂离子电池发生燃烧爆炸。2019年1月正式实施的《电力储能用锂离子电池》国家标准与动力电池等标准不同之处在于增加了对电池本身热失控等安全性能的技术要求。

如果该项目的储能电池没有按照相关标准检测,那么就存在较大的安全隐患。

电池管理系同样重要

除了电池,储能系统还包括BMS、变压器、继电保护等诸多设备。这些设备的质量缺陷、安装不合规、绝缘不到位等因素也有可能直接或间接引发储能电站的安全问题。

2017年3月山西某储能设备发生火灾,根据山西省消防总队的调查报告,认定原因为系统恢复启动过程中浪涌效应引起的过大电压和电流未得到系统BMS的有效保护。

大红门储能电站事故中,电池管理系统也有可能存在采集数据周期较长、阈值设置不合理的现象。因此系统未在电池过充、过放或者热失控阶段发生预警,也未及时关断对电池充放电进行反应,加剧了电池发生失控的风险。

电站设计与布局的可能缺陷

从公开的信息来看,该项目的线缆采用的穿管桥架敷设,与电池柜的安全距离较近,如果线路上发生短路,线缆发生燃烧或者爆炸,极易造成连锁反应,造成电池的着火或者爆炸。电池模块中的线束也是事故可能发生的根源,所有线束如果未作防火处理,或者采集线束和通信线束为明显区分,易造成线束之间的干扰,造成电池管理系统信息不准,当发生事故时,处理不及时,线束不防火,很容易成为易燃源。

锂离子电池发生热失控,会产生烷烃等可燃气体。如果储能电站缺乏相应的预警和防护措施,除了电池的燃爆冲击,可燃气体达到一定浓度产生爆发可能发生连锁事故。

储能站火势蔓延较大,说明现场消防系统无法在第一时间控制住火势。再进一步考虑到可燃气体问题,单纯的手持式灭火装置在储能电站事故中极有可能无法发挥作用,不满足锂离子电池储能电站的消防灭火需要。

另外,消防常用的水喷淋可能引起带电体及其线路短路诱发火灾或扩大电气事故。因此,在储能系统火灾前期,有大量储能电池还未受到影响的情况下,还是需要慎重考虑采用水作为消防灭火介质。

天灾与人祸

此次事故发生在4月16日下午,而在4月15日北京发布了大风黄色,沙尘蓝色和森林火险橙色预警信号,大风、沙尘的气象环境可能造成储能系统内部灰尘积聚,一方面不利于储能系统的散热,提高储能系统运行温度,另一方面沙尘的存在,对系统的绝缘造成不利影响,而绝缘失效容易造成电气设备电击穿、局部高温,都会诱发储能电池热失控。

据媒体报告,储能电站事故发生时,现场有工作人员正在对储能系统进行调试。储能系统属于高电压、高能量的带电系统,施工现场、调试运行现场有很多的线路,如果操作失误或者现场处置不当,很容易出现安全问题。从电池本体、集成、工程设计、施工到运行维护等,目前已有相关标准,如果不按照标准进行,存在现场作业不规范操作、监管缺失、操作人员认识不充分等等,都可能导致严重的后果。

关键字:储能安全

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