熱失控氣體傳感器護(hù)航新能源儲能安全

chinaboy

在能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，全球儲能產(chǎn)業(yè)正以前所未有的速度發(fā)展，裝機(jī)規(guī)模不斷攀升。然而，隨著產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，儲能安全問題也日益凸顯，成為制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)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(shè)施發(fā)生火災(zāi)，再次將儲能安全議題推向風(fēng)口浪尖。作為新型儲能技術(shù)中的佼佼者，鋰電池的質(zhì)量和安全性對于儲能電站的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。因此，如何在規(guī)范鋰電池標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)電站運(yùn)維與安全監(jiān)測以及開發(fā)更安全的新興儲能技術(shù)等方面下功夫，成為保障電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要課題。

一、鋰電安全面臨挑戰(zhàn)當(dāng)前，全球儲能市場以鋰離子電池為主，中國也不例外。據(jù)國家能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2023年底，國內(nèi)已投運(yùn)的鋰離子電池儲能占比高達(dá)97.4%。然而，儲能電站中的電池?cái)?shù)量龐大，一旦發(fā)生熱失控、短路或電解液泄漏等安全問題，其影響范圍將遠(yuǎn)超電動汽車等其他領(lǐng)域。鋰電儲能的瓶頸問題主要在于電芯級別的本質(zhì)安全，即電芯不能熱失控和燃燒爆炸。分場景來看，源網(wǎng)側(cè)由于防火結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格且遠(yuǎn)離建筑物或人群，通常有更多的時(shí)間和空間來應(yīng)對火災(zāi)。相比之下，用戶側(cè)和工商業(yè)儲能系統(tǒng)起火后的救援難度更大，因?yàn)檫@些場景下的儲能系統(tǒng)通常位于建筑物內(nèi)部或附近。
業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，磷酸鐵鋰電池技術(shù)在中國鋰電儲能領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，而海外電化學(xué)儲能裝置則多配套日韓相關(guān)電池企業(yè)的產(chǎn)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(fā)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(xiàn)更優(yōu)，但仍不能保證絕對安全。通過對儲能事故的分析發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池?zé)崾Э厥且l(fā)事故的主要因素之一。儲能電池單體因質(zhì)量缺陷、機(jī)械損傷、受熱或外部短路等導(dǎo)致內(nèi)短路，進(jìn)而引發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹穑⒃跓崃康淖饔孟?，整個(gè)電池模組和電池簇被點(diǎn)燃甚至發(fā)生爆炸。
二、鋰電池儲能安全化解之道電池?zé)崾Э厥侵鸽姵爻掷m(xù)放熱的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致電池組溫度急劇上升，進(jìn)而引發(fā)電池燃燒事故的過程。熱失控通常包括誘發(fā)、發(fā)生和蔓延三個(gè)階段，而引發(fā)熱失控的主要原因包括過熱、過充、內(nèi)短路、碰撞等因素。在鋰離子電池?zé)崾Э卦缙?，由于電池溫度、放電電壓、放電電流等特征識別參數(shù)的變化非常緩慢，一般情況下通過電池管理系統(tǒng)（BMS）無法及早地監(jiān)測到電池故障。然而，此時(shí)電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生大量的氣體物質(zhì)，因此，利用氣體檢測傳感器來實(shí)現(xiàn)鋰離子電池?zé)崾Э卦缙陬A(yù)警是最有效的辦法。

鋰離子電池在出現(xiàn)異常時(shí)，會產(chǎn)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(jī)溶劑或其熱分解物。一旦鋰離子電池異常發(fā)熱，樹脂材質(zhì)部件和電解液就會開始熱分解，隨著內(nèi)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?zé)崾Э貑栴}，應(yīng)堅(jiān)持“早發(fā)現(xiàn)，早處置”的原則，對儲能艙內(nèi)鋰電池?zé)崾Э爻跫夒A段進(jìn)行超前探測預(yù)警，將火災(zāi)隱患撲滅在萌芽階段。工采網(wǎng)代理的費(fèi)加羅氣體傳感器以其尺寸小、壽命長、靈敏度高、可靠性高、價(jià)格低以及豐富的市場應(yīng)用，在鋰離子電池的各種應(yīng)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?qū)崿F(xiàn)對儲能電池?zé)崾Э卦缙陬A(yù)警的精準(zhǔn)監(jiān)測。

以上熱失控安全監(jiān)測傳感器還可以靈活運(yùn)用到使用鋰離子電池LIB的設(shè)備中，可早期預(yù)知LIB的異常狀態(tài)，及時(shí)采取措施從而將損害降至**。

三、國家標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺，護(hù)航儲能安全目前，儲能行業(yè)正處于大規(guī)模應(yīng)用的初期階段，儲能電池性能指標(biāo)模糊、規(guī)劃設(shè)計(jì)簡單、儲能火災(zāi)消防研究和技術(shù)支撐不足等問題依然突出。電化學(xué)儲能電站的性能及安全還存在很多關(guān)鍵問題亟待解決。為此，業(yè)界迫切需要建立健全的儲能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測認(rèn)證體系，為電站質(zhì)量“保駕護(hù)航”。
2023年2月22日，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會、國家能源局發(fā)布了《新型儲能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》的通知，計(jì)劃制定和修訂205項(xiàng)新型儲能標(biāo)準(zhǔn)，體系框架分為基礎(chǔ)通用、規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備試驗(yàn)、運(yùn)行維護(hù)、檢測認(rèn)證、安全管理、系統(tǒng)建設(shè)、新興技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)國際化等九個(gè)部分。這一舉措將有力推動儲能行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)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(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過精準(zhǔn)監(jiān)測鋰離子電池在異常情況下產(chǎn)生的氣體成分，實(shí)現(xiàn)對儲能電池?zé)崾Э氐脑缙陬A(yù)警和超前探測預(yù)警，將火災(zāi)隱患撲滅在萌芽階段。同時(shí)，隨著國家標(biāo)準(zhǔn)的相繼出臺和儲能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，儲能電站的安全性和可靠性將得到進(jìn)一步提升，為新能源儲能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供有力保障。

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