In diesem Artikel werden die eigenen Konstruktionserfahrungen und die einschlägigen Normen und Spezifikationen der Branche kombiniert, um die Sicherheitsaspekte von Lithiumbatterie-Energiespeichersystemen zu erörtern und gemeinsam die sichere Entwicklung der Energiespeicherindustrie zu fördern.
Energiespeicher-Brandschutzsysteme werden hauptsächlich in großen und dezentralen Energiespeicherkraftwerken eingesetzt, mobile Energiespeicher Fahrzeuge und Reservestromspeicherstationen. Abdeckung der gesamten industriellen Kette der Stromerzeugung, -übertragung und -umwandlung, des Stromverkaufs und des Stromverbrauchs.
1. Zusammensetzung des Brandschutzsystems für Energiespeicher
Das Energiespeicher-Brandschutzsystem besteht hauptsächlich aus einem Detektions- und einem Feuerlöschteil, mit dem automatische Detektions-, Alarm- und Feuerlöschfunktionen für den Schutzbereich oder die Batteriebox realisiert werden können.
Der Teil zur Detektionskontrolle umfasst hauptsächlich Detektoren, Brandmeldezentralen, Notstart- und -stopptasten, akustische und visuelle Alarme sowie Luftablassanzeigen. Unter ihnen ist der Melder ein spezieller Lithium-Batterie-Feuermelder.
Der Feuerlöschteil umfasst hauptsächlich Gasfeuerlöschgeräte, Rohrleitungen, Düsen usw. Für die Feuerlöschgeräte werden in der Regel schrankartige Heptafluorpropan-Feuerlöschgeräte, hängende Heptafluorpropan-Feuerlöschgeräte usw. verwendet.
Der Feuerleitrechner ist eine intelligente automatische Brandmeldeanlage, die Feueralarm und Gaslöschung in einem Gerät vereint. Er verwendet ein chinesisches LCD-Display und ist hauptsächlich für mittlere und kleine Brandschutzprojekte konzipiert. Einerseits empfängt die Brandmeldezentrale die Sensordaten vom Melder, trifft logische Entscheidungen und gibt automatisch und/oder manuell aktive und/oder passive Steuersignale aus, um die Ausführungseinrichtung zu starten;
Andererseits überträgt der Feuerleitrechner Statusdaten an den Steuerschrank des Leitrechners und nimmt Steueranweisungen des Leitrechners entgegen, um entsprechende Löschvorgänge oder andere Aktionen auszuführen.
2. Analyse der Gefahrenquellen eines Lithium-Batterie-Energiespeichersystems
Brandgefahren in Lithium-Batterie-Energiespeichersysteme lassen sich grob in zwei Aspekte unterteilen: unkontrollierbare interne Reaktionen von Lithiumbatterien und Brandgefahren in elektrischen Geräten. Gemäß den Brandschutzvorschriften sind der Standort der Batterie (im Folgenden als Batterieraum bezeichnet) und der Standort der elektrischen Hoch- und Niederspannungsgeräte (im Folgenden als Geräteraum bezeichnet) isolierte Konstruktionen.
3.1 Die interne Reaktion der Lithium-Batterie ist außer Kontrolle geraten
- Lithium-Batterie
Lithium Batterieaufladung und Entladungen werden hauptsächlich durch chemische Reaktionen abgeschlossen. Während des Lade- und Entladevorgangs wird unweigerlich Wärmeenergie erzeugt. Wenn die von der Batterie selbst erzeugte Wärmeenergie die Wärmeableitungskapazität der Batterie übersteigt, kann die Lithiumbatterie nicht rechtzeitig abgeleitet werden, und die Wärme staut sich an, was zu einer Überhitzung der Batterie führt.
Zwischen den internen Materialien der Batterie finden chemische Reaktionen statt, wie die Zersetzung der SEI-Schicht, die Zersetzung des Elektrolyten, die Zersetzung der positiven und negativen Elektroden usw. Während der Zersetzung wird eine große Menge an Wärme und Gas erzeugt, wodurch sich die Batterie erhitzt und ausbeult.
