El nou emmagatzematge d’energia energètica, l’emmagatzematge d’energia lateral de la xarxa, les estacions d’energia energètica a gran escala i les estacions d’energia de microgrids sovint utilitzen l’emmagatzematge d’energia contenible, amb desenes de milers de cèl·lules de bateria instal·lades en sèries/paral·leles dins del contenidor.
Només hi ha un aïllament de membrana fina entre els elèctrodes positius i negatius de les bateries d’ions de liti. L’aïllament elèctric es basa principalment en materials d’aïllament i interruptors elèctrics. Els materials d’aïllament poden carbonitzar a temperatures altes i convertir -se en materials conductors. Els interruptors d’aïllament també poden descompondre’s sota alta tensió. Els tubs de commutació de dispositius d’alimentació també poden realitzar anormalment sota un impacte d’inversió d’alta tensió i augment.
En els milers de cicles de càrrega i descàrrega a llarg termini, especialment en l’estat de sobrecàrrega i sobreescalfament, és possible causar falles de curtcircuit i pèrdua de control local a les cèl·lules de la bateria. Si alguna de les cèl·lules de la bateria té un problema de seguretat i no hi ha cap mesura estricta de protecció de seguretat per afrontar -la amb antelació, pot provocar una reacció en cadena al sistema, donant lloc a un accident d’explosió.
L’augment dels materials d’aïllament i la força i la creació d’una paret de coure i ferro per a les estacions d’energia d’emmagatzematge d’energia pot solucionar els problemes de seguretat de les estacions d’energia d’emmagatzematge d’energia, però augmentarà el cost de les centrals i no és propici per a la promoció i l’aplicació a gran escala de l’emmagatzematge d’energia.
Els problemes de seguretat de l'emmagatzematge d'energia contenida han de ser abordades des de diversos aspectes com el disseny del sistema, la selecció de materials i el disseny de seguretat per tal d'equilibrar de forma exhaustiva els dos indicadors importants de seguretat i cost.
Actualment, les principals tecnologies i mesures de seguretat adoptades per la central d’emmagatzematge d’energia inclouen: nova tecnologia d’emmagatzematge d’energia modular, materials d’aïllament d’Airgel, protecció elèctrica tradicional, gestió tèrmica i sistemes eficients de seguretat contra incendis.
1. Tecnologia d’emmagatzematge d’energia modular
La primera generació de bateries de liti simplement connectava els paquets de bateries en sèrie en clústers, mentre que la segona generació de bateries de liti va afegir algunes unitats intel·ligents de gestió de bateries a partir de la primera generació de bateries de liti. Tanmateix, no es pot resoldre completament una sèrie de problemes com ara la tensió de bus de corrent continu i el risc d’aïllament de bateries, el corrent de descàrrega desigual entre els clústers i la incapacitat de barrejar bateries en cascada en sistemes de bateries de liti, cosa que planteja preguntes sobre l’aplicació segura i estable de les bateries de liti.
El nou sistema d’emmagatzematge d’energia modular correspon a un sistema de gestió de bateries BMS per a cada mòdul de bateries. Està equipat amb múltiples funcions com ara aïllament elèctric i físic, sortida automàtica del mòdul de falles i avís de falla d’aïllament de la bateria, garantint la seguretat i la fiabilitat de les bateries de liti. El mòdul s’adapta a l’intercanvi de corrent actiu, admet la barreja de bateries jeràrquiques i diferents marques de bateries i es pot ampliar en etapes i mantenir -se en pocs minuts, resolent molts problemes d’aplicació de bateries de liti en una sola caiguda.
2. AeRogel
Airgel és una mena de material sòlid amb estructura de xarxa nano porosa i plena de medi de dispersió gasosa als porus. És el sòlid més lleuger del món. Airgel és reconegut com el material sòlid més lleuger del món i és una nova generació de material d’aïllament tèrmic d’alta eficiència. Airgel té les característiques de la retardada de la flama, el volum lleuger i el baix consum i s’ha convertit en la millor opció de materials d’aïllament tèrmic per a les cèl·lules de bateria de potència. Actualment, ha estat adoptat per les empreses de bateries i els nous fabricants de vehicles energètics.
