Регулаторне празнине и технолошка незрелост: кључне препреке развоју заштите од пожара за складиштење енергије
Индустрија складиштења енергије улази у фазу брзог развоја. Међутим, сектор противпожарне заштите који подржава системе за складиштење енергије још увек је у раној фази. Тренутне примене производа су релативно једноставне, првенствено се ослањају на апарате за гашење пожара на бази гаса. Величина тржишта је и даље мала и не одговара темпу раста сектора складиштења енергије.
Постоје два главна фактора која ограничавају развој противпожарне безбедности у индустрији складиштења енергије:
Прво, недостају прописи и стандарди у индустрији, а надзор је и даље слаб. Због још увек ограниченог обима примене складиштења енергије, тржиште није у потпуности сазрело, а противпожарна безбедност у сектору се суочава са релативно мало регулаторних ограничења. Међутим, како се обим индустрије складиштења енергије наставља ширити, значај безбедности ће постајати све истакнутији. Сходно томе, очекује се да ће се релевантни стандарди заштите од пожара за системе складиштења енергије постепено успостављати и побољшавати. Поред тога, честа појава инцидената везаних за складиштење енергије скреће све већу пажњу на ово питање.
Друго, производи и решења за заштиту од пожара у сектору складиштења енергије још увек нису развијени. Пожарне инциденте у системима за складиштење енергије карактеришу сложени сценарији, продужено сагоревање и висок деструктивни потенцијал – што се значајно разликује од конвенционалнијих окружења као што су зграде. Као резултат тога, традиционалне методе детекције и сузбијања пожара често су неефикасне за примене складиштења енергије. Одсуство ефикасних, прилагођених решења постало је једно од главних уских грла која ограничавају развој противпожарне заштите у овој области.
Међутим, како индустрија складиштења енергије наставља да добија на замаху, и добављачи услуга складиштења енергије и компаније за заштиту од пожара све се више фокусирају на развој одговарајућих стратегија заштите од пожара. Улажу се заједнички напори у пројектовање и имплементацију ефикаснијих система за детекцију и сузбијање пожара специфичних за случајеве употребе складиштења енергије, што би такође требало да убрза формулисање и имплементацију индустријских стандарда.
Брзи раст електрохемијског складиштења енергије подстиче постепено побољшање стандарда противпожарне безбедности
Технологије складиштења енергије укључују, између осталог, складиштење пумпне хидроелектране, електрохемијско складиштење, складиштење енергије компримованим ваздухом, складиштење растопљене соли и складиштење замајцем.
Међу њима, пумпно-хидроелектране држе доминантну позицију на тренутном тржишту складиштења енергије због своје ниске цене и великог капацитета.
Међутим, последњих година, брзи развој индустрије возила на нове енергетске базе довео је до наглог пада цене литијумских батерија. Као резултат тога, електрохемијско складиштење енергије, првенствено засновано на технологији литијумских батерија, забележило је значајан раст инсталираног капацитета.
Овај раст је у великој мери вођен предностима електрохемијског складиштења у односу на пумпне хидроелектране: мање је ограничено географским условима и боље је прилагођено за компензацију високофреквентних флуктуација снаге у енергетским системима.
Од 2025. године, кумулативни глобални капацитет складиштења енергије достигао је 191.1 GW, што представља међугодишње повећање од 3.4%. Међу свим технологијама, реактивне хидроелектране су чиниле највећи удео, са укупним капацитетом од 172.5 GW, што је повећање од 0.9% у односу на исти период прошле године, и представљају 90.3% укупног глобалног капацитета.
Електрохемијско складиштење енергије имало је кумулативни инсталирани капацитет од 14.2 GW, што чини приближно 7.5% од укупног броја. Унутар електрохемијске категорије, литијум-јонске батерије су чиниле већину, са инсталираних 13.1 GW — што представља 92.0% капацитета електрохемијског складиштења.
Од 2011. године, темпо глобалних инсталација за складиштење енергије се очигледно убрзао, а раст показује сталан тренд раста. У 2018. години, глобално електрохемијско складиштење енергије је доживело значајно ширење, са кумулативним капацитетом повећаним за више од 120% у односу на претходну годину. Од 2024. до 2025. године, пројектовано је да ће кумулативни глобални капацитет електрохемијског складиштења расти годишњом стопом од приближно 50%.