Die Hitze führt dazu, dass die Batterie die Kontrolle verliert und die Die Temperatur steigt schnell an, was zu einer internen Verbrennung der Batteriematerialien führt, und bei der Zersetzung der Batterieflüssigkeit entstehen brennbare Gase. Wenn die Konzentration der brennbaren Gase ein bestimmtes Niveau erreicht, kommt es beim Zusammentreffen mit einer offenen Flamme zu einer Explosion.
Daher sind die Oberflächenphänomene der Lithium-Ionen-Batterie Reaktion außer Kontrolle vor allem Batterie Heizung, Ausbeulen, Rauch, offene Flamme, Brennen und sogar Explosion.
Die oben genannten Probleme werden hauptsächlich durch die interne chemische Reaktion der Batterie verursacht, die zu schnell und unkontrollierbar ist, sowie durch externe Überladung, Pannen, externe Faktoren wie Brandherde, Extrusion, Kurzschlüsse usw., die alle die oben genannten Probleme verursachen.
Außerdem ist das Batteriemodul des Lithium-Batterie-Energiespeichersystems so konzipiert, dass es mehrere Batteriesätze in Reihe schaltet, was zweifellos die Sicherheitsrisiken von Lithium-Batterien erhöht.
Darüber hinaus wird ein Brand, der auf die instabile Leistung einer bestimmten Batterie zurückzuführen ist, unweigerlich die umliegenden Lithiumbatterien in Mitleidenschaft ziehen und den Umfang des Brandes weiter ausdehnen.
- Elektrische Ausrüstung
In einem Lithium-Batterie-Energiespeichersystem gibt es eine große Anzahl von elektrischen Geräten. Die Stabilität und Sicherheit der elektrischen Geräte wirkt sich auch auf die Leistung und Stabilität der Batterie aus, wie z. B. die Auswirkungen von Hochspannung, hohem Strom und Blitzschlag durch unerwarteten Betrieb.
Da es im Lithium-Batterie-Energiespeichersystem viele Schwachstromsysteme und Kommunikationssysteme gibt, haben die hohe Spannung und der hohe Strom im System unweigerlich große Auswirkungen auf das Energiespeichersystem.
Gleichzeitig werden dadurch auch die Schutzkomponenten des Energiespeichersystems beschädigt, so dass ein Weiterbetrieb unmöglich wird. Schutzmaßnahmen können sogar Brände verursachen.
4. Maßnahmen zur Brandsicherheit
Die Brandsicherheit von Lithiumbatterien ist der wichtigste präventive Aspekt bei der Konzeption des gesamten Energiespeichersystems. Im Folgenden werden die Brandschutzmaßnahmen für Lithiumbatterie-Energiespeichersysteme unter verschiedenen Aspekten erörtert.
- Brandmeldeanlage
Der gesamte Prozess der Selbstentzündung von Lithiumbatterien aufgrund unkontrollierter interner chemischer Reaktionen, die durch die Lithiumbatterie selbst verursacht oder durch äußere Bedingungen angeregt werden, führt zur Freisetzung von Gas und Energie sowie zur Rauchentwicklung. In schweren Fällen kommt es zu offenen Flammen.
Das heißt, der Ort, an dem die Lithiumbatterie platziert wird, wird von anderen Geräten isoliert, und es werden spezielle Rauch-, Temperatur-, Licht- und andere Detektoren installiert. Entsprechende Gasdetektoren können je nach den Eigenschaften der verschiedenen Lithiumbatterien gezielt hinzugefügt werden.
Stellen Sie sicher, dass der Gaswechselalarm im Batteriefach frühzeitig erkannt wird, wenn die Batterie außer Kontrolle geraten ist, die elektrischen Geräte im angeschlossenen Geräteraum von der Stromversorgung getrennt werden und die Alarminformationen an das Hintergrundüberwachungspersonal weitergeleitet werden.
