新型儲能正崛起，理研氣體傳感器保駕護(hù)航！

儲能電站正興起，氣體安全需保障

近年來，在全球能源危機(jī)以及碳中和目標(biāo)下清潔能源將逐步替代傳統(tǒng)化石能源，風(fēng)電、光伏發(fā)電等成為清潔能源的重要組成部分。在各種能更替過程中，特別是新型電力系統(tǒng)中，儲能成為至關(guān)重要的一環(huán)。儲能是新能源消納以及電網(wǎng)安全的重要保障，市場需求空間廣闊。

鋰電池作為儲能常見的介質(zhì)，要求儲能企業(yè)在儲能及釋能的過程中，安全方面十分的重視，在對于氣體濃度的監(jiān)測上顯得至關(guān)重要。

儲能電站作為近年來發(fā)展較快的新能源技術(shù)之一，可以有效滿足電力系統(tǒng)的新能源大規(guī)模接入需求，有靈活調(diào)節(jié)的顯著優(yōu)勢，電化學(xué)儲能電站是比較常見的一類儲能電站。

隨著儲能電站項(xiàng)目的建設(shè)和應(yīng)用，其火災(zāi)危險(xiǎn)性也逐漸顯現(xiàn)。

●添儲能電站火災(zāi)案例

2021年4月16日，北京“大紅門”儲能電站發(fā)生起火爆炸，造成1名值班電工遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷，火災(zāi)直接財(cái)產(chǎn)損失為1660.81萬元。

近年來，儲能電站火災(zāi)爆炸事故屢見不鮮：

2022年1月12日，韓國蔚山南區(qū)sk能源公司電池儲能大樓發(fā)生火災(zāi)；

2022年1月17日,韓國慶尚北道軍威郡牛寶郡新谷里太陽能電站發(fā)生火災(zāi)，起火設(shè)備為配套儲能設(shè)施；

2022年1月21日,韓國正極材料制造商Ecopro BMCo發(fā)生火災(zāi)；

2022年1月21日,美國加州MossLanding儲能電站項(xiàng)目發(fā)生事故，大約有10個電池架被熔化；

2022年1月23日,中國巴斯夫杉杉電池材料有限公司長沙基地某儲能實(shí)驗(yàn)室發(fā)生火災(zāi)；

2022年2月13日,澳大利亞阿德萊北部一個車庫的家用電池儲能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)，造成1死42傷；

2022年2月18日,江西某儲能項(xiàng)目發(fā)生起火；

2022年2月23日,尼日利亞首都阿布賈中央商業(yè)區(qū)的聯(lián)邦財(cái)政部大樓地下室的電池逆變器發(fā)牛火災(zāi)并引起爆炸；

2022年3月3日,安裝在地下室內(nèi)的電池儲能系統(tǒng)因技術(shù)缺陷而爆炸，隨后在地下室又引發(fā)火災(zāi)；

2022年3月30日,臺灣臺中市龍井區(qū)龍崗路工研院龍井儲能場站發(fā)生意外失火；

2022年4月25日,美國Salt River Project離子電池儲能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)10MW；

2022年4月18日,美國亞利桑那州鹽河變電站內(nèi)儲能設(shè)施發(fā)生火災(zāi)。大火悶燒5天；

2022年4月21日,美國亞利桑那州的一個儲能獨(dú)立項(xiàng)目起火，該儲能項(xiàng)目地共有超3200塊鉀離子電池；

2022年5月8日,德國卡爾夫區(qū)的althengstett 一個用戶側(cè)光伏儲能系統(tǒng)發(fā)生爆炸；

2022年6月3日,位于法國科西嘉島Poggio-di-Nazza鎮(zhèn)的一個光伏發(fā)電場發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)發(fā)生在一個裝有鉀電的儲能集裝箱，該電池儲能用干儲存光伏發(fā)電；

什么是儲能電站

及其火災(zāi)特點(diǎn)與危害

A
儲能電站的范疇和應(yīng)用場景
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。

就當(dāng)它是個大號充電寶，商用兆瓦級別，家用的容量小點(diǎn)。為方便安裝運(yùn)輸，通常以標(biāo)準(zhǔn)集裝箱規(guī)格制作外包箱體。

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。

B
儲能電站火災(zāi)特點(diǎn)及危害
電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)雖然具有廣闊前景，但在熱失控時，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。

電化學(xué)儲能，尤其是鋰電儲能技術(shù)，綜合性能出色，應(yīng)用場景廣泛，在規(guī)模效應(yīng)驅(qū)動的降本下有望迎來快速擴(kuò)容和發(fā)展階段。

作為助力新能源迎風(fēng)起航的重要技術(shù)，儲能安全問題成為行業(yè)內(nèi)共同關(guān)注的重點(diǎn)，相比于事后補(bǔ)救，事前預(yù)防更成為重中之重。

