Kemalangan Penyimpanan Tenaga yang Kerap Mendorong Permintaan yang Meningkat untuk Keselamatan Kebakaran di ESS
Penyimpanan tenaga elektrokimia ialah peranti bersepadu bahan kimia yang sangat intensif tenaga. Jika penyalahgunaan bateri berlaku, seperti pengecasan berlebihan, lebihan nyahcas, lebihan arus, pelarian haba dan litar pintas dalaman, ia akan membawa kepada pengumpulan haba di dalam bateri dengan mudah. Apabila titik kritikal melebihi, pelarian haba akan berlaku, dan pelarian haba akan merebak dengan cepat, merebak di antara modul bateri, kabinet bateri, dan juga petak bateri simpanan tenaga. Gas mudah terbakar yang dilepaskan apabila bateri terbakar akan memanjangkan lagi masa pembakaran, meningkatkan kesukaran pemadaman, malah menyebabkan letupan, akhirnya membawa kepada kerosakan ekonomi dan peribadi yang serius.
Perkadaran Jenis Bateri dalam Kemalangan Penyimpanan Tenaga (Unit: %)
Kemalangan di stesen janakuasa simpanan tenaga kerap berlaku, dan isu keselamatan penyimpanan tenaga perlu ditangani segera: Menurut statistik yang tidak lengkap daripada Rangkaian Tenaga Antarabangsa, sejumlah 37 letupan stesen janakuasa simpanan tenaga berlaku di seluruh dunia dari 2011 hingga Januari 2022, di mana 4 daripadanya berlaku di China. Pada 16 April 2021, kemalangan stesen janakuasa simpanan tenaga di Beijing Guoxuan Fuweis Solar Storage and Charging Technology Co., Ltd. menyebabkan seorang kematian, dua anggota bomba meninggal dunia, seorang anggota bomba cedera, dan kerugian harta benda langsung sebanyak 16.61 juta yuan telah berlaku; dari perspektif kemalangan kenderaan tenaga baharu, menurut data yang dikeluarkan oleh Biro Bomba dan Penyelamat Kementerian Pengurusan Kecemasan, pada suku pertama 2022, sejumlah 640 kebakaran kenderaan tenaga baharu dilaporkan di China, peningkatan sebanyak 32% berbanding tempoh yang sama tahun lepas; dari perspektif jenis bateri kemalangan, 82% kemalangan penyimpanan tenaga disebabkan oleh bateri litium ternary, terutamanya kerana suhu penguraian bahan elektrod positif bateri litium ternary hanya 200°C, yang terdedah kepada pelarian haba dan dengan itu kebakaran.
Amaran Awal: Barisan Pertama Pertahanan untuk Keselamatan ESS, Berkembang dengan Keperluan Larian Terma Yang Lebih Tegas
Amaran awal: Keperluan untuk pelarian haba semakin meningkat, yang meletakkan keperluan yang lebih tinggi pada teknologi amaran awal. Teknologi amaran awal pelarian haba terutamanya menyepadukan mekanisme kegagalan keselamatan bateri dengan teknologi kecerdasan buatan data besar untuk mewujudkan model amaran awal keselamatan untuk pelbagai mod kegagalan. Yang biasa digunakan termasuk pendek dalaman bateri, pemendapan litium, keabnormalan kapasiti, dsb. Perubahan abnormal dalam bateri ini ditunjukkan sebagai keabnormalan atau trajektori tidak normal voltan, suhu, arus dan data lain dalam data operasi bateri. Melalui analisis pelbagai dimensi voltan, arus, suhu dan data lain yang direkodkan oleh BMS semasa operasi bateri, maklumat kerosakan bateri boleh dikenal pasti, dan risiko keselamatan bateri boleh dinilai untuk mencapai tujuan amaran awal. Dengan penambahbaikan berterusan keperluan industri untuk pelarian haba, sasaran pelarian haba telah ditingkatkan daripada 5 minit asal kepada 30 minit, 60 minit, malah lebih daripada 24 jam tanpa api terbuka/tiada penyebaran, yang meletakkan keperluan yang lebih tinggi pada perlindungan pelarian haba dan teknologi penindasan sistem bateri kuasa.
