Die Kapazität von Energiespeicherbatterien wird immer größer. Wie lässt sich das Sicherheitsrisiko lösen?

In den letzten Jahren hat die Energiespeicherindustrie meines Landes ein explosionsartiges Wachstum eingeläutet.

Um den Markt besser zu erobern und größere wirtschaftliche Vorteile zu erzielen, optimieren Energieunternehmen weiterhin die Struktur und das Design von Energiespeicherbatterien, um eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer zu erreichen. Bei der Kombination einiger führender Hersteller von Energiespeichern ist die Entwicklung „großer Kapazitäten“ derzeit ebenfalls zu einem wichtigen Trend geworden.

Der von Honeycomb Energy hergestellte 325-Ah-Energiespeicherakku mit laminiertem Kurzmesser L500 ist nur 21 mm dick und damit 2/3 dünner als der 280-Ah-Energiespeicherakku.

Das 315-Ah-Energiespeicherzellenprodukt von Envision Power hat die Energiedichte bei unveränderter Größe um 11 % erhöht;

Die von Penghui Energy hergestellte 320-Ah-Großenergiespeicherbatterie weist eine einmalige Kapazitätssteigerung von 14 % auf;

EVE Lithium Energy hat eine 560-Ah-Energiespeicherzelle mit extrem großer Kapazität auf den Markt gebracht, und eine einzelne Batterie kann 1,792 kWh Energie speichern;

Die große Kapazität bringt jedoch auch neue Herausforderungen für die Entwicklung von Energiespeicherbatterien mit sich.

Mit zunehmender Kapazität nimmt auch die Energiedichte im Inneren der Batterie entsprechend zu, was zu einer höheren Energiefreisetzung und größeren Sicherheitsrisiken führt.

In den letzten Jahren kam es immer wieder zu Bränden und Explosionen in Energiespeicherkraftwerken, in schweren Fällen kann es sogar zu Todesfällen für Mitarbeiter kommen. Die Sicherheit von Energiespeichersystemen war schon immer ein Thema, das Anlass zur Sorge gab.

Auf der 4. Internationalen Austauschkonferenz für neue Energiefahrzeuge und Energiebatterien (CIBF2023 Shenzhen) sagte Ouyang Minggao, ein Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, dass Lithium-Eisenphosphat-Batterien im Allgemeinen als relativ sicher gelten, und dies gilt für kleine Lithiumbatterien Eisenphosphatbatterien im Wesentlichen. Bei einer Batterie mit großer Kapazität kann die Innentemperatur jedoch 800 Grad überschreiten, was über der Zersetzungstemperatur der Lithiumeisenphosphatkathode liegt.

Da bei kleinen Batterien eine Kettenreaktion in der Mitte stattfindet, gibt es eine Trennwand und das positive Elektrodenmaterial zersetzt sich im Grunde erst bei über 500 Grad, sodass kleine Batterien nicht in diesem Bereich liegen. Allerdings kann die Kapazität der Batterie 700–900 Grad erreichen und den Separator durchbrechen und durchqueren, was zur Zersetzung des positiven Elektrodenmaterials führt. Die aktuellen Energiespeicherbatterien haben grundsätzlich mehr als 300 Amperestunden (Ah), was immer noch sehr gefährlich ist.

Einerseits ist es notwendig, die Kapazität zu erweitern und die Kosten zu senken, und andererseits ist es notwendig, die Sicherheitsrisiken unter dem Strich aufrechtzuerhalten. Wie kann man beides in Einklang bringen?

Die Energiespeicherbranche legt großen Wert auf die Batteriesicherheit

Während sich Energiespeicherkraftwerke in Richtung großer Kapazität entwickeln, werden auch die Sicherheit der Energiespeicherung und der Brandschutz strengeren Anforderungen ausgesetzt sein. Sicherheit ist das A und O für die Entwicklung der Energiespeicherbranche.

Laut Statistiken der Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance gab es seit 2011 weltweit mehr als 70 Sicherheitsunfälle bei der Energiespeicherung. Im Jahr 2022 wird es weltweit 17 Energiespeicherunfälle geben, Haushaltspeicher ausgenommen.

Das China Electric Power Research Institute wies im Unfallanalysebericht darauf hin, dass es zwei Hauptursachen für die Explosion der Energiestation gibt: Einerseits ist die Hauptursache für die Verbrennung und Explosion der Lithium-Ionen-Batterie das thermische Durchgehen der Batterie. Beispielsweise kann die Sicherheit und Qualität des Energiespeichers nicht garantiert werden. Thermisches Durchgehen; Andererseits können BMS, PCS, Transformator und zugehörige Relaisschutzausrüstung und Kommunikationsausrüstung, die im Batterieenergiespeichersystem enthalten sind, Qualitätsmängel, nicht standardmäßige Installations- und Inbetriebnahmeprozesse, unangemessene Einstellungen und unzureichende Isolierung aufweisen. direkt oder indirekt zu Sicherheitsproblemen im Energiespeichersystem führen.

Im Falle eines Unfalls können zusätzlich zu den durch den Brand und die Explosion selbst verursachten Gefahren auch giftige Chemikalien freigesetzt werden, die chemische Gefahren verursachen, und sogar elektrische Gefahren oder physikalische Gefahren können auftreten, wenn das zuständige Personal das Energiespeichersystem repariert oder rettet . .

Die Nachfrage nach Temperaturregelung und Brandschutz für Energiespeicher ist gestiegen. Die Ausgabe 2014 des nationalen Standards „Code for Design of Electrochemical Energy Storage Power Stations“ war schwierig, der raschen Entwicklung der Sicherheitsanforderungen für die Energiespeicherung gerecht zu werden. Zusätzlich zu den nationalen Standards gibt es nur einige Unternehmensstandards, Gruppenstandards, lokale Standards, amerikanische Standards NFPA855, UL9540 usw. als Referenz. Die Sicherheitsstandards für Energiespeicher müssen noch weiter reguliert werden.

