储能电站正兴起，气体检测正当时！

什么是电化学储能电站

能源是国家安全与经济发展的根本物质保障，对国家政治和经济有着重要的推动和塑造作用。能源安全关系着国家经济安全和对外战略，也影响能源地缘政治和国际能源市场。近年来，化石能源的日益枯竭和其所带来的温室效应，使得人们逐渐摒弃传统能源。越来越多的新能源，例如太阳能、氢能、风能等，开始接入电力系统。其中，锂离子电池由于其具有循环寿命长、工作电压高、能量密度高、自放电小等优点，成为电化学储能的主力。 

2021年底，工信部印发《“十四五”工业绿色发展规划》，其中再次强调在主要碳排放行业以及绿色氢能与可再生能源应用、新型储能等领域，实施一批降碳效果突出、带动性强的重大工程。截至目前，我国已有25个省份发布文件明确新能源配置储能，并已有10个省份公布了储能参与调峰服务的价格文件。到2025年，新型储能装机规模将达3000万千瓦以上，因此，电化学储能产业前景广阔。

然而，锂离子电池在过热、过充放电和短路等滥用情况下，会发生热失控。热失控时，电池内部发生剧烈的放热反应，产生大量的热量和有毒可燃气体，并有可能引发火灾甚至爆炸。同时，有毒有害气体也会对人们的生命安全造成威胁，进而造成大量的经济损失和人员伤亡。因此，为了防止电化学储能电站火灾事故的发生，需要有效的防控手段。 

近年来，储能电站火灾爆炸事故屡见不鲜，其中2017年8月至今，仅韩国就发生了29起储能电站火灾事故。此外，2019年4月19日，美国亚利桑那州发生电池储能项目爆炸，导致4名消防员受伤，其中2名重伤。2021年4月16日下午，北京市丰台区发生一起储能电站热失控起火事故，该事故造成1名值班电工遇难、2名消防员牺牲、1名消防员受伤。火灾造成直接财产损失1660．81万元。

可见储能电站一旦发生事故是多么的可怕，那什么是储能电站？

什么是储能电站及其火灾特点与危害

储能技术是指利用大容量且能实现快速充放电的储能设施装置或物理介质将能量存储起来的技术，主要有物理储能、电化学储能、储热和储氢、电磁储能等。

其中，电化学储能是利用化学反应直接转化电能的装置，是以锂离子电池、钠硫电池、液流电池为主的电化学储能技术。

目前，电化学储能在智能电网、能源互联网中的应用贯穿整个电力系统，在发电、输电、用电等环节均有应用领域。

电化学储能产业虽然具有广阔前景，但在热失控时，可能引发火灾甚至爆炸，并产生有毒气体，造成经济损失和人员伤亡。电池在滥用条件下温度会逐渐升高，电池的内部材料，如正负极材料、电解液相继发生反应。这些放热反应产生的热量在电池内部慢慢积聚，使得电池温度进一步升高，同时也促进了后续放热反应的发生。当电池温度达到热失控临界温度时，电池发生热失控，在短时间内产生大量的热量，电池温度骤升。

随着电池温度的升高，其内部产生一些可燃气体。随着可燃气体的不断积聚，电池内部压力逐渐增加，当电池内部压力达到电池安全阀破裂阈值时，电池安全阀破裂，大量的可燃气体和电池内部材料被喷射出。当电池发生热失控时，在电池极高温度的作用下，可燃气体和可燃物质如电解液等被引燃，从安全阀处喷射出猛烈的射流火，火焰高度最高可以达到1米。在储能电站中，电池通常紧密排列在一起形成模组。当模组中的一节电池发生热失控时，紧密排列使得热量可以迅速传递到相邻电池，使相邻电池异常升温。此外，猛烈的射流火由于盖板的阻挡，对相邻电池的热辐射增加，相邻电池的温度进一步升高，直至发生热失控，最终，电池在模组中发生热失控传播。

电池热失控时，大量的气体从安全阀喷射出，气体主要为H2、CO、CO2、CH4、C2H4和电解液因高温汽化产生的气体。这些气体会积聚在模组内部，随着模组中热失控传播的不断扩展，模组中可燃气体越来越多，造成模组压力增加，最终可能会因压力过大发生物理爆炸。

乙烯C2H4的爆炸上下限为2.8%-32%；遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。

氢气爆炸极限是4.0%～75.6%(体积浓度)，其爆炸下限低和爆炸极限范围广的特点，使得氢气泄漏的气体安全管理是首要重点。

此外，当可燃气体的浓度逐渐增加，达到混合可燃气体的爆炸极限，热失控电池的高温作为点燃源，当遇到足够的氧气时，可燃气体会发生化学爆炸，巨大的爆炸压力可以对电池组、集装箱造成严重的破坏，进而带来经济损失，甚至人员伤亡。电池热失控产生的一些气体除了具有可燃性之外，还具有危害很高的毒性气体，如 CO、HF（氟化氢）等。不同体系的电池在热失控时产生的气体成分及占比如图2所示。