Pada masa hadapan, masih perlu untuk membangunkan penderia yang lebih sensitif dan boleh dipercayai pada asas sedia ada dan mengurangkan kosnya, dan pada masa yang sama meneroka sama ada terdapat kaedah amaran awal yang lebih berkesan untuk meningkatkan lagi keselamatan dan kebolehpercayaan sistem bateri lithium-ion. Sebagai contoh, dalam sistem amaran awal dengan suhu sebagai parameter ciri utama, termokopel atau penderia yang digunakan pada masa lalu untuk mengukur suhu permukaan secara langsung mempunyai ralat tertentu. Pada masa ini, pakar dan sarjana telah mempertimbangkan untuk menggunakan pengesanan inframerah atau penderia terbina dalam untuk meningkatkan ketepatan data suhu yang diukur. Pada masa hadapan, kaedah pengukuran suhu yang lebih tepat dan penderia suhu terbina dalam tahan suhu tinggi dan ketepatan tinggi boleh digunakan untuk memantau suhu bateri. Ketepatan hendaklah sekurang-kurangnya lebih tinggi daripada keperluan tertinggi piawaian ketepatan sedia ada. Selain itu, sistem pemantauan bateri boleh digabungkan dengan teknologi ramalan suhu bateri untuk mendapatkan data suhu bateri yang lebih tepat.
Cabaran Pencegah Kebakaran: Risiko Kebakaran Tinggi dan Pemadaman Sukar dalam Sistem Penyimpanan Tenaga
Hujung pemadam api:
"Larian terma" ialah punca bahaya keselamatan bateri litium-ion: Mekanisme larian haba bateri litium-ion merangkumi tiga peringkat. Peringkat pertama: peringkat awal pelarian haba bateri litium. Disebabkan oleh faktor dalaman dan luaran, suhu dalaman bateri meningkat dengan cepat kepada 90~100 ℃. Pada masa ini, lapisan pempasifan SEI pada permukaan elektrod negatif terurai dan membebaskan haba yang besar, menyebabkan suhu dalaman bateri meningkat dengan cepat; apabila suhu masing-masing mencapai 135 ℃ dan 166 ℃, diafragma PE dan PP mula cair. Apabila suhu semakin meningkat, diafragma mengecut, dan elektrod positif dan negatif bersentuhan antara satu sama lain untuk menyebabkan litar pintas, dengan itu menyebabkan pelepasan haba berterusan bateri. Peringkat kedua: peringkat membonjol bateri, pada suhu kira-kira 250~350 ℃, litium bertindak balas dengan pelarut organik dalam elektrolit untuk meruapkan gas hidrokarbon mudah terbakar. Peringkat ketiga: pelarian haba bateri, peringkat kegagalan letupan, dalam peringkat ini, bahan elektrod positif dalam keadaan pengecasan terus mengalami tindak balas penguraian pengoksidaan yang ganas dengan elektrolit, menjana suhu tinggi dan sejumlah besar gas toksik, menyebabkan bateri terbakar dengan ganas atau bahkan meletup.
Sistem penyimpanan tenaga bateri litium-ion kebanyakannya diwakili oleh unit penyimpanan jenis kontena pasang siap. Sistem ini biasanya terdiri daripada berpuluh-puluh sel bateri yang disambungkan secara bersiri dan selari untuk membentuk modul bateri. Modul ini kemudiannya disambungkan secara bersiri untuk mencipta rentetan bateri, yang selanjutnya disepadukan secara selari ke dalam kabinet bateri simpanan tenaga tunggal.
Kebakaran yang melibatkan sistem penyimpanan tenaga bateri litium-ion menunjukkan beberapa ciri yang berbeza:
- Pembakaran sengit dan perambatan haba yang cepat
- Ketoksikan tinggi, asap tebal dan potensi bahaya yang ketara
- Risiko tinggi untuk dinyalakan semula dan sukar untuk dipadamkan
Akibatnya, kebimbangan keselamatan yang berkaitan dengan sistem penyimpanan tenaga berasaskan litium-ion telah mendapat perhatian yang semakin meningkat dalam beberapa tahun kebelakangan ini.
