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當(dāng)前全球能源狀況日益緊張，新能源行業(yè)的發(fā)展已成為必然趨勢(shì)。儲(chǔ)能作為新能源領(lǐng)域的新興產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)在部分區(qū)域建立了儲(chǔ)能電站，對(duì)提升配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的接納能力、穩(wěn)定電網(wǎng)末端節(jié)點(diǎn)電壓水平、作為電網(wǎng)故障或檢修時(shí)的備用電源等方面發(fā)揮著巨大作用。同時(shí)，在智能電網(wǎng)建設(shè)的變用電環(huán)節(jié)中，儲(chǔ)能電站也具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其安全性穩(wěn)定性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性意義重大。 隨著我國(guó)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)的提出，新能源在一次能源消費(fèi)中的比重不斷提高，逐步替代化石能源。習(xí)近平總書(shū)記在中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。隨著新能源成為主力能源，電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行將面臨更大的挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能由于具有選址容易、配置靈活等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)可再生能源消納和保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的有效手段，已經(jīng)在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶(hù)側(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一種新型儲(chǔ)能裝備，具有較高的功率密度和能量密度、壽命長(zhǎng)、可靠性高及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶(hù)側(cè)都具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，江蘇、河南、湖南、青海和福建等地電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級(jí)鋰離子電池儲(chǔ)能電站相繼建設(shè)投運(yùn)，在平抑新能源電力波動(dòng)、提升清潔能源外送能力、電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和電力輔助服務(wù)等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。大容量集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。 集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是以標(biāo)準(zhǔn)集裝箱為載體，將鋰離子電池、電池管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和配電系統(tǒng)集成在集裝箱內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)高集成度、大容量和可移動(dòng)的儲(chǔ)能裝置。然而，鋰離子電池的電解液溶劑具有閃點(diǎn)低、化學(xué)活性高和極易燃燒的特點(diǎn)，即使在集裝箱設(shè)計(jì)中考慮了防護(hù)措施，仍很難避免由于鋰電池過(guò)充電、過(guò)放電、短路和機(jī)械性破壞時(shí)所導(dǎo)致的儲(chǔ)能電池內(nèi)部熱失控，進(jìn)而導(dǎo)致爆炸、燃燒等連鎖反應(yīng)。當(dāng)某一組鋰電池發(fā)生熱失控后，會(huì)對(duì)周?chē)碾姵禺a(chǎn)生強(qiáng)烈的熱沖擊，造成熱失控蔓延，同時(shí)生成大量烷烴類(lèi)可燃?xì)怏w，可能發(fā)生嚴(yán)重的火災(zāi)甚至爆炸事故。近年來(lái)，電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全事故時(shí)有發(fā)生，國(guó)內(nèi)外已總計(jì)發(fā)生30多起儲(chǔ)能電站起火事故，造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全問(wèn)題成為制約行業(yè)快速發(fā)展的重要因素，越來(lái)越受到社會(huì)各界的關(guān)注。 我國(guó)部分研究機(jī)構(gòu)近年來(lái)開(kāi)展了儲(chǔ)能電池火災(zāi)防護(hù)技術(shù)研究、電化學(xué)儲(chǔ)能電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)研究等基礎(chǔ)性課題研究。然而，現(xiàn)有的研究主要針對(duì)單體電池及電池模塊級(jí)別，對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能柜、電池簇及儲(chǔ)能系統(tǒng)開(kāi)展的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究較少，相關(guān)安全測(cè)試方法、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚未建立健全。