CN111821618A - 用于储能电站的事故隔离处置系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于储能电站的事故隔离处置系统和方法，当储能电池预制舱发生内部失控的事故时，启动事故隔离处置系统对发生事故的储能电池预制舱进行隔离，将其整体封闭在一个密闭空间之中；再通过排气子系统1、浸没子系统2、伸缩臂子系统3和埋没子系统4等对储能电池预制舱进行有效的处置。处置过程安全可靠、节能环保。

Description

用于储能电站的事故隔离处置系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于储能电站的事故隔离处置系统和方法，采用首先对储能电池预制舱进行有效的物理隔离，然后再采取系列化措施进行事故处置的方案，安全可靠，属于储能电站管理技术领域。

背景技术

现有电化学储能电站中，需要大规模的使用电池。由于电池本身存在不可忽视的安全性问题，在大规模使用的情况下、并且是以深度放电和充电作为主要使用方式，使得储能电站事故发生的可能性和危险程度增高；另外，当储能电站中某个模块发生事故时，若不能进行及时、合理的进行处置，将会导致事态迅速恶化、并波及整体系统形成连锁反应，从而造成无法挽回的巨大损失和安全风险。

现有技术中，基于电池的储能电站通常采用（集装箱式）预制舱户外布置的设计。而现有的事故处理方案中，首先是针对发生问题的电池模块进行处置、进而对发生问题的电池模块所在的预制舱进行处置。储能电池预制舱内部配备了成熟的初期事故处置系统，能够对大部分的初期事故进行有效的处置。现有技术处理事故的原则是尽量将事故范围限制在最小的范围之内、以降低损失，即以预防“初期事故”为主。鉴于电池失控后将发生难以预测的剧烈反应，若不能在较短时间内对发生事故的电池模块进行有效的处置和控制，局部的事故将在预制舱内部迅速蔓延、并发展为大规模的燃烧甚至爆炸。

现有技术中，应对预制舱内部的“大规模的燃烧或爆炸”阶段的消防手段非常欠缺，只能采用从外部大量喷水的方式进行处理；而这样的措施不仅效果不够理想、安全性较差、同时会产生大量的有毒有害的废气和废水、污染环境；根据估算对单个集装箱式预制舱进行外部灭火将至少消耗约300-500吨的水。

发明内容

储能电站中放置若干个储能电池预制舱，当储能电池预制舱的内部消防措施失效、即内部失控时，则必须有比较稳妥的措施在储能电池预制舱的级别进行整体处置；而现有的外部消防措施的缺陷在于没有对储能电池预制舱进行有效的隔离。本发明的技术方案则是首先对储能电池预制舱进行有效的物理隔离，然后再采取系列化措施进行事故处置。

本发明的技术方案是：用于储能电站的事故隔离处置方法，其特征在于：当储能电池预制舱发生内部失控的事故时，采用的隔离处置方法是：

S01、启动事故隔离处置系统对发生事故的储能电池预制舱进行隔离，将其整体封闭在一个密闭空间之中；

S02、事故隔离处置系统中设置排气子系统和浸没子系统，通过排气子系统将储能电池预制舱外部的密闭空间之中的烟气排出；同时，通过浸没子系统向储能电池预制舱外部的密闭空间内输送灭火剂或保护性气体、从而隔绝氧气；

S03、事故隔离处置系统中设置伸缩臂子系统，伸缩臂子系统中包括伸缩臂；将储能电池预制舱打开，将伸缩臂伸长、并进入储能电池预制舱的内部；伸缩臂可以沿着储能电池预制舱的内部通道不断伸长、达到储能电池预制舱内部各个电池模块所在的位置；

S04、伸缩臂子系统中包括监测传感器和消防介质喷射结构，当伸缩臂在储能电池预制舱内部伸、缩的过程中，消防介质喷射结构持续喷射灭火剂、并逐渐实现灭火剂在储能电池预制舱充满；同时通过监测传感器探测事故的具体位置，当探测到高风险的事故位置时，将伸缩臂固定在该位置的附近持续定点喷射灭火剂、并通过监测传感器监测事故处置的进程。

