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电池储能电站的安全性问题分析

时间:09-13 来源:互联网 点击:

千上万立方米的有机电解液成天在储能电站的复杂管道中流动,一旦发生事故后果将不堪设想。显然,这样的有机电解液新体系,已与液流电池的高安全性初衷背道而驰,难有实用前景。

重视新型水电解液电池发展

大规模蓄电的储能电站,务必将安全放在一切需要考虑的问题之首。储能电站作为经营单位,经济效益也很重要,应该使用能量转换效率高、寿命长、造价和运行成本低、适当兼顾比能量的电池。因此,当前应高度重视新型水电解液电池的发展与应用:

1.大力发展能量转换效率高于80%、造价低于2元/瓦时、循环寿命达10000次的新型液流电池;现有液流电池也应提高到这个水平。

2.在持续治理铅污染的同时,积极支持研制比能量大于50瓦时/千克、循环寿命达3000次、价格低于0.6元/瓦时的新技术铅酸电池。

3.鼓励发展比能量大于50瓦时/千克、循环寿命达4000次、价格低于0.8元/瓦时、生产-回收全过程环境友好的新型水电解液储能电池。

在合适的进、出电价条件下,使用上述电池的蓄电站均有可能取得YCC(规模蓄电技术经济效益的判据)指数达1.0的运行效果,且有较高的安全保障。

一场动摇钠硫电池前景的火灾

作为新一代电力存储系统,钠硫电池备受期待,但钠硫电池的电极使用钠,有遇水爆炸的危险,因此灭火时比普通火灾更为困难。但日本却发生了足可以动摇钠硫电池前景的火灾事故。据了解,目前推出钠硫电池产品的公司只有日本K子(NGK)一家。2011年9月21日上午前7点20分左右,设置于日本茨城县三菱材料筑波制作所内的钠硫电池(日本NGK制)起火引发火灾。直到10月5日下午3点25分大火才终于被扑灭,历时2周之久。日本NGK在事故发生当天成立了事故调查委员会,并同时宣布将暂停生产钠硫电池。

由于钠硫电池的构造及工作原理,钠硫电池存在以下两大安全风险。第一,由于使用了钠,因此着火时不能浇水。必须采用沙子掩盖等手段来灭火,所以钠硫电池的设置单位及消防机构需要采取特殊措施。第二,由于钠硫电池的工作温度需达300—350℃,当电池单元着火时,火势就容易向周围的其他电池单元蔓延,而且控制火势需要大量时间。

据日本NGK介绍,发生事故的钠硫电池中混入了1个“不合格”的电池单元,该电池单元的破损导致高温溶融物(液态的钠和硫)从内部流出。每个电池模块分成4个区块,各区块之间设有防止短路及火势蔓延的砂层。但此次溶融物越过砂层流出,因此相邻的区块之间发生了短路。各区块内部设有用来防止大电流持续流过的保险丝,但相邻区块之间则未设置。

由于区块间发生了短路,随着大电流的连续流过,模块内部开始发热,使更多的电池单元发生破损。这样,在发生火灾的同时,再加上溶融物流出,火势便蔓延到了整个模块,进而使受损范围扩大到了相邻的模块。

在火灾事故发生后,日本NGK公布了防止事故再次发生的对策,包括在相邻区块间设置保险丝,这样即使发生短路,也可降低大电流连续流过的概率;为防备溶融物流出,在区块间设置防短路板,进一步保证区块间不会因溶融物流出而短路;为避免火势蔓延,在模块间设置防火势蔓延板。

对于不合格的电池单元嵌入模块的原因,日本NGK推测是“制造工序中混入了异物等,这种超出设计允许范围的问题叠加之后,导致安全功能未能发挥作用”。但是,有问题的那个电池单元已经烧毁了,所以真正原因无法确定。因此,该公司目前的方针是加强制造工序的管理并对全部产品实施检查,由此来防止不合格的电池单元嵌入模块。

钠硫电池的单位重量能量密度高达铅蓄电池的约3倍,有望在新一代电网中承担多种作用,比如通过负荷均衡化来降低最大电力使用量(削峰),以及解决可再生能源的功率输出波动问题,等等。因此,旨在普及钠硫电池的环境建立工作也在急速推进之中。

2007年日本消防法修订了“与危险品限制相关的规定”,改为允许将不同种类的危险品装入同一容器内运输或储藏,这一措施主要是为了能够轻松设置钠硫电池,因为钠硫电池使用了日本消防法定义为第二类危险品(可燃性固体)的硫,以及定义为第三类危险品(自燃性物质及禁水性物质)的钠。根据这一修订,只要容器及设置场所达到一定标准,即可较轻松地设置钠硫电池。

不过,此次事故说明钠硫电池的安全技术及火灾对策尚未成熟。实际上,除了上面提到的防止事故再次发生的对策之外,日本NGK还提出了安全强化对策,比如“建立用来在早期发现火灾的监控体制”、“设置灭火防火设备并建立灭火体制”,以及“制定火灾发生时的逃生线路并建立引导疏散体制”,要求客户实施。另外,对于在医院及

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