熱失控氣體傳感器護航新能源儲能安全

chinaboy

在能源轉型的浪潮中，全球儲能產業正以前所未有的速度發展，裝機規模不斷攀升。然而，隨著產業的蓬勃發展，儲能安全問題也日益凸顯，成為制約行業發展的關鍵因素之一。近期，美國圣地亞哥天然氣和電力公司的電池存儲設施發生火災，再次將儲能安全議題推向風口浪尖。作為新型儲能技術中的佼佼者，鋰電池的質量和安全性對于儲能電站的穩定運行至關重要。因此，如何在規范鋰電池標準、加強電站運維與安全監測以及開發更安全的新興儲能技術等方面下功夫，成為保障電站安全穩定運行的重要課題。

一、鋰電安全面臨挑戰當前，全球儲能市場以鋰離子電池為主，中國也不例外。據國家能源局發布的數據顯示，截至2023年底，國內已投運的鋰離子電池儲能占比高達97.4%。然而，儲能電站中的電池數量龐大，一旦發生熱失控、短路或電解液泄漏等安全問題，其影響范圍將遠超電動汽車等其他領域。鋰電儲能的瓶頸問題主要在于電芯級別的本質安全，即電芯不能熱失控和燃燒爆炸。分場景來看，源網側由于防火結構要求嚴格且遠離建筑物或人群，通常有更多的時間和空間來應對火災。相比之下，用戶側和工商業儲能系統起火后的救援難度更大，因為這些場景下的儲能系統通常位于建筑物內部或附近。
業內普遍認為，磷酸鐵鋰電池技術在中國鋰電儲能領域占據主導地位，而海外電化學儲能裝置則多配套日韓相關電池企業的產品，且以安全性較低的三元鋰電池為主，這或許是儲能電站事故多發生在海外的原因之一。盡管磷酸鐵鋰電池在安全屬性和耐高溫性能方面表現更優，但仍不能保證絕對安全。通過對儲能事故的分析發現，鋰離子電池熱失控是引發事故的主要因素之一。儲能電池單體因質量缺陷、機械損傷、受熱或外部短路等導致內短路，進而引發電池熱失控起火，并在熱量的作用下，整個電池模組和電池簇被點燃甚至發生爆炸。
二、鋰電池儲能安全化解之道電池熱失控是指電池持續放熱的連鎖反應，導致電池組溫度急劇上升，進而引發電池燃燒事故的過程。熱失控通常包括誘發、發生和蔓延三個階段，而引發熱失控的主要原因包括過熱、過充、內短路、碰撞等因素。在鋰離子電池熱失控早期，由于電池溫度、放電電壓、放電電流等特征識別參數的變化非常緩慢，一般情況下通過電池管理系統（BMS）無法及早地監測到電池故障。然而，此時電池內部電化學反應會產生大量的氣體物質，因此，利用氣體檢測傳感器來實現鋰離子電池熱失控早期預警是最有效的辦法。

鋰離子電池在出現異常時，會產生多種氣體成分，包括氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）以及烴類VOC氣體（如碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC等）。這些烴類VOC氣體通常是電解液中的有機溶劑或其熱分解物。一旦鋰離子電池異常發熱，樹脂材質部件和電解液就會開始熱分解，隨著內部溫度的上升，各種氣體逸散出來。

※ EMC : 碳酸甲乙酯 (Ethyl Methyl Carbonate)、 DEC : 碳酸二甲酯 (Diethyl Carbonate)
DMC : 碳酸二乙酯 (Dimethyl Carbonate)、 EC ： 碳酸乙酯 (Ethyl Carbonate)
針對儲能電池熱失控問題，應堅持“早發現，早處置”的原則，對儲能艙內鋰電池熱失控初級階段進行超前探測預警，將火災隱患撲滅在萌芽階段。工采網代理的費加羅氣體傳感器以其尺寸小、壽命長、靈敏度高、可靠性高、價格低以及豐富的市場應用，在鋰離子電池的各種應用場景中不斷拓展使用范圍。例如，氫氣傳感器TGS2616/CGM6812、一氧化碳傳感器TGS5141/TGS5042、甲烷傳感器TGS2611/TGS2619、HC類傳感器TGS2612/TGS2618、VOC傳感器TGS2620以及二氧化碳傳感器CDM7162等，這些氣體傳感器能夠實現對儲能電池熱失控早期預警的精準監測。

以上熱失控安全監測傳感器還可以靈活運用到使用鋰離子電池LIB的設備中，可早期預知LIB的異常狀態，及時采取措施從而將損害降至**。

三、國家標準相繼出臺，護航儲能安全目前，儲能行業正處于大規模應用的初期階段，儲能電池性能指標模糊、規劃設計簡單、儲能火災消防研究和技術支撐不足等問題依然突出。電化學儲能電站的性能及安全還存在很多關鍵問題亟待解決。為此，業界迫切需要建立健全的儲能技術標準和檢測認證體系，為電站質量“保駕護航”。
2023年2月22日，國家標準化管理委員會、國家能源局發布了《新型儲能標準體系建設指南》的通知，計劃制定和修訂205項新型儲能標準，體系框架分為基礎通用、規劃設計、設備試驗、運行維護、檢測認證、安全管理、系統建設、新興技術和標準國際化等九個部分。這一舉措將有力推動儲能行業標準化進程，提升儲能電站的安全性和可靠性。
綜上所述，多氣體傳感器在新能源儲能安全領域發揮著至關重要的作用。通過精準監測鋰離子電池在異常情況下產生的氣體成分，實現對儲能電池熱失控的早期預警和超前探測預警，將火災隱患撲滅在萌芽階段。同時，隨著國家標準的相繼出臺和儲能技術標準的不斷完善，儲能電站的安全性和可靠性將得到進一步提升，為新能源儲能產業的健康發展提供有力保障。

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