进一步的，在所述的S04步骤中，在喷射灭火剂的同时、排气子系统持续运行；使得储能电池预制舱内部原有的烟气在排气子系统的作用下不断被抽吸并排出，则灭火剂可以更快的在储能电池预制舱内部充满。

进一步的，当储能电池预制舱内部的事故位置全部得以控制之后，通过消防介质喷射结构或浸没子系统持续输出保护性气体、使得储能电池预制舱内部持续充满保护性气体，防止事故的复发；当封闭观察一段时间密闭空间内无异常后，则打开事故隔离处置系统对储能电池预制舱进行后期处理。

进一步的，若事故比较严重或未得到有效控制时，则启动埋没子系统、向储能电池预制舱内部注入大量的填埋介质、并覆盖所有的电池模块；从而阻止事故的进一步发展。

进一步的，当封闭观察一段时间之后，密闭空间内无明显变化时，将填埋介质排出、同时填充灭火剂或保护性气体；再观察一段时间无异常后，打开事故隔离处置系统对储能电池预制舱进行后期处理。

另外，由于储能电池预制舱中存放大量的电池模块，因此事故隔离处置系统应采取必要的绝缘或接地防护措施以保证安全。

本发明的有益效果是：

1、由于储能电池预制舱内部电池数量较多，因此事故处置过程不仅要求安全可靠、还需要尽量降低损失；本发明首先采用的封闭措施、提高了总体安全性；在隔绝外部干扰的情况下、快速深入内部进行精确定位处置，提高了处置效率，能够尽可能降低事故损失；

2、现有的打开已发生事故的储能电池预制舱的步骤存在一定的安全隐患，本发明在封闭的安全环境中实现自动化操作，避免人工直接接触的风险，安全性高；

3、对于极端情况，可以对封闭空间内部采用“完全埋没”的处置手段，以达到快速遏止事故的目标；若使用水进行埋没处理、结合水循环降温的措施，相比传统的喷水消防措施用水量大幅降低；

4、实现对处置过程中产生的废气、废水的收集处理，避免对环境造成污染。

附图说明

图1：本发明的事故隔离处置系统运行过程的正向剖视图（封闭储能电池预制舱）；

图2：本发明的事故隔离处置系统运行过程的正向剖视图（对应实施例1的步骤一）；

图3：本发明的事故隔离处置系统运行过程的正向剖视图（对应实施例1的步骤二）；

图4：本发明的事故隔离处置系统运行过程的正向剖视图（对应实施例1的步骤三）；

图5：本发明的事故隔离处置系统运行过程的正向剖视图（对应实施例1的步骤四）；

图6：本发明的事故隔离处置系统A-A向结构示意图；

其中，801A是发生事故的电池模块；A1箭头方向代表排气子系统1的排气方向；A2箭头方向代表浸没子系统2的输送介质的方向；A3箭头方向代表伸缩臂301的伸缩运动方向；A4箭头方向代表埋没子系统4的注入填埋介质的方向；A5箭头方向代表水循环子系统5的水循环方向；A6箭头方向代表废水排出方向；A7箭头方向代表经过无害化处理后的废气、废水的排出方向。

具体实施方式

实施例1：

本方案首先要采用事故隔离处置系统对发生事故的储能电池预制舱8进行隔离（如图1所示）；而能够达成该目标的具体的结构形式有很多种，应结合不同的应用采取最适宜的方案；具体包括但并不仅限于以下方案：

1、通过运送装置将根据储能电池预制舱8外形定制的封闭式防爆壳体运送到发生事故的储能电池预制舱8所在位置，并通过封闭式防爆壳体对储能电池预制舱8进行就地封闭；

2、若各个储能电池预制舱8之间存在可以利用的隔离物、例如防火墙；则以各个储能电池预制舱8之间的隔离物为基础，临时搭建一个密闭空间，对储能电池预制舱8进行就地封闭；

