儲(chǔ)能電站安全性及消防交流致力綠色能源貢獻(xiàn)和諧環(huán)境DedicatingtotheGreenEnergyContributingtotheHarmoniousEnvironment

一、鋰電池介紹31目錄三、平朔電站項(xiàng)目介紹33二、鋰離子電池電站2一、鋰離子電池

鋰電池分類一次電池（原電池）

二次電池（可充電鋰離子電池）鋰金屬及其合金或貴金屬負(fù)極碳負(fù)極鋰離子化合物負(fù)極（鈦酸鋰等）鋰金屬負(fù)極特點(diǎn)：能量密度高，安全隱患大容易產(chǎn)生鋰枝晶，循環(huán)性能差，壽命低安全性最好，充放電性能最強(qiáng)，循環(huán)性好，壽命長(zhǎng)，能量密度低，成本高鋰離子電池原理鋰離子電池:它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌:充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)及隔膜嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。又稱“搖椅式電池”。隔膜的作用是只允許鋰離子通過(guò)，不允許電子通過(guò)，否則內(nèi)部就短路了。

海洋能發(fā)電業(yè)務(wù)

海洋能發(fā)電業(yè)務(wù)常見(jiàn)鋰離子電池安全性比較123注：鈦酸鋰電池是目前公認(rèn)的安全性最好，循環(huán)性能最高，壽命長(zhǎng)，更加環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此，用鈦酸鋰電池做比較能定性地分析三元鋰及磷酸鐵鋰電池危險(xiǎn)性的問(wèn)題。電池類別正極材料負(fù)極材料安全性三元鋰鎳鈷錳酸鋰碳

低磷酸鐵鋰LiFePO4碳鈦酸鋰鈦酸鋰

高碳負(fù)極電池與鈦酸鋰負(fù)極電池比較結(jié)論一一、盡管石墨資源豐富，價(jià)格低廉，是目前商品化鋰離子電池中應(yīng)用最成功的負(fù)極材料，但在應(yīng)用上仍存在以下弊端:1、過(guò)充電時(shí)可能析出鋰枝晶，造成電池短路，影響鋰電池的安全性能;2、易形成SEI膜（鈍化膜）而導(dǎo)致首次充放電效率較低，不可逆容量較大，并且在過(guò)放及受熱時(shí)會(huì)分解，充電繼續(xù)形成新的SEI膜（電解液在負(fù)極表面的電解產(chǎn)物），放出可燃?xì)怏w；3、即碳材料的平臺(tái)電壓較低(接近于金屬鋰)，并且容易引起電解液的分解,從而帶來(lái)安全隱患。4、在鋰離子嵌入、脫出過(guò)程中體積變化較大，循環(huán)穩(wěn)定性差。5、內(nèi)阻較大，特別是過(guò)充條件下，溫度急劇上升。6、滿充條件下，LixC6還原性極強(qiáng)，蘊(yùn)含巨大的化學(xué)能，燃燒時(shí)放出大量能量。結(jié)論二二、三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池比較，不同之處在于采用的正極材料，而三元鋰電池的燃點(diǎn)要比磷酸鋰電池更低。三元鋰電池的自燃溫度為200℃，磷酸鋰電池的自燃溫度為500-800℃，三元鋰電池的自燃溫度明顯更低。所以如果因?yàn)槌霈F(xiàn)撞擊或者是其他意外情況導(dǎo)致電池組溫度升高，那么三元鋰電池會(huì)比磷酸鋰電池更快自燃。另外，三元鋰材料的化學(xué)反應(yīng)更加劇烈，會(huì)釋放氧分子，正極材料產(chǎn)氣量約占80%。在高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)。在滿充條件下，三元鋰正極材料中的Co及Ni處于高價(jià)位，具有極強(qiáng)的氧化性，而電解液時(shí)可燃液體，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)，擁有極強(qiáng)的還原性，燃燒三要素只差一個(gè)引火源，在熱失控條件下甚至可以直接反應(yīng)，燃燒甚至爆炸。正極與電解液反應(yīng)研究鋰離子電池正極材料表面電解液分解液分解機(jī)理的研究顯示發(fā)生了連鎖反應(yīng)的層級(jí)爆炸，大量黑煙說(shuō)明負(fù)極參與爆炸。電動(dòng)自行車電池爆炸結(jié)論三盡管三元鋰電池危險(xiǎn)性較高，但由于有較高的能量密度，適用溫度范圍廣，在一些對(duì)重量要求比較高的領(lǐng)域特別是電動(dòng)汽車有較多的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著技術(shù)進(jìn)步，溫度控制能力增強(qiáng)，事故率下降趨勢(shì)明顯。磷酸鐵鋰電池雖然有能量密度較低，一致性差等缺點(diǎn)，但由于安全性較高，在電動(dòng)汽車及儲(chǔ)能領(lǐng)域有較多的應(yīng)用。鈦酸鋰電池雖然安全性最高，循環(huán)性能好，長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，但由于其能量密度最低，價(jià)格高，經(jīng)濟(jì)性不好等缺點(diǎn)，市場(chǎng)份額最低。在一些公共交通領(lǐng)域有一些應(yīng)用。電池包裝方式、特點(diǎn)及安全性比較

