儲能電站正興起，氣體檢測正當(dāng)時(shí)！

什么是電化學(xué)儲能電站

能源是國家安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本物質(zhì)保障，對國家政治和經(jīng)濟(jì)有著重要的推動(dòng)和塑造作用。能源安全關(guān)系著國家經(jīng)濟(jì)安全和對外戰(zhàn)略，也影響能源地緣政治和國際能源市場。近年來，化石能源的日益枯竭和其所帶來的溫室效應(yīng)，使得人們逐漸摒棄傳統(tǒng)能源。越來越多的新能源，例如太陽能、氫能、風(fēng)能等，開始接入電力系統(tǒng)。其中，鋰離子電池由于其具有循環(huán)壽命長、工作電壓高、能量密度高、自放電小等優(yōu)點(diǎn)，成為電化學(xué)儲能的主力。 

2021年底，工信部印發(fā)《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》，其中再次強(qiáng)調(diào)在主要碳排放行業(yè)以及綠色氫能與可再生能源應(yīng)用、新型儲能等領(lǐng)域，實(shí)施一批降碳效果突出、帶動(dòng)性強(qiáng)的重大工程。截至目前，我國已有25個(gè)省份發(fā)布文件明確新能源配置儲能，并已有10個(gè)省份公布了儲能參與調(diào)峰服務(wù)的價(jià)格文件。到2025年，新型儲能裝機(jī)規(guī)模將達(dá)3000萬千瓦以上，因此，電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)前景廣闊。

然而，鋰離子電池在過熱、過充放電和短路等濫用情況下，會(huì)發(fā)生熱失控。熱失控時(shí)，電池內(nèi)部發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量和有毒可燃?xì)怏w，并有可能引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸。同時(shí)，有毒有害氣體也會(huì)對人們的生命安全造成威脅，進(jìn)而造成大量的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，為了防止電化學(xué)儲能電站火災(zāi)事故的發(fā)生，需要有效的防控手段。 

近年來，儲能電站火災(zāi)爆炸事故屢見不鮮，其中2017年8月至今，僅韓國就發(fā)生了29起儲能電站火災(zāi)事故。此外，2019年4月19日，美國亞利桑那州發(fā)生電池儲能項(xiàng)目爆炸，導(dǎo)致4名消防員受傷，其中2名重傷。2021年4月16日下午，北京市豐臺區(qū)發(fā)生一起儲能電站熱失控起火事故，該事故造成1名值班電工遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷?；馂?zāi)造成直接財(cái)產(chǎn)損失1660．81萬元。

可見儲能電站一旦發(fā)生事故是多么的可怕，那什么是儲能電站？

什么是儲能電站及其火災(zāi)特點(diǎn)與危害

儲能技術(shù)是指利用大容量且能實(shí)現(xiàn)快速充放電的儲能設(shè)施裝置或物理介質(zhì)將能量存儲起來的技術(shù)，主要有物理儲能、電化學(xué)儲能、儲熱和儲氫、電磁儲能等。

其中，電化學(xué)儲能是利用化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化電能的裝置，是以鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池為主的電化學(xué)儲能技術(shù)。

目前，電化學(xué)儲能在智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用貫穿整個(gè)電力系統(tǒng)，在發(fā)電、輸電、用電等環(huán)節(jié)均有應(yīng)用領(lǐng)域。

電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)雖然具有廣闊前景，但在熱失控時(shí)，可能引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸，并產(chǎn)生有毒氣體，造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。電池在濫用條件下溫度會(huì)逐漸升高，電池的內(nèi)部材料，如正負(fù)極材料、電解液相繼發(fā)生反應(yīng)。這些放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱量在電池內(nèi)部慢慢積聚，使得電池溫度進(jìn)一步升高，同時(shí)也促進(jìn)了后續(xù)放熱反應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)電池溫度達(dá)到熱失控臨界溫度時(shí)，電池發(fā)生熱失控，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，電池溫度驟升。