3、将发生事故的储能电池预制舱8快速移动到外围的隔离区域中，再放入预先准备好的密闭空间之中并封闭。

如图6所示，用于储能电站的事故隔离处置系统，首先将发生事故的储能电池预制舱8封闭在密闭空间中；事故隔离处置系统中至少包括排气子系统1、浸没子系统2、伸缩臂子系统3和埋没子系统4：

排气子系统1，通过排气接口101将封闭空间内的烟气排出；

浸没子系统2，通过输入接口201向密闭空间内输送灭火剂或保护性气体、从而隔绝氧气；

伸缩臂子系统3包括伸缩臂、监测传感器和消防介质喷射结构；监测传感器安装在伸缩臂的前端，消防介质喷射结构的喷嘴设置在伸缩臂的前端；伸缩臂子系统3用于打开密闭空间内的储能电池预制舱8，并使得伸缩臂在储能电池预制舱内部伸缩，通过监测传感器查找事故位置、再通过消防介质喷射结构进行定点处理；

埋没子系统4用于在无法有效控制事故的情况下、向储能电池预制舱内部注入大量的填埋介质、并覆盖所有的电池模块；从而阻止事故的进一步发展。

本方案的重点在于将发生事故的储能电池预制舱8完全封闭之后的处置过程；具体处理过程如下：

步骤一、如图2所示，当储能电池预制舱8完全封闭之后，在储能电池预制舱8外部的密闭空间之中存在烟气9A和空气；此时，启动排气子系统1、通过排气接口101将将储能电池预制舱8外部的密闭空间之中的烟气9A和空气排出；同时启动浸没子系统2，通过输入接口201向储能电池预制舱8外部的密闭空间内输送灭火剂9B或保护性气体9C、从而隔绝氧气，灭火剂9B具有降温灭火的作用；该步骤可以避免下一步骤打开储能电池预制舱8时，空气中的氧气与储能电池预制舱8内部的可燃气体混合发生剧烈的反应；

步骤二、如图3所示，储能电池预制舱8侧面设有舱门；如图3所示，将储能电池预制舱8侧面打开，将伸缩臂301伸长、并进入储能电池预制舱8的内部；伸缩臂301可以沿着储能电池预制舱8的内部通道不断伸长、可以达到储能电池预制舱8内部各个电池模块所在的位置；

其中将储能电池预制舱8侧面打开的操作，可以通过在储能电池预制舱8侧面预留可拆卸接口，通过外力将储能电池预制舱8侧面打开；或者通过外力破坏舱门的方式将侧面打开；

伸缩臂子系统3中包括伸缩臂301、监测传感器302和消防介质喷射结构303，监测传感器302位于伸缩臂301的顶端；当伸缩臂301在储能电池预制舱8内部伸、缩的过程中，消防介质喷射结构302持续喷射灭火剂9B、并逐渐实现灭火剂9B在储能电池预制舱8充满；同时通过监测传感器302探测事故的具体位置，当探测到高风险的事故位置时（如图4所示的发生事故的电池模块801A的位置），将伸缩臂子系统3固定在该位置的附近持续喷射灭火剂9B、并通过监测传感器302监测事故处置的进程；

在向储能电池预制舱8内部持续喷射灭火剂9B的同时、排气子系统1持续运行、浸没子系统2停止运行；使得储能 电池预制舱8内部原有的烟气9A在排气子系统1的作用下不断被抽吸并排出，则灭火剂9B可以更快的在储能电池预制舱8内部充满；

步骤三，如图4所示，通过对事故位置不断定向喷射灭火剂9B，大部分的事故能够得到有效的控制；当通过监测传感器302判定储能电池预制舱8内部的事故位置全部得以控制之后，可以停止喷射灭火剂9B，这样可以降低灭火剂9B的使用量；

此时，排气子系统1和浸没子系统2均停止运行，并通过消防介质喷射结构302或浸没子系统2以较慢的速度持续输出保护性气体9C、使得储能电池预制舱8内部逐渐充满保护性气体9C以替代逐渐失效的灭火剂9B，持续的隔绝氧气、防止事故的复发；在此期间若事故复发，则重复进行步骤二的操作；当封闭观察一段时间（例如24小时或48小时）密闭空间内无异常后，则打开事故隔离处置系统对储能电池预制舱8进行后期处理；

