Честе несреће у складиштењу енергије подстичу растућу потражњу за противпожарном заштитом у ESS-у
Електрохемијско складиштење енергије је хемијски интегрисани уређај са високом потрошњом енергије. Ако дође до злоупотребе батерије, као што је прекомерно пуњење, прекомерно пражњење, прекомерна струја, термички бег и унутрашњи кратки спој, лако ће довести до акумулације топлоте унутар батерије. Када се прекорачи критична тачка, доћи ће до термичког бегства, које ће се брзо проширити, ширећи се између батеријских модула, кућишта за батерије, па чак и одељака за батерије за складиштење енергије. Запаљиви гасови који се ослобађају када батерија гори додатно ће продужити време сагоревања, повећати тежину гашења, па чак и изазвати експлозију, што ће на крају довести до озбиљне економске и личне штете.
Пропорције типова батерија у несрећама са складиштењем енергије (јединица: %)
Несреће у електранама за складиштење енергије дешавају се често, а питања безбедности складиштења енергије треба хитно решити: Према непотпуним статистикама Међународне енергетске мреже, од 37. до јануара 2011. године широм света се догодило укупно 2022 експлозија у електранама за складиштење енергије, од којих су се 4 догодиле у Кини. 16. априла 2021. године, несрећа у електрани за складиштење енергије у компанији Beijing Guoxuan Fuweis Solar Storage and Charging Technology Co., Ltd. изазвала је једну смрт, два ватрогасца су погинула, један ватрогасац је повређен, а директна штета на имовини износила је 16.61 милиона јуана; из перспективе несрећа са новим возилима на енергију, према подацима које је објавио Биро за ватрогасно-спасилачку службу Министарства за ванредне ситуације, у првом кварталу 2022. године у Кини је пријављено укупно 640 нових пожара возила на енергију, што је повећање од 32% у односу на исти период прошле године; Са становишта типа батерије услед незгода, 82% незгода са складиштењем енергије узроковане су тернарним литијумским батеријама, углавном зато што је температура разградње материјала позитивне електроде тернарне литијумске батерије само 200°C, што је склоно термалном бекству и самим тим пожару.
Рано упозоравање: Прва линија одбране за безбедност ESS-а, која се развија са строжим захтевима за термално одбијање
Рано упозоравање: Захтеви за термички бег се повећавају, што поставља веће захтеве на технологију раног упозоравања. Технологија раног упозоравања на термички бег углавном интегрише механизам безбедности батерије са технологијом вештачке интелигенције великих података како би се успоставили модели раног упозоравања на безбедност за различите начине отказа. Уобичајено коришћени укључују унутрашњи кратки спој батерије, таложење литијума, абнормалност капацитета итд. Ове абнормалне промене у батерији се манифестују као абнормалности или абнормалне путање напона, температуре, струје и других података у подацима о раду батерије. Кроз вишедимензионалну анализу напона, струје, температуре и других података које је забележио BMS током рада батерије, могу се идентификовати информације о квару батерије и може се проценити безбедносни ризик батерије како би се постигла сврха раног упозоравања. Са континуираним побољшањем захтева индустрије за термички бег, циљ термичког бегства је повећан са првобитних 5 минута на 30 минута, 60 минута, па чак и више од 24 сата без отворене ватре/без ширења, што поставља веће захтеве на технологију заштите и сузбијања термичког бегства система батерија.
У будућности је и даље потребно развијати осетљивије и поузданије сензоре на постојећој основи и смањити њихове трошкове, а истовремено истражити да ли постоје ефикасније методе раног упозоравања како би се додатно побољшала безбедност и поузданост система литијум-јонских батерија. На пример, у систему раног упозоравања са температуром као главним карактеристичним параметром, термопарови или сензори који су се у прошлости користили за директно мерење температуре површине имају одређене грешке. Тренутно, стручњаци и научници разматрају коришћење инфрацрвене детекције или уграђених сензора како би се побољшала тачност измерених података о температури. У будућности, прецизније методе мерења температуре и уграђени сензори температуре отпорни на високе температуре и високе прецизности могу се користити за праћење температуре батерије. Тачност би требало да буде барем већа од највиших захтева постојећих стандарда тачности. Поред тога, систем за праћење батерије може се комбиновати са технологијом предвиђања температуре батерије како би се добили тачнији подаци о температури батерије.
