Pojemność akumulatorów magazynujących energię jest coraz większa, jak rozwiązać zagrożenie bezpieczeństwa?

W ostatnich latach branża magazynowania energii w moim kraju zapoczątkowała gwałtowny wzrost.

W celu lepszego przejęcia rynku i poszukiwania wyższych korzyści ekonomicznych, przedsiębiorstwa energetyczne nadal optymalizują strukturę i konstrukcję akumulatorów energii, aby osiągnąć większą gęstość energii i dłuższą żywotność. Łącząc niektóre wiodące firmy produkujące magazyny energii, rozwój „dużej pojemności” stał się obecnie ważnym trendem.

Laminowany akumulator typu short knife L500 325Ah produkowany przez Honeycomb Energy ma tylko 21mm grubości, czyli o 2/3 cieńszy niż akumulator 280Ah;

Ogniwo magazynujące energię o pojemności 315 Ah firmy Envision Power zwiększyło gęstość energii o 11% przy niezmienionym rozmiarze;

Wielkoformatowy akumulator 320 Ah wyprodukowany przez Penghui Energy ma pojedynczy wzrost pojemności o 14%;

Firma EVE Lithium Energy wprowadziła na rynek ogniwo magazynujące energię o bardzo dużej pojemności 560 Ah, a pojedyncza bateria może przechowywać 1,792 kWh energii;

Jednak duża pojemność oznacza również nowe wyzwania dla rozwoju akumulatorów do magazynowania energii.

Wraz ze wzrostem pojemności odpowiednio wzrasta również gęstość energii wewnątrz akumulatora, co prowadzi do większego uwalniania energii i poważniejszego zagrożenia bezpieczeństwa.

W ostatnich latach co jakiś czas dochodzi do pożarów i wybuchów w elektrowniach magazynujących energię, a poważne przypadki mogą powodować nawet ofiary wśród pracowników. Bezpieczeństwo systemów magazynowania energii zawsze budziło niepokój.

Na 4. Międzynarodowej Konferencji Wymiany Pojazdów i Akumulatorów Zasilających (CIBF2023 Shenzhen) Ouyang Minggao, akademik z Chińskiej Akademii Nauk, powiedział, że akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe są ogólnie uważane za stosunkowo bezpieczne i dotyczy to małych akumulatorów litowych akumulatory fosforanowo-żelazowe w istocie. Jednak w przypadku akumulatora o dużej pojemności temperatura wewnętrzna może przekroczyć 800 stopni, co przekracza temperaturę rozkładu katody fosforanu litowo-żelazowego.

W przypadku małych akumulatorów, ponieważ w środku zachodzi reakcja łańcuchowa, jest przegroda, a materiał elektrody dodatniej w zasadzie nie rozkłada się, dopóki nie przekroczy 500 stopni, więc małe akumulatory nie mieszczą się w tym zakresie. Jednak pojemność baterii może osiągnąć 700-900 stopni i może przebić się przez separator, powodując rozkład materiału elektrody dodatniej. Obecne akumulatory do przechowywania energii mają w zasadzie ponad 300 amperogodzin (Ah), co nadal jest bardzo niebezpieczne.

Z jednej strony konieczne jest zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów, az drugiej strony konieczne jest utrzymanie dolnej linii zagrożeń bezpieczeństwa. Jak zrównoważyć te dwa?

Branża magazynowania energii przywiązuje dużą wagę do bezpieczeństwa baterii

Podczas gdy elektrownie magazynujące energię rozwijają się w kierunku dużych mocy, bezpieczeństwo magazynowania energii i ochrona przeciwpożarowa również zostaną poddane surowszym testom. Bezpieczeństwo jest podstawą rozwoju branży magazynowania energii.

Według statystyk Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance, od 2011 roku na całym świecie miało miejsce ponad 70 wypadków związanych z bezpieczeństwem magazynowania energii. W 2022 roku na całym świecie będzie miało miejsce 17 wypadków związanych z magazynowaniem energii, nie licząc magazynów w gospodarstwach domowych.

China Electric Power Research Institute wskazał w raporcie z analizy wypadku, że istnieją dwie główne przyczyny eksplozji stacji energetycznej: z jednej strony podstawową przyczyną spalania i eksplozji akumulatora litowo-jonowego jest niekontrolowany wzrost temperatury baterii. Na przykład nie można zagwarantować bezpieczeństwa i jakości akumulatora do przechowywania energii. Ucieczka termiczna; z drugiej strony BMS, PCS, transformator i powiązane urządzenia zabezpieczające przekaźnikowe oraz sprzęt komunikacyjny wchodzące w skład systemu magazynowania energii baterii mogą mieć wady jakościowe, niestandardowy proces instalacji i uruchomienia, nieuzasadnione ustawienia i niewystarczającą izolację. , bezpośrednio lub pośrednio powodować problemy z bezpieczeństwem w systemie magazynowania energii.

W razie wypadku, oprócz zagrożeń spowodowanych samym pożarem i wybuchem, mogą również zostać uwolnione toksyczne chemikalia powodujące zagrożenia chemiczne, a nawet zagrożenia elektryczne lub zagrożenia fizyczne mogą wystąpić, gdy odpowiedni personel naprawi lub uratuje system magazynowania energii . .

Wzrosło zapotrzebowanie na kontrolę temperatury magazynowania energii i ochronę przeciwpożarową. Wydanie z 2014 r. krajowej normy „Kodeks projektowania elektrochemicznych elektrowni magazynujących energię” było trudne do sprostania szybkiemu rozwojowi wymagań bezpieczeństwa magazynowania energii. Oprócz norm krajowych istnieją tylko niektóre normy korporacyjne, normy grupowe, normy lokalne, normy amerykańskie NFPA855, UL9540 itp. Jako odniesienia. Normy bezpieczeństwa magazynowania energii nadal wymagają dalszych regulacji.