Els materials d’aïllament tèrmic i a l’aire de gel s’utilitzen entre els nuclis elèctrics i la coberta superior del mòdul i el paquet. El disseny de seguretat principal a nivell del mòdul és l’aïllament, cosa que significa que les unitats problemàtiques estan “dividides i tractades” mitjançant l’aïllament. Es tracta del disseny dels mòduls d’aïllament i prevenció d’incendis.
La gestió del mòdul desbordant depèn principalment de Airgel entre bateries simples. L’Airgel està encapsulat per PET i la seva conductivitat tèrmica general és petita, cosa que pot retardar la transferència de calor entre monòmers. En aïllar cèl·lules problemàtiques individuals, pot evitar l’impacte sobre altres cèl·lules monòmers, garantint així la seguretat del nivell del mòdul de la bateria.
3. Protecció elèctrica per a estacions d’energia d’emmagatzematge d’energia
Zones de protecció per a les estacions d’energia d’emmagatzematge d’energia: el costat de corrent continu es divideix en zona de protecció d’unitat d’emmagatzematge d’energia de corrent continu, zona de protecció de la unitat de connexió continuada i zona de convergència; El costat de comunicació es divideix en una zona de protecció del filtre de CA i una zona de protecció del transformador. Hi ha parts superposades entre zones protegides adjacents, garantint que tots els equips elèctrics estiguin dins del rang de protecció.
La divisió d’àrees protegides està estretament relacionada amb la configuració de la protecció dels relé. D’una banda, els tipus d’equips elèctrics a les zones protegides són diferents, i les característiques de les quantitats elèctriques i no elèctriques després de les falles es produeixen també;
D'altra banda, hi ha diferències significatives en la coordinació entre zones protegides adjacents segons la divisió de les zones protegides. Per tant, la configuració i la coordinació de la protecció de les centrals d'emmagatzematge d'energia es basen en la zonificació de protecció.
Configuració de protecció de la unitat d'emmagatzematge d'energia de corrent energètic: protecció sobre sobretensió i infravaloració, protecció tèrmica i protecció contra sobrecorrent, tensió i protecció de velocitat de canvi de corrent, protecció de càrrega; Configuració de protecció de la unitat de connexió de corrent continu: equipat amb fusibles, interruptors de circuit de baix tensió DC, interruptors d’aïllament DC de baixa tensió i protecció de bateries de mitja extensió. Per a múltiples unitats d’emmagatzematge d’energia, les unitats de connexió de corrent continu s’han de connectar per separat el màxim possible per evitar perdre més capacitat d’alimentació en cas de falles;
Configuració de protecció del convertidor bidireccional (PCS): protecció de sobretensió del costat de l’entrada i sortida, protecció de sobreflexió i protecció de subfinici, detecció i protecció de seqüències de fase, protecció contra l’illa, protecció sobreescalfament, sobrecàrrega i protecció de curtcircuit.
4. Gestió tèrmica de les bateries de liti
Per tal de complir l’ús normal del paquet de bateries i els equips de suport en les condicions ambientals i les condicions de funcionament del sistema del lloc del projecte, el contenidor està sotmès a control de gestió tèrmica a través dels aspectes següents, inclosos principalment l’aire condicionat, el disseny de gestió tèrmica, la capa d’aïllament, etc. El sistema de gestió tèrmica garanteix que la temperatura dins del contenidor pugui garantir el funcionament normal del paquet de bateries i recolzant els equips elèctrics.
L’esquema de control de la temperatura dins del contenidor és el següent: la temperatura a cada punt de fixació dins del contenidor es controla en temps real mitjançant una sonda de temperatura. Quan la temperatura del punt establert és superior a la temperatura inicial de l’aire condicionat, l’aire condicionat opera la funció de refrigeració i refreda l’interior del contenidor a través d’un conducte d’aire especialment dissenyat. Quan la temperatura arriba al límit inferior del valor establert, l’aire condicionat deixa de funcionar.