隨著電池溫度的升高，其內(nèi)部產(chǎn)生一些可燃?xì)怏w。隨著可燃?xì)怏w的不斷積聚，電池內(nèi)部壓力逐漸增加，當(dāng)電池內(nèi)部壓力達(dá)到電池安全閥破裂閾值時(shí)，電池安全閥破裂，大量的可燃?xì)怏w和電池內(nèi)部材料被噴射出。當(dāng)電池發(fā)生熱失控時(shí)，在電池極高溫度的作用下，可燃?xì)怏w和可燃物質(zhì)如電解液等被引燃，從安全閥處噴射出猛烈的射流火，火焰高度最高可以達(dá)到1米。在儲能電站中，電池通常緊密排列在一起形成模組。當(dāng)模組中的一節(jié)電池發(fā)生熱失控時(shí)，緊密排列使得熱量可以迅速傳遞到相鄰電池，使相鄰電池異常升溫。此外，猛烈的射流火由于蓋板的阻擋，對相鄰電池的熱輻射增加，相鄰電池的溫度進(jìn)一步升高，直至發(fā)生熱失控，最終，電池在模組中發(fā)生熱失控傳播。

電池?zé)崾Э貢r(shí)，大量的氣體從安全閥噴射出，氣體主要為H2、CO、CO2、CH4、C2H4和電解液因高溫汽化產(chǎn)生的氣體。這些氣體會(huì)積聚在模組內(nèi)部，隨著模組中熱失控傳播的不斷擴(kuò)展，模組中可燃?xì)怏w越來越多，造成模組壓力增加，最終可能會(huì)因壓力過大發(fā)生物理爆炸。

乙烯C2H4的爆炸上下限為2.8%-32%；遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險(xiǎn)。

氫氣爆炸極限是4.0%～75.6%(體積濃度)，其爆炸下限低和爆炸極限范圍廣的特點(diǎn)，使得氫氣泄漏的氣體安全管理是首要重點(diǎn)。

此外，當(dāng)可燃?xì)怏w的濃度逐漸增加，達(dá)到混合可燃?xì)怏w的爆炸極限，熱失控電池的高溫作為點(diǎn)燃源，當(dāng)遇到足夠的氧氣時(shí)，可燃?xì)怏w會(huì)發(fā)生化學(xué)爆炸，巨大的爆炸壓力可以對電池組、集裝箱造成嚴(yán)重的破壞，進(jìn)而帶來經(jīng)濟(jì)損失，甚至人員傷亡。電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的一些氣體除了具有可燃性之外，還具有危害很高的毒性氣體，如 CO、HF（氟化氫）等。不同體系的電池在熱失控時(shí)產(chǎn)生的氣體成分及占比如圖2所示。

我們可以看出，電池在熱失控時(shí)產(chǎn)生的氣體成分CO和CO2占比很大。在熱失控時(shí)，CO濃度最高可以達(dá)到250ppm以上，已經(jīng)可以對人體產(chǎn)生嚴(yán)重的中毒危害。

HF同樣是一種刺激性有毒氣體，具有腐蝕性，在50ppm濃度下活動(dòng)數(shù)分鐘便有致死的風(fēng)險(xiǎn)。而一節(jié)容量為20Ah的100%SOC磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э貢r(shí)，HF最高濃度約為145ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所規(guī)定的HF安全濃度。

而儲能電站一個(gè)集裝箱中，有成百上千節(jié)電池，熱失控時(shí)將會(huì)使得這些有毒有害氣體的濃度急劇增加，大大增加了人員操作和救援的危險(xiǎn)性。

儲能電站氣體安全的防范

目前技術(shù)上沒有能夠保證鋰電池不發(fā)生熱失控的方法，那有沒有能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)預(yù)防鋰電池失控的方法呢？當(dāng)然是有的.....

鋰電池在發(fā)生熱失控時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的氣體和煙霧，如CO的體積分?jǐn)?shù)可以從2.4×10-6迅速增加至190×10-6。釋放氣體如CO2、CH4、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）等。因此，我們現(xiàn)場可以通過相關(guān)的氣體傳感器技術(shù)，根據(jù)電站電池的熱失控特性，設(shè)定相應(yīng)的預(yù)警閾值，將多種特征參數(shù)進(jìn)行耦合，當(dāng)不同傳感器參數(shù)達(dá)到所設(shè)閾值時(shí)，發(fā)出警報(bào)，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)鋰離子電池火災(zāi)早期的探測和預(yù)警，并根據(jù)警報(bào)采取相應(yīng)的控制措施，防止鋰離子電池火災(zāi)的進(jìn)一步擴(kuò)大。