Изазови у сузбијању пожара: Висок ризик од пожара и тешко гашење у системима за складиштење енергије
Крај гашења пожара:
„Термичко бекство“ је основни узрок безбедносних опасности литијум-јонских батерија: Механизам термичког бекства литијум-јонских батерија обухвата три фазе. Прва фаза: почетна фаза термичког бекства литијумских батерија. Због унутрашњих и спољашњих фактора, унутрашња температура батерије брзо расте на 90~100 ℃. У овом тренутку, SEI пасивациони слој на површини негативне електроде се разлаже и ослобађа огромну топлоту, што узрокује брзи пораст унутрашње температуре батерије; када температура достигне 135 ℃ и 166 ℃ респективно, PE и PP дијафрагме почињу да се топе. Како температура даље расте, дијафрагма се скупља, а позитивне и негативне електроде се међусобно додирују, што изазива кратак спој, што доводи до континуираног ослобађања топлоте батерије. Друга фаза: фаза испупчења батерије, на температури од око 250~350 ℃, литијум реагује са органским растварачем у електролиту и испарава запаљиви угљоводонични гас. Трећа фаза: термички губитак батерије, фаза експлозије и квара, у овој фази, материјал позитивне електроде у стању пуњења наставља да се подвргава бурној реакцији оксидације и разлагања са електролитом, стварајући високу температуру и велику количину токсичног гаса, што узрокује да батерија нагло сагорева или чак експлодира.
Системи за складиштење енергије литијум-јонских батерија претежно су представљене префабрикованим јединицама за складиштење контејнерског типа. Ови системи се обично састоје од десетина батеријских ћелија повезаних серијски и паралелно да би се формирали батеријски модули. Ови модули се затим повезују серијски да би се створили батеријски низови, који се даље паралелно интегришу у један ормар за складиштење енергије.
Пожари који укључују системе за складиштење енергије литијум-јонских батерија показују неколико различитих карактеристика:
- Интензивно сагоревање и брзо ширење топлоте
- Висока токсичност, густ дим и значајан потенцијал опасности
- Висок ризик од поновног паљења и знатне тешкоће у гашењу
Као резултат тога, безбедносне забринутости повезане са системима за складиштење енергије на бази литијум-јонских батерија привукле су све већу пажњу последњих година.
Изазови у сузбијању пожара: Недостатак циљаних средстава за гашење пожара
Недостатак циљаних средстава за сузбијање пожара за системе за складиштење енергије:
С обзиром на висок ризик од пожара и тешкоће гашења повезане са системима за складиштење енергије, тренутна средства за сузбијање пожара често се показују неефикасним за пожаре литијум-јонских батерија. На пример, апарати за гашење пожара сувим прахом имају мали или никакав ефекат на сузбијање таквих пожара. Средства попут Халона 1301, CO₂ и FM-200 (хептафлуоропропан) могу само да угасе отворени пламен, али не могу фундаментално да спрече појаву термичког бекства или да спрече поновно паљење. Овим средствима недостају ни могућности хлађења ни ефикасне могућности сузбијања пожара, што их чини непогодним за пожаре литијумских батерија.
Системи за прскање водом, иако технички зрели, исплативи и еколошки прихватљиви, нуде ефикасно хлађење и сузбијање пожара. Међутим, вода као средство за гашење пожара има значајне недостатке: захтева велике количине, продужено гашење пожара и представља висок ризик од изазивања кратких спојева и неповратног оштећења батерија, што чини станицу за складиштење енергије неупотребљивом након пожара.
