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    行业动态

    NFPA协助开展储能系统新研究

    浏览次数: 日期:2021-01-21 打印
    由于储能系统(ESS)使用范围不断扩大,标准制定机构、设计人员、安装人员以及消防人员均因缺乏针对这些储能装置的明确的防火指示而面临挑战。美国消防协会(NFPA)及其附属研究机构——美国防火研究基金会已作出积极的努力,以确保以安全的方式使用储能系统(ESS),并使消防部门了解如何对消防事故响应。
     
    在PIRG(财产保险研究小组)、NEC Solutions、以及Retriev Technologies的协助下,美国防火研究基金会近期又完成了一个储能系统(ESS)研究项目,该项目旨在确定商用建筑中并网锂离子电池储能系统的喷淋保护指南。在研究过程中,美国法特瑞互助保险公司(FM Global)进行了小规模和大规模的自由燃烧试验和大规模的喷淋保护燃烧试验,以提出喷淋保护建议。这些史无前例的研究测试揭示了采用替代能源技术的传统喷水器设计功能。
     
    推动更加智能/更加高效的能源
     
    储能系统装置的数量急剧增加,这是因为企业、市政府以及消费者均倾向于使用效率更高且更节省成本的可再生能源。储能系统的主要优点包括:可补充再生能源,具有负载平衡的特点,以及具备调峰功能。Wood Mackenzie 电力和可再生能源项目的一份报告显示,2018-2024这6年,全球储能系统部署规模将扩大13倍,其中美国和中国的增幅最大。这一预测趋势加上政府的推动以及消费者的关注促使消防救援人员以及负责设计、建造和维护设施的人员积极了解储能系统的安全问题。
     
    技术带来的挑战
     
    使用最新的储能系统,可在较小的空间内存储更多的能量,可提升能量密度,同时也增加了与某些储能系统相关的火灾风险以及生命安全危害。在与储能系统相关的众多潜在危险中,储能过剩只是其中一个潜在危险。为了尽力确保安全,我们需要尽量了解这些新技术以及可减少这些新技术的危害的最佳实践。
     
    可将储能系统装置安装在偏远区域、高密度商业楼宇或城市及郊区的住宅建筑内的隔离罩中。要针对不同的使用环境制定周全而有效的消防策略,应考虑到与规划和救援相关的各种事项,包括防火分隔、灭火、通知系统以及应急响应协议。
     
    锂离子电池储能系统的一个主要问题是,在应用中出现问题时,电池会释放易燃和有毒气体并产生大量的热。储能系统电池通常采用塑料包装,这也会加重火灾荷载。机械损伤(压碎、刺破、浸泡)、热滥用(过热)或电气滥用(短路、过充电、快速放电)都会引起锂离子电池火灾。
     
    NFPA于19年夏天发布新的储能系统标准
     
    为回答与储能系统技术相关的问题,NFPA制定了首项针对储能系统装置的综合消防标准。在2019年9月发布备受瞩目的NFPA 855 固定储能系统安装标准。该标准包含关于储能系统技术、技术使用环境、ESS装置的尺寸和隔离,以及相应的灭火和火灾控制系统的要求。
     
    美国防火研究基金会已开展了多项关于电池技术的研究项目,这些研究项目所取得的成果将有助于制定NFPA 855。这些研究项目深入研究了一般电池危害以及使用评估;消防员在响应涉及储能系统装置的火灾事故时的安全问题;光伏系统的火灾救援解决方案;锂离子电池内的滞留电能;锂离子电池储能系统的最新喷淋保护。
     
    锂离子储能系统的自由燃烧试验
     
    2019年六月发表的新报告制定锂离子电池储能系统喷淋保护指导。此前的研究表明,水和喷淋系统是针对锂离子电池火灾最有效的灭火方式。在此前研究的基础上,该研究表明在每次安装过程中会出现无数的变量,要针对这些变量制定规范性的设计标准仍有大量未知情况,并且缺乏公开的可用数据。但是,该报告提供了公共测试数据,使人们能够更加全面地了解如何保护ESS装置以及(更重要的是)如何保护与ESS装置同处一幢建筑内的人们和/或响应ESS紧急事故的专业人士。
     
    对两种化学组成不同的电池进行测试。所测试的两种化学物质为磷酸铁锂(LFP)和镍锰钴氧化物(NMC)。对这两种电池化学物质进行了一系列的测试,包括小规模、中等规模和大规模的自由燃烧测试以及大规模喷淋灭火测试。小规模自由燃烧测试用于确认外部热源是否会在电池内产生热失控反应,并提供关于燃烧特性的基准数据。换句话说,在对昂贵的大尺寸装置进行测试之前,研究人员希望能够通过小规模的燃烧测试来预测大型装置的燃烧情况。如果小规模的测试表明电池无法点燃,则无需继续进行测试。中等规模的自由燃烧测试用于确定火灾蔓延到相邻的模块的可能性。大规模的自由燃烧测试用于评估整体火灾风险以及喷淋保护的性能。
     
    每次自由燃烧试验都表明,NMC设备在火烧强度以及环境热辐照量方面的风险均大于LFP设备。在大规模自由燃烧试验中,NMC模块的最高热释放率几乎是LFP模块的5倍。LFP模块与NMC模块在火势蔓延方面也存在差异。
     
    储能系统的喷淋测试
     
    研究人员根据燃烧试验的结果开展了大规模的喷淋试验,以验证传统喷淋保护设计的功能。虽然尚没有关于储能系统保护的具体标准,但NFPA 13中针对额外危害防护的传统喷淋保护标准“喷淋系统安装标准”以及期待已久的NFPA 855标准要求系统面积达到230m2,密度达到12mm/min。所用的喷水器为K81 L/min/bar1/2额定温度为74°C的快速响应喷水器。考虑到最坏的情况,喷水器的安装间距为3 m x 3 m,安装于天花板下0.3米。在设计区域中共安装了49个喷水器,其中4个用于喷水,剩余45个用于显示操作状态但不喷水。还安装了一个靶板架,用于评估火势蔓延情况。
     
    研究结论
     
    新的测试表明了不同储能系统电池的化学组成的变化。虽然研究得出了一些结果,但电池化学组成的变化,甚至是建筑材料、电池特性或电池架设计都会提高或降低电池的火灾风险。
     
    根据防火测试结果,以下建议可提高安全性:注意间隔距离(如图所示);注意储能系统装置所在房间的总面积;供水量应当为相邻电池架数量的45倍。
     
    ▼根据大规模试验结果推荐的间隔距离
     

    推荐间隔

    电池技术

    可燃性

    喷淋

    不喷淋

    NMC

    易燃

    2.7m

    4.0m

    不易燃

    1.8m

    2.4m

    LEP

    易燃

    1.5m

    1.8m

    不易燃

    0.9m

    1.2m

     
     
    保护世界以及紧急救援人员
     
    关于储能系统的新研究报告以及即将发布的ESS(储能系统)标准同样表明,NFPA致力于减少火灾风险以及电气及相关危险。今年早些时候,美国消防协会发布了另一个关于储能系统的宝贵资源- 经更新和改进的NFPA储能及太阳能系统安全培训(消防版),这有助于帮助救援人员安全地处理涉及高用及住宅高压储能和光伏系统的紧急情况。该自定进度的培训计划有效使用互动视频、动画(包括3D动画)、模拟和回顾训练来阐述储能及太阳能系统的概念,包括用途、类型、术语、故障类型和危害、预防规划以及应急响应程序。
     
    消息来源:《消防科技简报》,有修改删减
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