A capacidade das baterias de armazenamento de energia está ficando cada vez maior, como resolver o risco de segurança?

Nos últimos anos, a indústria de armazenamento de energia do meu país apresentou um crescimento explosivo.

Para melhor aproveitar o mercado e buscar maiores benefícios econômicos, as empresas de energia continuam a otimizar a estrutura e o design das baterias de armazenamento de energia para obter maior densidade de energia e vida útil mais longa. Combinando algumas das principais empresas de fabricação de armazenamento de energia, o desenvolvimento de "grande capacidade" também se tornou uma tendência importante no momento.

A bateria de armazenamento de energia laminada L500 tipo 325Ah produzida pela Honeycomb Energy tem apenas 21MM de espessura, que é 2/3 mais fina que a bateria de armazenamento de energia de 280Ah;

O produto de célula de armazenamento de energia 315Ah da Envision Power aumentou a densidade de energia em 11% com base em manter o tamanho inalterado;

A bateria de armazenamento de energia em grande escala de 320Ah produzida pela Penghui Energy tem um único aumento de capacidade de 14%;

A EVE Lithium Energy lançou uma célula de armazenamento de energia de ultragrande capacidade de 560Ah, e uma única bateria pode armazenar 1.792kWh de energia;

No entanto, a grande capacidade também introduz novos desafios para o desenvolvimento de baterias de armazenamento de energia.

À medida que a capacidade aumenta, a densidade de energia dentro da bateria também aumenta correspondentemente, o que leva a uma maior liberação de energia e a riscos de segurança mais graves.

Nos últimos anos, incêndios e explosões em usinas de armazenamento de energia ocorreram de tempos em tempos, e casos graves podem até causar mortes de funcionários. A segurança dos sistemas de armazenamento de energia sempre foi um tema de preocupação.

Na 4ª Conferência Internacional de Intercâmbio de Veículos de Nova Energia e Baterias de Energia (CIBF2023 Shenzhen), Ouyang Minggao, acadêmico da Academia Chinesa de Ciências, disse que as baterias de fosfato de ferro e lítio são geralmente consideradas relativamente seguras, e isso é verdade para pequenas baterias de lítio baterias de fosfato de ferro em essência. No entanto, para uma bateria de grande capacidade, a temperatura interna pode exceder 800 graus, o que excede a temperatura de decomposição do cátodo de fosfato de ferro e lítio.

Para baterias de tamanho pequeno, porque há uma reação em cadeia no meio, há uma partição e o material do eletrodo positivo basicamente não é decomposto até que esteja acima de 500 graus, portanto, baterias pequenas não estão nessa faixa. No entanto, a capacidade da bateria pode atingir 700-900 graus e pode romper e atravessar o separador, causando a decomposição do material do eletrodo positivo. As atuais baterias de armazenamento de energia são basicamente de mais de 300 ampères-hora (Ah), o que ainda é muito perigoso.

Por um lado, é necessário expandir a capacidade e reduzir custos e, por outro lado, é necessário manter o resultado final dos riscos de segurança. Como equilibrar os dois?

A indústria de armazenamento de energia atribui grande importância à segurança da bateria

Enquanto as usinas de armazenamento de energia estão se desenvolvendo em direção a grandes capacidades, a segurança do armazenamento de energia e a proteção contra incêndio também enfrentarão testes mais severos. A segurança é a linha de fundo para o desenvolvimento da indústria de armazenamento de energia.

De acordo com estatísticas da Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance, desde 2011, houve mais de 70 acidentes de segurança de armazenamento de energia em todo o mundo. Em 2022, haverá 17 acidentes de armazenamento de energia em todo o mundo, excluindo o armazenamento doméstico.

O Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica da China apontou no relatório de análise do acidente que existem duas causas principais da explosão da estação de energia: por um lado, a causa raiz da combustão e explosão da bateria de íons de lítio é a fuga térmica da bateria. Por exemplo, a segurança e a qualidade da bateria de armazenamento de energia não podem ser garantidas. Escapamento térmico; por outro lado, o BMS, PCS, transformador e equipamentos de proteção de relé relacionados e equipamentos de comunicação incluídos no sistema de armazenamento de energia da bateria podem ter defeitos de qualidade, processo de instalação e comissionamento fora do padrão, configurações irracionais e isolamento insuficiente. , direta ou indiretamente causam problemas de segurança no sistema de armazenamento de energia.

Em caso de acidente, além dos perigos causados ​​pelo incêndio e explosão em si, produtos químicos tóxicos também podem ser liberados para causar perigos químicos, e até mesmo perigos elétricos ou físicos podem ocorrer quando o pessoal relevante reparar ou resgatar o sistema de armazenamento de energia . .

A demanda por controle de temperatura de armazenamento de energia e proteção contra incêndio aumentou. A edição de 2014 do padrão nacional "Código para Projeto de Centrais Elétricas de Armazenamento de Energia Eletroquímica" tem sido difícil de atender ao rápido desenvolvimento dos requisitos de segurança de armazenamento de energia. Além dos padrões nacionais, existem apenas alguns padrões empresariais, padrões de grupo, padrões locais, padrões americanos NFPA855, UL9540, etc. como referências. Os padrões de segurança do armazenamento de energia ainda precisam ser regulamentados.

