Ємність акумуляторів енергії стає все більшою і більшою, як вирішити ризик безпеки?

Останніми роками індустрія зберігання енергії в моїй країні почала стрімке зростання.

Щоб краще захопити ринок і отримати більші економічні вигоди, енергетичні компанії продовжують оптимізувати структуру та дизайн акумуляторних батарей для досягнення більшої щільності енергії та довшого терміну служби. Розробка «великої ємності» також стала важливою тенденцією в даний час, об’єднавши деякі провідні компанії-виробники накопичувачів енергії.

Акумуляторна батарея L500 типу L500 ємністю 325 Ач, вироблена компанією Honeycomb Energy, має товщину лише 21 мм, що на 2/3 тонше, ніж акумуляторна батарея на 280 Аг;

Елемент зберігання енергії ємністю 315 Ач від Envision Power збільшив щільність енергії на 11% завдяки збереженню незмінного розміру;

Велика акумуляторна батарея на 320 Ач, вироблена компанією Penghui Energy, має одноразове збільшення ємності на 14%;

EVE Lithium Energy випустила накопичувач енергії надвеликої ємності на 560 А·год, і одна батарея може накопичувати 1,792 кВт·год енергії;

Однак велика ємність також відкриває нові виклики для розробки акумуляторів для зберігання енергії.

Зі збільшенням ємності щільність енергії всередині батареї також відповідно збільшується, що призводить до більшого виділення енергії та серйозніших ризиків для безпеки.

В останні роки час від часу трапляються пожежі та вибухи на електроакумулюючих електростанціях, і серйозні випадки можуть навіть призвести до втрат працівників. Безпека систем зберігання енергії завжди викликала занепокоєння.

На 4-й Міжнародній конференції з обміну новими транспортними засобами та силовими акумуляторами (CIBF2023 Shenzhen) Оуян Мінгао, академік Академії наук Китаю, сказав, що літій-залізо-фосфатні батареї, як правило, вважаються відносно безпечними, і це стосується невеликих літієвих батарей. залізофосфатні акумулятори по суті. Однак для акумулятора великої ємності внутрішня температура може перевищувати 800 градусів, що перевищує температуру розкладання літій-залізо-фосфатного катода.

Для невеликих батарей, оскільки в середині відбувається ланцюгова реакція, є перегородка, і матеріал позитивного електрода в основному не розкладається, доки температура не перевищить 500 градусів, тому маленькі батареї не в цьому діапазоні. Однак ємність батареї може досягати 700-900 градусів, і вона може пробитися та перетнути сепаратор, викликаючи розкладання матеріалу позитивного електрода. Поточні батареї накопичувачів енергії в основному мають більше ніж 300 ампер-годин (Ah), що все ще дуже небезпечно.

З одного боку, необхідно розширювати потужності та знижувати витрати, а з іншого – підтримувати нижню межу ризиків безпеки. Як збалансувати обидва?

Індустрія зберігання енергії надає великого значення безпеці акумуляторів

У той час як електростанції, що накопичують енергію, розвиваються до великої потужності, безпека зберігання енергії та протипожежний захист також зіткнуться з більш серйозними випробуваннями. Безпека – це головне для розвитку галузі зберігання енергії.

Згідно зі статистикою Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance, з 2011 року в усьому світі сталося понад 70 аварій, пов’язаних із збереженням енергії. У 2022 році в усьому світі станеться 17 аварій, пов’язаних із зберіганням енергії, не враховуючи накопичення в домашніх умовах.

Китайський науково-дослідний інститут електроенергетики вказав у звіті про аналіз аварії, що існує дві основні причини вибуху електростанції: з одного боку, основною причиною згоряння та вибуху літій-іонної батареї є теплова втеча акумулятора. Наприклад, не можна гарантувати безпеку та якість акумулятора. Теплова втеча; з іншого боку, BMS, PCS, трансформатор і відповідне обладнання релейного захисту та комунікаційне обладнання, включене в систему накопичення енергії акумулятора, може мати дефекти якості, нестандартний процес встановлення та введення в експлуатацію, необґрунтовані налаштування та недостатню ізоляцію. , прямо чи опосередковано спричиняють проблеми безпеки в системі накопичення енергії.

У разі аварії, окрім небезпек, спричинених самими пожежею та вибухом, також можуть вивільнятися токсичні хімікати, що спричиняє хімічні небезпеки, і навіть можуть виникнути небезпеки електричного струму або фізичні небезпеки, коли відповідний персонал ремонтує або рятує систему зберігання енергії. . .

