Questo articolo combina la propria esperienza di costruzione con le norme e le specifiche del settore per discutere gli aspetti di sicurezza dei sistemi di accumulo di energia con batterie al litio e promuovere congiuntamente lo sviluppo sicuro dell'industria dell'accumulo di energia.
I sistemi di protezione antincendio per l'accumulo di energia sono utilizzati principalmente nelle centrali di accumulo di energia su larga scala e distribuite, accumulo di energia mobile veicoli e stazioni di accumulo di energia di riserva. Copre l'intera catena industriale della generazione, trasmissione e trasformazione di energia, vendita e consumo di elettricità.
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1. Composizione del sistema di protezione antincendio dell'accumulo di energia
Il sistema di protezione antincendio dell'accumulatore di energia è composto principalmente da una parte di controllo del rilevamento e da una parte di spegnimento, in grado di realizzare funzioni automatiche di rilevamento, allarme e protezione antincendio per l'area di protezione o il box della batteria.
La parte di controllo del rilevamento comprende principalmente rilevatori, host di controllo del fuoco, pulsanti di avvio e arresto di emergenza, allarmi acustici e visivi e indicatori di sgonfiaggio. Tra questi, il rivelatore è un rivelatore d'incendio a batteria al litio dedicato.
La parte antincendio comprende principalmente dispositivi di estinzione a gas, tubazioni, ugelli, ecc. I dispositivi di spegnimento utilizzano solitamente dispositivi di spegnimento a eptafluoropropano del tipo ad armadio, dispositivi di spegnimento a eptafluoropropano sospesi, ecc.
L'host di controllo antincendio è un'apparecchiatura di allarme antincendio automatica e intelligente che combina l'allarme antincendio e l'estinzione degli incendi a gas in un unico dispositivo. Utilizza un display LCD cinese ed è progettato principalmente per progetti di ingegneria antincendio di medie e piccole dimensioni. Da un lato, l'host di controllo antincendio riceve i dati del sensore dal rilevatore, effettua valutazioni logiche e invia automaticamente e/o manualmente segnali di controllo attivi e/o passivi per avviare il dispositivo di esecuzione;
D'altra parte, l'host di controllo antincendio trasmette i dati di stato all'armadio di controllo del computer host e accetta le istruzioni di controllo dal computer host per eseguire le corrispondenti partenze di spegnimento o altre azioni.
2. Analisi delle fonti di pericolo del sistema di accumulo di energia con batterie al litio
Rischi di incendio in sistemi di accumulo di energia con batterie al litio si dividono grosso modo in due aspetti: le reazioni interne fuori controllo delle batterie al litio e i rischi di incendio nelle apparecchiature elettriche. Secondo le norme antincendio, la posizione della batteria (di seguito denominata compartimento della batteria) e la posizione delle apparecchiature elettriche ad alta e bassa tensione (di seguito denominate compartimento delle apparecchiature) sono progetti isolati.
3.1 La reazione interna della batteria al litio è fuori controllo
- Batteria al litio
Litio carica della batteria e di scarica sono completati principalmente da reazioni chimiche. Durante il processo di carica e scarica, si genera inevitabilmente energia termica. Se l'energia termica generata dalla batteria stessa supera la capacità di dissipazione del calore della batteria, la batteria al litio non può essere dissipata in tempo e il calore si accumula causando il surriscaldamento della batteria.
Si verificano reazioni chimiche tra i materiali interni della batteria, come la decomposizione del film SEI, la decomposizione dell'elettrolita, la decomposizione degli elettrodi positivi e negativi, ecc. Durante la decomposizione, si generano grandi quantità di calore e gas, che causano il riscaldamento e il rigonfiamento della batteria.
La temperatura aumenta rapidamente, causando la combustione interna dei materiali della batteria e la decomposizione del liquido della batteria produce gas infiammabili. Quando la concentrazione di gas infiammabili raggiunge un certo livello, si verifica un'esplosione in presenza di fiamme libere.
Pertanto, i fenomeni di superficie della reazione della batteria agli ioni di litio fuori controllo includono principalmente il riscaldamento della batteria, il rigonfiamento, il fumo, la fiamma libera, la combustione e persino l'esplosione.
I problemi di cui sopra sono causati principalmente dalla reazione chimica interna della batteria, troppo veloce e incontrollabile, e da sovraccarichi esterni, forature, fattori esterni come fonti di incendio, estrusioni, cortocircuiti, ecc.
Inoltre, il modulo batteria del sistema di accumulo di energia con batterie al litio è progettato per collegare più pacchi batteria in serie, il che indubbiamente aumenta i rischi per la sicurezza delle batterie al litio.