Nowa krajowa norma dotycząca bezpieczeństwa magazynowania energii GB/T 42288-2022 „Przepisy bezpieczeństwa dla elektrochemicznych elektrowni magazynujących energię” została zatwierdzona przez Państwową Administrację ds. Regulacji Rynku (Komitet ds. Norm) i zostanie oficjalnie wdrożona w lipcu br. Normy bezpieczeństwa magazynowania energii stopniowo się poprawiają i stają się coraz bardziej rygorystyczne, zmierzając w kierunku standaryzacji. Nowy etap rozwoju na dużą skalę.

Ze względu na częste awarie elektrowni magazynujących energię, standardy bezpieczeństwa w moim kraju w zakresie magazynowania energii zbliżają się do standardów światowych, stale się poprawiają i zaostrzają. Oczekuje się, że znaczenie magazynowania energii w zakresie ochrony przeciwpożarowej i systemów kontroli temperatury znacznie wzrośnie i oczekuje się, że zapoczątkuje dalszy rozwój.

W jaki sposób elektrownie magazynujące energię mogą być bezpieczniejsze?

Yang Yusheng, akademik z Chińskiej Akademii Inżynierii, uważa, że ​​obecnie akumulatory wysokoenergetyczne, takie jak akumulatory trójskładnikowe o wysokiej zawartości niklu, nie powinny być przedmiotem prac rozwojowych, i nie ma pewności co do sukcesu akumulatorów półprzewodnikowych . Obecnie wydaje się, że akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy ma wysokie bezpieczeństwo i długą żywotność. Nie wykorzystuje metali takich jak nikiel czy kobalt. Może stać się główną siłą, ale musi nadal poprawiać wydajność kosztową.

Według Huidonga, głównego eksperta China Electric Power Research Institute, teoretycznie rzecz biorąc, fosforan litowo-żelazowy nie jest całkowicie bezpieczny, ale względnie bezpieczny. Obserwowane do tej pory wypadki związane z bezpieczeństwem elektrowni magazynujących energię często mają miejsce, gdy brakuje wczesnego ostrzeżenia lub jest ono opóźnione. Ponadto istniejące środki ochrony przeciwpożarowej nie są przystosowane do pożarów i ostatecznie zamieniają się w poważne wypadki.

Według niepełnych statystyk globalnej bazy danych CNESA dotyczącej magazynowania energii, w latach 2021-2022 będzie wiele wypadków związanych z trójskładnikowymi bateriami litowo-jonowymi, ale projekty trójskładnikowych baterii są rzadko używane w ciągu ostatnich dwóch lat i są to w zasadzie wcześniejsze projekty. Jest 6 przypadków fosforanu litowo-żelazowego, 1 akumulator kwasowo-ołowiowy, a pozostałe typy akumulatorów są nieznane.

Oczywiście, wraz z kluczową pozycją magazynowania energii w celu „podwójnego węgla” oraz wzrostem liczby uruchamianych projektów, coraz więcej uwagi poświęca się także nadzorowi nad bezpieczeństwem magazynowania energii i związanym z nim badaniom.

Akademik Ouyang Minggao powiedział niedawno, że wskaźnik wybuchowości fosforanu litowo-żelazowego w akumulatorach o dużej pojemności jest dwukrotnie wyższy niż w przypadku akumulatorów trójskładnikowych.

W obliczu wielu ścieżek technologii magazynowania energii wielu ekspertów stwierdziło, że chociaż obecnie istnieje wiele ścieżek technologii akumulatorów, te istniejące technologie nie będą w przyszłości głównym nurtem, a przełomowe technologie z pewnością pojawią się w przyszłości.

W przyszłości celem elektrochemicznej technologii magazynowania energii jest „niski koszt, długa żywotność, wysokie bezpieczeństwo i łatwy recykling”, na co czekają przełomowe innowacje i przełomy technologiczne.

W celu poprawy bezpieczeństwa elektrowni magazynujących energię należy podjąć szereg działań:

Przede wszystkim należy wzmocnić budowę systemu wczesnego ostrzegania, w tym monitorowania w czasie rzeczywistym parametrów takich jak temperatura, napięcie, prąd i ciśnienie w elektrowniach magazynujących energię, tak aby możliwe było wykrycie potencjalnych zagrożeń bezpieczeństwa i odpowiedział w odpowiednim czasie. Po drugie, ze względu na specyfikę elektrowni magazynujących energię, ustanawia się specjalne środki ochrony przeciwpożarowej i plany awaryjne w celu radzenia sobie w sytuacjach awaryjnych, takich jak pożary. Ponadto zwróć uwagę na projekt i proces systemu baterii, zastosuj zaawansowane materiały termoizolacyjne i technologię rozpraszania ciepła, skutecznie kontroluj temperaturę i uwalnianie energii baterii oraz zmniejsz potencjalne zagrożenia bezpieczeństwa. W tym samym czasie,

Krajowa Administracja Energetyczna stwierdziła również, że konieczne jest wzmocnienie akceptacji przyłączenia do sieci. Przedsiębiorstwa elektroenergetyczne powinny aktywnie współpracować w zakresie przyłączania i odbioru elektrochemicznych elektrowni magazynujących energię oraz przeciwdziałać „choremu przyłączaniu” elektrowni niespełniających wymagań krajowych (branżowych) standardów technicznych przyłączania do sieci. Harmonogramowy plan pracy powinien zostać zoptymalizowany, a bezpieczny przedział czasowy elektrowni powinien zostać określony w umowie o przyłączenie do sieci i ściśle wdrożony.