一种地下电化学储能电站及应急处理方法

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种地下电化学储能电站及应急处理方法。

背景技术：

1、随着全球能源危机与环境污染问题的日益严重，新能源发电规模不断增大，开发并利用清洁能源与可再生能源势在必行。电化学储能是目前应用最广泛、最有潜力的电力存储技术，截至2021年，我国ees运行规模已达1.87gw，累计装机容量达5.51gw，同比增长68.5％。其中，以锂系电池为储能载体的电化学储能技术具有能量密度高、响应时间短、维护成本较低以及设计灵活、操作方便等显著优势，占据了超过70％的累计安装规模。据中关村储能产业技术联盟预测，储能行业在“2021~2025”期间将保持57％的年复合增长率，预计2060年装机规模将达420gw左右。随着电池成本的不断降低，以锂系电池为主要载体的电化学储能需求将会更加旺盛，市场空间巨大。预制舱式锂系电池电化学储能系统是以标准预制舱为载体，将电池簇、电池管理系统、监控系统、空调系统、消防系统以及配电系统集成设计于预制舱内，以高度集成化设计组成大容量储能电站。当某一预制舱内的电池发生热失控时，极易造成热失控传播及连锁爆炸事故。据不完全统计，2011年至2021年，全球共发生32起储能电站起火爆炸事故，造成了巨大的人员伤害与经济损失，引发了全社会对储能电站安全问题的关注和讨论，因此亟需提高锂系电池电化学储能电站的本质安全性。

2、预制舱式锂系电池电化学储能电站常建设于地表，其运行寿命与安全性易受到高温、曝晒等极端天气影响，因此需要安装空调系统，用以维持储能电站的运行温度。锂系电池电化学储能电站的总体能耗包括电池模块能耗、储能变流器能耗、变压器能耗以及辅助用电等系统能耗，其中空调系统能耗占据储能系统总能耗75％以上。由于影响空调系统能耗的主要因素是储能电站的温度，因此储能电站运行时所处的环境温度对于储能电站能源消耗至关重要。当前储能电站安全技术研究尚存在缺失，部分储能电站前期规划设计本身存在问题，无法实现储能电站的本质安全化设计、储能电站的设计与正常运行过程中消耗大量能源，大幅提高了储能电站的建造与运行成本。随着储能产业的大力发展,以锂系电池为主的电化学储能电站规模将不断扩大，开展节能、高安全型的锂系电池电化学储能电站设计与研究对储能电站安全运行与储能产业稳定发展具有重要意义。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种地下电化学储能电站及应急处理方法，将预制舱式锂系电池电化学储能电站建造于地下，单个储能预制舱通过防火承重墙与防爆门全封闭，储能预制舱内部包括锂系电池、复合式烟雾探测器、监控器、液氮管道、注土管路和液氮喷头等，在储能电站上方地面上设置有控制室、液氮罐和土堆。在储能电站两侧设置通往地表的逃生通道，并且配备了液氮喷洒与沙土掩埋应急处理系统。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种地下电化学储能电站，其为建造于地下的预制舱式锂系电池电化学储能电站，所述储能电站设置在人口稀少地区，其上方不建设建筑物或构筑物；所述储能电站分设成多个储能预制舱，储能预制舱之间通过防火承重墙与防爆门进行全封闭，储能预制舱内部包括锂系电池、复合式烟雾探测器、监控器、液氮管路、注土管路、沙土喷口和液氮喷头，在储能电站上方地面上设置有防水堤、控制室、液氮罐和土堆；在所述储能电站两侧设置通往地表的逃生通道，并且配备了液氮喷洒与沙土掩埋应急处理系统，具体包括在储能预制舱内顶层中部设置有沙土喷口，沙土喷口通过沙土管道与地上土堆连接，在沙土喷口两侧设置有液氮喷头，液氮喷头通过液氮管路与地上液氮罐连接，在2个液氮喷头附近设置有复合式烟雾探测器，且在储能预制舱内部角落设置监控器。在储能电站内部逃生通道设置有防爆门，且在防爆门内侧设置有沙土喷口。

4、进一步地，所述储能预制舱内配备监控器来观察储能预制舱内部情况，并且配备2个复合式烟雾探测器和2个液氮喷头来进行储能电池事故的预警、灭火和降温工作。

5、进一步地，在储能电站两侧逃生通道顶部各布置1个沙土喷口，并且在每个储能预制舱中间顶部布置1个沙土喷口。

6、进一步地，在所述储能电站的控制室设置控制中心，当储能预制舱内部锂系电池发生热失控时，通过复合式烟雾探测器探测信号，并且将信号传给控制中心，控制中心立即开展储能电站断电、液氮降温灭火和信号报警工作。

