【成果介绍】

储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。加快储能技术与产业发展，对于构建以新能源为主体的新型电力系统，实现碳达峰碳中和具有重要意义。据预测，到2050年，我国锂电池储能将达到400吉瓦，年均增长26%。然而，锂离子电池固有的安全性问题使其大规模应用遇到了瓶颈。2019年美国亚利桑那州一起锂电池储能系统火灾，今年4月我国某储能电站爆炸，韩国近年来30座电池储能电站发生火灾，均造成重大人员伤亡和经济损失。因此，储能系统的消防安全问题已成为制约锂离子电池储能大规模推广的关键瓶颈。

现有技术的痛点问题是：1、锂离子电池火灾机理有差异；2、锂离子电池灭火剂适用性不强；3、现有灭火剂不具备高效降温能力；4、实时健康状态监测技术缺乏；5、预警技术作用重视不够；6、技术规范建设严重滞后。

本技术针对锂电池储能系统火灾特点，在国际上首次筛选出高吸热阻燃灭火材料FKF-M，开发出含有3种成分以上的复配型灭火剂。经第三方权威机构严格测试，这种新型灭火介质可在2秒内扑灭锂电池模组明火，15秒将电池温度降至50℃以下，并长效抑制电池温度避免复燃，且环境友好无毒性。针对锂电池储能应用场景，在国际上首次开发出新型智能灭火装置，该装置可在线持续分析火灾风险，多级预警，灭火介质精准释放，自行多次启动进行降温抑制，极大地降低了火灾风险及设备财产损失，使用有效期大于20年，一套装置可以同时监测防护240个储能单元。

图1 灭火装置主要组件的实物图

图2  灭火系统预警装置模块

图3  灭火装置喷放管路验证模型图

【性能指标】

1、梯次实时监视、探测。火灾识别精准至PACK，预警启动到最不利点喷嘴释放灭火剂≤1秒；

2、锂电池消防专用复合型抑制剂。环保、绝缘、无腐蚀，灭火、降温、抑制热失控蔓延；

3、精准释放、灭火效率高。点对点保护PACK、模组，出现明火至扑灭时间≤2秒；

4、具备应急启动，在断电等突发情况下能通过机械结构自动启动灭火装置实施灭火与降温。

5、启停可控、降温抑制。预警联动装置启动可控，持续多点位防护，灭火剂降温效率高，72小时不复燃。

6、装置小型化可以应用于电动汽车火灾主动防护领域，可有效解决电动汽车起火爆炸事故。

【应用领域】

锂电池储能消防灭火装置的使用场景包括：

1、储能电站、换电柜等锂电池应用特种场景。

2、分布式储能、附建式储能、电动车等场景。

【应用实例】

项目团队开发的新型灭火剂和灭火装置已在深圳某集装箱储能、格力工业园储能电站、江苏中天储能电站、国家电网浙江电力公司和工业园区微网储能等完成示范应用电力测储能电站4处，对接储能集成厂家3个。

图4 深圳某储能集装箱储能集成尝试

图5 中天示范工程储能集装箱

图6 国家电网浙江电力公司

图7  园区储能

【知识产权】

该成果已申请国内外发明专利17项，以下是部分展示：

【其他成果】

该技术还牵头了GB/T、团体、地方标准4项；参与团体标准指定3项；高影响论文7篇。

【合作方式】

技术开发、技术服务、技术转让、技术许可、技术入股、面谈

【专家介绍】

曹元成，华中科技大学电气学院研究员，博士生导师。已经发表包括Materials Today、Materials Today Energy、Joule等在内SCI期刊科研论文100余篇；已申请专利50余件；参编专业书籍（英文版）1部。研究领域包括：（1）安全型储能电池及固态电池关键材料与器件：具体包括固态电池基础与应用（固态电池基础研究如固-固界面，新型固态电解质设计、合成及应用，匹配固态电解质的负极、正极材料等），大型储能系统火灾爆炸风险预测、防控技术及其应用。（2）退役动力电池资源化利用与再生修复：具体包括基于人工智能的退役动力电池快速智能分级，高离散型异构电池拆解及物料归集关键技术，退役电池失效的材料学机理，活性物质再生修复技术。（3）储能安全：锂离子电池火灾专用灭火剂开发，储能系统预警技术开发及消防装备系统集成。

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