需要说明的是，步骤一到三中所述的灭火剂9B，为气态或汽雾状的介质、例如常用的七氟丙烷、全氟己酮等，也有采用细水雾的情况；常用的保护性气体9C为比较容易获得的氮气；主要是为了与以下步骤四中所述的填埋介质9D进行区分，填埋介质9D为水或消防沙或其他具有消防功能的固态颗粒状介质；

步骤四，如图5所示，若事故比较严重时，或者经过步骤二的处理、事故未得到有效控制并有趋向严重的情况时，则收回伸缩臂子系统3并启动埋没子系统4、向储能电池预制舱8内部注入大量的填埋介质9D、并覆盖所有的电池模块；从而阻止事故的进一步发展；此过程中排气子系统1持续运行；

埋没子系统4从事故隔离处置系统的顶部向下注入填埋介质9D，在储能电池预制舱8的顶部与埋没子系统4相对应的位置设有可以打开的应急处置窗口802（例如在填埋介质9D的重力作用下向内打开），填埋介质9D通过应急处置窗口802直接进入储能电池预制舱8的内部；

注入消防沙或其他具有消防功能的固态介质可以对储能电池预制舱8内部的各个电池模块实现物理隔绝、对其中未被事故波及的电池模块的伤害较小、事故处理完成之后将填埋介质清除并检测后即可再次投入使用，有助于降低损失；该方法可以跳过步骤二、或跳过步骤一直接实施，从而争取时间、减小损失；

注入水对电池模块造成的损伤较大，但可以使得储能电池预制舱8内部的安全隐患完全释放，处置结果的确定性较高、可用于应对最恶劣的事故状态；但是在此过程中，可能会引发储能电池预制舱8内部大量电池模块的剧烈发热反应；

因此，当采用水作为填埋介质时，在事故隔离处置系统中设有水循环子系统5；当向储能电池预制舱内部输入大量的水并充满密闭空间后，若内部水温升高、则启动水循环子系统5、通过排水口501将高温水排出并通过冷却装置进行冷却、再通过进水口502输送回到密闭空间之中。由此可以而减少水的使用量、并避免直接排放有害的废水；其中，进行冷却的手段也很多，例如可以预先制备并储存大量冰块，再将冰块设置在循环回路之中即可快速带走大量的热量。

当封闭观察一段时间（例如24小时或48小时）之后，密闭空间内无明显变化时，将填埋介质排出、同时填充灭火剂或保护性气体；再观察一段时间无异常后，打开事故隔离处置系统对储能电池预制舱进行后期处理。

事故隔离处置系统中还包括废气、废水处理子系统6，事故处理过程中产生的废气、废水通过管道进入废气、废水处理子系统6进行无害化处理之后，再进行排放。

如图6所示，与密闭空间连通的排气接口101、输入接口201、排水口501、进水口502设置在密闭空间的侧面，埋没子系统4的输入接口设置在密闭空间的顶部。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.用于储能电站的事故隔离处置方法，其特征在于：当储能电池预制舱(8)发生内部失控的事故时，采用的隔离处置方法是：

S01、启动事故隔离处置系统对发生事故的储能电池预制舱(8)进行隔离，将其整体封闭在一个密闭空间之中；

S02、事故隔离处置系统中设置排气子系统(1)和浸没子系统(2)，通过排气子系统(1)将储能电池预制舱(8)外部的密闭空间之中的烟气排出；同时，通过浸没子系统(2)向储能电池预制舱(8)外部的密闭空间内输送灭火剂或保护性气体、从而隔绝氧气；

S03、事故隔离处置系统中设置伸缩臂子系统(3)，伸缩臂子系统(3)中包括伸缩臂(301)；将储能电池预制舱(8)打开，将伸缩臂(301)伸长、并进入储能电池预制舱(8)的内部；伸缩臂(301)可以沿着储能电池预制舱(8)的内部通道不断伸长、达到储能电池预制舱(8)内部各个电池模块所在的位置；

