中國儲能網(wǎng)訊：安全是萬億級儲能規(guī)?；l(fā)展的基礎(chǔ)。
近期，多起儲能系統(tǒng)起火及爆炸事故的發(fā)生，從澳大利亞昆士蘭州50MW/100MWh儲能項目火災(zāi)，到法國經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)百萬歐元的養(yǎng)雞場光伏儲能裝置爆炸，引發(fā)了行業(yè)熱議。
2017年至今，全球電化學(xué)儲能電站已發(fā)生超過80起安全事故，其中部分事故燃燒時間長，儲能火災(zāi)消防救援難度大。如國內(nèi)影響較大的北京“大紅門”儲能電站起火爆炸事故，造成了1名值班電工遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷，直接財產(chǎn)損失達(dá)1660.81萬元。
頻頻發(fā)生的起火及爆炸事故背后，反映的正是儲能產(chǎn)業(yè)日益劇增的安全風(fēng)險，也再次為行業(yè)敲響了警鐘。
儲能產(chǎn)業(yè)燃爆風(fēng)險飆升
全球儲能電站火災(zāi)事故中，60%以上采用的是三元電池。三元鋰電池在內(nèi)部溫度超過200℃左右的破損自燃點(diǎn)時，正極材料會分解并釋放氧氣，在高溫下大量電解液會汽化并破壞電池殼體，在短短幾秒鐘的時間內(nèi)產(chǎn)生劇烈的爆燃，且一直持續(xù)到能量釋放完畢。
磷酸鐵鋰電池自燃點(diǎn)約500℃，相較于三元電池不易自燃。但磷酸鐵鋰電池小電芯熱失控最高溫度在400~500°C，大電芯熱失控最高溫度卻高達(dá)700~900°C，大容量電池?zé)崾Э貢r內(nèi)部溫度超過磷酸鐵鋰正極材料分解溫度。大容量磷酸鐵鋰電池正極材料分解將產(chǎn)生大量可燃電解液蒸汽（含氫氣等，不含氧氣），隨著SOC增加，氫氣濃度增加，可達(dá)50%以上（氫氣的爆炸極限是4％～75.6％），爆炸風(fēng)險更高，不過燃燒劇烈程度較三元電池更低。
中國科學(xué)院院士歐陽明高也曾指出，針對320Ah LFP電池單體的側(cè)向加熱實驗顯示，電池內(nèi)部溫度超過823.5°C時，超過磷酸鐵鋰正極分解溫度，將產(chǎn)生大量可燃電解液蒸汽。在大容量電池中，磷酸鐵鋰電池的燃爆指數(shù)是三元電池的兩倍，一旦遇到火花更為危險。
當(dāng)前，儲能行業(yè)正在向高容量方向發(fā)展。儲能電芯容量已發(fā)展到主流的280Ah，并繼續(xù)朝300Ah+方向發(fā)展；儲能系統(tǒng)容量發(fā)展到主流的20尺3.72MWh產(chǎn)品，并向20尺5MWh+液冷系統(tǒng)方向發(fā)展； 儲能電站容量逐步向百M(fèi)W級甚至GW級大型儲能電站發(fā)展。
高容量發(fā)展趨勢下，儲能產(chǎn)業(yè)的燃爆風(fēng)險也顯著提高，這促使儲能產(chǎn)業(yè)對水消防、氣體消防、早期預(yù)警檢測和排氣設(shè)計等消防設(shè)計提出了更高的要求，對相關(guān)部件的防爆要求也將趨向于更加嚴(yán)格。
儲能通風(fēng)裝置安全隱患及使用痛點(diǎn)
眾所周知，儲能系統(tǒng)內(nèi)部電芯熱失控之后會產(chǎn)生大量的H?、CH?、C?H?、CO等易燃易爆氣體，并可能由于可燃?xì)怏w不能及時排出而引發(fā)爆炸。
因此，儲能集裝箱的通風(fēng)系統(tǒng)就顯得格外重要。電池單體一般通過排氣閥排出氣體，模組階段一般使用外部風(fēng)扇或外殼自身散熱設(shè)計來避免可燃?xì)怏w聚集，在最后的集裝箱層面也需要有通風(fēng)設(shè)施及監(jiān)測系統(tǒng)來疏散可燃?xì)怏w。
市場主流的儲能消防系統(tǒng)中，一般每個20尺儲能柜會配置一進(jìn)一出2個風(fēng)機(jī)，每個40尺或45尺儲能柜會配置3~4個防爆風(fēng)機(jī)、進(jìn)風(fēng)口、電動百葉等。
在電池?zé)崾Э匕l(fā)生后，通風(fēng)系統(tǒng)需疏散大量易燃易爆氣體，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的排風(fēng)泄壓，以減少熱失控擴(kuò)散帶來的損失。作為儲能系統(tǒng)的“保險絲”，其本身也必須滿足防爆要求。