A nova norma nacional para segurança de armazenamento de energia GB/T 42288-2022 "Regulamentos de segurança para centrais elétricas de armazenamento de energia eletroquímica" foi aprovada pela Administração Estatal de Regulamentação do Mercado (Comitê de Normas) e será oficialmente implementada em julho deste ano. Os padrões de segurança de armazenamento de energia estão melhorando gradualmente e se tornando mais rígidos, caminhando para a padronização, uma nova etapa de desenvolvimento em larga escala.

Devido aos frequentes acidentes de usinas de armazenamento de energia, os padrões de segurança de armazenamento de energia do meu país estão se aproximando dos padrões globais e estão constantemente melhorando e se tornando mais rígidos. Espera-se que a importância dos sistemas de proteção contra incêndio e controle de temperatura de armazenamento de energia aumente significativamente, e espera-se que dê início a um maior desenvolvimento.

Como as usinas de armazenamento de energia podem ser mais seguras?

Yang Yusheng, um acadêmico da Academia Chinesa de Engenharia, acredita que, atualmente, as baterias de alta energia, como as baterias ternárias de alto níquel, não devem ser o foco do desenvolvimento, e há incerteza sobre o sucesso de todas as baterias de estado sólido. . Atualmente, parece que a bateria de fosfato de ferro e lítio tem alta segurança e longa vida útil. Não utiliza metais como níquel ou cobalto. Pode se tornar a força principal, mas deve continuar a melhorar o desempenho de custo.

De acordo com Huidong, o principal especialista do Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica da China, teoricamente falando, o fosfato de ferro e lítio não é absolutamente seguro, mas relativamente seguro. Os acidentes de segurança de usinas de armazenamento de energia vistos até agora ocorrem frequentemente quando o alerta precoce está ausente ou atrasado. Além disso, as medidas de proteção contra incêndio existentes não são configuradas para incêndios e, eventualmente, se transformam em acidentes graves.

De acordo com as estatísticas incompletas do banco de dados global de armazenamento de energia da CNESA, haverá muitos acidentes com baterias ternárias de íon-lítio em 2021-2022, mas os projetos de baterias ternárias raramente são usados ​​nos últimos dois anos e são basicamente projetos anteriores. Existem 6 caixas de fosfato de ferro e lítio, 1 bateria de chumbo-ácido e os tipos de bateria restantes são desconhecidos.

Claro, com a posição chave do armazenamento de energia na meta de "carbono duplo" e o aumento no número de projetos colocados em operação, a supervisão da segurança do armazenamento de energia e pesquisas relacionadas também estão recebendo cada vez mais atenção.

O acadêmico Ouyang Minggao disse recentemente que o índice de explosão do fosfato de ferro-lítio em baterias de grande capacidade é o dobro do das baterias ternárias.

Diante de inúmeras rotas de tecnologia de armazenamento de energia, muitos especialistas disseram que, embora existam muitas rotas de tecnologia de bateria no momento, essas tecnologias existentes não serão a rota principal no futuro e tecnologias disruptivas definitivamente aparecerão no futuro.

No futuro, o objetivo da tecnologia de armazenamento de energia eletroquímica é "baixo custo, longa vida útil, alta segurança e fácil reciclagem", que aguarda inovação disruptiva e avanços tecnológicos.

Para melhorar a segurança das centrais de armazenamento de energia, é necessário tomar uma série de medidas:

Em primeiro lugar, deve ser reforçada a construção de um sistema de alerta precoce, incluindo monitoramento em tempo real de parâmetros como temperatura, tensão, corrente e pressão das usinas de armazenamento de energia, de modo a garantir que potenciais riscos de segurança possam ser detectados e respondeu em tempo hábil. Em segundo lugar, atendendo à particularidade das centrais termoeléctricas, são estabelecidas medidas especiais de protecção contra incêndios e planos de emergência para fazer face a emergências como os incêndios. Além disso, preste atenção ao design e ao processo do sistema de bateria, adote materiais avançados de isolamento térmico e tecnologia de dissipação de calor, controle efetivamente a temperatura e a liberação de energia da bateria e reduza os riscos potenciais à segurança. Ao mesmo tempo,

A Administração Nacional de Energia também afirmou que é necessário fortalecer a aceitação conectada à rede. As empresas da rede elétrica devem cooperar ativamente com a conexão à rede e a aceitação de usinas de armazenamento de energia eletroquímica e evitar "conexão de rede doente" para estações de energia que não atendem aos requisitos dos padrões técnicos de conexão à rede nacional (indústria). O plano de operação de agendamento deve ser otimizado e o intervalo de agendamento seguro da usina deve ser especificado no contrato de agendamento conectado à rede e rigorosamente implementado.