Inoltre, una volta che si verifica un incendio a causa delle prestazioni instabili di una determinata batteria, questo si ripercuote inevitabilmente sulla sicurezza delle batterie al litio circostanti, ampliando ulteriormente la portata dell'incendio.
- Apparecchiature elettriche
Nel sistema di accumulo di energia con batterie al litio è presente un gran numero di apparecchiature elettriche. La stabilità e la sicurezza delle apparecchiature elettriche influiscono anche sulle prestazioni e sulla stabilità della batteria, come ad esempio l'impatto dell'alta tensione, della grande corrente e delle sovratensioni dovute a un funzionamento imprevisto.
Poiché nel sistema di accumulo di energia con batterie al litio sono presenti molti sistemi a corrente debole e sistemi di comunicazione, l'alta tensione e l'alta corrente nel sistema avranno inevitabilmente un grande impatto sul sistema di accumulo di energia.
Allo stesso tempo, causerà anche danni ai componenti di protezione del sistema di accumulo dell'energia, rendendone impossibile il funzionamento. Le azioni di protezione possono persino causare incendi.
4. Misure di sicurezza antincendio
La sicurezza antincendio delle batterie al litio è il contenuto chiave della prevenzione nella progettazione dell'intero sistema di accumulo di energia. Di seguito verranno discusse le misure di sicurezza antincendio dei sistemi di accumulo di energia con batterie al litio sotto molteplici aspetti.
- Sistema di allarme antincendio
L'intero processo di combustione spontanea delle batterie al litio, dovuto a reazioni chimiche interne fuori controllo causate dalla batteria stessa o stimolate da condizioni esterne, comporta il rilascio di gas, energia e la generazione di fumo. Nei casi più gravi, si possono verificare fiamme libere.
In altre parole, il luogo in cui è collocata la batteria al litio è isolato da altre apparecchiature e sono installati speciali rilevatori di fumo, temperatura, luce e altro. I rilevatori di gas corrispondenti possono essere aggiunti in modo mirato in base alle caratteristiche delle diverse batterie al litio.
Assicurarsi che l'allarme di variazione del gas nel vano batteria venga rilevato tempestivamente quando la batteria è fuori controllo, che l'apparecchiatura elettrica nella sala apparecchiature collegata venga scollegata dall'alimentazione e che le informazioni sull'allarme vengano caricate al personale addetto al monitoraggio in background.
- Dispositivo automatico di estinzione degli incendi
La batteria al litio contiene sostanze chimiche e nel magazzino sono collegate molte apparecchiature elettriche. Una volta che si verifica un incendio, se non si riesce a spegnerlo in tempo, le perdite causate diventeranno sempre maggiori con il passare del tempo.
Pertanto, la configurazione del sistema di accumulo di energia Il dispositivo di spegnimento deve essere un metodo fisico che soffoca rapidamente l'incendio isolando l'ossigeno.
5. Gas estinguente
Il gas estinguente più utilizzato nel settore dei sistemi di accumulo di energia è l'eptafluoropropano.
L'eptafluoropropano è un gas incolore, inodore e non conduttivo. Il suo principio estinguente consiste nell'inibire la reazione della catena di reazione chimica. È conservato in un liquido e rilascia gas. Dopo la nebulizzazione, il sistema di ventilazione può essere utilizzato per scaricare il gas fuori dal locale e spegnere l'incendio.
Al termine dell'operazione non rimarrà alcun residuo e non causerà perdite di lavoro o inquinamento alle apparecchiature elettriche presenti in loco. Quando si installa un dispositivo antincendio a esafluoropropano in un sistema di accumulo di energia, è necessario prestare attenzione ai seguenti punti.
- Concentrazione di scarico
La concentrazione di esafluoropropano deve essere progettata in base all'area di protezione effettiva. Se l'agente estinguente non è riempito a sufficienza, la concentrazione di estinguente in alcune piccole aree di protezione può essere troppo alta, mentre la concentrazione di estinguente in altre aree di protezione è minore, e non si raggiunge la situazione ideale di estinzione.
Nella progettazione del sistema, la quantità di agente estinguente da riempire deve essere 9% superiore al rapporto di concentrazione effettivo per soddisfare i requisiti di estinzione completa.
- Design dello spazio completamente chiuso
In generale, l'estinzione degli incendi a gas richiede uno spazio chiuso per garantire l'effetto estinguente dell'agente estinguente. Durante il processo di rilascio dell'eptafluoropropano, è importante notare che quando il personale addetto al funzionamento e alla manutenzione opera nel vano batteria, possono verificarsi incendi dovuti a incidenti imprevisti o a operazioni errate. A volte è necessario installare una porta antincendio per garantire la sicurezza del personale.
