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    NFPA協助開展儲能系統新研究

    瀏覽次數: 日期:2021-01-21 打印
    由于儲能系統(ESS)使用范圍不斷擴大,標準制定機構、設計人員、安裝人員以及消防人員均因缺乏針對這些儲能裝置的明確的防火指示而面臨挑戰。美國消防協會(NFPA)及其附屬研究機構——美國防火研究基金會已作出積極的努力,以確保以安全的方式使用儲能系統(ESS),并使消防部門了解如何對消防事故響應。
     
    在PIRG(財產保險研究小組)、NEC Solutions、以及Retriev Technologies的協助下,美國防火研究基金會近期又完成了一個儲能系統(ESS)研究項目,該項目旨在確定商用建筑中并網鋰離子電池儲能系統的噴淋保護指南。在研究過程中,美國法特瑞互助保險公司(FM Global)進行了小規模和大規模的自由燃燒試驗和大規模的噴淋保護燃燒試驗,以提出噴淋保護建議。這些史無前例的研究測試揭示了采用替代能源技術的傳統噴水器設計功能。
     
    推動更加智能/更加高效的能源
     
    儲能系統裝置的數量急劇增加,這是因為企業、市政府以及消費者均傾向于使用效率更高且更節省成本的可再生能源。儲能系統的主要優點包括:可補充再生能源,具有負載平衡的特點,以及具備調峰功能。Wood Mackenzie 電力和可再生能源項目的一份報告顯示,2018-2024這6年,全球儲能系統部署規模將擴大13倍,其中美國和中國的增幅最大。這一預測趨勢加上政府的推動以及消費者的關注促使消防救援人員以及負責設計、建造和維護設施的人員積極了解儲能系統的安全問題。
     
    技術帶來的挑戰
     
    使用最新的儲能系統,可在較小的空間內存儲更多的能量,可提升能量密度,同時也增加了與某些儲能系統相關的火災風險以及生命安全危害。在與儲能系統相關的眾多潛在危險中,儲能過剩只是其中一個潛在危險。為了盡力確保安全,我們需要盡量了解這些新技術以及可減少這些新技術的危害的最佳實踐。
     
    可將儲能系統裝置安裝在偏遠區域、高密度商業樓宇或城市及郊區的住宅建筑內的隔離罩中。要針對不同的使用環境制定周全而有效的消防策略,應考慮到與規劃和救援相關的各種事項,包括防火分隔、滅火、通知系統以及應急響應協議。
     
    鋰離子電池儲能系統的一個主要問題是,在應用中出現問題時,電池會釋放易燃和有毒氣體并產生大量的熱。儲能系統電池通常采用塑料包裝,這也會加重火災荷載。機械損傷(壓碎、刺破、浸泡)、熱濫用(過熱)或電氣濫用(短路、過充電、快速放電)都會引起鋰離子電池火災。
     
    NFPA于19年夏天發布新的儲能系統標準
     
    為回答與儲能系統技術相關的問題,NFPA制定了首項針對儲能系統裝置的綜合消防標準。在2019年9月發布備受矚目的NFPA 855 固定儲能系統安裝標準。該標準包含關于儲能系統技術、技術使用環境、ESS裝置的尺寸和隔離,以及相應的滅火和火災控制系統的要求。
     
    美國防火研究基金會已開展了多項關于電池技術的研究項目,這些研究項目所取得的成果將有助于制定NFPA 855。這些研究項目深入研究了一般電池危害以及使用評估;消防員在響應涉及儲能系統裝置的火災事故時的安全問題;光伏系統的火災救援解決方案;鋰離子電池內的滯留電能;鋰離子電池儲能系統的最新噴淋保護。
     
