Este artigo combina a sua própria experiência de construção e as normas e especificações relevantes do sector para discutir os aspectos de segurança dos sistemas de armazenamento de energia a partir de baterias de lítio e promover conjuntamente o desenvolvimento seguro do sector do armazenamento de energia.
Os sistemas de proteção contra incêndios para armazenamento de energia são utilizados principalmente em centrais de armazenamento de energia em grande escala e distribuídas, armazenamento móvel de energia veículos, e estações de armazenamento de energia de reserva. Abrangendo toda a cadeia industrial de produção, transmissão e transformação de energia, venda de eletricidade e consumo de eletricidade.
1. Composição do sistema de proteção contra incêndios do acumulador de energia
O sistema de proteção contra incêndios de armazenamento de energia é composto principalmente por uma parte de controlo de deteção e uma parte de extinção de incêndios, que pode realizar funções automáticas de deteção, alarme e proteção contra incêndios para a área de proteção ou caixa da bateria.
A parte de controlo da deteção inclui principalmente detectores, anfitriões de controlo de incêndios, botões de arranque e paragem de emergência, alarmes sonoros e visuais e indicadores de esvaziamento. Entre eles, o detetor é um detetor de incêndio de bateria de lítio dedicado.
A parte de extinção de incêndios inclui principalmente dispositivos de extinção de incêndios a gás, condutas, bocais, etc. Os dispositivos de extinção de incêndios utilizam normalmente dispositivos de extinção de incêndios de heptafluoropropano do tipo armário, dispositivos de extinção de incêndios de heptafluoropropano suspensos, etc.
O anfitrião de controlo de incêndio é um equipamento de alarme de incêndio automático inteligente que combina alarme de incêndio e extinção de incêndio a gás num só. Utiliza um ecrã LCD chinês e foi concebido principalmente para projectos de engenharia de incêndios de média e pequena dimensão. Por um lado, o anfitrião de controlo de incêndios recebe os dados do sensor do detetor, faz julgamentos lógicos e emite automaticamente e/ou manualmente sinais de controlo activos e/ou passivos para iniciar o dispositivo de execução;
Por outro lado, o anfitrião de controlo de incêndios transmite dados de estado para o armário de controlo do computador anfitrião e aceita instruções de controlo do computador anfitrião para executar os arranques de extinção de incêndios correspondentes ou outras acções.
2. Análise das fontes de perigo do sistema de armazenamento de energia de baterias de lítio
Riscos de incêndio em sistemas de armazenamento de energia com baterias de lítio dividem-se, grosso modo, em dois aspectos: reacções internas fora de controlo das baterias de lítio e riscos de incêndio no equipamento elétrico. De acordo com os regulamentos de proteção contra incêndios, a localização da bateria (a seguir designada por compartimento da bateria) e a localização do equipamento elétrico de alta e baixa tensão (a seguir designada por compartimento do equipamento) são concepções isoladas.
3.1 A reação interna da bateria de lítio está fora de controlo
- Bateria de lítio
Lítio carregamento da bateria O processo de carga e descarga é principalmente completado por reacções químicas. Durante o processo de carga e descarga, será inevitavelmente gerada energia térmica. Se a energia térmica gerada pela própria bateria exceder a capacidade de dissipação de calor da bateria, a bateria de lítio não pode ser dissipada a tempo e a acumulação de calor provoca o sobreaquecimento da bateria.
Ocorrem reacções químicas entre os materiais internos da bateria, tais como a decomposição da película SEI, a decomposição do eletrólito, a decomposição dos eléctrodos positivo e negativo, etc. Durante a decomposição, será gerada uma grande quantidade de calor e gás, fazendo com que a bateria aqueça e fique saliente.
A temperatura aumenta rapidamente, provocando a combustão interna dos materiais da bateria, e a decomposição do líquido da bateria produzirá gases inflamáveis. Quando a concentração de gases inflamáveis atinge um determinado nível, ocorrerá uma explosão ao encontrar uma chama aberta.
Por conseguinte, os fenómenos de superfície da reação da bateria de iões de lítio fora de controlo incluem principalmente o aquecimento da bateria, o abaulamento, o fumo, a chama aberta, a combustão e até a explosão.
Os problemas acima referidos são causados principalmente pela reação química interna da bateria, que é demasiado rápida e incontrolável, e por sobrecarga externa, perfuração, factores externos como fontes de incêndio, extrusão, curto-circuitos, etc., que causam os problemas acima referidos.
Além disso, o módulo de bateria do sistema de armazenamento de energia das baterias de lítio foi concebido para ligar vários conjuntos de baterias em série, o que aumenta indubitavelmente os riscos de segurança das baterias de lítio.