Средства за гашење пожара на бази воде су релативно ефикасна у хлађењу и гашењу пожара: Генерално, чврста средства за гашење пожара су готово неефикасна у гашењу пожара у системима за складиштење енергије литијум-јонских батерија; средства за гашење пожара на бази воде имају лошу ефикасност гашења пожара и ограничене ефекте хлађења; средства за гашење пожара на бази воде нису само еколошки прихватљива и јефтина, већ имају и значајне ефекте хлађења и гашења пожара. Стога се заштита од гашења пожара спроводи за опасности од пожара литијумских батерија, посебно система литијумских батерија за складиштење енергије великих размера, и пројектовани су и развијени нови високо ефикасни системи и уређаји за гашење пожара са спречавањем поновног паљења и ослобађање средстава за гашење пожара, што је погодно за... комерцијална примена система за складиштење енергије литијум-јонских батерија великих размера.
У поређењу са батеријама за електрична возила, пожари у системима за складиштење енергије представљају већу опасност
Узимајући у обзир разлике између захтева за величином и перформансама батерија за складиштење енергије и батерија за електрична возила, углавном анализирамо са следећих аспеката:
Скала батеријског система: И литијум-јонски системи за складиштење енергије и електрична возила 48v 60v 72v 96v литијум-јонске батерије као основне јединице, а њихове компоненте могу се поделити на четири нивоа: батеријске ћелије, модули, батеријски пакети и системи. Међутим, број батеријских ћелија у системима за складиштење енергије далеко премашује број батеријских система електричних возила, а укупна енергија уређаја за складиштење енергије је за 1 до 2 реда величине већа од оне у батеријским системима електричних возила, што обим и утицај пожара чини озбиљнијим.
Механизам пожара: И пожари у системима за складиштење енергије и пожари у батеријама електричних возила узроковани су злоупотребом батерије, што доводи до термичког пражњења једне батерије, што узрокује пожаре великих размера. Међутим, карактеристике ширења пожара нису потпуно исте. Код пожара у електричним возилима, температура ћелије батерије услед термалног губитка енергије расте, што узрокује пожаре у суседним ћелијама или модулима батерије; док се системи за складиштење енергије обично састоје од више од десетак или чак десетина модула, а термално бекство једне батерије обично узрокује ширење пожара између модула.
Мере за спречавање и контролу пожара: Спречавање и контрола пожара код система за складиштење енергије из батерија lifepo4 обично захтева разматрање дизајна безбедности модула, система за управљање батеријама, система за упозоравање на пожар и система за гашење пожара. Међутим, због ограничења запремине одељка за батерије, спречавање и контрола пожара у системима батерија електричних возила обично укључује само прва два нивоа. За системе за складиштење енергије, пошто термално бекство литијум-јонских батерија еруптира у ланцу и пожар се брзо шири, благовременост система упозоравања и ефикасност система за гашење пожара су веома критични.
Стандарди за процену безбедности: За процену безбедности батерија за електрична возила, погледајте UL2580-2013 „Стандард спецификације безбедности батерија за електрична возила“ и GB/T 31485-2015 „Безбедносни захтеви и методе испитивања за батерије за електрична возила“ и друге стандарде и спецификације. Тренутно не постоји квантитативни стандард за процену безбедности батерија за складиштење енергије. У практичној примени, наводи се већина релевантних стандарда испитивања за литијум-јонске батерије за електрична возила. Потребно је детаљно истраживање како квантификовати систем за процену безбедности система за складиштење енергије.
Узимајући у обзир стварни пораст потражње за системима за рано упозоравање и гашење пожара у случају пожара, као и разлике и поређења са батеријама за електрична возила, верујемо да би се са брзим развојем индустрије складиштења енергије потражња за гашењем пожара услед складиштења енергије могла значајно повећати, што би представљало добру прилику за развој индустрије.
