储能项目安全管理需要监测哪些气体

2023-02-14 12:04:17 1415

近年来,在全球能源危机以及碳中和目标下清洁能源将逐步替代传统化石能源,风电、光伏发电等成为清洁能源的重要组成部分。在各种能更替过程中,特别是新型电力系统中,储能成为至关重要的一环。储能是新能源消纳以及电网安全的重要保障,市场需求空间广阔。锂电池作为储能常见的介质,要求储能企业在储能及释能的过程中,安全方面十分的重视,在对于气体浓度的监测上显得至关重要。

什么是储能?

储能是通过介质或设备把能量存储起来,在需要时再释放出来的过程,是一种电网供需平衡技术。传统“刚性”电力系统电能“源—荷”瞬时动态平衡的法则越来越难以为继,未来电力系统必须具备足够的“柔性”以适应高比例可再生能源的新常态。在这一转变过程中,储能因其具有将电能的生产和消费从时间和空间上分隔开来的能力,成为未来高比例可再生能源电力系统的关键支撑技术之一。新能源在电力系统中的占比低于20%时,现有的调峰电厂(燃气、水力发电厂)可应付间歇性新能源供电波动;但大于这个比例时,就需要用到供需平衡技术,包括储能、需求侧管理、电网互联。储能可很好地解决可再生能源引入的挑战,因此在新型电力系统中具有重要地位。一方面,可解决风光出力高峰与负荷高峰错配的难题,通过削峰填谷,增加谷负荷以促进可再生能源的消纳,减少峰负荷以延缓容量投资需求。另一方面,可解决风光出力随机性和波动性带来的频率稳定难题,尤其是电化学等响应速度较快的新型储能,能提供调频服务提高电网可靠性。


电池储能项目中气体监测

锂电池在快速充电或放电使用过程中长期连续运行,电池柜中锂离子电池能量密度高,其电解液的溶剂通常为有机碳酸酯类化合物,具有闪点低、化学活性高和极易燃烧的特点。

由于储能项目集装箱内的锂离子电池采用集成化设计,由于其化学特性,容易产生H2富集,当某一组锂电池发生热失控后,会对周围的电池产生强烈的热冲击,造成热失控蔓延,同时生成大量烷烃类可燃气体,可能发生严重的火灾甚至爆炸事故。

在起火燃烧时也会产生CO及CO2气体和烟雾粉尘,严重危害人体健康,因此可以通过监测这些气体种类来进行安全预警。


电化学储能项目安全监测中气体检测

在电池火灾前期,进行有效准确地探测并预警,采取相应的消防手段,防止火灾的进一步蔓延。在安全阀打开前,应做好电池故障诊断工作,及早进行预警。当电池安全阀打开时,会产生大量的气体和烟雾,如CO的体积分数可以从2.4×10-6迅速增加至190×10-6。

此外,释放气体如CO2、CH4、挥发性有机化合物(VOC)等,在安全阀打开时都有明显的增加,因此,可以通过相关的气体传感器,再配合烟雾传感器、火灾探测器、温度传感器等,根据电站电池的热失控特性,设定相应的预警阈值,将多种特征参数进行耦合,当不同传感器参数达到所设阈值时,发出警报,实现锂离子电池火灾早期探测和预警,并根据警报采取相应的控制措施,防止锂离子电池火灾的进一步扩大。


此外,应根据量程和灵敏度,选取适当的传感器和探测器,同时设置冗余系统,保证电站火灾早期探测和预警装置的准确响应。

我们可以从动力锂电池热失控时产生的大量气体入手,锂离子电池热失控的时候,电池内部会有大量的一氧化碳释放出来。一氧化碳不仅是易燃易爆的气体,更可以与人体内的血红蛋白结合,使其失去与氧气结合的能力,从而导致我们缺氧甚至窒息。所以我们可以通过检测一氧化碳的浓度来判断电池热失控。

储能项目随着电开关柜中SF6气体绝缘的电气设备数量的日趋增多,纯净的六氟化硫气体是无毒的,但在大电流开断时,由于强烈的电弧放电会产生一些含硫的低氟化物。这些物质反应能力较强,当有水和氧气时又会与电极材料、水份进一步反应,从而分解产生有毒或剧毒气体。这些有毒气体主要损害人体的呼吸系统,中毒后会出现类似于感冒、皮肤过敏、恶心心呕吐、疲劳等不良反应,吸入剂量大时,会出现更加严重的后果。SF6气体绝缘的电气设备漏气现象仍是难以避免和彻底杜绝的常见问题,还是需要添加SF6检测仪来监测漏气问题。


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