近年來(lái)，儲(chǔ)能行業(yè)，尤其是鋰離子電池儲(chǔ)能行業(yè)在全球及中國(guó)國(guó)內(nèi)高速發(fā)展。根據(jù)中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)/中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）全球儲(chǔ)能項(xiàng)目庫(kù)的不完全統(tǒng)計(jì)，截至2022年底，全球已投運(yùn)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模237.2GW，年增長(zhǎng)率15%。新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)45.7GW，是2021年同期的近2倍，年增長(zhǎng)率80%，新型儲(chǔ)能中，鋰離子電池仍占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位，年增長(zhǎng)率超過85%，其在新型儲(chǔ)能中的累計(jì)裝機(jī)占比與2021年同期相比上升3.5個(gè)百分點(diǎn)。
根據(jù)CNESA的不完全統(tǒng)計(jì)，2022年，中國(guó)新增投運(yùn)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模首次突破15GW，達(dá)到16.5GW，其中，新型儲(chǔ)能新增規(guī)模創(chuàng)歷史新高，達(dá)到7.3GW/15.9GWh，功率規(guī)模同比增長(zhǎng)200%，能量規(guī)模同比增長(zhǎng)280%；鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)也占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位，比重高達(dá)97%。
但儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)在這短短幾年內(nèi)取得高速發(fā)展的同時(shí)，也遺留下一系列問題還需引起足夠重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)近年來(lái)儲(chǔ)能電站全生命周期內(nèi)大型安全事故頻發(fā)，根據(jù)CNESA不完全統(tǒng)計(jì)，近十年全球儲(chǔ)能安全事故發(fā)生60余起。2021年全球儲(chǔ)能市場(chǎng)爆發(fā)，大規(guī)模儲(chǔ)能項(xiàng)目越來(lái)越多，單個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目規(guī)模越來(lái)越大，儲(chǔ)能安全隱患也隨之增大。截至2022年8月 ，2021 -2022 年全球共發(fā)生18起儲(chǔ)能項(xiàng)目事故。其中，有兩個(gè)關(guān)注點(diǎn)：1)安全事故多發(fā)于鋰離子電池，一旦發(fā)生，通常事故等級(jí)高，損失慘重。2)多事故發(fā)生在電站投運(yùn)多年后，儲(chǔ)能全生命周期的安全問題必須引發(fā)足夠重視。
在儲(chǔ)能系統(tǒng)尤其是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集成的各安全環(huán)節(jié)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)的防雷保護(hù)便是其中最突出的隱患之一，如何進(jìn)行安全、高效、可靠的防雷已成為行業(yè)亟待解決的問題。如果這個(gè)問題不能妥善解決，由于鋰電池系統(tǒng)的特性，發(fā)生雷電引起的次生災(zāi)害影響將是十分巨大的。
來(lái)自暴風(fēng)雨的風(fēng)險(xiǎn)
世界上每年會(huì)有數(shù)十億次雷電發(fā)生。根據(jù)統(tǒng)計(jì)僅在德國(guó)，每年記錄到的雷電事件就超過200萬(wàn)次，隨著近年來(lái)極端天氣現(xiàn)象發(fā)生頻率的大幅提高，這一趨勢(shì)還在快速上升。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果在建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施附近發(fā)生雷電襲擊，將會(huì)導(dǎo)致建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的損壞:雷擊會(huì)引起火災(zāi)或電涌損壞電氣設(shè)備和電氣系統(tǒng)。雷擊導(dǎo)致的感應(yīng)電流可能會(huì)引起方圓2公里范圍內(nèi)的電氣設(shè)備和電氣系統(tǒng)的損壞。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)或電網(wǎng)中變壓器的開關(guān)操作也可能會(huì)導(dǎo)致開關(guān)過電壓從而造成電氣設(shè)備和電氣系統(tǒng)的損壞。隨著電氣設(shè)備及電氣系統(tǒng)智能化水平的大幅提升，設(shè)備及系統(tǒng)內(nèi)電氣元件和電子設(shè)備的使用率大幅提升，而這些元件和設(shè)備對(duì)電涌都十分敏感，通常只需要非常小的電涌就可能損壞這些電子元件和設(shè)備。