Poiché l'eptafluoropropano allo stato liquido si trasforma in stato gassoso dopo l'iniezione, la pressione all'interno dell'edificio aumenterà rapidamente e sarà necessario predisporre una porta di scarico corrispondente nel vano batteria. Il dispositivo di scarico della pressione deve essere progettato specificamente in base alla pressione che la struttura dell'edificio o del contenitore interno può sopportare per evitare crepe nell'edificio o nel contenitore chiuso.
- Determinazione del tempo di iniezione
In circostanze normali, se il tempo di preaccensione della superficie solida delle batterie al litio o di altre apparecchiature è lungo, al suo interno si formerà un incendio profondo, molto dannoso per la sicurezza antincendio, anche se il dispositivo antincendio può estinguere la fiamma libera esterna.
Ma all'interno c'è ancora della combustione e, quando si raggiungono le condizioni di riaccensione, si riaccende. Se il tempo di preaccensione è sufficientemente lungo, possono verificarsi incidenti pericolosi come esplosioni. Per questo motivo, in base alle normative vigenti e alle effettive condizioni operative, è più ragionevole fissare il tempo effettivo di iniezione dell'eptafluoropropano a 8 secondi.
- Unità di condizionamento dell'aria
Quando si caricano e si scaricano le batterie al litio, si verifica un processo di continua dissipazione del calore verso l'esterno e la temperatura ambientale produce evidenti cambiamenti nelle prestazioni delle batterie al litio.
Le caratteristiche di temperatura delle batterie al litio, da -40°C a 60°C, fanno sì che la capacità delle batterie al litio diminuisca al diminuire della temperatura. L'attenuazione è accelerata e l'alta temperatura non ha un grande effetto sulla variazione di capacità delle batterie al litio.
Inoltre, in ambienti ad alta temperatura, le apparecchiature elettriche e le batterie nel vano batterie aumentano la probabilità di incendi. Pertanto, la temperatura ottimale del vano batterie della centrale di accumulo di energia è di 25℃; a questa temperatura, la capacità della batteria e la sicurezza sono ottimali.
- Dispositivo di collegamento
I sistemi di accumulo di energia con batterie al litio richiedono solitamente ispezioni quotidiane da parte del personale addetto al funzionamento e alla manutenzione. Per evitare incidenti dovuti a manovre errate da parte del personale addetto al funzionamento e alla manutenzione o a incidenti imprevisti, è necessario installare porte antincendio e sistemi di scarico nel vano batterie e pulsanti di arresto di emergenza all'esterno.
E formano un dispositivo di collegamento di sicurezza a più livelli con i sistemi di allarme antincendio, i dispositivi di estinzione automatica, le porte tagliafuoco, le bocchette di ventilazione e altre attrezzature antincendio.
- Progettazione elettrica
Per problemi quali l'alta tensione e la corrente elevata che possono verificarsi nelle apparecchiature elettriche, installare dispositivi di protezione contro i fulmini e le sovratensioni, dispositivi di protezione contro i fulmini e le sovratensioni di comunicazione e relativi scaricatori sul circuito lato alta tensione.
Durante il progettazione di sistemi di accumulo di energia a batteriaLe strutture di protezione dai fulmini e di messa a terra dell'edificio originale sono state ragionevolmente utilizzate per ridurre il rischio di alta tensione e alta corrente nel suo complesso.
Al momento della progettazione del sistema di accumulo di energia, è necessario considerare la convenienza delle ispezioni giornaliere di funzionamento e manutenzione e la situazione di emergenza. Nell'area dell'apparecchiatura mobile di stoccaggio dell'energia devono essere presenti non meno di 2 ingressi e uscite.
Intorno al sistema di accumulo di energia collocato a terra deve essere riservata una corsia antincendio di almeno 3,5 m di larghezza. Intorno al sistema di accumulo di energia collocato nel seminterrato deve essere riservato un canale di fuga con una larghezza di almeno 1,5 m e devono essere predisposte le relative strutture antincendio.
Per garantire la stabilità dell'alimentazione antincendio del sistema di accumulo di energia con batterie al litio, l'alimentazione utilizzata dai dispositivi antincendio deve essere collegata separatamente dalla rete elettrica e i cavi devono essere resistenti al fuoco. L'impianto elettrico fornisce l'alimentazione.
6. Sintesi
Come batteria al litio tecnologie di stoccaggio dell'energia continua a migliorare, anche i corrispondenti sistemi di accumulo di energia con batterie al litio saranno applicati su larga scala. E l'innovazione del fabbrica top BESS è alla base di questo processo. Come garantire la sicurezza dei sistemi di accumulo di energia con batterie al litio è il primo fattore che influisce sullo sviluppo.
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