此外，我們應(yīng)根據(jù)不同氣體傳感器的量程和靈敏度，選取適當(dāng)?shù)膫鞲衅骱蜌怏w檢測儀，同時(shí)設(shè)置冗余系統(tǒng)，保證電站火災(zāi)早期探測和預(yù)警裝置的準(zhǔn)確響應(yīng)。

例如鋰離子電池?zé)崾Э氐臅r(shí)候，電池內(nèi)部會(huì)有大量的一氧化碳釋放出來。所以我們可以通過檢測一氧化碳的濃度來判斷電池?zé)崾Э亍?

理研計(jì)器自成立以來，專注于氣體檢測儀器的研發(fā)制造，所追求的理念就是“締造安心安全的工作環(huán)境”，在防止災(zāi)害方面有著科學(xué)的技術(shù)與成熟的經(jīng)驗(yàn)，公司旗下也有多款應(yīng)對儲能電站安全事故預(yù)警的氣體檢測設(shè)備。

▼固定在線式

● SD-1系列、SD-D58等防爆型氣體檢測儀，可以在一個(gè)地方監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)置的多個(gè)氣體檢測儀的濃度。

● 【GX-8000、SP-220、GX-2012】通過泵吸式對測試區(qū)域內(nèi)的氣體進(jìn)行采樣，然后將樣氣體送入儀器進(jìn)行測試。具有檢測速度快，危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程測量，人員安全維護(hù)等特點(diǎn)。

● 針對維修檢修的作業(yè)項(xiàng)目，作業(yè)人員可以攜帶便攜式氣體檢測器【GW-3,GX-3R/Pro】，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)有毒性氣體泄漏情況，以進(jìn)行安全作業(yè)。

儲能電站內(nèi)會(huì)有各種各樣的氣味，要是傳感器抗干擾性不好的話，也是很容易造成誤報(bào)的，以理研計(jì)器的CO傳感器為例，其對CO靈敏度很高，其它諸如氫氣的干擾就不受影響。

作業(yè)人員佩帶著專業(yè)的、可靠的儀器設(shè)備，如果遇到危險(xiǎn)氣體，儀器就會(huì)立即報(bào)警，完全不用擔(dān)心那些無色無味的毒氣。

儲能電站是解決新能源消納、增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性、提高配電系統(tǒng)利用效率的合理的方案，在整個(gè)電力價(jià)值鏈上能夠起到重要的作用，涉及發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)。儲能是未來能源改革中重要的一環(huán)，將氣體安全因素控制好，降低發(fā)生危險(xiǎn)事故的概率，儲能會(huì)擁有巨大的發(fā)展空間。

理研計(jì)器擁有600多種氣體傳感器和100多種氣體探測器，未來，我們?nèi)詫⒉粩嚅_發(fā)新產(chǎn)品、研發(fā)各項(xiàng)新功能，使得氣體檢測儀在應(yīng)用上更先進(jìn)、更適合日新月異的市場環(huán)境，致力于為用戶提供一個(gè)最可靠、最準(zhǔn)確、最安全的氣體檢測方案。

選擇氣體檢測儀，不能馬虎大意，理研計(jì)器80多年氣體檢測行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，一直關(guān)注各個(gè)行業(yè)的氣體安全狀況，極力解決用戶遇到的各種問題，針對不同環(huán)境下的氣體檢測，為用戶選配適合原理的檢測儀，用成熟的工藝完善氣體檢測系統(tǒng)。

自1939年成立以來，理研計(jì)器一直用科學(xué)的方法營造氣體安全。80多年來一直關(guān)注各個(gè)行業(yè)的氣體安全狀況，極力解決用戶遇到的各種問題，針對不同環(huán)境下的氣體檢測，為用戶選配適合原理的檢測儀，用成熟的工藝完善氣體檢測系統(tǒng)。今后，我們將繼續(xù)在研發(fā)上投入力量，用高端精湛的技術(shù)“為人們締造安心的工作環(huán)境”。

如果您對氣體檢測技術(shù)有獨(dú)到之處，請說出來，請寫下來，把您的想法和見解發(fā)給我們。請讓我們?yōu)槟故驹谧钜鄣牡胤健?

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