电化学储能电站灭火救援处置要点(4.27修改）.pptx

1、电化学储能电站灭火救援处置技术应用,作战训练处2021年4月28日,CONTENT,01,储能发展概况,02,电化学储能电池基本原理,03,储能电站系统构成,04,集装箱式锂电池储能电站处置安全,储能发展概况-背景,应用场景近年来，我国储能产业的发展速度越来越快，不仅在大电网 的发电侧、输配电侧和负荷侧起着削峰填谷、改善电能质量 等重要作用，而且在用户侧微电网的分布式能源中的应用也 越来越广泛，是智能电网、可再生能源接入、分布式发电、微网系统及电动汽车发展必不可少的支撑技术之一，也是我 国实现碳达峰、碳中和的重要技术手段之一，储能市场需求 巨大。大容量储能系统可广泛应用于城市电网、发电厂、居

2、住小区、医院、大型企业、可再生能源优化等。,具体作用采用大规模储能装置，可以减少和延缓用于发、输、变、配 电设备的投资，提高现有电力设备的利用率和供电可靠性，降低发电煤耗、供电线损。,“碳达峰、碳中和”目标习近平总书记宣布，到2030年，非化石能源占一次能 源消费比重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装 机容量将达到12亿千瓦以上；努力争取2060年前实现 碳中和。,我国电源装机发展趋势（亿千瓦）,各行业电气化率发展趋势,电网实时平衡调节困难新电源占比快速增长电网设备利用率亟待提高,能源电力发展面临的重大挑战,储能需求大幅增加双向调节、快速响应功能灵活、场景丰富,储能发展概况-背景,过去几年

3、，我国以集中式光伏发电系统为主，其主要原因是我国政策推动方 面以国家主导为主，这种自上而下的政策 和运行方式，更容易迅速推动集中式光伏 系统的建设，直接导致现有光伏装机中，集中式光伏发电系统占比较高。中国分布式光伏发电系统的规模化 应用起于2009年的“金太阳示范工程”和“光电建筑应用”，分布式受到国家重视，除了它灵活多变的形式外，分布式光伏主 要在用户侧的优点越发凸显。光伏+储能+电动车成为未来光伏电站的主流。,储能发展概况-背景,储能发展概况-背景,储能在电力系统的发输配用的各环节皆有作用。储能作为电力储存装置，用来平衡电能在时间 上的供需关系。具体来说，储能在电力系统中 的作用是解决电力

4、的供需时差（调峰）以及平 滑风光等新能源的输出功率。调峰的主要作用 是提高项目经济性，调频的主要作用是维持电 网稳定。,平衡电能在时间上的供需关系,海外龙头企业如 LG、松下、三星都是以三元电池为主，而国内的企业大多以磷酸铁锂为主。,适用于电力储能电池技术,电化学储能新能源车行业高速发展导 致锂电池成本的快速下降，以锂电池技术为主的电化 学储能装机呈现高增长，原因在于电化学储能相对 于抽水蓄能而言，地理条 件约束小、可补偿系统的 高频率功率波动。,压缩空气储能在高压情况下通过压缩 空气来存储大量的可再 生能源，然后将其储存 在大型地下洞室、枯竭 井或蓄水层里。,熔融盐储能利用硝酸钠等原料作为

5、传热介质，一般与太阳 能光热发电系统结合，使光热发电系统具备储 能和夜间发电能力，可 满足电网调峰需要。,抽水蓄能价格低、容量大，在当前储能市场占 据绝对优势位置,飞轮储能通过电动/发电互逆式双 向电机，电能与高速运转 飞轮的机械动能之间的相 互转换与储存，并通过调 频、整流、恒压与不同类 型的负载接口。,钠 硫 电 池,超 级 电 容 器,超 导 储 能,液 流 电 池,铅 酸 电 池,抽水蓄能,压缩空气,飞轮储能,锂离子电池,适用于电力储能电池技术,全球储能发展概况,截至2020年底，全球已投运储能项目累计装机规模191.1GW，同比增长3.4%。其中，抽水蓄能的累计装机规模最大，为172

6、.5GW，同比增长0.9%；电化学储能的累计装机规模紧随其后，为14.2GW；在各类电化学储能技术中，锂离子电池的累计装机规模最 大，为13.1GW，占比92%。,电化学储能装机总量仍比较小，但增速最快；电化学储能中，锂离子电池的项目数占比、装机容量占比最大。,中国储能发展概况,电化学储能装机总量仍比较小，但增速最快；电化学储能中，锂离子电池的项目数占比、装机容量占比最大。,截至2020年底，中国已投运储能项目累计装机规模35.6GW，占全球市场总规模的18.6%，同比增长9.8%。其中，抽水蓄能的累计装机规模最大，为31.79GW，同比增长4.9%；电化学储能的累计装机规模位列第二，为326