У оквиру циљева „двоструког угљеника“, потражња за складиштењем енергије наставља да расте. Међутим, последњих година дошло је до све већег броја инцидената који укључују електрохемијске системе за складиштење енергије, што је резултирало значајним друштвеним и економским губицима. Са већим распоређивањем на хоризонту, безбедносни ризици повезани са складиштењем енергије постају све озбиљнији.
Током протекле деценије, широм света је пријављено више од 30 пожара и експлозија у електранама за складиштење електрохемијске енергије. Међу њима, три инцидента су се догодила у Кини, укључујући недавну несрећу у априлу ове године у станици за складиштење енергије у округу Фенгтаи у Пекингу.
Током изградње и пуштања система у рад, станица се запалила и експлодирала, што је проузроковало 2 смртна случаја, 1 повреду и 1 несталу особу. Пожар је избио око 12:00 часова и није потпуно угашен до 11:40 часова истог дана.
Пожар у складишту енергије у Пекингу
Са брзим растом капацитета електрохемијског складиштења енергије, и у светлу честих и веома разорних несрећа повезаних са тим, владине власти стављају све већи нагласак на управљање безбедношћу система за складиштење енергије.
Кључне политике везане за безбедност складиштења електрохемијске енергије
Издавалац: Национална енергетска администрација (NEA)
Документ о политици: Привремене мере за управљање безбедношћу електрохемијских електрана за складиштење енергије
Кључни садржај：(1) Главни фокус је на јачању инхерентног управљања безбедношћу електрана.
(2) Главни фокус је на успостављању и унапређењу система управљања безбедношћу и укључивању управљања безбедношћу складиштења енергије у систем управљања безбедношћу предузећа.
(3) Главни фокус је на јачању управљања ванредним ситуацијама у пожарима у електранама. Оптимизацијом пројектовања пожара, обавезним инспекцијама и прихватањем пожара, имплементацијом управљања ванредним ситуацијама у пожарима и вишестраним повезивањем у ванредним ситуацијама у пожарима, можемо ефикасно да се носимо са несрећама и опасностима и да минимизирамо губитак живота и економске имовине.
Заштита од пожара у складиштењу енергије: од техничких баријера до ефикасних решења производа
Како се литијумске батерије запале?
Структурно, литијум-јонске батерије складиште велику количину енергије унутар затвореног простора, што по својој природи представља безбедносне ризике. Основни узрок безбедносних опасности код литијум-јонских батерија је термички бег. До овога долази због ланчане реакције коју покрећу споредне реакције које укључују мале органске молекуле унутар батерије, што доводи до почетка термичког бегства.
Термички бег у литијум-јонским батеријама може се поделити у три фазе:
Фаза 1: Почетна фаза термалног бекства
Због унутрашњих или спољашњих фактора, унутрашња температура батерије расте на око 90–100°C. На овој температури, слој пасивације SEI (Solid Electrolyte Interphase) на површини аноде почиње да се разлаже, ослобађајући топлоту која узрокује брзо повећање унутрашње температуре батерије. Када температура достигне приближно 135°C, сепаратор почиње да се топи и скупља, узрокујући контакт између катоде и аноде, што доводи до унутрашњег кратког споја и континуираног стварања топлоте.
Фаза 2: Фаза бубрења батерије
На температурама између 250–350°C, анодни материјал (C6Li) или наталожени литијум реагује са органским растварачима у електролиту. Ова реакција ослобађа запаљиве угљоводоничне гасове као што су метан и етан, праћено значајним стварањем топлоте, што узрокује бубрење батерије.
Фаза 3: Термално бекство и фаза експлозије
У овој фази, наелектрисани катодни материјал наставља да подлеже бурним реакцијама оксидативног разлагања са електролитом, стварајући изузетно високе температуре и велике количине токсичних гасова. То доводи до интензивног сагоревања батерије и на крају може изазвати експлозије.
Илустрација механизма термалног одбијања у литијум-јонским батеријама
Зашто је литијумске батерије тешко угасити?