目前，電站使用鋰離子電池一般使用方形電池及軟包電池：方形電池：屬于硬包電池，外殼一般采用鋁殼或鐵殼。方形電池的材料已完全國(guó)產(chǎn)化,且其對(duì)電池材料技術(shù)要求低于軟包電池,在同等容量下整體材料成本比軟包電池低10%左右。方形電池成品加工相對(duì)簡(jiǎn)單,成本優(yōu)勢(shì)明顯，為應(yīng)對(duì)鼓包，一般裝有排氣閥。軟包電池：軟包電池是在液態(tài)鋰離子電池外層套上一層聚合物外殼。由于軟包電池外包裝采用的多是鋁塑膜,一旦內(nèi)部出現(xiàn)問(wèn)題,軟包電池就會(huì)出現(xiàn)鼓脹,從電池表面最薄弱的部位鼓開(kāi),安全性相對(duì)較高。軟包電池的內(nèi)阻相對(duì)較小,目前國(guó)產(chǎn)軟包電池芯的內(nèi)阻最小可做到35mΩ以下,極大地降低了電池的自耗電，減少熱量生成。但,軟包電池需用到的大部分鋁塑膜仍依靠進(jìn)口，成本較高。電化學(xué)儲(chǔ)能介紹鋰離子電池儲(chǔ)能電站技術(shù)是指通過(guò)電化學(xué)方法通過(guò)鋰離子電池實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的儲(chǔ)存，并在需要時(shí)進(jìn)行釋放的一系列相關(guān)技術(shù)。為促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)清潔低碳發(fā)展，近年來(lái)，我國(guó)大力發(fā)展清潔能源，風(fēng)電、光伏實(shí)現(xiàn)跨越式大發(fā)展，新能源裝機(jī)容量占比日益提高。然而，在清潔能源高速發(fā)展的同時(shí)，波動(dòng)性、間歇式新能源的并網(wǎng)給電網(wǎng)從調(diào)控運(yùn)行，安全控制等諸多方面帶來(lái)了不利影響，極大地限制了清潔能源的有效利用。電池儲(chǔ)能電站可與分布/集中式新能源發(fā)電聯(lián)合應(yīng)用，是解決新能源發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題的有效途徑之一，將隨著新能源發(fā)電規(guī)模的日益增大以及電池儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展，成為支撐我國(guó)清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略的重大關(guān)鍵技術(shù)。電池儲(chǔ)能作為電能存儲(chǔ)的重要方式，具有功率和能量可根據(jù)不同應(yīng)用需求靈活配置，響應(yīng)速度快，不受地理資源等外部條件的限制，適合大規(guī)模應(yīng)用和批量化生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，使得電池儲(chǔ)能在配合集中/分布式新能源并網(wǎng)，電網(wǎng)運(yùn)行輔助等方面具有不可替代的地位電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)具有高效率、應(yīng)用靈活性、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)逐漸在電力儲(chǔ)能市場(chǎng)占有越來(lái)越重要的地位。二、鋰離子電池電站鋰離子電池儲(chǔ)能電站分類及特點(diǎn)鋰離子電池儲(chǔ)能電站功率型能量型功率大容量相對(duì)小主要用于輔助調(diào)頻領(lǐng)域功率相對(duì)小容量大主要應(yīng)用于削峰填谷、平滑風(fēng)光輸出等磷酸鐵鋰電池電站火災(zāi)起因探討