S04、伸缩臂子系统(3)中包括监测传感器(302)和消防介质喷射结构(303)，当伸缩臂(301)在储能电池预制舱(8)内部伸、缩的过程中，消防介质喷射结构(303)持续喷射灭火剂、并逐渐实现灭火剂在储能电池预制舱(8)充满；同时通过监测传感器(302)探测事故的具体位置，当探测到高风险的事故位置时，将伸缩臂(301)固定在该位置的附近持续定点喷射灭火剂、并通过监测传感器(302)监测事故处置的进程。

2.根据权利要求1所述的用于储能电站的事故隔离处置方法，其特征在于：在所述的S04步骤中，在喷射灭火剂的同时、排气子系统(1)持续运行；使得储能电池预制舱(8)内部原有的烟气在排气子系统(1)的作用下不断被抽吸并排出，则灭火剂可以更快的在储能电池预制舱(8)内部充满。

3.根据权利要求1所述的用于储能电站的事故隔离处置方法，其特征在于：当储能电池预制舱(8)内部的事故位置全部得以控制之后，通过消防介质喷射结构(303)或浸没子系统(2)持续输出保护性气体、使得储能电池预制舱(8)内部持续充满保护性气体，防止事故的复发；当封闭观察一段时间密闭空间内无异常后，则打开事故隔离处置系统对储能电池预制舱(8)进行后期处理。

4.根据权利要求1所述的用于储能电站的事故隔离处置方法，其特征在于：若事故比较严重或未得到有效控制时，则启动事故隔离处置系统中的埋没子系统(4)、向储能电池预制舱(8)内部注入大量的填埋介质、并覆盖所有的电池模块；从而阻止事故的进一步发展。

5.根据权利要求4所述的用于储能电站的事故隔离处置方法，其特征在于：当封闭观察一段时间之后，密闭空间内无明显变化时，将填埋介质排出、同时填充灭火剂或保护性气体；再观察一段时间无异常后，打开事故隔离处置系统对储能电池预制舱(8)进行后期处理。

6.用于储能电站的事故隔离处置系统，首先将发生事故的储能电池预制舱(8)封闭在密闭空间中；其特征在于：事故隔离处置系统中至少包括排气子系统(1)、浸没子系统(2)、伸缩臂子系统(3)和埋没子系统(4)：

排气子系统(1)，通过排气接口(101)将封闭空间内的烟气排出；

浸没子系统(2)，通过输入接口(201)向密闭空间内输送灭火剂或保护性气体、从而隔绝氧气；

伸缩臂子系统(3)包括伸缩臂(301)、监测传感器(302)和消防介质喷射结构(303)；监测传感器(302)安装在伸缩臂(301)的前端，消防介质喷射结构(303)的喷嘴设置在伸缩臂(301)的前端；伸缩臂子系统(3)用于打开密闭空间内的储能电池预制舱(8)，并使得伸缩臂(301)在储能电池预制舱(8)内部伸缩，通过监测传感器(302)查找事故位置、再通过消防介质喷射结构(303)进行定点处理；

埋没子系统(4)用于在无法有效控制事故的情况下、向储能电池预制舱(8)内部注入大量的填埋介质、并充满密闭空间；从而阻止事故的进一步发展。

7.根据权利要求6所述的用于储能电站的事故隔离处置系统，其特征在于：当采用水作为填埋介质时，在事故隔离处置系统中设有水循环子系统(5)；当向储能电池预制舱(8)内部输入大量的水并充满密闭空间后，若内部水温升高、则启动水循环子系统(5)、通过排水口(501)将高温水排出并通过冷却装置进行冷却、再通过进水口(502)输送回到密闭空间之中。

8.根据权利要求6所述的用于储能电站的事故隔离处置系统，其特征在于：事故隔离处置系统中还包括废气、废水处理子系统(6)，事故处理过程中产生的废气、废水通过管道进入废气、废水处理子系统(6)进行无害化处理之后，再进行排放。

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