Систем за складиштење енергије литијумске батерије састоји се од десетина ћелија повезаних серијски и паралелно како би се формирали батеријски модули. Ови модули се затим повезују серијски како би се формирали батеријски низови, који су даље интегрисани у кућиште за складиштење батерија кроз паралелне распореде.
Током пожара, термално пренапрезање у једној ћелији може покренути ланчану реакцију. Преносом топлоте и топлотним зрачењем, суседне ћелије се индукују у термално пренапрезање, што на крају доводи до пожара великих размера у целом систему за складиштење енергије литијумске батерије.
Пожари у системима за складиштење енергије литијум-јонских батерија имају јединствене карактеристике у поређењу са другим врстама пожара:
Интензивно сагоревање и брзо ширење топлоте
Висока токсичност, стварање јаког дима и значајна опасност
Висок ризик од поновног паљења и изузетно тешко гашење
Кључне карактеристике пожара у системима за складиштење енергије литијумских батерија:
Интензивно сагоревање и брзо ширење топлоте
Висока токсичност, густ дим и озбиљна опасност
Висок ризик од поновног паљења и велике тешкоће у гашењу пожара
Зашто батерије за складиштење енергије захтевају дизајн заштите од пожара, док батерије за електрична возила обично не захтевају?
У поређењу са батеријама електричних возила (EV), батерије за складиштење енергије представљају већу опасност од пожара. Рано упозоравање и превентивне мере су кључне, јер када се пожар догоди, може се брзо проширити ако се не угаси на време. Поред тога, системи за складиштење енергије имају више физичког простора за смештај опреме за заштиту од пожара, док су електрична возила ограниченија простором.
Са структурне перспективе, и литијум-јонски системи за складиштење енергије и системи батерија за електрична возила деле исте хијерархијске компоненте: појединачне ћелије, модуле, батеријске пакете и комплетне системе. Међутим, кључна разлика лежи у размери. Системи за складиштење енергије садрже далеко више појединачних ћелија него системи батерија за електрична возила, што резултира укупним енергетским капацитетима који су обично 10 до 100 пута већи од оних у електричним возилима.
На пример, док је литијумска батерија за електрично возило од 144V 200Ah или Литијум-јонска батерија за голф колица 72V 150Ah Иако могу ефикасно да задовоље потребе транспорта, њихов енергетски капацитет је знатно мањи од капацитета система за складиштење енергије на нивоу мреже. Сходно томе, у случају пожара, озбиљност и потенцијални утицај инцидента са системом батерија за складиштење је много већи, што захтева посебне пројекте заштите од пожара.
Механизам за паљење:
Оба система за складиштење енергије (204V 200Ah литијум-јонска батерија 40KWh Lifepo4 систем за складиштење енергије батерије) и батерије за електрична возила (Литијумска батерија за електрична возила - батеријски пакет од 144V 200Ah за голф колица) може се запалити због термичког прелива у једној ћелији изазваног злоупотребом. Међутим, ширење пожара се разликује: код електричних возила, обично се шири на оближње ћелије или модуле; код система за складиштење, може се проширити на више модула због веће величине система.
Изазови сузбијања пожара и решења за системе за складиштење енергије литијум-јонских батерија
Конвенционалне методе као што су изолација кисеоника или прекидање ланца сагоревања нису довољне за потпуно гашење пожара литијум-јонских батерија. Ефикасно сузбијање мора постићи и гашење пожара и термичко хлађење.
Чврста средства за гашење пожара имају мали или никакав ефекат на пожаре литијумских батерија.
Гасовити агенси нуде ограничену ефикасност и лоше перформансе хлађења.
Средства на бази воде, осим што су исплатива и еколошки прихватљива, пружају значајно хлађење и сузбијање пожара.
За системе за складиштење енергије (ESS) великих размера у литијум-јонским батеријама, развој нових, ефикасних и отпорних на поновно паљење средстава за гашење пожара, заједно са напредним системима за испоруку средстава, је кључан. Ове иновације ће побољшати безбедност од пожара у електрохемијском складиштењу енергије и подстаћи раст индустрије складиштења енергије и заштите од пожара.