磷酸鐵鋰電池電站一度被認(rèn)為時(shí)比較安全的電站，但近兩年來(lái)依然發(fā)生了多起火災(zāi)事故，甚至重大火災(zāi)事故。我們認(rèn)為，再這些事故中，純粹電氣事故的原因可能性較低，因?yàn)閮?chǔ)能電站的電氣控制并沒(méi)有特別特殊的技術(shù)，而且電氣控制技術(shù)發(fā)展非常成熟，并且采用冗余設(shè)計(jì)，采用軟件及硬件雙重保護(hù)措施。因此，儲(chǔ)能電站火災(zāi)產(chǎn)生的原因及嚴(yán)重程度，大都是由于電池本身以及電池成串后特性原因造成的。主要有以下幾個(gè)因素：磷酸鐵鋰電池先天缺陷一致性差，在組串后，一致性更差，在循環(huán)使用過(guò)程中，性能差的電池性能會(huì)下降更快，一起充放電時(shí)容易造成容量低的電池過(guò)沖過(guò)放。2.由于電站使用狀態(tài)要求高電壓、大電流，因此需要對(duì)電池進(jìn)行復(fù)雜的串并聯(lián)組合，為了方便均衡、補(bǔ)償，一般采用先并再串的方式。串聯(lián)電池?cái)?shù)量多，在沒(méi)有單體放電控制的條件下，容量小的電池容易出現(xiàn)過(guò)放電現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)反充電現(xiàn)象.Ⅰ3.在調(diào)試及SOC標(biāo)定時(shí)，有時(shí)需要大功率，多頻次，大深度地充放電，由于部分控制系統(tǒng)解控，調(diào)試人員如果不注意掌握頻次間隔，容易造成過(guò)充、過(guò)放、溫度過(guò)高。由于溫度上升較快，電池內(nèi)部溫度要比外部溫度高許多，溫度控制功能可能受限。電池內(nèi)部溫度過(guò)高，造成電池成分分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w。這方面我們是有教訓(xùn)的。這是我們?cè)?019年6、7月份進(jìn)行調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)的鼓包電池。其后我們嚴(yán)格控制調(diào)試時(shí)充放電間隔時(shí)間，并加強(qiáng)檢視，至今未再發(fā)現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。4.采用方形電池等硬包裝電池的電站，當(dāng)發(fā)生濫用狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生的可燃?xì)怏w會(huì)排放出來(lái)，遇電火花自燃，或者排放到集裝箱內(nèi)。由于電池集裝箱要求有一定的密閉性，而這種隱患比明火還要嚴(yán)重，達(dá)到爆炸濃度引發(fā)爆炸。而這種隱患比明火還要嚴(yán)重。這種突發(fā)性會(huì)造成更大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人身傷害。VijaySomandepalli等[8]研究發(fā)現(xiàn)鋰電池?zé)崾Э睾螽a(chǎn)生的氣體對(duì)汽車的安全性造成潛在威脅，釋放出的氣體極易被電器設(shè)備等點(diǎn)火源點(diǎn)燃造成嚴(yán)重的火災(zāi)和爆炸事故。StephenJ.Harris等[9]研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池芯和電池組熱失控時(shí)，電解液及電極發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生具有潛在燃燒性的氣體，這種氣體與未發(fā)生燃燒的可燃電解液相比具有相似甚至更強(qiáng)的爆炸危險(xiǎn)性。MaloneyT等[10]研究發(fā)現(xiàn)標(biāo)稱電量7.7wh的18650型鈷酸鋰電池荷電狀態(tài)為50%，100%和150%時(shí)釋放氣體量分別為0.8L、2.5L、6.0L。SomandepalliV.等[11]針對(duì)鋰電池釋放的可燃?xì)怏w混合物的爆炸極限進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件下可燃?xì)怏w濃度在20%左右時(shí)爆炸達(dá)到最大峰值壓力。