    鋰離子儲能系統的自由燃燒試驗
     
    2019年六月發表的新報告制定鋰離子電池儲能系統噴淋保護指導。此前的研究表明,水和噴淋系統是針對鋰離子電池火災最有效的滅火方式。在此前研究的基礎上,該研究表明在每次安裝過程中會出現無數的變量,要針對這些變量制定規范性的設計標準仍有大量未知情況,并且缺乏公開的可用數據。但是,該報告提供了公共測試數據,使人們能夠更加全面地了解如何保護ESS裝置以及(更重要的是)如何保護與ESS裝置同處一幢建筑內的人們和/或響應ESS緊急事故的專業人士。
     
    對兩種化學組成不同的電池進行測試。所測試的兩種化學物質為磷酸鐵鋰(LFP)和鎳錳鈷氧化物(NMC)。對這兩種電池化學物質進行了一系列的測試,包括小規模、中等規模和大規模的自由燃燒測試以及大規模噴淋滅火測試。小規模自由燃燒測試用于確認外部熱源是否會在電池內產生熱失控反應,并提供關于燃燒特性的基準數據。換句話說,在對昂貴的大尺寸裝置進行測試之前,研究人員希望能夠通過小規模的燃燒測試來預測大型裝置的燃燒情況。如果小規模的測試表明電池無法點燃,則無需繼續進行測試。中等規模的自由燃燒測試用于確定火災蔓延到相鄰的模塊的可能性。大規模的自由燃燒測試用于評估整體火災風險以及噴淋保護的性能。
     
    每次自由燃燒試驗都表明,NMC設備在火燒強度以及環境熱輻照量方面的風險均大于LFP設備。在大規模自由燃燒試驗中,NMC模塊的最高熱釋放率幾乎是LFP模塊的5倍。LFP模塊與NMC模塊在火勢蔓延方面也存在差異。
     
    儲能系統的噴淋測試
     
    研究人員根據燃燒試驗的結果開展了大規模的噴淋試驗,以驗證傳統噴淋保護設計的功能。雖然尚沒有關于儲能系統保護的具體標準,但NFPA 13中針對額外危害防護的傳統噴淋保護標準“噴淋系統安裝標準”以及期待已久的NFPA 855標準要求系統面積達到230m2,密度達到12mm/min。所用的噴水器為K81 L/min/bar1/2額定溫度為74°C的快速響應噴水器。考慮到最壞的情況,噴水器的安裝間距為3 m x 3 m,安裝于天花板下0.3米。在設計區域中共安裝了49個噴水器,其中4個用于噴水,剩余45個用于顯示操作狀態但不噴水。還安裝了一個靶板架,用于評估火勢蔓延情況。
     
    研究結論
     
    新的測試表明了不同儲能系統電池的化學組成的變化。雖然研究得出了一些結果,但電池化學組成的變化,甚至是建筑材料、電池特性或電池架設計都會提高或降低電池的火災風險。
     
    根據防火測試結果,以下建議可提高安全性:注意間隔距離(如圖所示);注意儲能系統裝置所在房間的總面積;供水量應當為相鄰電池架數量的45倍。
     
    ▼根據大規模試驗結果推薦的間隔距離
     

    推薦間隔

    電池技術

    可燃性

    噴淋

    不噴淋

    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

     
     
    保護世界以及緊急救援人員
     
    關于儲能系統的新研究報告以及即將發布的ESS(儲能系統)標準同樣表明,NFPA致力于減少火災風險以及電氣及相關危險。今年早些時候,美國消防協會發布了另一個關于儲能系統的寶貴資源- 經更新和改進的NFPA儲能及太陽能系統安全培訓(消防版),這有助于幫助救援人員安全地處理涉及高用及住宅高壓儲能和光伏系統的緊急情況。該自定進度的培訓計劃有效使用互動視頻、動畫(包括3D動畫)、模擬和回顧訓練來闡述儲能及太陽能系統的概念,包括用途、類型、術語、故障類型和危害、預防規劃以及應急響應程序。
     
    消息來源:《消防科技簡報》,有修改刪減
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