Além disso, quando ocorre um incêndio devido ao desempenho instável de uma determinada bateria, este afectará inevitavelmente a segurança das baterias de lítio circundantes e alargará ainda mais o âmbito do incêndio.
- Equipamento elétrico
Há um grande número de equipamentos eléctricos no sistema de armazenamento de energia da bateria de lítio. A estabilidade e a segurança do equipamento elétrico também afectam o desempenho e a estabilidade da bateria, como o impacto da alta tensão, da corrente elevada e das descargas atmosféricas devido a um funcionamento inesperado.
Uma vez que existem muitos sistemas de corrente fraca e sistemas de comunicação no sistema de armazenamento de energia da bateria de lítio, a alta tensão e a alta corrente no sistema terão inevitavelmente um grande impacto no sistema de armazenamento de energia.
Ao mesmo tempo, causará também danos nos componentes de proteção do sistema de armazenamento de energia, impossibilitando o seu prosseguimento. As acções de proteção podem mesmo provocar incêndios.
4. Medidas de segurança contra incêndios
A segurança contra incêndios das baterias de lítio é o principal conteúdo de prevenção na conceção de todo o sistema de armazenamento de energia. De seguida, serão abordadas as medidas de segurança contra incêndios dos sistemas de armazenamento de energia a partir de baterias de lítio sob vários aspectos.
- Sistema de alarme de incêndio
Todo o processo de combustão espontânea de baterias de lítio devido a reacções químicas internas fora de controlo causadas pela própria bateria de lítio ou estimuladas por condições externas resultará na libertação de gás, energia e geração de fumo. Em casos graves, podem ocorrer chamas abertas.
Ou seja, o local onde a bateria de lítio é colocada é isolado de outros equipamentos, e são instalados detectores especiais de fumo, temperatura, luz e outros. Os detectores de gás correspondentes podem ser adicionados de forma direccionada, de acordo com as características das diferentes baterias de lítio.
Assegurar que o alarme de mudança de gás no compartimento da bateria é detectado precocemente quando a bateria está fora de controlo, que o equipamento elétrico na sala de equipamento ligado é desligado da fonte de alimentação e que a informação de alarme é carregada para o pessoal de monitorização de fundo.
- Dispositivo automático de extinção de incêndios
A própria bateria de lítio contém substâncias químicas e há muitos equipamentos eléctricos ligados no armazém. Quando ocorre um incêndio, se este não puder ser extinto a tempo, os prejuízos causados tornar-se-ão cada vez maiores com o passar do tempo.
Por conseguinte, a configuração do sistema de armazenamento de energia O dispositivo de extinção de incêndios deve ser um método físico que sufoque rapidamente o fogo através do isolamento do oxigénio.
5. Gás de extinção de incêndios
O gás de extinção de incêndios mais utilizado na indústria de sistemas de armazenamento de energia é o heptafluoropropano.
O heptafluoropropano é um gás incolor, inodoro e não condutor. O seu princípio de extinção de incêndios consiste em inibir a reação da cadeia de reação química. É armazenado num líquido e liberta gás. Após a pulverização, o sistema de ventilação pode ser utilizado para descarregar o gás para fora da divisão para extinguir o incêndio.
Não restará qualquer resíduo após a conclusão, e não causará perda de trabalho ou poluição do equipamento elétrico no local. Ao instalar um dispositivo de extinção de incêndios de hexafluoropropano num sistema de armazenamento de energia, é necessário prestar atenção aos seguintes pontos.
- Concentração da descarga
A concentração de pulverização de hexafluoropropano tem de ser concebida com base na área de proteção real. Se o agente extintor não estiver suficientemente cheio, a concentração de extinção de incêndios em algumas pequenas áreas de proteção pode ser demasiado elevada, enquanto a concentração de extinção de incêndios noutras áreas de proteção é menor, e a situação ideal de extinção de incêndios não será alcançada.
Na conceção do sistema, a quantidade de enchimento do agente extintor de incêndio deve ser 9% superior ao rácio de concentração real para satisfazer os requisitos completos de extinção de incêndios.
- Conceção de espaço totalmente fechado
De um modo geral, a extinção de incêndios com gás requer um espaço fechado para garantir o efeito de extinção do agente extintor. Durante o processo de libertação do heptafluoropropano, é importante notar que, quando o pessoal de operação e manutenção opera no compartimento da bateria, podem ocorrer incêndios devido a acidentes inesperados ou operação incorrecta. Por vezes, é necessário instalar uma porta corta-fogo para garantir a segurança do pessoal.
Uma vez que o estado líquido do heptafluoropropano se transforma em estado gasoso após a injeção, a pressão interior aumentará rapidamente, sendo necessário instalar uma porta de drenagem correspondente no compartimento da bateria. O dispositivo de alívio de pressão deve ser especificamente concebido com base na pressão que a estrutura do edifício ou contentor interior pode suportar para evitar fissuras no edifício ou contentor fechado.