7、9.2MW，同比增长91.2%；在各类 电化学储能技术中，锂离子电池的累计装机规模最大，为2902.4MW，占比88.8%。,中国储能 发展概况,“十四五”期间，电化学储能年复合增长率有望超过65%2020年，中国新增投运的电化学储能项目规模1559.6MW，新增投运规模首次突破GW大关，是2019年同期的2.4倍。,CONTENT,01,储能发展概况,02,电化学储能电池基本原理,03,储能电站系统构成,04,集装箱式锂电池储能电站安全,缺点,优点,比能量和比功率较高效率高循环寿命较长,成组一致性较差成本较高安全性有待提高,锂离子电池储能,锂离子电池储能,锂离子电池储能,锂离子电池储能,CO

8、NTENT,01,储能发展概况,02,电化学储能电池基本原理,03,储能电站系统构成,04,集装箱式锂电池储能电站安全,主力发电厂,升压变压器,配电站,降压站,配电站,配电站,商业,分布式发电接入电力系统,光电,燃机,住宅,分布式发电与微型电网,储能系统集成,2,n,直流汇流,交直流变换器,升压变,环境控制系统,并网接口,系统监视与能量管理系统,电池单元1,典型储能系统构成,电池系统,室内布置,集装箱布置典型5MWh储能电站电池单体单元数量为1-2万个,储能系统集成,变流与升压系统集装箱,电池集装箱,集装箱储能系统集成,直流柜电池堆,环境控制,变流器升压变,电池单元,电池堆,储能系统集成,锂离

9、子电池组结构,锂电池单元长：173.9mm 宽：45.6mm 高：125.6mm,锂电池模块由8个锂电池单元串联而成,锂电池组由2个锂电池模块串联而成,电池组支架气体灭火系统阻尼器,空调室,交流直流控制器,锂电池集装箱结构,锂电池集装箱结构,锂电池集装箱尺寸：长12.2m，宽2.4m，高2.9m，箱体厚 度110mm,储能系统集成,集装箱储能户外布置,CONTENT,01,储能发展概况,02,电化学储能电池基本原理,03,储能电站系统构成,04,集装箱式锂电池储能电站安全,锂电池起火案例,据不完全统计，2011-2021年间，全球共发生32起储能电站起火爆炸事故。其中，日本1起、美国2起、比利

10、时1起、中国3起、韩国24起。通过总结，32起储能电站起火爆炸事故共有以下几个特征：一是25起事故采用三元锂离子电池；二是韩国储 能电站起火爆炸事故占24起，这与韩国各大电池企业以三元锂电池为主流产品有关；三是2017年以后的储能项目占30起；四是 储能电站起火爆炸大多发生在充电中或充电后休止中，占21起。,锂电池起火案例,锂电池起火案例,锂电池起火案例,2 0 1 9 年4 月1 9 日，美国亚利桑那州，A P S 公司下属M c M i c k e n 变电站的2 M W/2.4 7 M W能系统发生着火爆炸事故，并造成多名消防人员受伤，亚利桑那州公共服务部门也在 此次事件后停止了其在电网

11、上安装8 5 0 兆瓦电池存储的计划。,锂电池起火案例（美国）,锂电池起火案例（美国）,锂电池起火案例,麦克米肯电池储能系统事件的技术分析及建议2020年7月18日，亚利桑 那公共服务部门发布可疑火灾实际上是一次广泛的级联热失控事件，由BESS的一个电池单元内的内部电池故障引发（cell pair 7,module 2,rack 15）。在合理的科学确定性范围内，可以认为这种故障是由电池内部缺陷导致，特别是异常的锂金属沉积和 树突状生长。电池储能系统中安装的气溶胶灭火系统在事故发生时早期按照设计运行。但是，气溶胶灭火系统的设 计是为了扑灭普通可燃物中的初期火灾。此类系统无法防止或阻止电池储能系

