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电池破坏性测试将为电池储能系统的安全部署和运行提供帮助

作者:刘伯洵 来源:中国储能网 时间:2019-08-12 浏览:

中国储能电站网讯:如今,由于解决了太阳能发电和风力发电的间歇性和可靠发电的问题,电池储能系统得到了广泛的部署。采用储能系统,太阳能发电设施可以在日落之后继续提供电力。经过多年的推广和应用,电池储能系统在主要能源市场获得了更多关注,特别是在夏威夷这样不再为新的住宅太阳能客户提供补贴的美国一些州和地区。然而,就美国大部分地区和全球太阳能市场而言,储能系统仍然是一个小众应用。

安全性是阻碍太阳能+储能设施部署的重要因素。锂离子电池是当今储能系统(ESS)中的主要组件,但如果设计、安装或维护不当,可能对生命和财产带来重大风险和损失。锂离子电池含有挥发性碳氢化合物电解质,在某些条件下会引起无法控制的火灾或爆炸。目前行业机构正在开发和制定旨在使电池储能系统更安全的防火规范和标准,但存在很大的不确定性,而很多厂商和用户缺乏对其安全运行标准和措施的认识。

电池起火面临的后果

自2018年5月以来,韩国部署的电池储能系统发生了20多起火灾。今年4月19日,亚利桑那州公共服务(APS)公司部署的一个电池储能系统发生火灾和爆炸,导致多名消防员住院,其中3名需要转院治疗。APS公司在事件发生后立即采取措施关闭了其他两个电池储能系统,以评估安全问题。这些事件正在向储能行业厂商、公用事业公司、具有管辖权的监管机构(AHJ)、消防机构等敲响了安全警钟。许多开发商、独立电力生产商和公用事业公司暂时停止运营其电池储能系统,以便在重新评估其电池储能系统的安全性。

电池燃烧测试的作用

美国国家消防协会(NFPA)855等消防规范有助于提高电池储能系统安全性。虽然NFPA 855和其他规范即将制定实施,但它们离广泛采用还有几年的时间。同时,为了安全地部署电池储能系统,相关行业需要额外的测试数据来证明和验证储能系统在非理想条件下的响应,并帮助定义产品标准。

美国独立光伏组件测试实验室(PVEL)及其合作伙伴开展了电池大规模破坏性测试或燃烧测试,试图解决安全运行问题,尤其是在没有工作人员监管的情况下。该测试通过模拟电池运行期间的实际现场故障条件,揭示了特定储能系统在故障期间的行为。燃烧测试结果用于评估系统安装安全性,并帮助急救人员确定发生故障时的最佳处理方式。

通过更好地了解电池故障,利益相关者可以识别出事故发生时,对于紧急响应者、建筑物和其他基础设施最有可能出现的风险。为此,开发人员和系统所有者可以设计和实施更好的管理和控制火灾和爆炸的方法。例如,测试结果可用于确定部署电池储能系统的建筑物或容器所需的通风条件或火灾抑制剂的水平,其测试结果还可以确定水或其他非传统灭火剂是否足以灭火。

如何实施测试

大规模电池破坏性测试从了解储能系统的基本结构和组成开始。电池由电池单体组成,在某些情况下甚至由数千个单体组成。将一定数量的电池单体放置在电池包或电池模块的结构中,然后将这些电池模块串联和并联,以形成完整的电池系统。在电池模块或系统级别中的任何一个组件都有可能导致易燃气体逸出,在热失控后可能会爆炸。火灾通常来自单块电池,但如果电池组设计不当,失效可以快速地从一块电池蔓延到另一块电池(这种失效称为热失控)。

美国独立光伏组件测试实验室(PVEL)遵循UL 9540A标准评估电池储能系统中热失控火焰蔓延的方法。该标准要求对电池单体、模块、系统级别的电池进行破坏性测试。在每种情况下,电池被加热或以其他方式强制进入热失控状态,释放废气直至产生反应导致火灾、爆炸或其他故障。在每个级别都收集了许多与废气成分、释放速率、温度、热通量、放热率、爆炸风险等相关的变量。

电池的燃烧测试可以深入了解火灾可能蔓延的位置、蔓延速度以及可能存在的爆炸风险。这些信息有助于救援人员制定适当的紧急行动计划和标准操作程序,无论是采用将水或其他灭火剂快速扑灭火灾,还是让其燃烧但控制其蔓延范围和区域,都可以安全快速地应对和处理事故。其研究结果还指导了抑制和探测电池储能系统的设计、爆炸建模、防护以及选址要求。

未来的展望

如果没有进行燃烧测试,电池储能系统部署和运行的安全将不能得到保障。由于韩国和亚利桑那州的储能系统发生火灾,保险公司也关注到电池储能系统带来的风险。因此,遵守标准很快就会成为保险公司对电池储能系统提供财务支持和保险的必要条件。

相关行业对电池储能系统安全所需的标准和规范正在制定中。虽然目前美国只有少数司法管辖区需要进行燃烧测试,但美国独立光伏组件测试实验室(PVEL)预计,到2021年这样的标准将在绝大多数美国司法管辖区内获得强制执行。行业人士希望采用的标准规范需要进行大规模的火灾测试才能克服一些极端的问题,并提出电池储能系统的安装最小间距和尺寸要求。

有了这些正确的信息,储能行业就可以更加广泛地应用这项有前途的储能技术,而不会对生命或财产造成不应有的损失,甚至在标准和规范得到完善、实施和要求之前也是如此。  

关键字:储能系统 ,储能安全

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