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當前全球能源狀況日益緊張，新能源行業的發展已成為必然趨勢。儲能作為新能源領域的新興產業，已經在部分區域建立了儲能電站，對提升配電網對分布式電源的接納能力、穩定電網末端節點電壓水平、作為電網故障或檢修時的備用電源等方面發揮著巨大作用。同時，在智能電網建設的變用電環節中，儲能電站也具有很大的經濟價值，其安全性穩定性對于整個系統的經濟性意義重大。 隨著我國碳達峰與碳中和目標的提出，新能源在一次能源消費中的比重不斷提高，逐步替代化石能源。習近平總書記在中央財經委員會第九次會議上強調，要實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統。隨著新能源成為主力能源，電網的穩定運行將面臨更大的挑戰。儲能由于具有選址容易、配置靈活等特點，是實現可再生能源消納和保證電網安全、穩定運行的有效手段，已經在電源側、電網側和用戶側等領域得到廣泛應用。 集裝箱式鋰離子電池儲能系統作為一種新型儲能裝備，具有較高的功率密度和能量密度、壽命長、可靠性高及環境適應性強等優點，在電源側、電網側和用戶側都具有廣泛的應用前景。近年來，江蘇、河南、湖南、青海和福建等地電網側百兆瓦級鋰離子電池儲能電站相繼建設投運，在平抑新能源電力波動、提升清潔能源外送能力、電網調峰、調頻和電力輔助服務等領域發揮了重要作用。大容量集裝箱式鋰離子電池儲能系統成為未來發展的趨勢。 集裝箱式鋰離子電池儲能系統是以標準集裝箱為載體，將鋰離子電池、電池管理系統、監控系統、空調系統、消防系統和配電系統集成在集裝箱內，以實現高集成度、大容量和可移動的儲能裝置。然而，鋰離子電池的電解液溶劑具有閃點低、化學活性高和極易燃燒的特點，即使在集裝箱設計中考慮了防護措施，仍很難避免由于鋰電池過充電、過放電、短路和機械性破壞時所導致的儲能電池內部熱失控，進而導致爆炸、燃燒等連鎖反應。當某一組鋰電池發生熱失控后，會對周圍的電池產生強烈的熱沖擊，造成熱失控蔓延，同時生成大量烷烴類可燃氣體，可能發生嚴重的火災甚至爆炸事故。近年來，電化學儲能電站安全事故時有發生，國內外已總計發生30多起儲能電站起火事故，造成財產損失和人員傷亡。鋰離子電池儲能系統的安全問題成為制約行業快速發展的重要因素，越來越受到社會各界的關注。 我國部分研究機構近年來開展了儲能電池火災防護技術研究、電化學儲能電池熱失控實驗檢測技術研究等基礎性課題研究。然而，現有的研究主要針對單體電池及電池模塊級別，對鋰離子電池儲能柜、電池簇及儲能系統開展的相關實驗研究較少，相關安全測試方法、標準規范尚未建立健全。此外，集裝箱式鋰離子電池儲能系統電池簇單體數量多，電池簇并聯數量大。單體鋰離子電池一旦發生熱失控火災，燃燒溫度高，燃燒速度快，撲救難度大。不同化學體系的鋰離子電池燃燒差異性大，產生大量的有毒、有害煙氣，在燃燒過程中可能存在爆炸的危險。當火災發生后造成劇烈燃燒，導致儲能系統整體失火或爆炸，給消防滅火救援工作帶來巨大的挑戰。 集裝箱式鋰離子電池儲能系統火災早期探測和安全預警 在電池火災前期，進行有效準確地探測并預警，采取相應的消防手段，防止火災的進一步蔓延。在安全閥打開前，應做好電池故障診斷工作，及早進行預警。當電池安全閥打開時，會產生大量的氣體和煙霧，如CO的體積分數可以從2.4×10-6迅速增加至190×10-6。 此外，釋放氣體如CO2、CH4、揮發性有機化合物（VOC）等，在安全閥打開時都有明顯的增加，因此，可以通過相關的氣體傳感器，再配合煙霧傳感器、火災探測器、溫度傳感器等，根據電站電池的熱失控特性，設定相應的預警閾值，將多種特征參數進行耦合，當不同傳感器參數達到所設閾值時，發出警報，實現鋰離子電池火災早期探測和預警，并根據警報采取相應的控制措施，防止鋰離子電池火災的進一步擴大。 此外，應根據量程和靈敏度，選取適當的傳感器和探測器，同時設置冗余系統，保證電站火災早期探測和預警裝置的準確響應。 我們可以從動力鋰電池熱失控時產生的大量氣體入手，鋰離子電池熱失控的時候，電池內部會有大量的一氧化碳釋放出來。一氧化碳不僅是易燃易爆的氣體，更可以與人體內的血紅蛋白結合，使其失去與氧氣結合的能力，從而導致我們缺氧甚至窒息。所以我們可以通過檢測一氧化碳的濃度來判斷電池熱失控。在這里工采網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傳感器是費加羅研發的可電池驅動的電化學式傳感器，使用一個特殊的電極取代了儲水器，由于去除了TGS5042中使用的儲水器，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品，對CO的靈敏度高、將CO濃度線性輸出，設計方便，自帶出廠預標定靈敏度系數，方便用戶使用與性能追溯，壽命長達10年以上。 畢竟是事關我們的生命安全，對于精度還是有要求的，測量不準的話又怎么能給出正確的警報呢？TGS5141輸出電流與一氧化碳濃度之間在0～1，000ppm范圍內顯示了± 5％以內偏差的較高直線性。不同濃度CO對應的輸出電流可以參考下圖。 同時我們也要關注傳感器的長期穩定性，這就要求傳感器壽命足夠長，更要求傳感器輸出長期穩定，不然會使報警值改變，造成早報晚報甚至不報等情況了。TGS5141的壽命長達十年以上，長期穩定性也是十分優秀，可以參考下圖。（Y軸顯示的是在任何時間點300ppm一氧化碳中的輸出電流（I）和測試第一天300ppm一氧化碳中的輸出電流（Io）的比值。） 儲能電站內會有各種各樣的氣味，要是傳感器抗干擾性不好的話，也是很容易造成誤報的，所以這個傳感器要求對CO靈敏度高，對其他氣體的靈敏度越低越好。TGS5141就很好，對大部分氣體的靈敏度都是非常低的，對CO靈敏度又很高的，見下圖。 并且考慮到電站內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TGS5141做出了溫度補償系數表，OEM客戶可以直接利用補償系數對傳感器進行溫度補償，從而使傳感器在不同溫度下也能有高精度的輸出。補償系數見下圖。 |