12、统中的级联热失控。电池单元之间缺乏足够的隔热层保护，促进了热失控通过热传递在rack 15中传播，隔热层保护可能 会阻止或减慢热失控的传播。在Rack15中发生的级联热热失控导致在电池储能系统中产生了大量的可燃气体。在热失控开始后大约三个小时，消防员打开了电池储能系统的大门，导致爆炸。锂电池起火案例（美国）,2017 年3 月7 日，山西某火力发电厂储能系统辅助机组AGC 调频 项目发生火灾，此次火灾共烧毁三元锂离子电池储能单元一个、储 能锂电池包416 个、电池管理系统包26 个以及其他相关设施若干。,储能电站 起火案例,（山西）,2017年12月22日，山西某电厂9MW调频项目2号储能集装

13、箱柜发 生火灾，并伴有爆炸次生灾害。山西省公安消防总队已向全省发出 通报（晋公消办【2017】382号）。,储能电站 起火案例,（山西）,锂电池起火案例（江苏）,锂电池起火案例（江苏）,2018年8月3日，江苏扬中某用户侧磷酸铁锂储能电站发生火灾，一个储能集装箱整体烧毁。具体原因并未披露，据说是由于工作人 员接线失误造成的起火。,储能电站 起火案例,（江苏）,国内储能电站火灾事故（北京）,磷酸铁锂电池储能同样 存在安全风险！2 0 2 1 年4 月1 6 日，北京大红 门光储充电站发生火灾，并出现无预兆爆炸，造成2 人 死亡，1 人失踪。具体原因 还在调查之中。,锂电池电芯典型结构,T130,

14、SEI膜分解,SEI膜的分解，导致电解液在电极表面的大量分解放热是导致电池温度 升高，并引发电池热失控的根本原因！,锂电池安全问题原因分析,锂离子电池安全问题的发生机制-电池本体燃烧析出气体：主要成分：一氧化碳、二氧化碳、氢 气,其他成分：甲烷、乙烷、丙烷、异,丁烷、丁烷、异戊烷、异戊烷、己烷、,乙烯、丙烯、苯、甲苯、苯乙烷等多为可燃气体，消防过程中注意密闭 控制突然打开后可能产生的爆炸。部分具有毒性，消防人员需加强防护。,锂电池热失控过程,由于某种原因造成电池内部温度升高，达到一定温度后，通过内部材料副反应，加剧升温，导致热失控有机电解液，目前无法避免磷酸铁锂电池热失控温度普遍在500度以

15、上，三元锂电池则低于300度,锂电池热失控的主要原因,电气滥用,机械滥用碰撞,挤压,穿刺,过充,过放,短路,自身缺陷毛刺,杂质,工艺,高温环境火源,散热差,电力储能场景下锂离子电池安全问题的引发因素,电池 本体,应用 过程,安全问题,生产工艺,电池材料,隔膜表面导电粉尘 正负极错位极片毛刺电解液分布不均等,材料中金属杂质,短路,过充,温场不均匀,电池一致性差，安全隐患增加负极表面析锂：低温充电、大电流充电、负极性能衰减过快震动、跌落、碰撞等大电流充电导致的局部过充极片涂层、电液分布不均引起的局部过 充正极性能衰减过快等,锂电池热失控的主要原因,（一）事故突发性强，火势蔓延迅速，持续时 间长。,

16、（二）事故潜在危险性 大，伴随有毒气体释放 和爆炸危险。,（三）火灾扑救技术要求高，官兵普遍没有扑救此类火灾 的经验，扑救中存在复燃风 险，易引发次生灾害。,（四）处置难度较大,由于 锂电池组存放在箱壁厚度为110mm的集装箱内无法展开 内攻,同时燃烧初期不能用水扑救处置方法不多。（五）由于锂离子电池 具备持续放电特性，明 火熄灭后，对持续冷却 降温有较高的要求。,灾害特点,电化学储能电站的安全防护,消防安全关键问题：灭火剂的选择：针对锂离子电池火灾的高效灭火剂火灾探测报警器的确定：火灾及时准确响应的探测器消防系统方案设计：火灾报警系统的设计、安装，灭火系统的设计，管网布局消防系统中相关参数的确定：灭火剂量、灭火剂喷放时间、喷放压力整体土建要求：防火间距、耐火等级、平面布置、防火墙、建筑构件、灭火救援 等要求,消防安全技术现状,电化学储能电站消防,具备良好吸热特性和绝缘性能的电池火灾专用灭 火介质与电池火灾特性匹配的灭火技术,良好的灭火效果，快速灭火,长时间（24h）抑制复燃、爆炸减少对其它未起火电池和电气设备的损害 成本低，无二次污染，环境友好针对电池火灾的灭火介质特点（目前通过消防