從上述分析發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池?zé)崾Э睾筢尫诺臍怏w具有潛在的安全隱患，而目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鋰電池?zé)崾Э蒯尫艢怏w的研究主要關(guān)注鋰電池在過(guò)充、過(guò)放及高溫下氣體的生成機(jī)理及成氣階段劃分，但對(duì)在使用環(huán)境下釋放氣體安全隱患關(guān)注較少。根據(jù)著火行為的表現(xiàn)，該過(guò)程主要可分為四個(gè)階段:(1)排氣和點(diǎn)火，(2)穩(wěn)定燃燒，(3)噴射燃燒，(4)消除和滅火。但是，在0%的荷電狀態(tài)下，沒(méi)有出現(xiàn)噴射燃燒，它只經(jīng)歷了三個(gè)階段。電池燃燒實(shí)驗(yàn)5.單個(gè)電芯的燃燒可能引起層級(jí)多次爆炸，類似粉塵爆炸。結(jié)論通過(guò)上面的分析以及我們的實(shí)踐，我們認(rèn)為，電池儲(chǔ)能電站在正常運(yùn)行情況下能夠運(yùn)行良好，在濫用的狀態(tài)下，可能造成鼓包、放氣、電池燃燒，甚至爆炸。三、儲(chǔ)能輔助調(diào)頻項(xiàng)目介紹AGC儲(chǔ)能輔助調(diào)頻系統(tǒng)，是在發(fā)電機(jī)組側(cè)安裝建設(shè)基于鋰電池技術(shù)的9MW/4.478MWh電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)施，該系統(tǒng)將聯(lián)合火電機(jī)組開(kāi)展電網(wǎng)AGC調(diào)頻業(yè)務(wù)，系統(tǒng)調(diào)頻時(shí)按9MW/2C輸出。AGC系統(tǒng)將與電廠火電機(jī)組開(kāi)展AGC綜合調(diào)頻業(yè)務(wù)，通過(guò)發(fā)電廠一次調(diào)頻與二次調(diào)頻的“自動(dòng)發(fā)電控制”智能融合，可以顯著提升電廠發(fā)電機(jī)組AGC調(diào)節(jié)性能指標(biāo)，為電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)高效的AGC調(diào)頻服務(wù)，并使電網(wǎng)獲取調(diào)頻補(bǔ)償。既可將減少火電機(jī)組從長(zhǎng)期的AGC調(diào)頻任務(wù)，提升機(jī)組可用效率及壽命，促進(jìn)節(jié)能減排。促進(jìn)電網(wǎng)的AGC調(diào)頻運(yùn)行，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性及安全性，對(duì)構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)型智能電網(wǎng)、改善電網(wǎng)對(duì)可再生能源的接納能力具有重要意義。主要功能：儲(chǔ)能參與發(fā)電機(jī)組調(diào)頻無(wú)儲(chǔ)能在無(wú)儲(chǔ)能的情況下，發(fā)電機(jī)組通過(guò)自身調(diào)節(jié)去跟蹤電網(wǎng)調(diào)度中心給出的AGC調(diào)度指令，存在反向出力，發(fā)電出力不精準(zhǔn)，調(diào)節(jié)延遲等問(wèn)題。增加儲(chǔ)能儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電機(jī)組共同參與AGC調(diào)度。通過(guò)儲(chǔ)能跟蹤AGC調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)快速折返，精確輸出以及瞬間調(diào)節(jié)，彌補(bǔ)發(fā)電機(jī)組的響應(yīng)偏差。儲(chǔ)能輔助火電廠AGC調(diào)頻價(jià)值提升電廠AGC調(diào)頻性能(Kp)，獲得更多補(bǔ)償直接效益

AAB儲(chǔ)能輔助調(diào)頻效益

B間接效益

減少機(jī)組設(shè)備磨損，延長(zhǎng)設(shè)備壽命減少機(jī)組調(diào)頻備用，增加發(fā)電量減少機(jī)組頻繁變化處理，降低煤耗提升機(jī)組整體的AGC調(diào)頻能力，改善機(jī)組運(yùn)行的可靠性和安全性主要組成及布局項(xiàng)目總?cè)萘繛?MW/4.478MWh,包括5個(gè)電池集裝箱，分別為4個(gè)2MW/1MWh,一