- Determinação do tempo de injeção
Em circunstâncias normais, se o tempo de pré-ignição da superfície sólida das baterias de lítio ou de outro equipamento for longo, formar-se-á um incêndio profundo no seu interior, o que é muito prejudicial para a segurança contra incêndios, embora o dispositivo de extinção de incêndios possa extinguir a chama aberta exterior.
Mas ainda existe combustão no interior e, quando as condições de reignição forem atingidas, esta reacender-se-á. Se o tempo de pré-ignição for suficientemente longo, podem mesmo ocorrer acidentes perigosos, como explosões. Por esta razão, com base nos regulamentos relevantes e nas condições reais de funcionamento, é mais razoável definir o tempo real de injeção de heptafluoropropano para 8 segundos.
- Unidade de ar condicionado
O processo de carga e descarga das baterias de lítio consiste em dissipar continuamente o calor para o exterior e a temperatura ambiente produzirá alterações óbvias no desempenho das baterias de lítio.
As características de temperatura das baterias de lítio de -40°C a 60°C significam que a capacidade das baterias de lítio diminui à medida que a temperatura diminui. A atenuação é acelerada e a temperatura elevada não tem um grande efeito na alteração da capacidade das baterias de lítio.
Além disso, em ambientes de alta temperatura, o equipamento elétrico e as baterias no compartimento da bateria aumentarão a probabilidade de riscos de incêndio. Portanto, a temperatura ideal do compartimento da bateria da estação de energia de armazenamento de energia é de 25 ℃, a esta temperatura, a capacidade e a segurança da bateria são ótimas.
- Dispositivo de ligação
Os sistemas de armazenamento de energia de baterias de lítio requerem normalmente inspecções diárias por parte do pessoal de operação e manutenção. Para evitar acidentes devido a uma operação incorrecta do pessoal de operação e manutenção ou a acidentes inesperados, devem ser instaladas portas corta-fogo e sistemas de exaustão no compartimento da bateria, bem como botões de paragem de emergência no exterior.
E formam um dispositivo de ligação de segurança a vários níveis com sistemas de alarme de incêndio, dispositivos automáticos de extinção de incêndios, portas corta-fogo, respiradouros e outros equipamentos corta-fogo.
- Conceção eléctrica
Para problemas como a alta tensão e a grande corrente que podem ocorrer no equipamento elétrico, instalar proteção contra raios e sobretensões, proteção contra raios de comunicação e equipamento de proteção contra sobretensões e os para-raios correspondentes no circuito lateral de alta tensão.
Durante o conceção de sistemas de armazenamento de energia em bateriasA proteção contra os raios e as instalações de ligação à terra do edifício original foram razoavelmente utilizadas para reduzir o risco de alta tensão e de alta corrente no seu conjunto.
Ao estabelecer e conceber o sistema de armazenagem de energia, é necessário ter em conta a conveniência das inspecções diárias de funcionamento e manutenção e a situação de emergência. Não deve haver menos de 2 entradas e saídas na zona do equipamento móvel de armazenagem de energia.
Deve ser reservada uma faixa de incêndio com uma largura mínima de 3,5 m à volta do sistema de armazenamento de energia colocado no solo. Deve ser reservado um canal de evacuação com uma largura de pelo menos 1,5 m em redor do sistema de armazenamento de energia colocado na cave, e devem ser previstas instalações de combate a incêndios correspondentes à sua volta.
Para garantir a estabilidade do fornecimento de energia contra incêndios do sistema de armazenamento de energia da bateria de lítio, a energia utilizada pelo equipamento de proteção contra incêndios deve ser ligada separadamente da rede eléctrica e os cabos devem ser cabos resistentes ao fogo. O sistema elétrico fornece energia.
6. Resumo
Como bateria de lítio tecnologias de armazenamento de energia continua a melhorar, os seus correspondentes sistemas de armazenamento de energia de baterias de lítio serão também aplicados em grande escala. E a inovação da fábrica BESS de topo está a impulsionar este processo. A forma de garantir a segurança dos sistemas de armazenamento de energia das baterias de lítio é o primeiro fator que afecta o desenvolvimento.
Sendo o último sistema de defesa passiva, a conceção razoável da proteção contra incêndios, a seleção de materiais, a disposição e a construção afectam diretamente o desenvolvimento saudável da indústria de armazenamento de energia.
Na procura de soluções de energia sustentáveis, a Tesla Powerwall tem sido uma inovação revolucionária. No entanto, à medida que a procura de opções de armazenamento de energia continua a crescer, também aumenta a necessidade de alternativas à Tesla Powerwall.
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