Cabaran Pencegah Kebakaran: Kekurangan Agen Pemadam Bersasar
Kekurangan Agen Pencegah Kebakaran Sasaran untuk Sistem Penyimpanan Tenaga:
Memandangkan risiko kebakaran yang tinggi dan kesukaran pemadaman yang berkaitan dengan sistem penyimpanan tenaga, agen pencegah kebakaran semasa sering terbukti tidak berkesan untuk kebakaran bateri litium-ion. Sebagai contoh, alat pemadam serbuk kering mempunyai sedikit atau tiada kesan untuk memadamkan kebakaran tersebut. Ejen seperti Halon 1301, CO₂, dan FM-200 (heptafluoropropane) hanya mampu memadamkan nyalaan terbuka tetapi secara asasnya tidak boleh menghalang permulaan pelarian haba atau menghalang nyalaan semula. Ejen ini tidak mempunyai keupayaan penyejukan dan pemadam kebakaran yang berkesan, menjadikannya tidak sesuai untuk kebakaran bateri litium.
Sistem pemercik air, walaupun secara teknikalnya matang, kos efektif dan mesra alam, menawarkan penyejukan dan pemadaman kebakaran yang berkesan. Walau bagaimanapun, air sebagai medium pemadam datang dengan kelemahan yang ketara: ia memerlukan volum yang besar, tempoh memadam kebakaran yang berpanjangan, dan menimbulkan risiko tinggi menyebabkan litar pintas dan kerosakan tidak dapat dipulihkan pada bateri, menyebabkan stesen simpanan tenaga tidak dapat beroperasi selepas kebakaran.
Ejen pemadam api berasaskan air secara relatifnya berkesan dalam menyejukkan dan memadamkan kebakaran: Secara umum, agen pemadam api pepejal hampir tidak berkesan dalam memadam kebakaran dalam sistem penyimpanan tenaga bateri lithium-ion; ejen pemadam api gas mempunyai kecekapan pemadam api yang lemah dan kesan penyejukan yang terhad; agen pemadam api berasaskan air bukan sahaja mesra alam dan kos rendah, tetapi juga mempunyai kesan penyejukan dan pemadam api yang ketara. Oleh itu, perlindungan pemadam api dijalankan untuk bahaya kebakaran bateri litium, terutamanya sistem bateri litium penyimpanan tenaga berskala besar, dan ejen pemadam api anti-penyalaan baru yang cekap tinggi dan sistem dan peranti pelepas ejen pemadam api direka dan dibangunkan, yang kondusif untuk aplikasi komersial berskala besar sistem penyimpanan tenaga bateri lithium-ion.
Berbanding dengan Bateri Kuasa EV, Kebakaran Sistem Penyimpanan Tenaga Menimbulkan Bahaya yang Lebih Besar
Memandangkan perbezaan antara skala dan keperluan prestasi bateri simpanan kuasa dan bateri kuasa kenderaan elektrik, kami menganalisis terutamanya dari aspek berikut:
Skala sistem bateri: Kedua-dua sistem penyimpanan tenaga litium-ion dan kenderaan elektrik 48v 60v 72v 96v bateri lithium-ion sebagai unit asas, dan komponennya boleh dibahagikan kepada empat peringkat: sel bateri, modul, pek bateri dan sistem. Walau bagaimanapun, bilangan sel bateri dalam sistem storan tenaga jauh melebihi sistem bateri kenderaan elektrik, dan tenaga keseluruhan peranti storan tenaga adalah 1 hingga 2 susunan magnitud lebih tinggi daripada sistem bateri kenderaan elektrik, menjadikan tahap dan kesan kemalangan kebakaran lebih serius.