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的雷電和電涌損壞
電力儲(chǔ)能系統(tǒng)是能源革命的關(guān)鍵技術(shù)之一，因?yàn)樗梢栽诂F(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)本地生產(chǎn)的電力。集裝箱電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以大規(guī)模存儲(chǔ)可再生能源系統(tǒng)，例如光伏系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電力，并根據(jù)需要傳輸給電網(wǎng)。由于分布式存儲(chǔ)，它們?cè)鰪?qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并且可以被電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商用來(lái)為電網(wǎng)提供均衡的電力。隨著可再生能源比例的不斷增加，對(duì)并網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求也在不斷增加，集裝箱電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的大規(guī)模布置也在不斷增強(qiáng)。
為了給布置在集裝箱中的高端電子產(chǎn)品提供保護(hù)，人們需要一個(gè)全面的雷電和電涌防護(hù)系統(tǒng)。更重要的是，由于集裝箱的移動(dòng)性質(zhì)，其可能在世界各地進(jìn)行安裝使用，安裝地點(diǎn)和操作條件可能會(huì)有巨大的差異。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)最大的危險(xiǎn)之一就是雷擊放電。由此產(chǎn)生的過電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過儲(chǔ)能系統(tǒng)中各電子、電氣元件的介電強(qiáng)度。此外，電網(wǎng)內(nèi)部產(chǎn)生的相關(guān)的過電壓，例如，來(lái)自開關(guān)操作或接地和短路等故障導(dǎo)致的過電壓也都必須被視為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的潛在威脅。其也可能會(huì)導(dǎo)致電子元器件的損壞，例如，信息和通信系統(tǒng)的損壞以及逆變器或電池單元的損壞。在遭受直擊雷的情況下，集裝箱的金屬屋頂也可能在下雨時(shí)穿孔，導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)的水浸損壞。
如何實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)可用性也是一個(gè)很關(guān)鍵的問題。由于雷電損壞會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和高昂的維護(hù)和維修費(fèi)用，因此為集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)制定可靠的整體防雷解決方案十分重要。
關(guān)于儲(chǔ)能系統(tǒng)整體防雷設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求
IEC 60364系列標(biāo)準(zhǔn)包含整體防雷系統(tǒng)的安裝標(biāo)準(zhǔn)，適用于移動(dòng)式建筑和固定式建筑。因此，移動(dòng)式集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，以及永久布線，非移動(dòng)式的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)都屬于IEC 60364的適用范圍。
IEC 60364-4-44涉及在通過供電網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠捎诶纂姷仍斐伤矐B(tài)過電壓的情況下，對(duì)電氣系統(tǒng)的保護(hù)，包括供電線路中傳輸?shù)闹崩讚艉陀砷_關(guān)操作引起的瞬態(tài)過電壓。
該標(biāo)準(zhǔn)提供了系統(tǒng)各部位是否需要采取電涌保護(hù)措施的結(jié)論，評(píng)估了所在地點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，定義了電涌保護(hù)的類別和相應(yīng)要求的設(shè)備額定耐沖擊電壓水平，并定義了是否需要額外的電涌保護(hù)裝置。它還考慮了系統(tǒng)防雷需求的可及性。
根據(jù)IEC 62305-2進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，以確定需要采取哪些外部防雷措施，例如，在規(guī)劃和實(shí)施防雷措施時(shí)需要考慮哪種級(jí)別的LPS（雷電防護(hù)系統(tǒng)）。
