Аккумуляторные накопители энергии — один из наиболее быстрорастущих сегментов коммерческой солнечной энергии, а также один из наиболее строго регулируемых с точки зрения пожарной безопасности. Несколько громких пожаров BESS в 2018–2022 годах побудили регуляторов и страховщиков существенно ужесточить требования. Понимание теплового неконтроля и уровней защиты, необходимых для его предотвращения, теперь важно для любого разработчика, EPC или владельца объекта, работающего с BESS.
Что такое тепловой разгон?
Термический разгон — это самоускоряющийся процесс нагрева в элементе литий-ионной батареи. Когда ячейка превышает безопасную рабочую температуру — обычно это происходит из-за перезарядки, внутреннего короткого замыкания, внешнего тепла или механического повреждения — экзотермические химические реакции внутри ячейки генерируют тепло быстрее, чем ячейка может его рассеять. Температура быстро повышается, вызывая дальнейшие реакции в петле положительной обратной связи.
При температуре элемента выше примерно 80–100 ° C (в зависимости от химического состава) начинается разложение межфазного слоя твердого электролита (SEI). При температуре выше 130–150°C плавление сепаратора приводит к внутренним коротким замыканиям. При температуре выше 180–270°C (в зависимости от химического состава катода) из катода выделяется кислород, который воспламеняет пары электролита. В результате возникает сильный, быстро возникающий пожар, который чрезвычайно трудно потушить с помощью обычного водного пожаротушения.
Распространение температурного неконтроля от ячейки к ячейке — когда тепло от одной отказавшей ячейки вызывает срабатывание соседних ячеек — является наиболее опасным режимом отказа в плотно упакованной BESS. Отказ одной ячейки может за считанные минуты распространиться на весь модуль, стойку или контейнер.
LFP против NMC: химия важна для безопасности
Химия литий-железо-фосфата (LFP) значительно безопаснее, чем NMC (никель-марганец-кобальт) для стационарного хранения:
- Термическая стабильность: Катод LFP начинает экзотермическое разложение при ~ 270 ° C по сравнению с ~ 160–200 ° C для NMC - гораздо более широкий запас прочности.
- Отсутствие выделения кислорода: Катод LFP не выделяет кислород при повышенных температурах, что исключает основной источник топлива для сгорания. NMC выделяет кислород при высокой температуре, что делает пожар самоподдерживающимся даже без внешнего воздуха.
- Более низкая плотность энергии: Меньше энергии хранится на ячейку = меньше энергии выделяется при отказе
Во всех коммерческих продуктах BESS Sungrow используется химия LFP. — в соответствии с отраслевым консенсусом о том, что LFP является подходящим химическим веществом для стационарных, коммерческих и коммунальных хранилищ, где безопасность и срок службы имеют приоритет над плотностью энергии.
Глубокоэшелонированная защита: четыре уровня пожарной безопасности BESS
Уровень 1: Защита на уровне ячеек (система управления батареями)
BMS контролирует напряжение, температуру и уровень заряда каждого элемента в режиме реального времени. Он обеспечивает соблюдение рабочих ограничений — максимальное/минимальное напряжение заряда, отсечку разряда, температурные ограничения — и отключает батарею при превышении любого предела. Хорошо реализованная BMS является наиболее эффективной единственной мерой безопасности в BESS.
Уровень 2: Обнаружение газа и раннее предупреждение
При термическом побеге выделяются фторид водорода (HF), окись углерода и летучие органические соединения до того, как возникнет пожар. Детекторы газа раннего предупреждения внутри аккумуляторного отсека могут обнаружить эти газы-прекурсоры за несколько минут до возгорания, вызывая автоматическое отключение и подачу сигнала тревоги. IEC 62933-5-2 и NFPA 855 требуют обнаружения газа в коммерческих корпусах BESS. Раннее обнаружение газа, возможно, является наиболее важным дополнением безопасности после BMS. — оно обеспечивает время для автоматического отключения до того, как начнет распространяться температурный разгон.
Уровень 3: Пожаротушение
Пожары лития невозможно потушить с помощью обычного CO₂ или тушения сухим порошком — для охлаждения элементов ниже порога для продолжения экзотермической реакции требуется вода. В современном пожаротушении БЭСС используются:
- Аэрозольное подавление (F-500 или аналогичный): Эффективен при пожаре внутри корпуса, не повреждает электронику при локализации.
- Направленный водяной туман (внутри контейнера): Охлаждает клетки напрямую; наиболее эффективен для LFP, где распространение тепла медленнее
- Внешний водозалив (от пожарной части): Требуется при пожарах НМЦ; пожарные команды должны быть проинструктированы, чтобы они не пытались отключить электричество без специальной подготовки.
Уровень 4: Расстояния для размещения и разделения
Стандарты NFPA 855 и IEC определяют минимальные расстояния между блоками BESS, а также между BESS и жилыми зданиями. Контейнерная наружная система BESS (наиболее распространенная коммерческая конфигурация) обычно требует:
- Минимум 3 м между контейнерами для батарей
- 3–10 м от границ участка (зависит от юрисдикции)
- 10–30 м от занятых строений или мест сбора
Что спросить у поставщика BESS?
- Какой сертификат имеет аккумуляторная система? (UL 9540, UL 9540A, IEC 62933-5-2)
- Проводилось ли испытание на неконтролируемое распространение тепла по UL 9540A на уровне стойки или контейнера?
- Какие виды газа отслеживает система обнаружения газа?
- Какова химия клеток и разрешение мониторинга на уровне клеток BMS?
- Каковы минимальные необходимые расстояния для этой системы в нашей юрисдикции?