锂离子储能是实现可持续和无排放能源的领先储能技术之一. In recent years, due to their power density, performance, and economic advantages, 锂离子电池储能系统(BESS)在住宅调峰和电网支持方面的使用有所增加, commercial, industrial, and utility applications. Since 2019, BESS energy capacity has grown over 200% in the U.S.预计到2022年，开发商和运营商将增加至少9gw的产能.
Explosion Risks Associated with Lithium-Ion BESS
Unfortunately, as the use of lithium-ion battery energy storage systems 膨胀、现场故障导致火灾、爆炸和有毒物质暴露变得更加普遍. 尽管这项技术被认为是安全的，而且还在不断改进, 锂离子电池含有易燃电解质，当电池损坏时，会产生独特的危险. Overcharging, overheating, and thermal, mechanical, 电的滥用会造成短路，导致热失控和热能和电化学能量的突然释放. During the exothermic reaction process, 产生大量易燃和潜在有毒的电池气体并释放到BESS外壳中. The released gas largely contains hydrogen, which is highly flammable under a wide range of conditions. 这可能会在电池室或储存容器内造成爆炸性气氛.
NFPA 855/69 Requirements for Lithium-Ion BESS Explosion Control
解决与锂离子储能相关的安全问题, NFPA 855和其他几个消防规范要求任何小型ISO容器或更大尺寸的BESS都提供某种形式的爆炸控制. This includes walk-in units, cabinet style BESS and buildings. 实现这一目标的一种方法是为BESS配备符合NFPA 69要求的防爆系统.
NFPA 69要求，对于所有可预见的操作条件和材料负载变化，BESS外壳内的可燃浓度保持在或低于可燃下限(LFL)的25%. To achieve this criterion, 机械排气通风/吹扫系统通常用于从ESS空间中去除可燃电池气体，并通过进气百叶替换为清洁空气. 根据NFPA 69标准，通常首选模拟来确定防爆系统是否可以有效地降低气体浓度.
利用计算流体力学(CFD)爆炸模拟设计BESS防爆系统
CFD方法可以帮助基于性能的防爆系统设计包含排气系统. CFD是一种模拟工具，它根据流体运动的规律(如流体动力学)对流体流动现象进行预测.e., mass, momentum, and energy). 经常用于模拟易燃气体的意外释放, CFD模拟可以帮助证明气体释放随时间和空间的变化. 相对于解析稳态方法的一个优点是CFD模拟可以捕捉到事件的初始瞬态. This provides important insights into the required detection timing.
在CFD模拟中，可以使用多种度量来量化全局参数, such as volume fraction and mass within an enclosure. Additionally, 显示最小燃点和可燃性上限(UFL)之间的气云可以帮助量化可燃性云的大小. 这些详细信息有助于了解某一情景的后果和设计缓解措施, such as gas detection and explosion prevention systems.
Process-safety 处理易燃流体和易爆粉尘的彩宝网通常会使用CFD来设计防爆系统. Different scenarios involving spills, buoyancy-driven leaks, 在CFD爆炸模拟中，动量驱动的泄漏和安全壳的突然丢失可以用源项来规定. 这些不同的泄漏场景需要对可燃流体有深入的了解, storage and operating conditions, and the associated hazards. 设计BESS防爆系统的关键挑战是量化可以描述热失控事件中电池气体释放的源项. Hence, 如UL 9540A测试的全尺寸火灾测试数据是气体释放模型的重要输入.
CFD方法可以扩展到设计任何ESS外壳的防爆系统. 结果还可以提供可燃和有毒物质的可控释放率，这对急救人员和评估环境影响有用. Click here 了解更多彩宝网的专家如何协助能源存储系统的设计.