Mekanisme kemalangan kebakaran: Kedua-dua sistem storan tenaga dan kebakaran bateri kenderaan elektrik disebabkan oleh penyalahgunaan bateri, yang membawa kepada pelarian haba bagi satu bateri, sekali gus menyebabkan kemalangan kebakaran berskala besar. Walau bagaimanapun, ciri penyebaran api kedua-duanya tidak betul-betul sama. Dalam kebakaran kenderaan elektrik, suhu sel bateri lari haba meningkat, menyebabkan kebakaran dalam sel atau modul bateri bersebelahan; manakala sistem storan tenaga biasanya terdiri daripada lebih daripada sedozen atau bahkan berdozen modul, dan pelarian haba bagi satu bateri biasanya menyebabkan kebakaran merebak antara modul.
Langkah pencegahan dan kawalan kebakaran: Pencegahan dan kawalan kebakaran sistem penyimpanan tenaga bateri lifepo4 biasanya memerlukan pertimbangan reka bentuk keselamatan modul, sistem pengurusan bateri, sistem amaran kebakaran dan sistem memadam kebakaran. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh had isipadu petak bateri, pencegahan kebakaran dan kawalan sistem bateri kenderaan elektrik biasanya hanya melibatkan dua peringkat pertama. Untuk sistem storan tenaga, memandangkan pelarian haba bateri litium-ion meletus dalam rantai dan api merebak dengan cepat, ketepatan masa sistem amaran dan keberkesanan sistem pemadam kebakaran adalah sangat kritikal.
Piawaian penilaian keselamatan: Untuk penilaian keselamatan bateri kuasa kenderaan elektrik, sila rujuk kepada UL2580-2013 "Standard Spesifikasi Keselamatan Bateri Kenderaan Elektrik" dan GB/T 31485-2015 "Keperluan Keselamatan dan Kaedah Ujian untuk Bateri Kuasa untuk Kenderaan Elektrik" dan piawaian serta spesifikasi lain. Pada masa ini, tiada standard penilaian kuantitatif untuk keselamatan bateri simpanan tenaga. Dalam aplikasi praktikal, kebanyakan piawaian ujian yang berkaitan untuk bateri litium-ion untuk kenderaan elektrik disebut. Bagaimana untuk mengukur sistem penilaian keselamatan sistem penyimpanan tenaga memerlukan penyelidikan yang mendalam.
Dengan mengambil kira peningkatan sebenar dalam permintaan untuk sistem storan tenaga amaran awal dan memadam kebakaran serta perbezaan dan perbandingan dengan bateri kuasa kenderaan elektrik, kami percaya bahawa dengan perkembangan pesat industri storan tenaga, permintaan untuk memadam kebakaran simpanan tenaga mungkin meningkat dengan ketara, yang membawa kepada peluang yang baik untuk pembangunan industri.
Ledakan Disokong Dasar dalam Penyimpanan Tenaga Keselamatan Kebakaran: Landasan Pertumbuhan Jangka Panjang
Dasar ini menekankan keselamatan perlindungan kebakaran storan tenaga, yang bermanfaat kepada pembangunan industri: "Peraturan Keselamatan Stesen Janakuasa Penyimpanan Tenaga Elektrokimia (Draf untuk Komen)" yang dikeluarkan pada September 2021 memerlukan perlindungan kebakaran storan tenaga untuk disepadukan ke dalam sistem pengawasan video dan menyediakan penyelesaian sistematik, yang lebih halus dan keperluan teknologi storan, keselamatan, keselamatan peralatan, keperluan keselamatan operasi, peralatan dan teknologi. baik pulih, ujian, dsb. "Rancangan Lima Tahun Ke-14 untuk Kerja Perlindungan Kebakaran Kebangsaan" yang dikeluarkan pada Februari 2022 mencadangkan untuk mengukuhkan reka bentuk perlindungan kebakaran dan pengurusan sumber di sekitar kemudahan simpanan tenaga baharu. Pelbagai dasar mengemukakan keperluan terperinci untuk pembinaan dan pengurusan stesen janakuasa simpanan tenaga; membimbing pembinaan kemudahan perlindungan kebakaran simpanan tenaga sokongan untuk meningkatkan keselamatan operasi stesen janakuasa simpanan tenaga; mengemukakan sasaran kapasiti terpasang 2025 dan pengurangan kos dan matlamat peningkatan kecekapan, dan dasar membimbing pembangunan pasaran simpanan tenaga.