根據(jù)IEC 62305-3進(jìn)行外部防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以確定需要采取什么樣的外部防雷措施，例如，在規(guī)劃和實(shí)施防雷措施時(shí)需要考慮哪種方案的的ELPS（外部雷電防護(hù)系統(tǒng)）。
依據(jù)IEC 62305-4在并網(wǎng)設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)雷電和電涌保護(hù)措施作出設(shè)計(jì)。如果實(shí)施符合IEC 60364-4-44和IEC 62305的雷電和電涌保護(hù)措施，應(yīng)按照IEC 60364-5-53進(jìn)行安裝。
風(fēng)電儲(chǔ)能系統(tǒng)(集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng))的防雷設(shè)計(jì)
DEHN集團(tuán)深耕防雷領(lǐng)域100余年，可以為風(fēng)電、光伏和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)提供全面的專業(yè)防雷解決方案，從而有效破解儲(chǔ)能行業(yè)防雷難題。
目前，DEHN集團(tuán)與國(guó)內(nèi)眾多儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商，儲(chǔ)能系統(tǒng)配套廠家，設(shè)計(jì)院和業(yè)主都有深入和長(zhǎng)期的合作關(guān)系，是國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)電涌保護(hù)器（SPD）的主要供應(yīng)商之一。
下面先以配備了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)為例，介紹一下風(fēng)電儲(chǔ)能系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求需要對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電子設(shè)備、電池和變流器進(jìn)行防電涌保護(hù)。
圖1：風(fēng)電儲(chǔ)能系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)
圖1顯示了一個(gè)風(fēng)電儲(chǔ)能系統(tǒng)(集裝箱式)，儲(chǔ)能系統(tǒng)升壓變壓器或匯流升壓一體機(jī)的35kV交流高壓側(cè)需要進(jìn)行防雷保護(hù)，可以采用DEHN集團(tuán)的DMI系列中壓避雷器，該系列產(chǎn)品可配備DIC 10自動(dòng)脫離單元和IZ100雷擊和泄露電流監(jiān)測(cè)裝置，可以可靠脫離系統(tǒng)中的故障避雷器，避免可能的接地故障，確保系統(tǒng)的無(wú)故障運(yùn)行。儲(chǔ)能變流器（PCS）或匯流升壓一體機(jī)的交流側(cè)可以選用DEHN集團(tuán)DG SE 系列產(chǎn)品進(jìn)行保護(hù)，以確保儲(chǔ)能變流柜（PCS）持續(xù)可靠的運(yùn)行。對(duì)儲(chǔ)能變流器（PCS）或匯流升壓一體機(jī)的直流側(cè)，直流匯流箱，推薦使用DEHNcombo系列1+2級(jí)復(fù)合式電涌保護(hù)器產(chǎn)品，適用于高達(dá)1500V的直流系統(tǒng)的防雷保護(hù)。儲(chǔ)能系統(tǒng)匯流箱與電池系統(tǒng)之間的直流連接線也需要進(jìn)行防雷保護(hù)，同樣推薦使用1+2級(jí)復(fù)合式電涌保護(hù)器DEHNcombo系列產(chǎn)品。
DEHN集團(tuán)信息系統(tǒng)電涌保護(hù)器BLITZDUCTOR Connect系列，適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)有線數(shù)據(jù)接口，如RS485接口，模擬量，數(shù)字量，總線信號(hào)的電涌保護(hù)。其他的信息和通信接口如以太網(wǎng)接口可以由DEHNpatch系列產(chǎn)品可靠地保護(hù)。
對(duì)于隔離變壓器230/400V和400/690V供電線路的保護(hù)我們建議使用DEHNguard系列電涌保護(hù)裝置。
光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)(集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng))的防雷設(shè)計(jì)
下面再以配備了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的光伏電站為例介紹一下光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求也需要對(duì)該儲(chǔ)能系統(tǒng)的電子設(shè)備、電池和變流器進(jìn)行防電涌保護(hù)。
圖2：光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)