我们可以看出，电池在热失控时产生的气体成分CO和CO2占比很大。在热失控时，CO浓度最高可以达到250ppm以上，已经可以对人体产生严重的中毒危害。

HF同样是一种刺激性有毒气体，具有腐蚀性，在50ppm浓度下活动数分钟便有致死的风险。而一节容量为20Ah的100%SOC磷酸铁锂电池热失控时，HF最高浓度约为145ppm，远远高于所规定的HF安全浓度。

而储能电站一个集装箱中，有成百上千节电池，热失控时将会使得这些有毒有害气体的浓度急剧增加，大大增加了人员操作和救援的危险性。

储能电站气体安全的防范

目前技术上没有能够保证锂电池不发生热失控的方法，那有没有能够及时发现预防锂电池失控的方法呢？当然是有的.....

锂电池在发生热失控时，会产生大量的气体和烟雾，如CO的体积分数可以从2.4×10-6迅速增加至190×10-6。释放气体如CO2、CH4、挥发性有机化合物（VOC）等。因此，我们现场可以通过相关的气体传感器技术，根据电站电池的热失控特性，设定相应的预警阈值，将多种特征参数进行耦合，当不同传感器参数达到所设阈值时，发出警报，就可以实现实现锂离子电池火灾早期的探测和预警，并根据警报采取相应的控制措施，防止锂离子电池火灾的进一步扩大。

此外，我们应根据不同气体传感器的量程和灵敏度，选取适当的传感器和气体检测仪，同时设置冗余系统，保证电站火灾早期探测和预警装置的准确响应。

例如锂离子电池热失控的时候，电池内部会有大量的一氧化碳释放出来。所以我们可以通过检测一氧化碳的浓度来判断电池热失控。

理研计器自成立以来，专注于气体检测仪器的研发制造，所追求的理念就是“缔造安心安全的工作环境”，在防止灾害方面有着科学的技术与成熟的经验，公司旗下也有多款应对储能电站安全事故预警的气体检测设备。

▼固定在线式

● SD-1系列、SD-D58等防爆型气体检测仪，可以在一个地方监视现场设置的多个气体检测仪的浓度。

● 【GX-8000、SP-220、GX-2012】通过泵吸式对测试区域内的气体进行采样，然后将样气体送入仪器进行测试。具有检测速度快，危险区域远程测量，人员安全维护等特点。

● 针对维修检修的作业项目，作业人员可以携带便携式气体检测器【GW-3,GX-3R/Pro】，可以及时发现有毒性气体泄漏情况，以进行安全作业。

储能电站内会有各种各样的气味，要是传感器抗干扰性不好的话，也是很容易造成误报的，以理研计器的CO传感器为例，其对CO灵敏度很高，其它诸如氢气的干扰就不受影响。

作业人员佩带着专业的、可靠的仪器设备，如果遇到危险气体，仪器就会立即报警，完全不用担心那些无色无味的毒气。

储能电站是解决新能源消纳、增强电网稳定性、提高配电系统利用效率的合理的方案，在整个电力价值链上能够起到重要的作用，涉及发、输、配、用各个环节。储能是未来能源改革中重要的一环，将气体安全因素控制好，降低发生危险事故的概率，储能会拥有巨大的发展空间。

理研计器拥有600多种气体传感器和100多种气体探测器，未来，我们仍将不断开发新产品、研发各项新功能，使得气体检测仪在应用上更先进、更适合日新月异的市场环境，致力于为用户提供一个最可靠、最准确、最安全的气体检测方案。

选择气体检测仪，不能马虎大意，理研计器80多年气体检测行业经验，一直关注各个行业的气体安全状况，极力解决用户遇到的各种问题，针对不同环境下的气体检测，为用户选配适合原理的检测仪，用成熟的工艺完善气体检测系统。

自1939年成立以来，理研计器一直用科学的方法营造气体安全。80多年来一直关注各个行业的气体安全状况，极力解决用户遇到的各种问题，针对不同环境下的气体检测，为用户选配适合原理的检测仪，用成熟的工艺完善气体检测系统。今后，我们将继续在研发上投入力量，用高端精湛的技术“为人们缔造安心的工作环境”。

如果您对气体检测技术有独到之处，请说出来，请写下来，把您的想法和见解发给我们。请让我们为您展示在最耀眼的地方。

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