Die neue nationale Norm für Energiespeichersicherheit GB/T 42288-2022 „Sicherheitsvorschriften für Kraftwerke zur elektrochemischen Energiespeicherung“ wurde von der staatlichen Verwaltung für Marktregulierung (Standards Committee) genehmigt und wird im Juli dieses Jahres offiziell umgesetzt. Die Sicherheitsstandards für die Energiespeicherung werden schrittweise verbessert und strenger, was eine neue Stufe der groß angelegten Entwicklung darstellt.

Aufgrund der häufigen Unfälle in Energiespeicherkraftwerken nähern sich die Sicherheitsstandards für Energiespeicher in meinem Land den globalen Standards an und werden ständig verbessert und strenger. Die Bedeutung von Brandschutz- und Temperaturkontrollsystemen zur Energiespeicherung wird voraussichtlich deutlich zunehmen und eine weitere Entwicklung einleiten.

Wie können Energiespeicherkraftwerke sicherer werden?

Yang Yusheng, ein Akademiker der Chinesischen Akademie für Ingenieurwissenschaften, ist der Ansicht, dass Hochenergiebatterien wie ternäre Batterien mit hohem Nickelgehalt derzeit nicht im Mittelpunkt der Entwicklung stehen sollten und dass Unsicherheit über den Erfolg von Festkörperbatterien besteht . Derzeit scheint es, dass Lithium-Eisenphosphat-Batterien eine hohe Sicherheit und eine lange Lebensdauer aufweisen. Es werden keine Metalle wie Nickel oder Kobalt verwendet. Es kann zur Hauptkraft werden, muss aber die Kostenleistung weiter verbessern.

Laut Huidong, dem Chefexperten des China Electric Power Research Institute, ist Lithiumeisenphosphat theoretisch nicht absolut sicher, aber relativ sicher. Die bisher beobachteten Sicherheitsunfälle von Energiespeicherkraftwerken ereignen sich häufig dann, wenn die Frühwarnung fehlt oder hinterherhinkt. Darüber hinaus sind die bestehenden Brandschutzmaßnahmen nicht auf Brände ausgelegt, die letztlich zu schweren Unfällen führen können.

Den unvollständigen Statistiken der globalen Energiespeicherdatenbank CNESA zufolge wird es in den Jahren 2021 bis 2022 viele Unfälle mit ternären Lithium-Ionen-Batterien geben, aber die ternären Batterieprojekte wurden in den letzten zwei Jahren selten genutzt und es handelt sich im Grunde genommen um frühere Projekte. Es gibt 6 Fälle von Lithiumeisenphosphat, 1 Blei-Säure-Batterie und die übrigen Batterietypen sind unbekannt.

Angesichts der Schlüsselposition der Energiespeicherung im „Double Carbon“-Ziel und der zunehmenden Anzahl in Betrieb genommener Projekte erhalten natürlich auch die Überwachung der Energiespeichersicherheit und die damit verbundene Forschung immer mehr Aufmerksamkeit.

Der Akademiker Ouyang Minggao sagte kürzlich, dass der Explosionsindex von Lithiumeisenphosphat in Batterien mit großer Kapazität doppelt so hoch sei wie der von Ternärbatterien.

Angesichts der zahlreichen Routen zur Energiespeichertechnologie sagten viele Experten, dass es zwar derzeit viele Routen zur Batterietechnologie gibt, diese bestehenden Technologien jedoch in Zukunft nicht die Mainstream-Route sein werden und disruptive Technologien in Zukunft definitiv auftauchen werden.

Das Ziel der elektrochemischen Energiespeichertechnologie in der Zukunft sind „niedrige Kosten, lange Lebensdauer, hohe Sicherheit und einfaches Recycling“, was auf disruptive Innovationen und Durchbrüche in der Technologie wartet.

Um die Sicherheit von Energiespeicherkraftwerken zu verbessern, müssen eine Reihe von Maßnahmen ergriffen werden:

Zunächst sollte der Aufbau eines Frühwarnsystems gestärkt werden, einschließlich der Echtzeitüberwachung von Parametern wie Temperatur, Spannung, Strom und Druck von Energiespeicherkraftwerken, um sicherzustellen, dass potenzielle Sicherheitsrisiken erkannt und erkannt werden können wurde zeitnah geantwortet. Zweitens werden angesichts der Besonderheiten von Energiespeicherkraftwerken spezielle Brandschutzmaßnahmen und Notfallpläne zur Bewältigung von Notfällen wie Bränden erstellt. Achten Sie außerdem auf das Design und den Prozess des Batteriesystems, verwenden Sie fortschrittliche Wärmeisolationsmaterialien und Wärmeableitungstechnologie, kontrollieren Sie effektiv die Temperatur und Energiefreisetzung der Batterie und reduzieren Sie potenzielle Sicherheitsrisiken. Gleichzeitig,

Auch die Nationale Energieverwaltung erklärte, es sei notwendig, die netzgebundene Akzeptanz zu stärken. Stromnetzunternehmen sollten aktiv an der Netzanbindung und Akzeptanz von elektrochemischen Energiespeicherkraftwerken mitwirken und einen „kranken Netzanschluss“ für Kraftwerke verhindern, die nicht den Anforderungen der nationalen (Industrie-)Netzanbindungstechnikstandards entsprechen. Der Fahrplan sollte optimiert und das sichere Fahrplanintervall des Kraftwerks im netzgekoppelten Fahrplanvertrag festgelegt und strikt umgesetzt werden.