此外，集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池簇單體數(shù)量多，電池簇并聯(lián)數(shù)量大。單體鋰離子電池一旦發(fā)生熱失控火災(zāi)，燃燒溫度高，燃燒速度快，撲救難度大。不同化學(xué)體系的鋰離子電池燃燒差異性大，產(chǎn)生大量的有毒、有害煙氣，在燃燒過(guò)程中可能存在爆炸的危險(xiǎn)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后造成劇烈燃燒，導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)整體失火或爆炸，給消防滅火救援工作帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。 集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)早期探測(cè)和安全預(yù)警 在電池火災(zāi)前期，進(jìn)行有效準(zhǔn)確地探測(cè)并預(yù)警，采取相應(yīng)的消防手段，防止火災(zāi)的進(jìn)一步蔓延。在安全閥打開(kāi)前，應(yīng)做好電池故障診斷工作，及早進(jìn)行預(yù)警。當(dāng)電池安全閥打開(kāi)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。 此外，釋放氣體如CO2、CH4、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）等，在安全閥打開(kāi)時(shí)都有明顯的增加，因此，可以通過(guò)相關(guān)的氣體傳感器，再配合煙霧傳感器、火災(zāi)探測(cè)器、溫度傳感器等，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)，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池火災(zāi)早期探測(cè)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，應(yīng)根據(jù)量程和靈敏度，選取適當(dāng)?shù)膫鞲衅骱吞綔y(cè)器，同時(shí)設(shè)置冗余系統(tǒng)，保證電站火災(zāi)早期探測(cè)和預(yù)警裝置的準(zhǔn)確響應(yīng)。 我們可以從動(dòng)力鋰電池?zé)崾Э貢r(shí)產(chǎn)生的大量氣體入手，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(lái)。一氧化碳不僅是易燃易爆的氣體，更可以與人體內(nèi)的血紅蛋白結(jié)合，使其失去與氧氣結(jié)合的能力，從而導(dǎo)致我們?nèi)毖跎踔林舷ⅰＫ晕覀兛梢酝ㄟ^(guò)檢測(cè)一氧化碳的濃度來(lái)判斷電池?zé)崾Э亍Ｔ谶@里工采網(wǎng)給大家推薦一款紐扣式一氧化碳傳感器（CO傳感器）TGS5141： TGS5141一氧化碳傳感器CO傳感器是費(fèi)加羅研發(fā)的可電池驅(qū)動(dòng)的電化學(xué)式傳感器，使用一個(gè)特殊的電極取代了儲(chǔ)水器，由于去除了TGS5042中使用的儲(chǔ)水器，TGS5141與TGS5042相比，其外形尺寸縮減到只有后者的10％大小。非常適用于高集成電子產(chǎn)品，對(duì)CO的靈敏度高、將CO濃度線性輸出，設(shè)計(jì)方便，自帶出廠預(yù)標(biāo)定靈敏度系數(shù)，方便用戶(hù)使用與性能追溯，壽命長(zhǎng)達(dá)10年以上。 畢竟是事關(guān)我們的生命安全，對(duì)于精度還是有要求的，測(cè)量不準(zhǔn)的話又怎么能給出正確的警報(bào)呢？TGS5141輸出電流與一氧化碳濃度之間在0～1，000ppm范圍內(nèi)顯示了± 5％以?xún)?nèi)偏差的較高直線性。不同濃度CO對(duì)應(yīng)的輸出電流可以參考下圖。 同時(shí)我們也要關(guān)注傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，這就要求傳感器壽命足夠長(zhǎng)，更要求傳感器輸出長(zhǎng)期穩(wěn)定，不然會(huì)使報(bào)警值改變，造成早報(bào)晚報(bào)甚至不報(bào)等情況了。TGS5141的壽命長(zhǎng)達(dá)十年以上，長(zhǎng)期穩(wěn)定性也是十分優(yōu)秀，可以參考下圖。（Y軸顯示的是在任何時(shí)間點(diǎn)300ppm一氧化碳中的輸出電流（I）和測(cè)試第一天300ppm一氧化碳中的輸出電流（Io）的比值。） 儲(chǔ)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，所以這個(gè)傳感器要求對(duì)CO靈敏度高，對(duì)其他氣體的靈敏度越低越好。TGS5141就很好，對(duì)大部分氣體的靈敏度都是非常低的，對(duì)CO靈敏度又很高的，見(jiàn)下圖。 并且考慮到電站內(nèi)的溫度范圍是比較寬廣的，基本所有傳感器受溫度的影響又是比較明顯的，所以廠家針對(duì)TGS5141做出了溫度補(bǔ)償系數(shù)表，OEM客戶(hù)可以直接利用補(bǔ)償系數(shù)對(duì)傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，從而使傳感器在不同溫度下也能有高精度的輸出。補(bǔ)償系數(shù)見(jiàn)下圖。 |