目前已有多項儲能行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確提出了對儲能系統(tǒng)中通風(fēng)裝置的防爆要求。
7月1日起實施的《電化學(xué)儲能電站安全規(guī)程》（國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 42288-2022）中第5.7.1條明確規(guī)定“電池室/艙應(yīng)裝設(shè)環(huán)境溫度控制系統(tǒng)、防爆型通風(fēng)裝置，電池室/艙外應(yīng)設(shè)置排風(fēng)開關(guān)。”
2022年6月，住建部發(fā)布的《電化學(xué)儲能電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》中也提到了對電池室通風(fēng)系統(tǒng)的要求，包括“通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用防爆型設(shè)備”、“當(dāng)電池室自動滅火系統(tǒng)啟動時，應(yīng)聯(lián)動關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)”等。
《電化學(xué)儲能電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》（節(jié)選）
不過在實際應(yīng)用過程中，目前市場主流的防爆通風(fēng)裝置仍然存在部分安全隱患及使用痛點(diǎn)。
安全隱患在于：
1.目前防爆通風(fēng)裝置僅電機(jī)防爆，百葉窗驅(qū)行機(jī)構(gòu)（電動推桿）無法在易燃易爆氣體環(huán)境下使用；
2.電動推桿隨時有外泄火花風(fēng)險；
3.驅(qū)動機(jī)構(gòu)失電后無法正常驅(qū)動通風(fēng)裝置開/關(guān)。
使用痛點(diǎn)在于：
1. 間接驅(qū)動增大機(jī)械誤差，無法關(guān)嚴(yán)的情況頻繁發(fā)生，且沒有反饋信號并入消防主機(jī)控制系統(tǒng)，這會導(dǎo)致外界水汽、灰塵等滲入系統(tǒng)內(nèi)部；
2. 部分-40°C的地區(qū)無法使用；
3.滅火氣體噴出時無法自鎖，導(dǎo)致滅火氣體、滅火劑使用效率低，如有明火出現(xiàn)，還會有火勢蔓延的風(fēng)險。
使用電動推桿的儲能風(fēng)機(jī)
在《電化學(xué)儲能電站安全規(guī)程》中只要求是“防爆型通風(fēng)裝置”，并未具體說明防爆型的通風(fēng)裝置內(nèi)部各部件應(yīng)該達(dá)到的防爆等級，且是否內(nèi)部每個部件都應(yīng)該防爆，因此上述配置電動推桿的防爆風(fēng)機(jī)也能順利通過驗收。
事實上，99%的國內(nèi)業(yè)主并不知道，很多設(shè)備廠家打了個擦邊球，在風(fēng)機(jī)內(nèi)部配置了不滿足氣體環(huán)境防爆要求的電動推桿來控制百葉窗閥、風(fēng)閥或者風(fēng)門擋板的開關(guān)，“保險絲”反而成了“引火線”。
與之形成對比的是，部分儲能系統(tǒng)集成商在做國外項目時，會選擇防爆執(zhí)行器來代替電動推桿。因為國外業(yè)主要么根據(jù)當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)，尤其是北美地區(qū)的很多法規(guī)由消防單位制定，對防火防爆的要求比較高，要么自身具有這方面的防爆知識儲備，對此會有一些硬性要求。
儲能風(fēng)閥驅(qū)動防爆要求或可參考石化行業(yè)
在可燃性氣體環(huán)境中，針對儲能風(fēng)閥驅(qū)動部分的防爆要求或許可以參考石化行業(yè)。
一開始，在初期階段的石化、制藥建筑行業(yè)也有很多爆炸風(fēng)險，大家也像今天的儲能產(chǎn)業(yè)一樣打擦邊球，在風(fēng)閥上使用推桿驅(qū)動，但爆炸次數(shù)太多了，因此制藥、石化等領(lǐng)域漸漸完善了相關(guān)法規(guī)。