- Automatische Feuerlöschanlage
Die Lithiumbatterie selbst enthält chemische Substanzen, und in dem Lager sind viele elektrische Geräte angeschlossen. Wenn ein Feuer ausbricht und nicht rechtzeitig gelöscht werden kann, wird der Schaden im Laufe der Zeit immer größer werden.
Daher muss die Konfiguration des Energiespeichersystems Das Feuerlöschgerät muss eine physikalische Methode sein, die das Feuer schnell erstickt, indem sie den Sauerstoff isoliert.
5. Feuerlöschendes Gas
Das am häufigsten verwendete Feuerlöschgas in der Energiespeicherindustrie ist Heptafluorpropan.
Heptafluorpropan ist ein farbloses, geruchloses, nicht leitfähiges Gas. Sein Feuerlöschprinzip besteht darin, die Reaktion der chemischen Reaktionskette zu hemmen. Es ist in einer Flüssigkeit gespeichert und setzt Gas frei. Nach dem Versprühen kann das Gas über die Lüftungsanlage aus dem Raum geleitet werden, um das Feuer zu löschen.
Nach der Fertigstellung bleiben keine Rückstände zurück, und es kommt nicht zu Arbeitsausfällen oder Verschmutzung der elektrischen Anlagen vor Ort. Bei der Installation eines Hexafluorpropan-Feuerlöschgeräts in einem Energiespeichersystem müssen Sie die folgenden Punkte beachten.
- Abflusskonzentration
Die Sprühkonzentration von Hexafluorpropan muss auf der Grundlage des tatsächlichen Schutzbereichs festgelegt werden. Wenn das Löschmittel nicht ausreichend gefüllt ist, kann die Löschkonzentration in einigen kleinen Schutzbereichen zu hoch sein, während die Löschkonzentration in anderen Schutzbereichen geringer ist, und die ideale Feuerlöschsituation wird nicht erreicht.
Bei der Auslegung der Anlage sollte die Füllmenge des Feuerlöschmittels 9% höher sein als das tatsächliche Konzentrationsverhältnis, um die Anforderungen an die vollständige Brandbekämpfung zu erfüllen.
- Vollständig geschlossenes Raumkonzept
Im Allgemeinen ist für das Löschen von Gasbränden ein geschlossener Raum erforderlich, um die Feuerlöschwirkung des Löschmittels zu gewährleisten. Bei der Freisetzung von Heptafluorpropan ist zu beachten, dass es bei Arbeiten des Bedienungs- und Wartungspersonals im Batteriefach durch unerwartete Unfälle oder Fehlbedienung zu Bränden kommen kann. Manchmal muss eine Brandschutztür eingerichtet werden, um die Sicherheit des Personals zu gewährleisten.
Da der flüssige Zustand von Heptafluorpropan nach der Injektion in einen gasförmigen Zustand übergeht, steigt der Innendruck schnell an, und im Batteriefach muss eine entsprechende Ablassöffnung eingerichtet werden. Die Druckentlastungsvorrichtung sollte speziell auf den Druck ausgelegt sein, dem das Gebäude oder der Container im Innenbereich standhalten kann, um Risse im geschlossenen Gebäude oder Container zu vermeiden.
- Bestimmung der Injektionszeit
Wenn die Vorentzündung der festen Oberfläche von Lithiumbatterien oder anderen Ausrüstungsgegenständen lange dauert, bildet sich unter normalen Umständen ein tiefes Feuer in ihrem Inneren, was für die Brandsicherheit sehr schädlich ist, obwohl die Feuerlöschvorrichtung die äußere offene Flamme löschen kann.
Aber im Inneren brennt es immer noch, und wenn die Bedingungen für eine erneute Zündung erreicht sind, wird es sich wieder entzünden. Wenn die Vorzündzeit lang genug ist, kann es sogar zu gefährlichen Unfällen wie Explosionen kommen. Aus diesem Grund ist es unter Berücksichtigung der einschlägigen Vorschriften und der tatsächlichen Betriebsbedingungen sinnvoller, die tatsächliche Einspritzzeit von Heptafluorpropan auf 8 Sekunden festzulegen.