目前在電池儲能工藝在電解液的配制、電池老化高溫等環(huán)節(jié)會產(chǎn)生易燃易爆、有毒有害的氣體。因此，為保證安全生產(chǎn)，需要對目標(biāo)氣體進(jìn)行檢測。

氣體具有爆炸性
電池?zé)崾Э貢r，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。其中一部分可燃?xì)怏w會在燃燒中消耗，還有部分未燃燒的會積聚在模組內(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，最終可能會因壓力過大發(fā)生物理爆炸。

此外，可燃?xì)怏w的濃度逐漸增加，當(dāng)達(dá)到混合可燃?xì)怏w的爆炸極限，即超過爆炸下限6.1%時，熱失控電池的高溫作為點(diǎn)燃源，當(dāng)遇到足夠的氧氣時，可燃?xì)怏w會發(fā)生化學(xué)爆炸，巨大的爆炸壓力可以對電池簇、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。

氣體具有毒性
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如 CO、HF(氟化氫)等。

鋰電池電解液中揮發(fā)出的碳酸二乙酷等VOC與體被人體吸入身體中后會使人感到虛弱，頭疼頭昏，惡心更加嚴(yán)重的情況下會感到呼吸困難對人體的生命安全造成很大的威脅。

不同體系的電池在熱失控時產(chǎn)生的氣體成分及占比如圖所示。

氫氣H2

一種無色、無毒、易燃易爆的氣體對人體的危害可能是導(dǎo)致缺氧室息。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)。

一氧化碳CO

一氧化碳為無色無味的劇毒氣體，通過呼吸道吸入與人體血紅蛋白結(jié)合，造成人體缺氧而中毒。

乙烯C2H4

乙烯C2H4

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)。

揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC

揮發(fā)性有機(jī)化合物包括甲醛、氨、乙二醇、酷類等物質(zhì)。當(dāng)VOC達(dá)到一定濃度時，會引起頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀，嚴(yán)重時甚至引發(fā)抽搐、昏迷，傷害肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，造成記憶力減退。

HF

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，HF最高濃度約為145ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所規(guī)定的HF安全濃度。

對儲能設(shè)備氣體泄漏的解決措施

事實(shí)上，在儲能安全領(lǐng)域，我國已經(jīng)制定了國標(biāo)《電化學(xué)儲能電站安全規(guī)程》（GB/T 42288-2022），并已于今年7月1日起正式施行。

近日，國家標(biāo)準(zhǔn)《電力儲能系統(tǒng) 并網(wǎng)儲能系統(tǒng)安全通用規(guī)范》征求意見。后續(xù)更有一批安全標(biāo)準(zhǔn)，如電化學(xué)儲能電站生產(chǎn)安全預(yù)案編制導(dǎo)則（GB/T 42312-2023）、電化學(xué)儲能電站應(yīng)急演練規(guī)程（GB/T 42317-2023）、電化學(xué)儲能電站危險(xiǎn)源辨識技術(shù)導(dǎo)則（GB/T 42314-2023）以及電化學(xué)儲能電站檢修規(guī)程（GB/T 42315-2023）將實(shí)施。

圖片
而在現(xiàn)場，我們則可以通過相關(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，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候，電池內(nèi)部會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?br />
理研計(jì)器的儲能電站氣體泄漏監(jiān)測系統(tǒng)解決方案以“早發(fā)現(xiàn)、早處置“為原則，對儲能艙內(nèi)鉀電池?zé)崾Э爻跫夒A級進(jìn)行超前探測預(yù)警，將氣體危險(xiǎn)撲滅在萌芽階段，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。

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

● SD-2500系列能夠檢測高沸點(diǎn)溶劑氣體，準(zhǔn)確檢測設(shè)備中心的濃度，集成到主機(jī)中的濃度顯示區(qū)域。
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手持便攜式：
● 【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)。

測漏儀：SP-220

● 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，儀器就會立即報(bào)警，完全不用擔(dān)心那些無色無味的毒氣。

結(jié)語

氣體檢測報(bào)警儀作為有毒有害、易燃易爆氣體泄漏、無序釋放檢測報(bào)警系統(tǒng)的主要組成部分，正確使用、維護(hù)并保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性是預(yù)防事故的必要條件。

安全生產(chǎn)是關(guān)系人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的大事，是經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展的標(biāo)志。在生產(chǎn)過程中，通過安裝氣體檢測報(bào)警裝置，時刻檢測有毒有害氣體泄漏濃度，將風(fēng)險(xiǎn)隱患控制在源頭。
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可靠、準(zhǔn)確、安全的氣體檢測方案。

理研計(jì)器必將在未來氣體產(chǎn)業(yè)的生命安全畫卷中，添上濃墨重彩的一筆，守護(hù)人們的幸福生活，為生產(chǎn)和生活不斷創(chuàng)造新價值！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)。