經(jīng)過長期的發(fā)展，在海工、石化、制藥建筑等領(lǐng)域，爆炸性氣體危險場所按其危險程度大小劃分為：0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)，爆炸性粉塵危險場所劃分為：20區(qū)、21區(qū)、22區(qū)。目前儲能行業(yè)大量采用的電動推桿普遍無防爆，少數(shù)產(chǎn)品滿足21區(qū)、22區(qū)防爆，這主要是因為這些電動推桿主要應(yīng)用于谷倉、糧倉等粉塵環(huán)境，并不是為儲能領(lǐng)域而設(shè)計。
爆炸性危險場所等級劃分
根據(jù)儲能集成系統(tǒng)的特點(diǎn)，除明確防爆區(qū)域外，還需對防爆氣體的分類和等級有明確要求。IIC作為防爆使用場所的典型代表有氫氣、甲烷、乙烷、甲炔、乙炔等。而IIIC在國標(biāo)規(guī)定中只適用于可導(dǎo)電性粉塵爆炸物，IIB更是不包含氫氣選項。儲能行業(yè)目前大量使用的電動推桿也普遍無防爆，少數(shù)可達(dá)到IIB級，但在氫氣環(huán)境中根本無法安全使用。
防爆氣體分類
鋰電池?zé)崾Э睾髮a(chǎn)生大量的H?、CH?、C?H?、CO等氣體，從爆炸性氣體危險場所以及防爆氣體分類兩個標(biāo)準(zhǔn)來看，儲能產(chǎn)業(yè)需要的風(fēng)閥驅(qū)動產(chǎn)品應(yīng)該同時滿足1區(qū)、2區(qū)氣體環(huán)境防爆要求，以及達(dá)到IIC級或IIB+H?級防爆。
前事不忘，后事之師。儲能行業(yè)仍處在野蠻生長階段，但最終將與石化、海工產(chǎn)業(yè)相似，在爆炸事故大量發(fā)生之后法規(guī)慢慢健全。而如果能有一些具備安全意識的儲能業(yè)主或者集成商們提前意識到這一點(diǎn)，并主動抓住這個機(jī)會完善自身安全體系，必將對自身的未來和儲能產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展大有裨益。
羅托克儲能防爆執(zhí)行器
儲能行業(yè)對于防爆產(chǎn)品的要求必然趨向于更加嚴(yán)格，而被大量采用的電動推桿顯然也無法滿足儲能風(fēng)閥控制部分的防爆要求。
羅托克作為流體控制及儀器公司，在石油、化工、電力等行業(yè)積淀了大量的液體、氣體及粉末流體生產(chǎn)環(huán)境防爆產(chǎn)品經(jīng)驗，也因此得以快速切入鋰電領(lǐng)域，并針對性地推出了儲能防爆執(zhí)行器解決方案。
羅托克MAX系列角行程執(zhí)行器，產(chǎn)品為一體防爆設(shè)計，且安全、小巧、易安裝，適用于 1,2區(qū)危險區(qū)域，滿足氣體與粉塵防爆環(huán)境中CT6等級要求，無需外部防爆箱即能達(dá)到防爆性能。
羅托克MAX系列角行程執(zhí)行器
作為電動執(zhí)行器頭部企業(yè)，羅托克在全球共有12家工廠，其中上海工廠設(shè)立于2006年，皆受益于羅托克嚴(yán)格的質(zhì)量管控體系。羅托克現(xiàn)有防爆證書: 歐洲ATEX認(rèn)證、北美CSA認(rèn)證（包含UL913認(rèn)證，涵蓋NEC及NFPA70防爆標(biāo)準(zhǔn)體系）、國際標(biāo)準(zhǔn)IECEx認(rèn)證、UL認(rèn)證、3C認(rèn)證、Inmetro認(rèn)證（巴西）、EAC認(rèn)證（俄羅斯）、IP66等。
此外，相較于電動推桿，角行程執(zhí)行器產(chǎn)品除了滿足氣體環(huán)境防爆要求外，還有效解決了當(dāng)前電動推桿產(chǎn)品關(guān)不嚴(yán)、低溫?zé)o法使用、無法復(fù)位等一系列使用痛點(diǎn)。
總的看來，隨著相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)體系的健全、儲能行業(yè)防爆要求的提升，以及儲能業(yè)主和集成商安全意識的提升，防爆執(zhí)行器也有望成為儲能產(chǎn)業(yè)的新選擇。