Политички подржан бум у заштити од пожара у складиштењу енергије: дугорочни пут раста
Политика наглашава безбедност заштите од пожара у складиштењу енергије, што је корисно за развој индустрије: „Прописи о безбедности електрохемијских електрана за складиштење енергије (Нацрт за коментаре)“ издати у септембру 2021. године захтевају да се заштита од пожара у складиштењу енергије интегрише у систем видео надзора и да се успоставе систематска решења која су префињенија и технолошки напреднија, и прописују безбедносне захтеве за техничке захтеве за безбедност опреме електрана за складиштење енергије, рад, одржавање, ремонт, испитивање итд. „14. петогодишњи план за националне радове на заштити од пожара“ издат у фебруару 2022. године предложио је јачање пројектовања заштите од пожара и управљања изворима око нових постројења за складиштење енергије. Различите политике износе детаљне захтеве за изградњу и управљање електранама за складиштење енергије; усмеравају изградњу пратећих постројења за заштиту од пожара у складиштењу енергије ради побољшања безбедности рада електрана за складиштење енергије; износе циљеве за 2025. годину у погледу инсталираног капацитета и смањења трошкова и побољшања ефикасности, а политике усмеравају развој тржишта складиштења енергије.
Са применом низа политика и стандарда везаних за заштиту од пожара у складиштима енергије, може се предвидети да ће се обим инсталираних капацитета складиштења енергије брзо повећавати. Значај заштите од пожара у складиштима енергије ће се и даље истицати у оквиру нових стандарда. Очекује се да ће се удео инвестиција у заштиту од пожара у складиштима енергије додатно повећати, а индустрија заштите од пожара у складиштима енергије може довести до дугог снежног нагиба.
Разноврсне низводне примене складиштења енергије у области противпожарне безбедности спремне за брзо ширење
Сценарији примене низводно су диверзификовани, а очекује се да ће се обим производа за заштиту од пожара за складиштење енергије повећати током периода 14. петогодишњег плана: узводне сировине у ланцу индустрије производа за заштиту од пожара за складиштење енергије углавном укључују структурне делове, електронске компоненте, шасије и средства за гашење пожара; поред електрана за складиштење енергије, сценарији примене низводно производа за заштиту од пожара за складиштење енергије такође укључују нова енергетска возила, електричне бицикле и складиштење енергије у домаћинствима. Како се обим складиштења енергије у низводној индустрији шири, стандарди заштите од пожара ће постати строжи, а потражња за производима за заштиту од пожара за складиштење енергије ће имати широке перспективе.
Очекујемо да ће до 2025. године домаће тржиште заштите од пожара за складиштење енергије достићи 6.514 милијарди јуана, са сложеном стопом раста од 113% од 2021. до 2025. године; будући пут заштите од пожара за складиштење енергије је дуг и стрм, и очекује се да ће достићи брз раст. Главне претпоставке су следеће:
Нови инсталирани капацитет електрохемијског складиштења енергије у Кини: Према Белој књизи истраживања индустрије складиштења енергије за 2023. годину, нови инсталирани капацитет електрохемијског складиштења енергије у Кини у 2024. години износи 1559.6 MW. Претпостављамо да ће кумулативни инсталирани капацитет електрохемијског складиштења енергије расти по просечној годишњој стопи раста од 64% од 2021. до 2025. године; На основу односа складиштења енергије у главним провинцијама у Кини, како је израчунао GGII, претпостављамо да је време складиштења 2 сата;
Однос инвестиција у заштиту од пожара: Према саопштењу ватрогасне компаније Ћингниао, тренутни удео издатака за заштиту од пожара у Кини је око 2%, што је више у иностранству; Очекујемо да ће се са објављивањем „Прописа о безбедности електрана за складиштење електрохемијске енергије“ удео инвестиција у заштиту од пожара наставити повећавати, под претпоставком да ће удео инвестиција у заштиту од пожара достићи 7% у 2025. години;
Просечна цена понуда за складиштење енергије: Према подацима мреже Jibang New Energy Network, укупна просечна цена понуде за типичне пројекте складиштења енергије у 2024. години достигла је 1.476 RMB/Wh, а Национална енергетска администрација и други су нагласили да електране за складиштење енергије треба да оптимизују трошкове током развоја. Претпостављамо да ће се трошкови пројеката складиштења енергије смањивати за 5% сваке године.