Dengan pelaksanaan beberapa dasar dan piawaian yang berkaitan dengan keselamatan kebakaran simpanan tenaga, dapat diramalkan bahawa skala kapasiti terpasang storan tenaga akan meningkat dengan cepat. Kepentingan perlindungan kebakaran simpanan tenaga akan terus diketengahkan di bawah piawaian baharu. Perkadaran pelaburan perlindungan kebakaran storan tenaga dijangka terus meningkat, dan industri perlindungan kebakaran storan tenaga mungkin membawa cerun salji yang panjang.
Aplikasi Hiliran Pelbagai Penyimpanan Tenaga Keselamatan Kebakaran Bersedia untuk Pengembangan Pantas
Senario aplikasi hiliran dipelbagaikan, dan produk perlindungan kebakaran simpanan tenaga dijangka meningkat dalam jumlah dalam tempoh Rancangan Lima Tahun Ke-14: bahan mentah huluan rantaian industri produk perlindungan kebakaran simpanan tenaga terutamanya termasuk bahagian struktur, komponen elektronik, casis dan agen pemadam api; selain stesen janakuasa simpanan tenaga, senario aplikasi hiliran produk perlindungan kebakaran simpanan tenaga juga termasuk kenderaan tenaga baharu, basikal elektrik dan storan tenaga isi rumah. Apabila skala penyimpanan tenaga dalam industri hiliran berkembang, piawaian keselamatan kebakaran akan menjadi lebih ketat, dan permintaan untuk produk perlindungan kebakaran simpanan tenaga akan mempunyai prospek yang luas.
Kami menjangkakan bahawa menjelang 2025, ruang pasaran perlindungan kebakaran simpanan tenaga domestik dijangka mencecah 6.514 bilion yuan, dengan CAGR sebanyak 113% dari 2021 hingga 2025; landasan perlindungan kebakaran simpanan tenaga masa depan adalah panjang dan curam, dan dijangka mencapai pertumbuhan pesat. Andaian utama adalah seperti berikut:
Kapasiti terpasang baharu storan tenaga elektrokimia China: Menurut Kertas Putih Penyelidikan Industri Penyimpanan Tenaga 2023, kapasiti terpasang baharu storan tenaga elektrokimia China pada tahun 2024 ialah 1559.6MW. Kami mengandaikan bahawa kapasiti terkumpul terpasang storan tenaga elektrokimia akan berkembang pada kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 64% dari 2021 hingga 2025; Berdasarkan nisbah simpanan tenaga wilayah utama di China seperti yang dikira oleh GGII, kami mengandaikan bahawa masa penyimpanan ialah 2 jam;
Nisbah pelaburan perlindungan kebakaran: Menurut pengumuman Qingniao Fire Company, bahagian semasa perbelanjaan perlindungan kebakaran di China adalah kira-kira 2%, yang lebih tinggi di luar negara; Kami menjangkakan bahawa dengan keluarnya "Peraturan Keselamatan Stesen Janakuasa Penyimpanan Tenaga Elektrokimia", perkadaran pelaburan perlindungan kebakaran dijangka terus meningkat, dengan mengandaikan bahawa perkadaran pelaburan perlindungan kebakaran akan mencapai 7% pada 2025;
Harga purata bida storan tenaga: Menurut data Jibang New Energy Network, purata harga bida keseluruhan projek penyimpanan tenaga biasa pada tahun 2024 mencecah 1.476RMB/Wj, dan Pentadbiran Tenaga Nasional dan lain-lain menekankan bahawa stesen janakuasa simpanan tenaga harus mengoptimumkan kos semasa membangun. Kami mengandaikan bahawa kos projek penyimpanan tenaga akan berkurangan sebanyak 5% setiap tahun.