7、本发明还提供一种地下电化学储能电站的应急处理方法，包括如下步骤：

8、步骤一，所述储能电站实施无人值守的巡检模式，并且在每个储能预制舱内部配置监控器，通过监控器观察储能预制舱内部正常工作状况；

9、步骤二，当储能预制舱内部某一锂系电池发生热失控时，释放大量的烟气，烟气在储能预制舱内部蔓延，当储能预制舱顶部的复合式烟雾探测器探测到可燃烟气，则认为电池发生热失控，将信号传递给控制室内的控制中心，控制中心会发出报警信号，并且立刻将储能电站进行断电，并且控制电磁阀将液氮喷头打开，开始对储能预制舱进行降温、灭火，并抑制电池热失控传播；

10、步骤三，当储能电站地面上安保人员收到报警信号，并通过监控器观察储能预制舱内部的现场情况，当出现电池热失控传播并且着火、储能预制舱爆炸或爆燃、热失控持续6个小时以上或储能电站液氮用尽时，安保人员手动打开注土管路，将整个储能预制舱进行沙土掩埋，抑制灾害的进一步扩大；

11、步骤四，所述储能电站的2个或2个以上储能预制舱发生着火或者爆炸行为，在保证储能电站无人员的情况下，关闭储能电站逃生通道的防爆门，打开所有的储能预制舱与储能电站的注土管路，用堆土将整个储能电站掩埋，抑制储能电站事故的进一步扩大，并且保护性能良好的其他储能预制舱的锂系电池。

12、有益效果：

13、本发明通过设计一种地下电化学储能电站及应急处理方法，将预制舱式锂系电池电化学储能电站建造于地下，该建造位置可防止风沙、洪水和/或曝晒等极端环境灾害影响储能电站的运行效果及寿命，地表下的低温环境直接降低了储能电站的高温危险性，有效提高储能电站设计的本质安全性，简化了预制舱内部及储能电站的整体设计，大幅降低了储能电站运行经济成本；并且在发生储能事故时，可以选择液氮喷射与沙土掩埋应急处置方法，降低了储能事故的灾害风险。

技术特征：

1.一种地下电化学储能电站，其特征在于：其为建造于地下的预制舱式锂系电池电化学储能电站，所述储能电站设置在人口稀少地区，其上方不建设建筑物或构筑物；所述储能电站分设成多个储能预制舱，储能预制舱之间通过防火承重墙与防爆门进行全封闭，储能预制舱内部包括锂系电池、复合式烟雾探测器、监控器、液氮管路、注土管路和液氮喷头，在储能电站上方地面上设置有防水堤、控制室、液氮罐和土堆；在所述储能电站两侧设置通往地表的逃生通道，并且配备了液氮喷洒与沙土掩埋应急处理系统，所述液氮喷洒与沙土掩埋应急处理系统包括在储能预制舱内顶层中部设置的沙土喷口，沙土喷口通过沙土管道与地上的土堆连接，在沙土喷口两侧设置有液氮喷头，液氮喷头通过液氮管路与地上的液氮罐连接，在2个液氮喷头附近设置有复合式烟雾探测器，且在储能预制舱内部角落设置监控器；在储能电站内部逃生通道设置有防爆门，且在防爆门内侧设置有沙土喷口。

2.根据权利要求1所述的地下电化学储能电站，其特征在于：所述储能预制舱内配备监控器来观察储能预制舱内部情况，并且配备2个复合式烟雾探测器和2个液氮喷头来进行锂系电池事故的预警、灭火和降温工作。

3.根据权利要求1所述的地下电化学储能电站，其特征在于：在储能电站两侧逃生通道顶部各布置1个沙土喷口，并且在每个储能预制舱中间顶部布置1个沙土喷口。

4.根据权利要求1所述的地下电化学储能电站，其特征在于：在所述储能电站的控制室设置控制中心，当储能预制舱内部锂系电池发生热失控时，通过复合式烟雾探测器探测信号，并且将信号传给控制中心，控制中心立即开展储能电站断电、液氮降温灭火和信号报警工作。

5.根据权利要求1-4之一所述的地下电化学储能电站的应急处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供一种地下电化学储能电站及应急处理方法，主要是将储能电站建造于地下，且储能电站主要应用在中国西部人口稀少地区，如荒漠、草原等地带，储能电站上方不建设建筑物或构筑物。主要包括：将地下储能电站分设成多个储能预制舱，储能预制舱之间通过防火承重墙与防爆门进行全封闭，储能预制舱内部包括锂系电池、复合式烟雾探测器、监控器、液氮管道、注土管路、液氮喷头和沙土喷口等，储能电站正常运行时实行无人值守的巡检模式，在储能电站两侧设置通往地表的逃生通道，并且配备了液氮喷洒与沙土掩埋应急处理系统。该方法有效降低储能电站的建设与运营经济成本，为锂系电池电化学储能电站的设计及安全性研究提供一定参考。

技术研发人员：王青松,贾壮壮,段强领,孙金华
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12