Quan la temperatura del punt establert és inferior a la temperatura inicial de l’aire condicionat, l’aire condicionat opera la funció de calefacció i escalfa l’interior del contenidor a través d’un conducte d’aire especialment dissenyat. Quan la temperatura arriba als 15 graus, l’aire condicionat deixa de funcionar.
Durant el funcionament de les bateries de liti, la presència de reaccions electroquímiques internes i l’augment de la temperatura ambient pot augmentar la temperatura interna de la bateria, agreujant les reaccions; A les regions d’altitud, la temperatura baixa del medi també pot reduir la velocitat de reacció dins de la bateria.
Els primers poden provocar un desbordament tèrmic, provocant problemes de seguretat i de seguretat prematurs, mentre que el segon també pot reduir les capacitats i eficiència de càrrega i descàrrega de la bateria.
5. Seguretat contra incendis de contenidors
En comparació amb les bateries de plom-àcid, les bateries de liti del mateix volum tenen una densitat més elevada i emmagatzemen més energia. Després de la detonació i l’encesa, les seves flames formen una forma de raig i la temperatura de la font d’encesa és més elevada. Al mateix temps, també alliberen una gran quantitat de gasos tòxics i nocius, cosa que els converteix en un major perill de seguretat.
Quan s’extingeix un foc de bateria de liti, és important extingir ràpidament les flames obertes per evitar que el foc s’estengui ràpidament; En segon lloc, és necessari reduir la velocitat de reacció desbordada tèrmica, de manera que la calor generada per la reacció de desbordament tèrmica dins de la bateria de liti es pugui alliberar de manera ordenada; En tercer lloc, és necessari reduir contínuament la temperatura de les bateries de liti per evitar la recurrència i la ràpida propagació dels incendis de bateries de liti.
Els dispositius integrats de protecció contra incendis en contenidors solen adoptar una arquitectura de tres nivells, incloent-hi avís precoç, alarma i acció, dispositius del sistema de protecció contra incendis, inclosos controladors de detecció, caixes de control d’incendis, campanes/llums d’alarma llum i llums, sensors de temperatura i sal de sal i dispositius d’extinció de foc de gas perfluorohexà.
El principi d’instal·lació del controlador de detecció s’ha de seleccionar a prop de la bateria i, en funció de l’estructura real del bastidor, es pot triar l’espai superior de l’armari de la bateria per a la seva instal·lació. El dispositiu extintor adopta el gabinet heptafluoropropà extintor i dispositiu d’extinció de foc aerosol. Entre ells, el perfluorohexà d’estil de gabinet s’instal·la a la sala de bateries i el dispositiu d’extinció automàtica d’aerosol s’instal·la a la sala elèctrica.
El contenidor està equipat amb un dispositiu de protecció contra incendis de perfluorohexà. Una vegada que el sensor de fum i el sensor de temperatura detecten un senyal de falla d’incendi d’alta temperatura, el contenidor pot notificar l’usuari mitjançant el so i l’alarma lleugera i la comunicació remota. Al mateix temps, es pot tallar els equips de bateria de liti en marxa. Després de 30 segons, el dispositiu de protecció contra incendis allibera gas perfluorohexà per extingir el foc. Es requereix una indicació destacada a la porta d’escapament de l’interior del contenidor: deixeu el contenidor en un termini de 30 segons després que soni el senyal d’avís d’incendi.
El dispositiu de sèries d’extinció de foc automàtic d’Aerosol és un nou tipus de dispositiu d’extinció d’incendis aerosol calent, que és un producte innovador en el camp de la protecció contra incendis amb eficiència i fiabilitat d’extinció d’incendis ultra-alts.
Quan es produeix un incendi, el dispositiu automàtic d’extinció de foc de l’aerosol calent del foc desencadena l’acció de l’agent d’extinció d’incendis a través de l’inici elèctric o la detecció de la temperatura, produint ràpidament una gran quantitat de partícules sòlides de subnòmetre i barreja de gas inert, que actua a tots els racons del foc en una forma tridimensional completament submergida en forma de fum de concentració d’alta concentració. Mitjançant múltiples efectes de la inhibició química, el refredament físic i l’oxigen diluït, el foc s’extingeix de manera ràpida i eficaç i no és tòxic per al medi ambient i el personal.