- Klimagerät
Beim Laden und Entladen von Lithiumbatterien wird ständig Wärme an die Außenwelt abgegeben, und die Umgebungstemperatur führt zu deutlichen Veränderungen in der Leistung von Lithiumbatterien.
Die Temperatureigenschaften von Lithiumbatterien von -40°C bis 60°C bedeuten, dass die Kapazität von Lithiumbatterien mit abnehmender Temperatur abnimmt. Die Dämpfung wird beschleunigt, und hohe Temperaturen haben keinen großen Einfluss auf die Kapazitätsänderung von Lithiumbatterien.
Darüber hinaus erhöhen die elektrischen Geräte und Batterien im Batterieraum bei hohen Temperaturen die Wahrscheinlichkeit einer Brandgefahr. Daher beträgt die optimale Temperatur des Batteriefachs des Energiespeicherkraftwerks 25 °C. Bei dieser Temperatur sind die Batteriekapazität und die Sicherheit optimal.
- Kopplungsvorrichtung
Lithium-Batterie-Energiespeichersysteme erfordern in der Regel tägliche Inspektionen durch Betriebs- und Wartungspersonal. Um Unfälle durch Fehlbedienung durch das Bedienungs- und Wartungspersonal oder unerwartete Unfälle zu vermeiden, müssen im Batterieraum Brandschutztüren und Absaugsysteme sowie außen angebrachte Notausschalter installiert werden.
Sie bilden einen mehrstufigen Sicherheitsverbund mit Brandmeldeanlagen, automatischen Feuerlöschgeräten, Brandschutztüren, Entlüftungsöffnungen und anderen Brandschutzeinrichtungen.
- Elektrischer Entwurf
Für Probleme wie hohe Spannungen und große Ströme, die in elektrischen Anlagen auftreten können, installieren Sie Blitz- und Überspannungsschutz-, Kommunikationsblitz- und Überspannungsschutzgeräte und entsprechende Blitzableiter im hochspannungsseitigen Stromkreis.
Während der Auslegung von BatteriespeichersystemenDie Blitzschutz- und Erdungsanlagen des ursprünglichen Gebäudes wurden sinnvoll genutzt, um das Risiko von Hochspannung und Hochstrom insgesamt zu verringern.
Bei der Auslegung und Gestaltung des Energiespeichersystems müssen die Bequemlichkeit der täglichen Betriebs- und Wartungsinspektionen und die Situation in Notfällen berücksichtigt werden. Im Bereich der mobilen Energiespeicherausrüstung sollten mindestens 2 Ein- und Ausgänge vorhanden sein.
Um das auf dem Boden stehende Energiespeichersystem muss ein mindestens 3,5 m breiter Brandschutzstreifen vorhanden sein. Um den Energiespeicher im Untergeschoss muss ein mindestens 1,5 m breiter Fluchtweg vorhanden sein, und es müssen entsprechende Feuerlöscheinrichtungen vorhanden sein.
Um die Stabilität der Stromversorgung des Lithium-Batterie-Energiespeichersystems zu gewährleisten, muss die Stromversorgung der Brandschutzausrüstung getrennt vom Stromnetz erfolgen, und die Kabel müssen feuerfest sein. Das elektrische System liefert Strom.
6. Zusammenfassung
Als Lithium-Batterie Energiespeichertechnologien weiter verbessert, werden auch die entsprechenden Lithium-Batterie-Energiespeichersysteme in großem Umfang eingesetzt werden. Und die Innovation der BESS-Fabrik der Spitzenklasse treibt diesen Prozess voran. Die Frage, wie die Sicherheit von Lithium-Batterie-Energiespeichersystemen gewährleistet werden kann, ist der erste Faktor, der die Entwicklung beeinflusst.
Als letztes passives Verteidigungssystem wirken sich vernünftiges Design, Materialauswahl, Layout und Konstruktion des Brandschutzes direkt auf die gesunde Entwicklung der Energiespeicherindustrie aus.
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