Зріс попит на контроль температури зберігання енергії та протипожежний захист. Видання національного стандарту «Кодекс проектування електрохімічних електростанцій для зберігання енергії» від 2014 року було складним для виконання вимог швидкого розвитку вимог щодо безпеки зберігання енергії. Окрім національних стандартів, існують лише деякі корпоративні стандарти, групові стандарти, місцеві стандарти, американські стандарти NFPA855, UL9540 тощо як посилання. Стандарти безпеки зберігання енергії ще потребують подальшого регулювання.

Новий національний стандарт безпеки накопичення енергії GB/T 42288-2022 «Правила безпеки для електрохімічних енергоакумулюючих електростанцій» був затверджений Державною адміністрацією з питань регулювання ринку (Комітет стандартів) і буде офіційно введений в дію в липні цього року. Стандарти безпеки зберігання енергії поступово вдосконалюються та стають жорсткішими, рухаючись до стандартизації, нового етапу широкомасштабного розвитку.

Через часті аварії на електростанціях, що накопичують енергію, стандарти безпеки зберігання енергії в моїй країні наближаються до світових стандартів і постійно вдосконалюються та стають суворішими. Очікується, що важливість протипожежного захисту накопичувачів енергії та систем контролю температури значно зросте, і очікується, що вони стануть початком подальшого розвитку.

Як електростанції, що накопичують енергію, можуть бути безпечнішими?

Ян Юшен, академік Китайської інженерної академії, вважає, що в даний час високоенергетичні батареї, такі як потрійні батареї з високим вмістом нікелю, не повинні бути в центрі уваги розвитку, і існує невизначеність щодо успіху повністю твердотільних батарей. . В даний час здається, що літій-залізо-фосфатний акумулятор має високу безпеку та тривалий термін служби. У ньому не використовуються такі метали, як нікель або кобальт. Він може стати головною силою, але він повинен продовжувати покращувати показники витрат.

За словами Хуйдона, головного експерта Китайського науково-дослідного інституту електроенергетики, теоретично фосфат літію заліза є не абсолютно безпечним, а відносно безпечним. Аварії на енергоакумулюючих електростанціях, які спостерігалися досі, часто відбуваються, коли раннє попередження відсутнє або запізнюється. Крім того, існуючі заходи протипожежного захисту не налаштовані на пожежі, які з часом перетворюються на серйозні аварії.

Згідно з неповною статистикою глобальної бази даних зберігання енергії CNESA, у 2021-2022 роках буде багато аварій з потрійними літій-іонними акумуляторами, але проекти з потрійними акумуляторами рідко використовуються протягом останніх двох років, і це в основному попередні проекти. Є 6 випадків літій-залізофосфату, 1 свинцево-кислотна батарея, решта типів батарей невідомі.

Звичайно, враховуючи ключову позицію зберігання енергії в меті «подвійного вуглецю» та збільшення кількості введених в експлуатацію проектів, нагляд за безпекою зберігання енергії та відповідні дослідження також отримують все більше уваги.

Нещодавно академік Оуян Мінгао заявив, що індекс вибухонебезпечності літій-залізофосфату в батареях великої ємності вдвічі більший, ніж у потрійних батарей.

З огляду на численні технології накопичення енергії, багато експертів сказали, що, хоча наразі існує багато напрямків технологій акумуляторів, ці існуючі технології не будуть основним напрямком у майбутньому, а проривні технології обов’язково з’являться в майбутньому.

У майбутньому мета електрохімічної технології накопичення енергії – «низька вартість, довгий термін служби, висока безпека та легка переробка», що чекає на революційні інновації та прориви в технології.

Для підвищення безпеки енергоакумулюючих електростанцій необхідно вжити ряд заходів:

Перш за все, слід посилити створення системи раннього попередження, включаючи моніторинг у режимі реального часу таких параметрів, як температура, напруга, струм і тиск електростанцій, що накопичують енергію, щоб забезпечити можливість виявлення та виявлення потенційних ризиків для безпеки. своєчасно відреагували. По-друге, з огляду на специфіку енергоакумулюючих електростанцій, для боротьби з надзвичайними ситуаціями, такими як пожежі, встановлюються спеціальні протипожежні заходи та плани надзвичайних ситуацій. Крім того, зверніть увагу на конструкцію та процес акумуляторної системи, використовуйте передові теплоізоляційні матеріали та технологію розсіювання тепла, ефективно контролюйте температуру та виділення енергії акумулятора та зменште потенційну загрозу безпеці. В той самий час,

Національна енергетична адміністрація також заявила, що необхідно посилити прийняття підключення до мережі. Електромережеві підприємства повинні активно співпрацювати з приєднанням до мереж та прийманням електростанцій електрохімічного накопичення енергії та запобігати «хворому приєднанню до мереж» для електростанцій, які не відповідають вимогам національних (галузевих) технічних стандартів приєднання до мереж. План планування роботи має бути оптимізований, а безпечний інтервал планування електростанції має бути визначено в угоді про планування приєднаної до мережі та суворо дотримується.