圖2顯示了一個(gè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)(集裝箱式)，通常設(shè)計(jì)中它通過集裝箱的金屬外殼將直擊雷泄放到土壤中，但是這里存在一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，普通貨柜集裝箱頂板和側(cè)板的鋼材厚度一般為2.0和1.6mm這個(gè)厚度不能保證在承接雷電流時(shí)不被熔化擊穿（引自GB50057-2010,條文說(shuō)明5.7，已經(jīng)證實(shí)，鐵板遭雷擊時(shí)，當(dāng)其厚度小于4mm時(shí)在與閃擊通道接觸處有可能由于熔化而燒穿）。為了防止直擊雷在金屬屋頂產(chǎn)生熔化孔，可以在集裝箱的四個(gè)角安裝獨(dú)立接閃針作為設(shè)計(jì)的接閃器，并使用DEHN集團(tuán)專利產(chǎn)品HVI引下線即耐高壓絕緣引下線來(lái)解決集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)面對(duì)的直擊雷以及其產(chǎn)生的雷擊電磁脈沖風(fēng)險(xiǎn)。圖中所示的接地系統(tǒng)由30 x 3.5 mm的扁鋼或直徑為14mm的圓鋼組成。
對(duì)于230/400V供電線路的防雷保護(hù)，我們建議使用DEHN集團(tuán)的DEHNguard系列電涌保護(hù)裝置，可以可靠地保護(hù)終端設(shè)備。DEHN集團(tuán)信息系統(tǒng)電涌保護(hù)器BLITZDUCTOR Connect系列，適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)有線數(shù)據(jù)接口，如RS485接口，模擬量，數(shù)字量，總線信號(hào)的電涌保護(hù)。其他的信息和通信接口如以太網(wǎng)可以由DEHN集團(tuán)的DEHNpatch系列產(chǎn)品可靠地保護(hù)，同軸天線接口可以由DEHNgate系列產(chǎn)品可靠地保護(hù)。電池與變流器直流輸出側(cè)之間的連接線推薦使用DEHNcombo系列1+2級(jí)復(fù)合式電涌保護(hù)器產(chǎn)品，適用于高達(dá)1500V的直流系統(tǒng)的防雷保護(hù)。
DEHNpatch系列產(chǎn)品可以為戶外監(jiān)控單元提供保護(hù)，比如帶有PoE接線的攝像機(jī)。此外，如果太陽(yáng)能電站使用LED照明，也應(yīng)該使用DEHN集團(tuán)的DEHNcord系列產(chǎn)品保護(hù)其免受電涌和開關(guān)操作的影響。標(biāo)準(zhǔn)中要求的等電位連接可以通過DEHN集團(tuán)K12等電位連接排實(shí)現(xiàn)。這些接地排經(jīng)過專門測(cè)試，適用于根據(jù)IEC 60364-4-41/ 60364-5 - 54進(jìn)行保護(hù)和功能等電位連接的應(yīng)用場(chǎng)景，需要根據(jù)IEC 62305-3進(jìn)行雷電等電位連接。
中國(guó)承諾2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，這是中國(guó)推動(dòng)落實(shí)應(yīng)對(duì)氣候變化《巴黎協(xié)定》所邁出的重要一步，在此背景下，隨著可再生能源產(chǎn)品的大發(fā)展，儲(chǔ)能行業(yè)也迎來(lái)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。而一個(gè)產(chǎn)業(yè)要想健康可持續(xù)發(fā)展，其前提條件是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的完善和規(guī)范。近年來(lái)DEHN積極投身于國(guó)內(nèi)的國(guó)家、行業(yè)以及團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的制定中，先后參與了GB/T 18802.11， GB/T 18802.21，GB/T33588.8等標(biāo)準(zhǔn)的編制，也與各個(gè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)和相關(guān)組織進(jìn)行密切合作，制定了一系列的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用規(guī)范。
未來(lái)，DEHN集團(tuán)還將不斷擴(kuò)大產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化的力度，擴(kuò)大在中國(guó)的產(chǎn)能，持續(xù)向客戶推廣防雷咨詢和服務(wù)業(yè)務(wù)，以客戶需求為導(dǎo)向，不斷加強(qiáng)在國(guó)內(nèi)的技術(shù)研發(fā)力度，為客戶提供高質(zhì)量、高效率的防雷服務(wù)，助力儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)降本增效，為中國(guó)“碳達(dá)峰·碳中和”目標(biāo)貢獻(xiàn)一份力量。
您的位置：